專利名稱：制備3，5，6-三氯吡啶-2-醇的改進方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由三氯乙酰氯和丙烯腈制備3，5，6-三氯吡啶-2-醇的改進方法。
3，5，6-三氯吡啶-2-醇是制備幾種農(nóng)業(yè)殺蟲劑如氯蜱硫磷，甲基氯蜱硫磷及乙氯草定的中間體。美國專利4327216敘述了應(yīng)用三氯乙酰氯在催化劑的催化下，與丙烯腈反應(yīng)制備2，3，5，6-四氯吡啶和3，5，6-三氯吡啶-2-醇混合物的方法。
下列一組反應(yīng)(方案Ⅰ)用于所述專利生產(chǎn)的產(chǎn)品。
盡管這組反應(yīng)可在單一操作、加壓封閉系統(tǒng)下有利地進行;但是，2，3，5，6-四氯吡啶和3，5，6-三氯吡啶-2-醇的產(chǎn)率并不高。此外，反應(yīng)主要生產(chǎn)兩種產(chǎn)品的混合物，需在隨后的反應(yīng)中分離或處理，將一種產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成另一種。鑒于這種現(xiàn)象，迫切地需要一種能制備產(chǎn)率高且不含任何四氯吡啶副產(chǎn)品的3，5，6-三氯吡啶-2-醇的方法。
本發(fā)明旨在提供一種制備3，5，6-三氯吡啶-2-醇的改進方法，包括如下步驟(a)在催化量的銅或亞銅鹽存在下使三氯乙酰氯與丙烯腈在溫度50-140℃反應(yīng)，并通過在回流條件下操作除去所產(chǎn)出的鹽酸，生成2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯;
(b)在壓力136-1480kpa，室溫-100℃的條件下，使2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯在一種惰性有機溶劑中與無水鹽酸反應(yīng)，使氰基丁酰氯環(huán)化成3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮;
(c)在一種惰性有機溶劑內(nèi)使3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮與氯離子反應(yīng)，生成3，5，6-三氯吡啶-2-醇。
本發(fā)明還涉及與逐一步驟有關(guān)的各種改進方法。
研究發(fā)現(xiàn)，通過加成、環(huán)化和芳構(gòu)化反應(yīng)的分別進行，能生產(chǎn)出高產(chǎn)率且不含四氯吡啶副產(chǎn)物的3，5，6-三氯吡啶-2-醇。
加成
第一個反應(yīng)，三氯乙酰氯與丙烯腈加成，生成2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯，此產(chǎn)物可在鹽酸的作用下環(huán)化。依賴于鹽酸或水是否除掉，環(huán)化的中間產(chǎn)物能轉(zhuǎn)變成以下三種產(chǎn)物之一，它們是3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮;3，5，6-三氯吡啶-2-醇;或2，3，5，6-四氯吡啶。
目前發(fā)現(xiàn)，四氯吡啶形成過程中所產(chǎn)生的水是經(jīng)多個副反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)量損失的主要原因。在其本身被酸催化的環(huán)化過程中可生成水。本發(fā)明提供一種在加成步驟中除去反應(yīng)物分解所形成的鹽酸，從而獲得高產(chǎn)率的方法。簡便地說，就是除去鹽酸，在回流下進行加成反應(yīng)來阻止水的生成。
三氯乙酰氯(TCAC)和丙烯腈(VCN)是商品名稱，使用前常需蒸餾。三氯乙酰氯和丙烯腈反應(yīng)的摩爾比范圍可為化學(xué)當(dāng)量，即1∶1，或一種試劑超過另一種的2-3倍，如TCAC/VCN為1∶3-3∶1。VCN/TCAC比率1.1-1.3一般是優(yōu)選的。
