馮廣軍，孫迎東，吳必俊，羅成燕

(江蘇揚農(nóng)化工股份有限公司，江蘇揚州 225009)

2-氨基-3-氯-5-三氟甲基吡啶是農(nóng)藥殺菌劑氟啶胺的關(guān)鍵中間體。氟啶胺是一種新型保護性殺菌劑[1]，對交鏈孢屬、葡萄孢屬、疫霉屬、單軸霉屬、核盤菌屬和黑墾菌屬菌有特效。該劑一般由 2.6-二硝基-4-三氟甲基-5-氯苯胺與關(guān)鍵中間體 2-氨基-3-氯-5-三氟甲基吡啶縮合制備[2]。

美國專利US4349681直接以2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶和氨水進行反應(yīng)合成 2-氨基-3-氯-5-三氟甲基吡啶，收率僅50%左右。改用銅作催化劑，可提高產(chǎn)物收率，但存在著銅氨廢水難以處理的問題。中國專利 CN200610044598以 2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶為原料，純?nèi)軇l件下通入液氨，在125～135 ℃和2.0～3.0 MPa反應(yīng)15 h，得到產(chǎn)品。該方法的產(chǎn)品質(zhì)量較好，同時收率提高到90%，但反應(yīng)條件比較苛刻，要求純?nèi)軇l件和大量液氨存在下進行，過量氨氣的再利用可能性不大，環(huán)保壓力較大。同時較多液氨的存在，在高溫高壓條件下對設(shè)備的腐蝕也比較嚴重，需選擇特殊材質(zhì)的設(shè)備，工業(yè)化安全要求較高[3-6]。

本文通過研究氨化反應(yīng)機理，對比國內(nèi)外專利技術(shù)，創(chuàng)造性地通過在氨水中加入能在氨水相和吡啶油相間起到傳遞作用的水溶性助劑，可在較溫和的反應(yīng)條件下，高產(chǎn)率得到所需要的氨化產(chǎn)品，產(chǎn)品純度99%以上。

1 試驗部分

1.1 原料和儀器

2.3-二氯-5-三氟甲基吡啶，江蘇揚農(nóng)化工集團有限公司，含量 99.5%；其他原料均為商業(yè)可得的國產(chǎn)工業(yè)級產(chǎn)品，未經(jīng)過處理可直接使用。

HP6890/5973MSD型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國HP公司，EI離子源；島津GC-2014C氣相色譜儀，日本島津公司，毛細管柱；AdvanceDMX400 型核磁共振儀。

1.2 試驗步驟

在1 L高壓釜內(nèi)，加入氨水330.0 g (25%，4.85 mol)、2.3-二氯-5-三氟甲基吡啶(DTMP) 210.0 g (0.97 mol)、甲醇100 g，四丁基溴化銨(PTC) 0.5 g，密閉攪拌加熱至100 ℃反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束，降溫泄壓，采用水吸收過量氨氣及助溶劑甲醇，直至反應(yīng)釜常壓，續(xù)降溫至 0 ℃過濾，得到類白色晶狀固體 187.3 g(0.953 mol)，收率98.3% (GC含量99.5%)。1H NMR(CDCl3，300 MHz)：δ7.32 (s，2H)，δ7.59(s，1H)，δ8.61(s，1H)；13C NMR(CDCl3，300 MHz)：116.3，119.4，123.6，138.0，147.5，158.5；GC-MS，m/z(%)：196.0 (M+，100%)。

反應(yīng)方程式如下：

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑的影響

不同催化劑對反應(yīng)的影響不同，采用合適的催化劑，可以顯著提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，但金屬催化劑的存在，會殘留在產(chǎn)品或廢水中，造成產(chǎn)品外觀和廢水的難以處理，需加以替代。試驗參考文獻資料考察了不同催化劑組合對氨化反應(yīng)的影響，結(jié)果見表1。

表1 催化劑對氨化的影響

對比表1中結(jié)果可知，無催化劑參與反應(yīng)，氨化反應(yīng)收率較低，采用金屬催化劑可以提高收率，但沒有相轉(zhuǎn)移催化劑效果好，試驗選擇四丁基溴化銨作為本反應(yīng)的催化劑。

2.2 助溶劑的影響

加入相轉(zhuǎn)移催化劑后，可顯著提高反應(yīng)收率，但仍有部分原料轉(zhuǎn)化不完全。試驗繼續(xù)考察了在添加的相轉(zhuǎn)移催化劑不變的情況下，添加不同助溶劑對反應(yīng)的影響，結(jié)果見表2。

由表2可知，在相轉(zhuǎn)移催化劑存在的情況下，添加不同助溶劑時反應(yīng)都收率達到98%以上?？紤]到異丙醇及叔丁醇的價格較高及回收難度較大，選擇甲醇作為助溶劑。

2.3 反應(yīng)溫度的影響

反應(yīng)溫度直接影響氨化反應(yīng)的速率和副反應(yīng)產(chǎn)物的多少。反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速率慢，但副反應(yīng)少；反應(yīng)溫度高，反應(yīng)速率快，但相應(yīng)的副反應(yīng)也多?？疾炝朔磻?yīng)溫度對反應(yīng)的影響(表3)。

由表3可知，隨著反應(yīng)溫度升高，產(chǎn)品收率增加，當反應(yīng)溫度100 ℃時，收率達到最大值，隨后溫度升高收率明顯下降，故選擇 100℃的氨化溫度較為適宜。

表2 助溶劑對氨化的影響

表3 反應(yīng)溫度的影響

2.4 氨水量的影響

氨水量偏少反應(yīng)不完全，氨水量偏多反應(yīng)壓力高，設(shè)備要求相對較高，生產(chǎn)安全控制能力下降，因此需選擇適宜的氨水量(表4)。同時還要對過量的氨水進行回收再利用，否則影響廢水的排放。

表4 氨水量的影響

表3表明氨水量達到330 g (5 mol)時，反應(yīng)收率最高，繼續(xù)加大氨水量，收率變化不大，故本反應(yīng)選擇330g的氨水量。由于氨水過量，試驗在反應(yīng)結(jié)束后，進行升溫排氨，然后采用三級水吸收回收多余的氨氣，并回用于合成工藝中，大大降低了氨水消耗，同時減少了廢水的排放(表5)。

表5 回收氨水套用的影響

結(jié)果表明，回收氨水可直接套用到合成過程，折算氨的回收率在98%以上。

3 結(jié) 論

本工藝改進遵循“清潔生產(chǎn)、綠色工藝”的理念，選擇了方便易得的 2.3-二氯-5-三氟甲基吡啶為原料與氨水進行氨化加成反應(yīng)，通過加入能在氨水相和吡啶油相間起到傳遞作用的水溶性助劑和催化劑，在較溫和的反應(yīng)條件下，高產(chǎn)率得到所需要的中間體2-氨基-3-氯-5-三氟甲基吡啶，產(chǎn)品純度達到99.5%，收率在 98%以上，原料氨的回收利用率在98%以上，減少了氨氮廢水的排放。工藝簡單易操作，利于工業(yè)化生產(chǎn)。