2-氯-5-甲基吡啶的非催化側鏈氯化工藝研究

鐘勁松，陳新春，蔣劍華，王福軍，薛 誼

（南京紅太陽生物化學有限責任公司，南京 210047）

2-氯-5-氯甲基吡啶（2-chloro-5-chloromethylpyridine，簡稱CCMP）是合成多種農藥的關鍵中間體[1-3]。目前國內生產廠家主要采用環戊二烯-丙烯醛路線[4-5]和2-氯-5-甲基吡啶側鏈甲基氯化路線生產2-氯-5-氯甲基吡啶[6-7]。環戊二烯-丙烯醛路線最大優勢在于保證了2-氯-5-氯甲基吡啶質量，同時大幅降低了生產成本，不足之處在于三廢太多，增大了環保壓力。2-氯-5-甲基吡啶側鏈甲基氯化路線，通常采用偶氮二異丁腈或紫外光進行催化氯化，所得產物包括2-氯-5-甲基吡啶、2-氯-5-氯甲基吡啶、2-氯-5-二氯甲基吡啶，再通過分離，得到2-氯-5-氯甲基吡啶。

本文以2-氯-5-甲基吡啶和氯氣為原料，在溶劑中進行熱氯化反應，反應產物為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，再通過精餾處理得到2-氯-5-氯甲基吡啶產品。未反應的2-氯-5-甲基吡啶原料和溶劑經蒸餾回收，循環套用于下批次反應，其工藝過程如圖1。該工藝不需要催化劑或紫外光照射，在一定程度上簡化了工藝過程，適合工業化開發。

圖1 2-氯-5-氯甲基吡啶生產工藝流程圖

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

電動攪拌器、電子天平、GC-14C氣相色譜儀、CTO-10AS液相色譜儀等。2-氯-5-甲基吡啶（化學純，質量分數98.5%），南京紅太陽生物化學有限責任公司；對氯三氟甲苯（化學純），淮安永創化學有限公司。

1.2 合成路線

2-氯-5-氯甲基吡啶反應方程式見圖2。

圖2 2-氯-5-氯甲基吡啶反應方程式

1.3 2-氯-5-氯甲基吡啶的合成方法

在裝有回流冷凝管、恒壓滴液漏斗、溫度計的四口燒瓶中加入400.0 g（3.10 mol）2-氯-5-甲基吡啶、211.0 g對氯三氟甲苯，攪拌升溫至80℃，持續通入氯氣并繼續升溫，控制反應溫度在135～140℃。通過氣相色譜控制反應，當2-氯-5-二氯甲基吡啶質量分數約為3%時，停止通入氯氣，氯氣通入量共110.1 g。于135～140℃保溫1 h，降溫至室溫。反應料液重678.1 g。氣相色譜定量，2-氯-5-甲基吡啶質量分數為31.1%，2-氯-5-氯甲基吡啶質量分數為32.3%，2-氯-5-二氯甲基吡啶質量分數為2.8%。以參與反應的2-氯-5-甲基吡啶計算，反應總收率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%）。

反應料液轉移至精餾塔進行減壓精餾。在-98kPa條件下，收集沸點低于93℃的前餾分，共417.9 g。前餾分氣相色譜定量分析，前餾分中對氯三氟甲苯為203.8 g，2-氯-5-甲基吡啶為209.6 g。93～103℃下收集得到主餾分182.6 g，即目標產物。主餾分定量分析，2-氯-5-氯甲基吡啶質量分數為98.7%。精餾殘余物共52.2 g，定量分析，2-氯-5-氯甲基吡啶質量分數為42.8%，2-氯-5-二氯甲基吡啶質量分數為39.2%。殘留物經適當處理，用于制備高效氟吡甲禾靈的中間體2,3-二氯-5-三氯甲基吡啶。精餾前餾分回用至氯化反應，連續套用5次，反應結果如表1。

表1 前餾分回收套用實驗結果

2 結果與討論

2.1 溫度對反應的影響

在反應原料配比確定的情況下，考察了反應溫度對反應收率的影響。反應溫度升高，反應速度加快。當反應溫度在135～140℃時，有利于反應快速進行，減少溶劑損失，同時也可以降低由于溫度過高對2-氯-5-氯甲基吡啶反應收率的影響。如果繼續升高反應溫度，則溶劑回流速度加快，氯化氫氣體帶出的溶劑量將增加。

2.2 氯氣通入速度對反應的影響

確定反應溶劑與2-氯-5-甲基吡啶配比、反應溫度，考察氯氣通入速度對反應的影響。氯氣通入速度慢且不足，反應時間延長，反應選擇性降低，這是由于2-氯-5-氯甲基吡啶不穩定導致。氯氣通入速度過快，反應時間縮短，反應選擇性略有降低，這是由于該反應為放熱反應，通氯速度快導致局部溫度過高，2-氯-5-氯甲基吡啶發生分解或聚合。同時，通氯速度快，產生氯化氫的速度加快，增加了溶劑損耗。氯氣通入速度在0.4～0.5g/min時，反應選擇性較好。

2.3 2-氯-5-氯甲基吡啶的表征

采用核磁共振儀對合成得到的2-氯-5-氯甲基吡啶進行分析，所制產品與預期產品結構一致。

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

3 結論

該工藝以2-氯-5-甲基吡啶為原料，對氯三氟甲苯為溶劑，在135～140℃條件下，2-氯-5-甲基吡啶與氯氣通過熱氯化反應得到2-氯-5-氯甲基吡啶。減壓精餾，收集2-氯-5-氯甲基吡啶餾分。5批次循環套用實驗結果顯示，2-氯-5-氯甲基吡啶平均收率為80.5%（以2-氯-5-甲基吡啶計），平均質量分數為98.5%。