加成反應(yīng)是在惰性氣體如氮氣或氬氣下，在催化量亞銅鹽存在的條件下完成?？晒┻x用的亞銅鹽包括氯化、溴化、碘化、氧化或醋酸亞銅，但優(yōu)選鹵化物類。部分氧化成氧化銅態(tài)或水合的催化劑沒有純物質(zhì)有效。使用銅金屬的加成鹽是有利的，它本身能氧化成氧化亞銅態(tài)，并能同時阻止進一步地氧化成氧化銅態(tài)。亞銅催化劑通常使用量是每摩爾三氯乙酰氯0.005-0.05摩爾，但比例稍大也可采用。
加成反應(yīng)可直接或在惰性溶劑中完成。烷基腈如乙腈，通常在亞銅催化多鹵類化合物加成為烯烴時使用。然而，向反應(yīng)混合物中加入乙腈不能提供有益的效果。因此，最好直接進行反應(yīng)或以過量TCAC或VCN作為溶劑。商業(yè)上三氯乙酰氯的制備是通過全氯乙烯的光化學(xué)氧化獲得的，詳見美國專利2427624。用這種方法制備TCAC，大約含15%的殘留全氯乙烯。全氯乙烯對加成反應(yīng)不具有負影響。
為防止2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯早基的環(huán)化反應(yīng)生成鹽酸，反應(yīng)溫度應(yīng)維持在50-140℃。為脫除TCAC的分解所產(chǎn)生的鹽酸，反應(yīng)需在回流下進行。回流的溫度應(yīng)由混合物的組成來決定。理想的溫度應(yīng)維持在70-120℃，優(yōu)選80-105℃。優(yōu)選溫度一般在VCN和TCAC在大氣壓下的沸點間的范圍內(nèi)。在反應(yīng)直接進行或者用過量的VCN或TCAC作為有效溶劑時，回流的溫度可隨低沸點反應(yīng)物轉(zhuǎn)變成高沸點產(chǎn)物而逐漸地增加。
加成反應(yīng)宜在惰性氣氛下進行，例如在氮氣或氬氣罩下進行。盡管反應(yīng)可在大氣壓下順利進行，但是最好使惰性氣體為輕微的正壓至136Kpa(5psig)，這有助于保持反應(yīng)混合物干燥。
典型反應(yīng)中，新蒸餾的TCAC、VCN和無水氯化銅在氮氣中回流加熱。加成反應(yīng)完成后，這通常需要8-48小時，產(chǎn)物2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯可通過常規(guī)的技術(shù)回收。產(chǎn)物可通過下列技術(shù)輕易地分離出來;例如，通過蒸發(fā)揮發(fā)性的TCAC或VCN;加入一種適宜的銅催化劑不溶的且有助于隨后環(huán)化反應(yīng)進行的溶劑;過濾除去催化劑。理想的溶劑包括芳烴，鹵化烴和羧酸酯。溶劑蒸出后可獲得純度達90%以上的產(chǎn)品。也可將所獲的濾液直接用于隨后的環(huán)化反應(yīng)。
2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯環(huán)化成3，3，5，6-四氯-3，4-二羥吡啶-2-酮是由酸性試劑催化的，最好選在無水狀態(tài)下進行。例如，2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯與無水鹽酸反應(yīng)可使環(huán)化順利地完成。在沒有溶劑，大氣壓下簡單地噴霧無水鹽酸至2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯中，不能完成環(huán)化反應(yīng)。由于溫度過高可導(dǎo)致大量脫水和產(chǎn)生四氯吡啶，所以應(yīng)將溫度控制在100℃以下，環(huán)化反應(yīng)進行的有效溫度是室溫-100℃，通常選擇40-60℃。為了使反應(yīng)混合物可在低于產(chǎn)物融點下流動及無水鹽酸與反應(yīng)混合物有效地接觸，最好在溶劑存在下加壓進行環(huán)化反應(yīng)。使用的壓力一般為136-1，480Kpa(5-200psig);優(yōu)選273-1，135Kpa(25-150psig)。
環(huán)化反應(yīng)的適宜溶劑包括芳烴，鹵化烴和羧酸酯。每類溶劑包括但絕不僅限于甲苯和二甲苯;二氯甲烷，二氯乙烯(EDC)和全氯乙烯(PERC);及醋酸乙酯。
