阅读说明：本技术 一种氯代三氟甲基吡啶的制备方法 (Preparation method of chloro-trifluoromethyl pyridine ) 是由 严波 于万金 林胜达 刘敏洋 刘武灿 张建君 于 2018-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氯代三氟甲基吡啶的制备方法,通过3-三氟甲基吡啶与氯化试剂反应得到。本发明提供的制备方法具有产物选择性和收率高、工艺条件温和等优点。(The invention discloses a preparation method of chloro-trifluoromethyl pyridine, which is obtained by reacting 3-trifluoromethyl pyridine with a chlorination reagent. The preparation method provided by the invention has the advantages of high product selectivity and yield, mild process conditions and the like.)

一种氯代三氟甲基吡啶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种氯代三氟甲基吡啶的制备方法。

背景技术

氯代三氟甲基吡啶类化合物是一类非常重要的含氟吡啶中间体，包括3-氯-5-三氟甲基吡啶、4-氯-3-三氟甲基吡啶、3,4-二氯-5-三氟甲基吡啶等，在农药、医药、香料、染料等精细化学品的合成上有广泛的应用。其中：3-氯-5-三氟甲基吡啶可用于合成2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶、3-羟甲基-5-三氟甲基吡啶、5-三氟甲基烟酸和5-三氟甲基-3-氨基吡啶等重要农药、医药中间体；4-氯-3-三氟甲基吡啶可用于合成4-氯-3-三氟甲基吡啶盐酸、2-氯-5-三氟甲基-4-碘吡啶、2-氯-5-三氟甲基吡啶-4-甲酸等重要农药、医药中间体；3,4-二氯-5-三氟甲基吡啶经选择性催化加氢脱氯可制备3-氯-5-三氟甲基吡啶和4-氯-3-三氟甲基吡啶。

对于3-氯-5-三氟甲基吡啶的制备，公开了以下现有技术：

(1)PCT专利申请报道了以2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶作为原料、锌粉为还原剂、乙酸水溶液为溶剂、在90℃温度下制备3-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，经反应1小时后，得到3-氯-5-三氟甲基吡啶，收率仅7％；

(2)文献Molecules,2013,18,398-407报道了以2-氟-3-氯-5-三氟甲基吡啶为原料制备2-氟-5-三氟甲基吡啶和3-氯-5-三氟甲基吡啶的方法，以金属铟为还原剂，离子液体为溶剂。此方法2-氟-5-三氟甲基吡啶和3-氯-5-三氟甲基吡啶的收率仅为60％和30％，且原料价格昂贵且不易得，离子液体为溶剂使得生产成本大幅上升。

对于4-氯-3-三氟甲基吡啶的制备，公开了以下现有技术：

文献European Journal of Organic Chemistry,2004,18,3793-3798报道了以3-氯代吡啶为原料，经过碘代反应得到3-氯-4-碘吡啶，再经过三氟甲基化得到4-氯-3-三氟甲基吡啶，总收率仅有23％。

由于现有技术中3-氯-5-三氟甲基吡啶和4-氯-3-三氟甲基吡啶合成中存在原料成本高且不易得、产品选择性和收率低三废量大、能耗高等缺点，急需开发低成本、绿色的新型合成工艺，以使其满足工业化生产要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氯代三氟甲基吡啶的制备方法，具有产物选择性和收率高、工艺条件温和、原料廉价易得、操作简单、后处理容易和三废量少等特点。

本发明提供如下技术方案：

一种制备结构式(II)所示的氯代三氟甲基吡啶的方法，所述方法包括：

结构式(I)所示的3-三氟甲基吡啶与氯化试剂反应得到结构式(II)所示的氯代三氟甲基吡啶，

其中：

α、α′、β和γ为吡啶环上碳原子的位置，

Cl位于吡啶环的β位置或γ位置上，

x＝1或2。

本发明提供的制备方法，反应方程式如下：

本发明提供的制备方法，原料为结构式(I)所示的3-三氟甲基吡啶，其吡啶环上α、α′、β和γ均为H，当与氯化试剂反应时，其吡啶环上β位置或γ位置的H可以被Cl取代。当结构式(I)所示的3-三氟甲基吡啶中β位置上的H被Cl取代时，产物为3,5-CTF。当结构式(I)所示的3-三氟甲基吡啶中γ位置上的H被Cl取代时，产物为4,3-CTF。当结构式(I)所示的3-三氟甲基吡啶中β位置和γ位置上的H同时被Cl取代时，产物为3,4,5-CTF。

本发明提供的制备方法，优选在催化剂存在下进行。所述催化剂，优选的是所述催化剂选自金属氯化物、金属氯氧化物、金属溴化物、金属溴氧化物、金属醋酸催化剂、沸石分子筛和杂多酸中的至少一种。

所述金属氯化物，优选的是，选自WCl₆、MoCl₅、FeCl₃、AlCl₃、CuCl₂、ZnCl₂、SnCl₄和SbCl₅中的至少一种。进一步优选的是，所述金属氯化物选自WCl₆和/或ZnCl₂。

