本發(fā)明屬于有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種2-氟-5-三氟甲基吡啶的制備方法。
背景技術(shù)：
2-氟-5-三氟甲基吡啶是一種重要的化工中間體原料，通過在吡啶環(huán)和吡啶側(cè)鏈引入氟原子，使其擁有較強的親脂性，可在農(nóng)藥和醫(yī)藥中發(fā)揮重要的作用，其應(yīng)用價值和市場前景十分可觀，目前國內(nèi)尚無十分成熟的工藝技術(shù)報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種2-氟-5-三氟甲基吡啶的制備方法，本發(fā)明轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)選擇性好，生產(chǎn)成本低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
一種2-氟-5-三氟甲基吡啶的制備方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：
(1)以3-甲基吡啶為原料，一步氯化合成2-氯-5-三氯甲基吡啶粗品，對2-氯-5-三氯甲基吡啶粗品進(jìn)行純化處理后，獲得高純度的2-氯-5-三氯甲基吡啶；
(2)以步驟(1)所得高純度的2-氯-5-三氯甲基吡啶為原料，以無水HF為氟化試劑，一步氟化合成2-氟-5-三氟甲基吡啶粗品；
(3)將步驟(2)所得2-氟-5-三氟甲基吡啶粗品依次進(jìn)行堿洗和水洗，所得油層經(jīng)過減壓精餾即得到高純度的2-氟-5-三氟甲基吡啶產(chǎn)品。
上述步驟(1)中，合成2-氯-5-三氯甲基吡啶粗品的過程為：以3-甲基吡啶為原料，通入氯氣一步氯化合成2-氯-5-三氯甲基吡啶粗品；其中：所述氯化反應(yīng)中，反應(yīng)溫度為140～180℃，氯化時間為15～20小時。
上述步驟(1)中，對2-氯-5-三氯甲基吡啶粗品進(jìn)行純化處理時，是通過有機(jī)溶劑重結(jié)晶得到高純度的2-氯-5-三氯甲基吡啶，其純度大于92％；重結(jié)晶采用的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇或異丙醇。
上述步驟(2)中，所述氟化試劑與2-氯-5-三氯甲基吡啶的摩爾比例為(1～5)：1。所述氟化反應(yīng)中，反應(yīng)溫度為100～250℃，反應(yīng)壓力為1.0～15.0MPa，氟化時間為5～20h。
上述步驟(3)中，所述減壓精餾過程為：將堿洗、水洗后的油層投入精餾塔進(jìn)行減壓蒸餾，收集40～45℃和11mmHg條件下的餾分，得到無色液體，即為所述高純度的2-氟-5-三氟甲基吡啶產(chǎn)品。
所述制備的高純度的2-氟-5-三氟甲基吡啶產(chǎn)品其純度達(dá)98.77％以上，收率達(dá)85.45％以上。
本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：
1、本發(fā)明提供了一種2-氟-5-三氟甲基吡啶的制備方法，以3-甲基吡啶為原料，通過氯化、氟化兩步反應(yīng)，高選擇性合成高純度的2-氟-5-三氟甲基吡啶。
2、本發(fā)明轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)選擇性好，生產(chǎn)成本低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的具體反應(yīng)如下式：
附圖說明
圖1為實施例1制備2-氟-5-三氟甲基吡啶1HNMR譜圖。
具體實施方式
下面將通過具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的具體描述，但不能理解為是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