環(huán)化反應(yīng)可間歇進行或在環(huán)狀反應(yīng)器中連續(xù)性地進行。典型反應(yīng)中，2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯在封閉壓力容器中被所需的溶劑稀釋，用無水鹽酸給壓力容器加壓至所需的壓力。在適當(dāng)?shù)臏囟葦嚢璺磻?yīng)混合物直至反應(yīng)完成，這通常需要1-3小時。排空壓力容器，利用常規(guī)的技術(shù)可分離出產(chǎn)物3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮。例如，蒸發(fā)溶劑可得到一種固狀粗產(chǎn)物，與脂族烴混合后經(jīng)過濾可分離出產(chǎn)物。所獲的產(chǎn)物干燥后其純度足可用于隨后的芳構(gòu)化?；蛘?，在排空壓力容器卸出反應(yīng)混合物并除去鹽酸后，直接應(yīng)用粗反應(yīng)混合物。
3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮芳構(gòu)成3，5，6-三氯吡啶-2-醇可經(jīng)多種方法來完成。最有效的方法是在兩相系中用堿的水溶液處理或在有機溶劑中用氯離子處理。
由于所需產(chǎn)物3，5，6-三氯吡啶-2-醇常作為鈉鹽來應(yīng)用，因此，用堿水溶液進行芳構(gòu)化常常是方便易行的。反應(yīng)最好使用水溶性有機溶劑在兩相中進行。芳構(gòu)化反應(yīng)適宜的溶劑包括芳烴、鹵代烴和羧酸酯。每類溶劑如下，但并不只限于甲苯和二甲苯;二氯甲烷，二氯乙烯和全氯乙烯;以及醋酸乙酯。當(dāng)然，最好使用環(huán)化反應(yīng)中已使用的同種溶劑。
芳構(gòu)反應(yīng)需要每當(dāng)量3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮至少使用2當(dāng)量的堿。一當(dāng)量用于減少一摩爾的鹽酸，另一當(dāng)量用于吡啶醇轉(zhuǎn)變?yōu)檫拎}的消耗。如果需要，可采用較大比例的堿。適宜的堿包括但不限于堿金屬氫氧化物和碳酸鹽。鈉或鉀碳酸鹽一般是優(yōu)選的，特別是對于在室溫下于稀釋苛性堿中對反應(yīng)敏感的羧酸酯溶劑。
典型反應(yīng)中，堿、二氫吡啶酮，溶劑和水在室溫-100℃或在混合物的回流溫度下攪拌混合。反應(yīng)完成后，這通常需要2-24小時，用常規(guī)方法分離3，5，6-三氯吡啶-2-醇。例如，可利用酸化反應(yīng)混合物和分離有機相分離出三氯吡啶醇。干燥有機溶液后，蒸除溶劑可得到吡啶醇。同樣，如需要三氯吡啶醇的堿金屬鹽，分離水溶相可得到吡啶鹽的水溶液。
此外，還在惰性有機溶劑中，用氯離子處理3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮，使芳構(gòu)反應(yīng)完成?？芍苯訉⒙入x子加到反應(yīng)中或借助于從吡啶酮脫出鹽酸就地產(chǎn)生氯離子。由于氯離子來自底物鹽酸，所以需補充氯離子的量僅為催化量或能引發(fā)脫除鹽酸的量。以上反應(yīng)所適用的催化劑包括但不限于叔胺或芳族胺堿，如三烷基胺，吡啶，甲基吡啶或二甲基吡啶;季銨或鏻鹽，如四烷基或芳基銨或鹵化鏻;冠醚配合物，如18-冠-6/氯化鉀;離子交換樹酯，特別是胺樹酯，如MSA-1道氏離子交換樹酯。具體物質(zhì)包括鹵化四丁基銨，鹵代四苯基鏻，鹵代壬基三苯鏻，鹵代芐基三乙基銨，鹵代吡啶鎓和聚(4-乙烯吡啶)。MSA-1道氏離子交換樹酯和氯化四乙基銨是優(yōu)選的催化劑。這些催化劑通常應(yīng)用的劑量是每摩爾3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮0.002-0.2摩爾，以每摩爾二氫吡啶酮0.005-0.05摩爾催化劑為好。
芳構(gòu)反應(yīng)適用的溶劑包括與前一步反應(yīng)使用相同的芳烴，鹵化烴和羧酸酯。全氯乙烯是該反應(yīng)特別優(yōu)選的溶劑。
反應(yīng)在40-120℃間進行，最好在混合物的回流溫度下進行。
