2-氯-5-甲基吡啶的非催化侧链氯化工艺研究

钟劲松，陈新春，蒋剑华，王福军，薛 谊

（南京红太阳生物化学有限责任公司，南京 210047）

2-氯-5-氯甲基吡啶（2-chloro-5-chloromethylpyridine，简称CCMP）是合成多种农药的关键中间体[1-3]。目前国内生产厂家主要采用环戊二烯-丙烯醛路线[4-5]和2-氯-5-甲基吡啶侧链甲基氯化路线生产2-氯-5-氯甲基吡啶[6-7]。环戊二烯-丙烯醛路线最大优势在于保证了2-氯-5-氯甲基吡啶质量，同时大幅降低了生产成本，不足之处在于三废太多，增大了环保压力。2-氯-5-甲基吡啶侧链甲基氯化路线，通常采用偶氮二异丁腈或紫外光进行催化氯化，所得产物包括2-氯-5-甲基吡啶、2-氯-5-氯甲基吡啶、2-氯-5-二氯甲基吡啶，再通过分离，得到2-氯-5-氯甲基吡啶。

本文以2-氯-5-甲基吡啶和氯气为原料，在溶剂中进行热氯化反应，反应产物为2-氯-5-甲基吡啶、2-氯-5-氯甲基吡啶、2-氯-5-二氯甲基吡啶等的混合物，再通过精馏处理得到2-氯-5-氯甲基吡啶产品。未反应的2-氯-5-甲基吡啶原料和溶剂经蒸馏回收，循环套用于下批次反应，其工艺过程如图1。该工艺不需要催化剂或紫外光照射，在一定程度上简化了工艺过程，适合工业化开发。

图1 2-氯-5-氯甲基吡啶生产工艺流程图

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

电动搅拌器、电子天平、GC-14C气相色谱仪、CTO-10AS液相色谱仪等。2-氯-5-甲基吡啶（化学纯，质量分数98.5%），南京红太阳生物化学有限责任公司；对氯三氟甲苯（化学纯），淮安永创化学有限公司。

1.2 合成路线

2-氯-5-氯甲基吡啶反应方程式见图2。

图2 2-氯-5-氯甲基吡啶反应方程式

1.3 2-氯-5-氯甲基吡啶的合成方法

在装有回流冷凝管、恒压滴液漏斗、温度计的四口烧瓶中加入400.0 g（3.10 mol）2-氯-5-甲基吡啶、211.0 g对氯三氟甲苯，搅拌升温至80℃，持续通入氯气并继续升温，控制反应温度在135～140℃。通过气相色谱控制反应，当2-氯-5-二氯甲基吡啶质量分数约为3%时，停止通入氯气，氯气通入量共110.1 g。于135～140℃保温1 h，降温至室温。反应料液重678.1 g。气相色谱定量，2-氯-5-甲基吡啶质量分数为31.1%，2-氯-5-氯甲基吡啶质量分数为32.3%，2-氯-5-二氯甲基吡啶质量分数为2.8%。以参与反应的2-氯-5-甲基吡啶计算，反应总收率97.7%（2-氯-5-氯甲基吡啶收率91.2%，2-氯-5-二氯甲基吡啶收率6.5%）。

反应料液转移至精馏塔进行减压精馏。在-98kPa条件下，收集沸点低于93℃的前馏分，共417.9 g。前馏分气相色谱定量分析，前馏分中对氯三氟甲苯为203.8 g，2-氯-5-甲基吡啶为209.6 g。93～103℃下收集得到主馏分182.6 g，即目标产物。主馏分定量分析，2-氯-5-氯甲基吡啶质量分数为98.7%。精馏残余物共52.2 g，定量分析，2-氯-5-氯甲基吡啶质量分数为42.8%，2-氯-5-二氯甲基吡啶质量分数为39.2%。残留物经适当处理，用于制备高效氟吡甲禾灵的中间体2,3-二氯-5-三氯甲基吡啶。精馏前馏分回用至氯化反应，连续套用5次，反应结果如表1。

表1 前馏分回收套用实验结果

2 结果与讨论

2.1 温度对反应的影响

在反应原料配比确定的情况下，考察了反应温度对反应收率的影响。反应温度升高，反应速度加快。当反应温度在135～140℃时，有利于反应快速进行，减少溶剂损失，同时也可以降低由于温度过高对2-氯-5-氯甲基吡啶反应收率的影响。如果继续升高反应温度，则溶剂回流速度加快，氯化氢气体带出的溶剂量将增加。

2.2 氯气通入速度对反应的影响

确定反应溶剂与2-氯-5-甲基吡啶配比、反应温度，考察氯气通入速度对反应的影响。氯气通入速度慢且不足，反应时间延长，反应选择性降低，这是由于2-氯-5-氯甲基吡啶不稳定导致。氯气通入速度过快，反应时间缩短，反应选择性略有降低，这是由于该反应为放热反应，通氯速度快导致局部温度过高，2-氯-5-氯甲基吡啶发生分解或聚合。同时，通氯速度快，产生氯化氢的速度加快，增加了溶剂损耗。氯气通入速度在0.4～0.5g/min时，反应选择性较好。

2.3 2-氯-5-氯甲基吡啶的表征

采用核磁共振仪对合成得到的2-氯-5-氯甲基吡啶进行分析，所制产品与预期产品结构一致。

1H NMR（500 MHz，CDCl3）δ：4.57（s，2H）、7.33（d，1H）、7.72（dd，1H）、8.40（d，1H）。

3 结论

该工艺以2-氯-5-甲基吡啶为原料，对氯三氟甲苯为溶剂，在135～140℃条件下，2-氯-5-甲基吡啶与氯气通过热氯化反应得到2-氯-5-氯甲基吡啶。减压精馏，收集2-氯-5-氯甲基吡啶馏分。5批次循环套用实验结果显示，2-氯-5-氯甲基吡啶平均收率为80.5%（以2-氯-5-甲基吡啶计），平均质量分数为98.5%。