本發(fā)明為2‐氟‐5‐三氟甲基吡啶的制備方法，該方法首先制備2‐氯‐5三氯甲基吡啶粗品，對粗品進(jìn)行純化處理，獲得高純度的2‐氯‐5‐三氯甲基吡啶產(chǎn)品。然后2‐氯‐5‐三氯甲基吡啶進(jìn)行氟化反應(yīng)，經(jīng)過堿洗、水洗后，減壓精餾有機(jī)相，得到高純度的2‐氟‐5‐三氟甲基吡啶。具體過程如下：
(1)3-甲基吡啶的氯化反應(yīng)：
以3-甲基吡啶為原料，通氯氣一步直接合成2-氯-5-三氯甲基吡啶。氯化反應(yīng)的溫度可以在100～250℃內(nèi)；溫度低于100℃時，反應(yīng)不完全，反應(yīng)速度慢；反應(yīng)高于250℃后，吡啶環(huán)上的氯化取代副反應(yīng)加劇，副產(chǎn)物含量增大，最好的溫度范圍在140～180℃。持續(xù)通氯反應(yīng)15～20小時后即可得到含2-氯-5-三氯甲基吡啶的混合物。
氯化反應(yīng)后的混合物通過重結(jié)晶的方法提純2-氯-5-三氯甲基吡啶。重結(jié)晶的溶劑可以選擇甲醇、乙醇、異丙醇等，考慮到經(jīng)濟(jì)性和安全性，可選擇乙醇作為重結(jié)晶溶劑。
(2)2-氯-5-三氯甲基吡啶的氟化反應(yīng)：
以氯化純化后的2-氯-5-三氯甲基吡啶為原料，氟化試劑為無水HF，也可以采用KF、NaF、SbF3等氟化試劑，考慮到氟化效率和經(jīng)濟(jì)因素，采用無水HF更佳。在該反應(yīng)過程中，HF既是氟化試劑，又是溶劑。氟化試劑加入量為2-氯-5-三氯甲基吡啶的1.0～50.0倍摩爾，最好是5～15倍。氟化反應(yīng)溫度為100～250℃之間，最好是在150～200℃之間，反應(yīng)溫度低于150℃時，氟化不完全、反應(yīng)速度慢；反應(yīng)高于200℃后，環(huán)上-6位容易氟化取代，生成副產(chǎn)物2,6-二氟-5-三氟甲基吡啶。反應(yīng)壓力范圍在1.0～15.0MPa之間，考慮反應(yīng)特性和設(shè)備成本，反應(yīng)壓力范圍最好為4.0～10.0MPa之間；氟化時間為5～20h，最好為10～15h。
反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)液中加堿調(diào)節(jié)pH至弱堿性，水洗數(shù)次，收集有機(jī)相，向有機(jī)相中投入無水硫酸鈉或無水碳酸鈉，除去有機(jī)相中的水分，得到2-氟-5-三氟甲基吡啶粗品。
(3)精餾提純：
將2-氟-5-三氟甲基吡啶粗品投入精餾塔，減壓精餾，收集40～45℃/11mmHg餾分，得到無色液體，為2-氟-5-三氟甲基吡啶，其純度可達(dá)98.77％，收率達(dá)到85.45％。
實施例1：
(1)在500mL三口圓底燒瓶中，加入3-甲基吡啶93.0(1.0mol)，連接冷凝管和尾氣裝置，采用液堿作為尾氣吸收液，通氮氣磁力攪拌加熱至100℃時，停止通氮氣并切換通入氯氣，繼續(xù)攪拌加熱至150℃后，恒溫、通氯氣鼓泡反應(yīng)。反應(yīng)進(jìn)行12小時后，取樣分析，反應(yīng)液中3-甲基吡啶的含量＜1％，停止加熱，關(guān)閉氯氣進(jìn)樣閥，結(jié)束反應(yīng)。然后將反應(yīng)體系降溫至室溫，有淡黃色固體析出，加入乙醇200g，加熱攪拌至完全溶解，溶解完畢后，降溫至5℃，冷卻2小時后，抽濾、烘干，得到白色針狀固體2-氯-5-三氯甲基吡啶134.10g，純度96.25％(GC)；濾液重235.04g，2-氯-5-三氯甲基吡啶含量37.67％。計算得到2-氯-5-三氯甲基吡啶氯化反應(yīng)的結(jié)果為：轉(zhuǎn)化率：98.33％；選擇性：95.45％；收率：94.20％。