所述金属氯氧化物，优选的是，选自MoCl₃O、WCl₄O、FeClO和BiOCl中的至少一种。进一步优选的是，所述金属氯氧化物选自WBr₄O和/或MoBr₃O。

所述金属溴化物，优选的是，选自WBr₆、MoBr₅、FeBr₃、AlBr₃、CuBr₂、ZnBr₂、SnBr₄和SbBr₅中的至少一种。进一步优选的是，所述金属溴化物选自WBr₆和/或ZnBr₂。

所述金属溴氧化物，优选的是，选自MoBr₃O、WBr₄O和BiOBr中的至少一种。进一步优选的是，所述金属溴氧化物选自MoBr₃O和/或WBr₄O。

所述金属醋酸催化剂，优选的是，选自Sb(CH₃COO)₃、Zn(CH₃COO)₂、Cu(CH₃COO)₂、Co(CH₃COO)₂、Pb(CH₃COO)₂和Mg(CH₃COO)₂中的至少一种。进一步优选的是，所述金属醋酸催化剂选自Sb(CH₃COO)₃和/或Zn(CH₃COO)₂。

所述沸石分子筛，优选的是，选自ZSM-5型沸石分子筛、Beta型沸石分子筛、X型沸石分子筛和Y型沸石分子筛中的至少一种。进一步优选的是，所述沸石分子筛选自ZSM-5型沸石分子筛和/或X型沸石分子筛。

所述杂多酸，优选的是，选自磷钨酸、硅钨酸、磷钼酸和硅钼酸中的至少一种。进一步优选的是，所述杂多酸选自磷钨酸。

对于催化剂的用量，满足使反应顺利进行即可。优选的是，所述催化剂的用量为3-三氟甲基吡啶的0.01mol％～50mol％。进一步优选的是，所述催化剂的用量为3-三氟甲基吡啶的1mol％～10mol％。

本发明提供的制备方法，使用的氯化试剂可以是本领域常用的氯化试剂。

优选的是，所述氯化试剂选自酰基氯、磺酰氯、季铵盐、光气、双光气、三光气、草酰氯、三氯化磷、磷酰氯、五氯化磷、亚硫酰氯、硫酰氯和氯气中的至少一种。

所述酰基氯，优选为选自乙酰氯、三氯乙酰氯和苯甲酰氯中的至少一种。

所述磺酰氯，优选为选自甲磺酰氯和苯磺酰氯中的至少一种。

所述季铵盐，优选为选自氯化四乙铵和氯化四丁基铵中的至少一种。

对于氯化试剂的用量，满足使反应顺利进行即可。

优选的是，所述氯化试剂与3-三氟甲基吡啶的摩尔比为1/0.5～1/10。

进一步优选的是，所述氯化试剂与3-三氟甲基吡啶的摩尔比为1/1.0～1/2.0。

本发明提供的制备方法，反应温度满足使反应顺利进行即可。若温度过低，如低于50℃，则反应速度较慢，3-三氟甲基吡啶转化率较低，若温度过高，例如高于200℃，焦油等副产物的生成量会增加。因此，优选的反应温度为50～200℃。进一步优选的是，所述反应温度为80～150℃。

本发明提供的制备方法，反应压力满足使反应顺利进行即可。反应压力可以是常压或者加压。

优选的是，所述反应压力为0.1～5.0MPa。

进一步优选的是，所述反应压力为0.1～2.0MPa。

本发明提供的制备方法，可以采用气固相反应，也可以采用液固相反应。

本发明提供的制备方法，所述反应优选在特殊材质的反应器中进行。所述特殊材质，优选为玻璃、316L、蒙耐尔合金、英康合金或哈氏合金。进一步优选的是，所述特殊材质选自英康合金或者哈氏合金。

本发明提供的制备方法，制备得到的产物粗品中含有HCl和未反应的Cl₂，可以通过加入碱液的方式将其中和。合适的碱液包括无机碱和有机碱。所述无机碱，可以是选自NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃、KOH、K₂CO₃、KHCO₃和氨水中的至少一种。所述有机碱，可以是选自二甲胺、二乙胺、三乙胺、二丙胺和三丙胺中的至少一种。

经碱液中和后的产物，可以通过萃取、蒸馏、精馏等方式分离提纯，分别得到3,5-CTF、4,3-CTF和3,4,5-CTF。

本发明所述反应物和各产物名称及缩写符号如下：

3-TF：3-三氟甲基吡啶(3-trifluoromethylpyridine)

3,5-CTF：3-氯-5-三氟甲基吡啶(3-chloro-5-trifluoromethylpyridine)

4,3-CTF：4-氯-5-三氟甲基吡啶(4-chloro-3-trifluoromethylpyridine)

3,4,5-DCTF：3,4-二氯-5-三氟甲基吡啶(3,4-dichloro-5-trifluoromethylpyridine)

