一步法工藝合成3，5，6-三氯吡啶-2-醇鈉

王紅偉，張璐，強(qiáng)金鳳，方紅新，梁錫臣

（安徽國(guó)星生物化學(xué)有限公司，安徽馬鞍山243000）

一步法工藝合成3，5，6-三氯吡啶-2-醇鈉

王紅偉，張璐，強(qiáng)金鳳，方紅新，梁錫臣

（安徽國(guó)星生物化學(xué)有限公司，安徽馬鞍山243000）

以CuCl2復(fù)合催化劑催化三氯乙酰氯和丙烯腈制得三氯吡啶醇鈉，不需要溶劑，將加成反應(yīng)和環(huán)合反應(yīng)并為一步來(lái)制得三氯吡啶醇鈉。實(shí)驗(yàn)考查了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑等因素對(duì)合成收率的影響。此方法合成工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，三氯吡啶醇鈉的收率提高到80%。

3，5，6-三氯吡啶-2-醇鈉；三氯乙酰氯；丙烯腈；一步法

毒死蜱是一種高效、廣譜、低毒、低殘留的有機(jī)農(nóng)藥，具有觸殺、胃毒和熏蒸作用，能有效防止百余種害蟲，是世界上產(chǎn)量最大的農(nóng)藥產(chǎn)品之一。正因?yàn)槎舅莉缭谵r(nóng)藥產(chǎn)業(yè)中的作用越來(lái)越大，作為毒死蜱最重要的原料——三氯吡啶醇鈉的合成工藝越來(lái)越受到重視。

文獻(xiàn)報(bào)道三氯吡啶醇鈉的合成有四氯吡啶路線[1-2]、丙烯酸路線[3]、三氯乙酸苯酯路線[3]、三氯乙酰氯路線，其中三氯乙酰氯法合成3，5，6-三氯吡啶-2-醇鈉路線根據(jù)加成、環(huán)化和芳構(gòu)化反應(yīng)是否分離可分為分步法[4]和一步法[5]，而一步法根據(jù)是否加壓又分為常壓一鍋法和加壓一鍋法。這幾條路線各有利弊，吡啶法要求在高溫下氣相氯化，操作難度大，裝備投資大，但反應(yīng)步驟少，副產(chǎn)物三氯、四氯吡啶易分離；丙烯酰氯法合成步驟多，用到昂貴的催化劑和溶劑，不易工業(yè)化；三氯乙酸苯酯法溶劑環(huán)丁砜?jī)r(jià)格高，用量大，生產(chǎn)中副產(chǎn)物苯酚和三氯吡啶醇鈉性質(zhì)相似，分離設(shè)備要求高，收率低；三氯乙酰氯路線雖然反應(yīng)步驟多，工藝流程長(zhǎng)，但原料易得，價(jià)格便宜，工藝條件也較溫和，且其反應(yīng)機(jī)理研究比較透徹，是比較適合我國(guó)工業(yè)化的較佳路線，但產(chǎn)品收率和“三廢”是限制其發(fā)展的瓶頸，目前國(guó)內(nèi)關(guān)于提高其收率的工作正在研究進(jìn)行。

綜上所述，三氯乙酰氯路線具有原料易得和技術(shù)成熟兩大優(yōu)勢(shì)，更易在我國(guó)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此，三氯乙酰氯合成方法是一種比較有應(yīng)用前景的生產(chǎn)方法，易進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要研究了在沒(méi)有溶劑的條件下一鍋法合成三氯吡啶醇鈉的方法，并且對(duì)每一步反應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

三氯乙酰氯、丙烯腈、氯化亞銅復(fù)合催化劑、催化劑A、液堿。

1.2 合成原理

1.2.1 加成環(huán)合反應(yīng)（圖1）

圖1 加成環(huán)合反應(yīng)

加成環(huán)合反應(yīng)主要是利用三氯乙酰氯（1）和丙烯腈（2）在氯化亞銅的條件下直接生成四氯吡啶（3）和吡啶酮（4）。將加成環(huán)合作為一步反應(yīng)。

1.2.2 堿析反應(yīng)

四氯吡啶（3）和吡啶酮（4）分別在高溫高壓和常溫常壓的條件下生成合成毒死蜱的重要原料——三氯吡啶醇鈉（5），反應(yīng)式見(jiàn)圖2。

1.3 無(wú)溶劑一步法合成醇鈉的實(shí)驗(yàn)方法

將500mL的四口燒瓶分別裝上水銀溫度計(jì)、攪拌器和回流冷凝裝置，冷凝裝置的末端裝有干燥器。將三氯乙酰氯和無(wú)水CuCl2復(fù)合催化劑加入燒瓶中，加熱后，滴加丙烯腈，保證丙烯腈有一定的滴加時(shí)間，滴加結(jié)束后升溫至合適的溫度，保溫一定的時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后降溫，在減壓的條件下脫除未反應(yīng)的原料后，用水洗滌除去銅鹽等易溶于水的雜質(zhì)。剩下的固體加入氫氧化鈉水溶液反應(yīng)一段時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后降溫，析出醇鈉固體，過(guò)濾，濾液回收套用，濾渣則為三氯吡啶醇鈉。

