低温法合成2，3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶的研究

蒋剑华，王述刚，王福军，薛 谊

（红太阳生物化学有限责任公司，江苏南京210047）

2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶是一种重要的农药中间体，由于其特殊的结构，在苯氧丙酸类农药的合成中有着广泛的应用，如用于合成高效氟吡甲禾灵、氟啶脲、吡虫隆等农药产品。近年来由于苯氧羧酸类农药在国内的广泛生产和使用，对2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶的需求量逐年增加。2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶的合成方法较多，目前普遍的主流工艺均采用2,3- 二氯-5- 三氯甲基吡啶为原料，通过氟化钾或者氟化氢在催化作用下合成得到目标产品，其合成温度通常控制在120℃～220℃，采用氟化氢时合成压力通常能达到2.0 MPa～6.5 MPa，由于原料以及产品的热敏性较高，通常目标产品收率为78%～92%[1-2]。

高效氟吡甲禾灵是陶氏化学开发的产品，其早在上世纪80年代就展开了对该产品的研究，报道了一种采用低温方法合成2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶工艺，以2,3- 二氯-5- 三氯甲基吡啶为原料，低温下加入氟化氢作为氟化剂，同时加入催化剂氧化汞，合成得到2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶，其主要的反应式如下：

其中氧化汞可以由氧化银代替，所报道的合成收率最高可达97%。通过过量氟化氢的作用，2,3- 二氯-5-三氯甲基吡啶中的三氯甲基中的氯被氟取代，再在金属氧化物作用下形成金属氯化物和水。本文通过对该合成工艺的研究，分别讨论了物料配比、反应温度、反应时间以及催化剂对反应合成的影响。

1 实验部分

1.1 实验药品及仪器

2,3- 二氯-5- 三氯甲基吡啶（自制，含量99%）；氟化氢（99.5%），山东旭晨化工科技有限公司；氧化银（99%），国药集团化学试剂有限公司；黄色氧化汞（99%），国药集团化学试剂有限公司。GC-14C 气相色谱仪，岛津公司；BRX500 核磁共振仪。

1.2 2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶的合成

在装有机械搅拌、带夹套温度计的四氟烧瓶中分别加入2,3- 二氯-5- 三氯甲基吡啶106.2 g（0.4 mol）、氟化氢180 g（9 mol），在预设好-20℃的冷冻液中降温，保持-20℃搅拌，将黄色氧化汞130 g（0.6 mol）加入到四氟烧瓶中，保持温度反应15 h，反应过程中随着氧化汞的参与反应，反应液的颜色逐渐变浅，最后形成了白色的氯化汞。反应结束后首先加入碳酸氢钠溶液到反应液中，将过量的氟化氢进行中和反应，然后过滤去除固体氯化汞，得到的液相进行分液处理，取有机相再分别用30 mL 去离子水洗涤三次，最后得到的有机物用无水硫酸镁进行干燥，得到产品2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶84.1 g，纯度达到99.1%，收率96.9%[3]。

反应过程通过监测2,3- 二氯-5- 三氯甲基吡啶的量确认，反应结束后的产品通过定量分析得到纯度。

2 结果与讨论

2.1 氧化汞和氧化银对2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶收率的影响

实验表明，采用黄色氧化汞和氧化银作为催化剂得到的2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶都取得了较高的收率，不同的是，采用氧化银进行反应，时间要长于氧化汞，同时收率略低于采用氧化汞作为催化剂的过程，结果见表1。

表1 氧化汞和氧化银对2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶收率的影响

2.2 反应温度对2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶收率的影响

通过对氧化汞催化反应温度对2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶收率的影响考查，发现当温度控制在-20℃时，反应有较高的转化率和选择性，温度升高对反应选择性不利，温度过低不能提高反应收率，结果见表2。

表2 反应温度对2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶收率的影响

2.3 反应时间对2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶收率的影响

以黄色氧化汞作为催化剂，考查了反应时间对2,3-二氯-5- 三氟甲基吡啶收率的影响，发现在-20℃下反应15 h 可以得到最佳收率，时间过短原料不能完全反应，时间过长不能使收率有所提高，结果见表3。

表3 反应时间对2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶收率的影响

2.4 反应过程中加入氟化氢的量对2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶收率的影响

通过在反应过程中分别加入不同的氟化氢量进行考查，发现氟化氢的量加入过少不利于反应的进行，氟化氢的量加入过多对反应没有影响，但是在后处理过程中会带来较多的含氟废渣和废水，结果见表4。

表4 氟化氢的量对2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶收率的影响

3 2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶的表征

采用核磁对产品2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶进行表征，所得到的产品与预期产品一致[4-5]。

1H NMR（500 MHz,CDCl3）：8.02（d，J=2.2Hz,1H）为2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶4 号位的C-H 伸缩振动峰，8.58（d，J=1.2Hz,1H）为2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶6号位的C-H 伸缩振动峰,两峰面积比为1∶1。

4 结论

通过对低温法2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶合成的探讨，得出了在-20℃条件下，采用黄色氧化汞作为催化剂，2,3- 二氯-5- 三氯甲基吡啶和氟化氢反应可以得到纯度99%以上的2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶，收率可达96.9%。该方法相对安全、环保，可适用于合成较高纯度的2,3- 二氯-5- 三氟甲基吡啶。