典型反應(yīng)中，3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮與催化劑和溶劑混合，回流加熱反應(yīng)混合物。1-3小時反應(yīng)完成后，可用常規(guī)的技術(shù)分離出所需要的3，5，6-三氯吡啶-2-醇。如果使用不溶性催化劑如MSA-1道氏離子交換樹脂，催化劑可不經(jīng)冷卻過濾除去，回收并在隨后反應(yīng)中重新循環(huán)使用。催化劑濾除后，冷卻反應(yīng)溶液，使三氯吡啶醇結(jié)晶，然后過濾分離。如果使用例如氯化四丁基銨作為可溶性催化劑，冷卻反應(yīng)液可得到三氯吡啶醇結(jié)晶，過濾分離出來;含有可溶性催化劑的濾液可直接循環(huán)使用。
下列實施例用于描述本發(fā)明;但是絕不意味著對本專利申請權(quán)利要求范圍的限制。
實施例1三氯乙酰氯和丙烯腈的加成
新蒸餾的三氯乙酰氯(TCAC)，丙烯腈(VCN)和無水催化劑，在氮氣下回流加熱。轉(zhuǎn)化率可由提取、冷卻、過濾和氣相色譜(GC)或核磁共振(NMR)光譜分析樣品來測定出。冷卻反應(yīng)混合物、蒸出易揮發(fā)性物質(zhì)和濾除催化劑后，分離出產(chǎn)物。結(jié)果見表Ⅰ。
實施例22，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯的環(huán)化
環(huán)化在裝備有磁性驅(qū)動器的600毫升HastelloyC彈式裝置內(nèi)進行。利用所需的溶劑稀釋2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯，并且用無水鹽酸加壓彈式裝置達所需的壓力。攪拌一定時間后，打開彈式裝置，轉(zhuǎn)移內(nèi)容物到用于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器蒸發(fā)的園底燒杯中。內(nèi)容物與己烷混合成漿狀以利于過濾分離。結(jié)果見表Ⅱ。
表Ⅱ2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯環(huán)化成3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮溶劑溫度(℃)時間鹽酸壓力產(chǎn)率%(小時)psig(kpa)EDCα)25 16 200(1，480) 93EDCα)25 1.5 100(790) 92EDCα)25 2.0 100(790) 97EDCα)25 2.0 100(790) 97
a)二氯乙烯實施例33，3，5，6-四氯-3，4-二氯吡啶-2-酮的芳構(gòu)化，二相系統(tǒng)
典型實驗中，23.3克(0.1摩爾)二氫吡啶酮，233毫升乙酸乙酯，233毫升水和0.3摩爾堿混合攪拌(磁性攪拌)，回流加熱2小時。冷卻后，用濃鹽酸酸化反應(yīng)混合物，分離出有機相，用硫酸鎂干燥。過濾后，蒸發(fā)濾液得到產(chǎn)物。結(jié)果見表Ⅲ。
表Ⅲ兩相水溶液中3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮芳構(gòu)成3，5，6-三氯吡啶-2-醇堿反應(yīng)時間溶劑溫度產(chǎn)率%(小時)NaOH 20+EDCa)/H2O 室溫 100Na2CO320 EAb)/H2O 室溫 98Na2CO320 EAb)/H2O 室溫 97Na2CO32 EAb)/H2O 回流 94Na2CO32 EAb)/H2O 回流 94
a)二氯乙烯b)乙酸乙酯實施例43，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮芳構(gòu)化，非水相加5克3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮，0.1克催化劑和25毫升溶劑到25毫升三頸園底燒杯中。加熱反應(yīng)混合物至加流。利用氣相色譜監(jiān)視反應(yīng)進程。過濾回收產(chǎn)物。每次反應(yīng)分離的產(chǎn)率不低于90%。所使用的催化劑和溶劑見表Ⅳ。
表Ⅳ3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮非水相環(huán)構(gòu)化所應(yīng)用的催化劑和溶劑催化劑溶劑2-甲基吡啶甲苯2，6-二甲基吡啶磷二甲苯氟化四丁基銨全氯乙烯氯化四丁基銨a)全氯乙烯溴化四丁基銨全氯乙烯碘化四丁基銨全氯乙烯氰化四丁基銨″″氯化四苯基鏻″″溴化四苯基鏻″″