圖2 堿析反應(yīng)

2 結(jié)果和討論

2.1 對(duì)加成環(huán)合反應(yīng)的優(yōu)化

2.1.1 溫度對(duì)加成環(huán)合反應(yīng)的影響

控制三氯乙酰氯、丙烯腈和氯化亞銅復(fù)合催化劑的摩爾比為1∶1∶0.03，對(duì)反應(yīng)溫度進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 溫度對(duì)加成環(huán)合反應(yīng)的影響

表1為不同反應(yīng)溫度下四氯吡啶和吡啶酮的產(chǎn)率，可以看出，隨著溫度的升高，四氯吡啶和吡啶酮的產(chǎn)率也隨之提高。但是溫度達(dá)到120℃的時(shí)候，由于丙烯腈和三氯乙酰氯揮發(fā)太快，反應(yīng)很容易蒸干。

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)加成環(huán)合反應(yīng)的影響

溫度控制在115℃，研究反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)進(jìn)度的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)加成環(huán)合反應(yīng)的影響

從表2可以看出，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，四氯吡啶和吡啶酮的產(chǎn)率有很大提高，但是當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)60h時(shí)吡啶酮和四氯吡啶的量并沒(méi)有提高，所以反應(yīng)時(shí)間定在60h左右。

2.1.3 原料配比的選擇

控制三氯乙酰氯和丙烯腈的物質(zhì)摩爾比為1∶1～1∶0.5之間進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3。

表3 原料配比對(duì)加成環(huán)合反應(yīng)的影響

從表3可以看出，當(dāng)丙烯腈的量增加時(shí)，四氯吡啶和吡啶酮的產(chǎn)率慢慢提高，但是達(dá)到1∶0.8之后再增加丙烯腈的量對(duì)四氯吡啶和吡啶酮的產(chǎn)率提高不是很明顯，所以控制三氯乙酰氯和丙烯腈的物質(zhì)的量比為1∶0.8。

2.1.4 對(duì)催化劑用量的優(yōu)化

反應(yīng)需要加入氯化亞銅復(fù)合催化劑，當(dāng)控制反應(yīng)溫度115℃、原料配比1∶0.8、反應(yīng)時(shí)間60h條件下改變?nèi)纫阴Ｂ扰c氯化亞銅的物質(zhì)的量比為1∶0.005～1∶0.05，反應(yīng)結(jié)果列于表4。

表4 催化劑用量的優(yōu)化

由表4看出，增加氯化亞銅復(fù)合催化劑的用量后，四氯吡啶和吡啶酮的產(chǎn)率逐漸升高，但超過(guò)1∶0.03后產(chǎn)率的增加不是很明顯，所以氯化亞銅復(fù)合催化劑的用量為1∶0.03最佳。

2.2 對(duì)堿析反應(yīng)的優(yōu)化

2.2.1 吡啶酮堿析保溫反應(yīng)溫度的優(yōu)化

將水洗過(guò)的四氯吡啶和吡啶酮的混合固體放入高壓反應(yīng)器中，加入其總質(zhì)量8倍的水和液堿。pH值控制在11～12之間，液堿滴加完畢以后保溫8h，生成醇鈉的水溶液,結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 吡啶酮堿析保溫反應(yīng)溫度的影響

從表5可以看出，在相同的反應(yīng)條件下，堿析的產(chǎn)率隨著溫度的升高而升高，當(dāng)溫度升高至50℃，收率不再明顯提高。

2.2.2 四氯吡啶堿析加壓反應(yīng)溫度的優(yōu)化

經(jīng)過(guò)保溫反應(yīng)，絕大部分吡啶酮已經(jīng)轉(zhuǎn)化為三氯吡啶醇鈉，但是四氯吡啶基本沒(méi)有反應(yīng)，保溫結(jié)束以后反應(yīng)升溫加壓，繼續(xù)反應(yīng)，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 四氯吡啶堿析加壓反應(yīng)溫度的影響

由表6看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，醇鈉產(chǎn)率逐漸提高，最終選擇140℃為反應(yīng)溫度。

2.2.3 四氯吡啶堿析反應(yīng)壓力的優(yōu)化

四氯吡啶反應(yīng)生成醇鈉是在高溫高壓的條件下反應(yīng)，研究反應(yīng)壓力對(duì)醇鈉產(chǎn)率的影響，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 四氯吡啶堿析反應(yīng)壓力的影響