(2)在200mL高壓釜中，加入第一步產(chǎn)品2-氯-5-三氯甲基吡啶46.0g(0.2mol)，上好釜蓋，充氮氣10.0MPa保持壓力5h，對反應(yīng)釜試漏。確認(rèn)反應(yīng)釜不漏氣后，放空釜內(nèi)壓力。然后將反應(yīng)釜置于冰鹽浴中進(jìn)行冷卻，當(dāng)釜內(nèi)溫度降至-5℃以下時，向釜內(nèi)充無水HF40.0g(～2.0mol)，攪拌條件下，將反應(yīng)體系加熱至180℃，保溫反應(yīng)12h。反應(yīng)完畢后，降溫至25℃，向反應(yīng)釜內(nèi)通氮氣置換半小時(置換出來的氣體通入10％氫氧化鈉水溶液中進(jìn)行中和吸收)，向反應(yīng)液中加入20％氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至7～8，水洗三次，收集有機(jī)相，向有機(jī)相中投入無水硫酸鈉或無水碳酸鈉6小時，過濾掉其中的固體物，得到2-氟-5-三氟甲基吡啶粗品。
(3)將2-氟-5-三氟甲基吡啶粗品投入精餾塔中進(jìn)行減壓精餾，收集沸點在40～45℃/11mmHg餾分，得到2-氟-5-三氟甲基吡啶產(chǎn)品28.55g，分析測得產(chǎn)品中的2-氟-5-三氟甲基吡啶的含量為98.77％(GC)，稱量前餾和釜殘重量，并做氣相色譜，計算得到2-氟-5-三氟甲基吡啶氟化反應(yīng)的結(jié)果為：轉(zhuǎn)化率：96.33％；選擇性：91.17％；收率：85.45％。
本實施例制備的2-氯-5-三氟甲基吡啶1HNMR譜圖如圖1所示，2-氟-5-三氟甲基吡啶的1HNMR數(shù)據(jù)如下：
δ7.42～7.48(d,J＝8.4Hz，1H，-H-A)
δ7.86～7.90(dd,J1＝2.4Hz，J2＝2.4Hz，1H，-H-B)
δ8.68～8.85(d,J＝0.8Hz，1H，-H-C)
實施例2：
將實施例1中第一步氯化反應(yīng)體系溫度換為180℃，其他操作條件包括后處理步驟均勻?qū)嵤├?相同。得到2-氯-5-三氯甲基吡啶產(chǎn)品142.23g，分析測得產(chǎn)品中2-氯-5-三氟甲基吡啶的含量為93.65％(GC)；濾液重233.12g，2-氯-5-三氯甲基吡啶含量35.54％。計算得到2-氯-5-三氯甲基吡啶氯化反應(yīng)的結(jié)果為：轉(zhuǎn)化率：98.43％；選擇性：92.11％；收率：90.44％。
實施例3：
將實施例1中第一步重結(jié)晶溶劑換為甲醇，其他操作條件包括后處理步驟均勻?qū)嵤├?相同。得到2-氯-5-三氯甲基吡啶產(chǎn)品140.60g，分析測得產(chǎn)品中2-氯-5-三氟甲基吡啶的含量為94.41％(GC)；濾液重240.03g，2-氯-5-三氯甲基吡啶含量38.08％。計算得到2-氯-5-三氯甲基吡啶氯化反應(yīng)的結(jié)果為：轉(zhuǎn)化率：98.49％；選擇性：95.73％；收率：92.19％。
實施例4：
將實施例1中第二步氟化反應(yīng)體系溫度換為200℃，他操作條件包括后處理步驟均勻?qū)嵤├?相同。得到2-氟-5-三氟甲基吡啶粗品，經(jīng)過精餾后，得到2-氟-5-三氟甲基吡啶產(chǎn)品29.07g，分析測得產(chǎn)品中的2-氟-5-三氟甲基吡啶的含量為95.58％(GC)，稱量前餾和釜殘重量，并做氣相色譜，計算得到2-氟-5-三氟甲基吡啶氟化反應(yīng)的結(jié)果為：轉(zhuǎn)化率：97.81％；選擇性：89.76％；收率：84.20％。
實施例5：
將實施例1中第二步氟化反應(yīng)體系加入無水HF量換為60.0g(～0.3mol)，他操作條件包括后處理步驟均勻?qū)嵤├?相同。得到2-氟-5-三氟甲基吡啶粗品，經(jīng)過精餾后，得到2-氟-5-三氟甲基吡啶產(chǎn)品29.11g，分析測得產(chǎn)品中的2-氟-5-三氟甲基吡啶的含量為92.95％(GC)，稱量前餾和釜殘重量，并做氣相色譜，計算得到2-氟-5-三氟甲基吡啶氟化反應(yīng)的結(jié)果為：轉(zhuǎn)化率：96.64％；選擇性：89.81％；收率：81.99％。