乙酸四丁基鏻″″溴化正壬基三苯鏻″″MSA-1道氏離子交換樹脂b)″ ″氯化芐基三乙基銨″″氯化吡啶鎓″″聚(4-乙烯吡啶)″″18-冠-6/氯化鉀″″a)循環(huán)5次b)循環(huán)10次實施例5環(huán)化-芳構(gòu)化環(huán)化是在裝備有磁性驅(qū)動器的600毫升HastelloyC彈式裝置中進行的。2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯(ADDUCT)被150毫升全氯乙烯稀釋，并且用無水鹽酸加壓彈式裝置至150psig(1.135kpa)。在特定的溫度下攪拌2小時后，打開彈式裝置，用另外100毫升全氯乙烯轉(zhuǎn)移內(nèi)容物到一含有MSA-1道氏離子交換樹脂的園底燒杯中?；亓骷訜峄旌衔?.5小時，趁熱濾除固體催化劑。濾液冷卻結(jié)晶成3，5，6-三氯吡啶-2-醇，再過濾分離干燥。結(jié)果見表Ⅴ。
表Ⅴ環(huán)化-芳構(gòu)化環(huán)化芳構(gòu)化加合物(g)溫度℃MSA樹脂(g)產(chǎn)率%6125℃3.2867250℃3.2876450℃3.29權(quán)利要求
1.一種制備2，2，4-三氯-4-氰基乙酰氯的方法，包括使三氯乙酰氯與丙烯腈在催化量銅或亞銅鹽存在下于溫度50-140℃反應(yīng)，同時在回流條件下操作除去反應(yīng)中產(chǎn)生的鹽酸。
2.權(quán)利要求1的方法，其中反應(yīng)壓力為大氣壓至可達136kpa的輕微正壓。
3.一種制備3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮的方法，包括使2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯在惰性有機溶劑中，壓力136-1480kpa，室溫-100℃條件下，與無水鹽酸反應(yīng)。
4.權(quán)利要求3的方法，其中惰性有機溶劑是一種芳烴，鹵化烴或羧酸酯。
5.一種制備3，5，6-三氯吡啶-2-醇的方法，包括使3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮與氯離子在一種惰性有機溶劑中反應(yīng)。
6.權(quán)利要求5的方法，共中氯離子是通過二氫吡啶酮分解形成的鹽酸就地產(chǎn)生的。
7.權(quán)利要求5或6的方法，其中的惰性有機溶劑一種芳烴、鹵化烴或羧酸酯。
8.權(quán)利要求5-7的任一方法，其中反應(yīng)在40-120℃溫度下進行。
9.一種制備3，5，6-三氯吡啶-2-醇的改進方法，包括下述步驟(a)使三氯乙酰氯與丙烯腈在溫度50-100℃，催化量銅或亞銅鹽存在下反應(yīng)，同時在回流條件下操作除去形成的鹽酸，生成2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯;(b)使2，2，4-三氯-4-氰基丁酰氯在一種惰性有機溶劑中，壓力136-1480kpa，溫度室溫-100℃條件下與HCl反應(yīng)，將丁酰氯環(huán)化成3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮;和(c)使3，3，5，6-四氯-3，4-二氫吡啶-2-酮在一種惰性有機溶劑中與氯離子反應(yīng)，生成3，5，6-三氯吡啶-2-醇。
全文摘要
由三氯乙酰氯和丙烯腈制備3，5，6-三氯吡啶-2-醇的方法，其改進是分別進行加成、環(huán)化和芳構(gòu)化步驟。由于反應(yīng)的分步進行，這樣就使后一步反應(yīng)的副產(chǎn)品-水和鹽酸不干擾前一步反應(yīng)。對每個處理步驟也進行了改進。
文檔編號C07C255/17GK1047281SQ9010272
公開日1990年11月28日 申請日期1990年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月12日
發(fā)明者阿·加思·皮尤 申請人:陶氏化學(xué)公司