由表7可以看出，醇鈉的收率隨著反應(yīng)壓力的升高先增加然后降低，壓力在0.3～0.4MPa之間醇鈉收率最高。

2.2.4 四氯吡啶堿析加壓反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化

加壓反應(yīng)的時(shí)間對(duì)醇鈉收率的影響見(jiàn)表8。

表8 四氯吡啶堿析反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化

加壓反應(yīng)3h之前反應(yīng)時(shí)間對(duì)醇鈉的收率影響很大，反應(yīng)3h以后反應(yīng)時(shí)間對(duì)醇鈉的產(chǎn)率基本沒(méi)有影響。

3 結(jié)論

（1）加成環(huán)合反應(yīng)的優(yōu)化條件為三氯乙酰氯、丙烯腈和氯化亞銅復(fù)合催化劑物質(zhì)的量比為1∶0.8∶0.03，丙烯腈為滴加方式，反應(yīng)溫度115℃，反應(yīng)時(shí)間60h。

（2）堿析反應(yīng)的優(yōu)化條件為先在50℃的條件下反應(yīng)8h，再在140℃、0.3～0.4MPa的條件下反應(yīng)3h。

（3）此反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)在于加成環(huán)合反應(yīng)一步法，并且反應(yīng)中不需要溶劑，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用會(huì)大大節(jié)約溶劑的成本，并且加成環(huán)合一步法操作簡(jiǎn)單方便，工藝流程短，成本低。

[1]Yamaiwa S，Takabe A.Process ofthe preparation of3，5，6-trichloro -2-pyridinol as an intermediate for insecticides.JP6239520.Feb. 1987.

[2]程春生，汪燦明，王鳳宇，等.3，5，6-三氯-2-吡啶醇鈉的合成[J].農(nóng)藥，1998，37（10）：19.

[3]許丹倩，徐振元.3，5，6-三氯吡啶-2-酚的合成[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，24（1）：16-22.

[4]Pews R G.Process for the preparation of 3，5，6-trichloropyridin -2-ol.US4，996，323，Sep.1990.

[5]阿加思·皮尤.制備3，5，6-三氯吡啶-2-醇的改進(jìn)方法[P]. ZL90102727.8，1995-01-04.

[6]許丹倩.毒死蜱及其中間體的合成述評(píng)[J].浙江化工，1995，26（1）：4-6.

[7]楊偉.甲基毒死蜱的最新合成工藝[J].農(nóng)藥，1990，23（3）：51-52.

[8]謝思勉.三氯吡啶醇合成副產(chǎn)物四氯吡啶的轉(zhuǎn)化研究[J].湖北化工，1996（增刊）：60-61.

[9]金煉鐵.三氯吡啶酚的合成述評(píng)[J].湖北化工，1998（2）：1-3.

[10]孫致遠(yuǎn)，盧建華，趙風(fēng)革，等.毒死蜱的合成[J].農(nóng)藥，1998，37（4）：13-14.

[11]徐振元，許丹倩.毒死蟬的合成研究[J].農(nóng)藥，1998，37（1）：15-17.

[12]R.Garth Pews，James A.Gall.Use of Chloride Ion as a Catalyst for Dehydrochlorination Reactions：The Synthesis of3，5，6-Trichloropyridin-2-ol[J].J.Org.Chem，1994，59：6783.□

One-step for Synthesis of 3，5，6-Trichloropyridin-2-ol

WANG Hong-wei，ZHANG Lu，QIANG Jin-feng，F(xiàn)ANG Hong-xing，LIANG Xi-chen
（Anhui Costar Biochemistry Co.，Ltd.，Ma'anshan 243000，China）

The article describes that the CuCl2complex catalysts is used to synthesis sodium 3，5，6-trichloropyridin-2-olate as a raw material in trichloroacetyl chloride and acrylonitrile.The reaction solvent is not necessary and addition reaction and cyclization are into one step.Experiment examined the factors of yield such as temperature，reaction time and the catalyst. This method of synthesis process is simple，cost-effective and the yield of sodium 3，5，6-trichloropyridin-2-olate increased to 80%.

sodium 3，5，6-trichloropyridin-2-olate；trichloroacetyl chloride；acrylonitrile；one-pot

10.3969/j.issn.1008-553X.2016.01.015

TQ253；S482.3+3

A

1008-553X（2016）01-0056-04

2015-08-21

王紅偉(1976-)，男，畢業(yè)于淮陰電子工業(yè)學(xué)校，從事車間工藝管理及農(nóng)藥合成研究工作，18955508070，0555-6755818，njgcwhw@163.com；

梁錫臣（1986-），男，畢業(yè)于常州大學(xué)，碩士，從事化學(xué)工藝優(yōu)化及有機(jī)合成研究工作，18726000930，0555-6755990，lxc19861211@163.com。