本发明制备的产物通过GC-MS进行定性分析，用气相色谱内标法进行定量分析。本发明所述3-三氟甲基吡啶的转化率和产物的选择性和收率计算方法如下：

3-TF转化率：X_3-TF＝反应中消耗的3-TF摩尔数/加入到反应器中的3-TF摩尔数×100％；

目标产物i选择性：S_i＝产物i的摩尔数/反应中消耗的3-TF摩尔数×100％；

目标产物i收率：Y_i＝X_3-TF×S_i＝产物i的摩尔数/加入到反应器中的3-TF摩尔数×100％；

其中i代表3,5-CTF、4,3-CTF和3,4,5-CTF三种目标产物。

本发明提供的制备方法，相比现有技术具有以下优点：

产物选择性和收率高、工艺条件温和、原料廉价易得、操作简单、后处理容易和三废量少。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

以下实施例中3-三氟甲基吡啶的转化率均接近100％，所以在本发明中产物i的收率即为产物i的选择性。

实施例1

将3-三氟甲基吡啶(73.6g，0.5mol)和WCl₆(9.9g，0.025mol)加入到250mL三口烧瓶中，向烧瓶内通入氮气，搅拌加热至120℃，待温度稳定以后将氮气切换为氯气(100mL/min)，并在120℃和通氯气鼓泡下反应15小时，停止加热，并将氯气重新切换为氮气，结束反应。然后将温度升高至200℃，蒸出全部产品。向蒸出的产品中加入10wt％的NaOH溶液中和，萃取、分液得到油状产品。所得到的油状产品用无水硫酸钠干燥之后称量质量为96.0g，用GC-MS进行定性分析，用气相色谱内标法进行定量分析。反应结果见表1。

实施例2

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成FeCl₃(4.1g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至30小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为95.4g。反应结果见表1。

实施例3

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成CuCl₂(3.4g，0.025mol)，反应时间由15小时缩短至9小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为99.6g。反应结果见表1。

实施例4

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成AlCl₃(3.3g，0.025mol)，反应时间由15小时缩短至5小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为96.1g。反应结果见表1。

实施例5

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成ZnCl₂(3.4g，0.025mol)，反应时间由15小时缩短至11小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为96.5g。反应结果见表1。

实施例6

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成SnCl₄(6.5g，0.025mol)，反应时间由15小时缩短至8小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为99.9g。反应结果见表1。

实施例7

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成SbCl₅(8.5g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至25小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为101.4g。反应结果见表1。

实施例8

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成WCl₄O(7.5g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至25小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为95.1g。反应结果见表1。

实施例9

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成MoCl₃O(5.5g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至20小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为97.3g。反应结果见表1。

实施例10

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成FeClO(2.9g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至32小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为105.0g。反应结果见表1。

实施例11

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成BiClO(6.5g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至40小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为104.8g。反应结果见表1。

实施例12

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成WBr₆(16.7g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至20小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为93.1g。反应结果见表1。

实施例13

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成MoBr₅(10.4g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至25小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为94.8g。反应结果见表1。

实施例14

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成WBr₄O(13.0g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至22小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为95.3g。反应结果见表1。

实施例15

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成MoBr₃O(13.0g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至37小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为96.5g。反应结果见表1。

实施例16

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成Sb(CH₃COO)₃(7.5g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至50小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为98.3g。反应结果见表1。

实施例17

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成Zn(CH₃COO)₂(4.6g，0.025mol)，反应时间由15小时增加至40小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为97.7g。反应结果见表1。

实施例18

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成SiO₂/Al₂O₃比为46的ZSM-5沸石分子筛(14.5g，0.025mol(以Al原子计))，反应时间由15小时增加至23小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为95.9g。反应结果见表1。

实施例19

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成SiO₂/Al₂O₃比为50的Beta(15.0g，0.025mol(以Al原子计))，反应时间由15小时增加至35小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为99.2g。反应结果见表1。

实施例20

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成SiO₂/Al₂O₃比为50的Y沸石分子筛(15.0g，0.025mol(以Al原子计))，反应时间由15小时增加至20小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为106.3g。反应结果见表1。

实施例21

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成SiO₂/Al₂O₃比为2的X沸石分子筛(12g，0.025mol(以Al原子计))，反应时间由15小时增加至20小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为109.0g。反应结果见表1

实施例22

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成磷钨酸(6.0g，0.025mol(以W原子计))，反应时间由15小时缩短至9小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为97.5g。反应结果见表1。

实施例23

将实施例1中WCl₆(9.9g，0.025mol)换成硅钨酸(6.0g，0.025mol(以W原子计))，反应时间由15小时缩短至10小时，其余反应条件和产品处理方法与实施例1相同。最终所得干燥后油状产品质量为98.1g。反应结果见表1。

表1

注：实施例1～23中，3-三氟甲基吡啶的转化率均接近100％。

本发明提供的制备方法，3-三氟甲基吡啶的转化率达到100％，能够同时制备3,5-CTF、4,3-CTF和3,4,5-DCTF，其中：目标产物3,5-CTF和4,3-CTF的收率可以分别达到60％和50％以上，远高于现有文献和专利报道的20％收率，3,5-CTF、4,3-CTF和3,4,5-DCTF的总收率可以达到90％以上。