陳洪龍，岳瑞寬，王文魁，丁永山，羅超然

（南京紅太陽生物化學(xué)有限責(zé)任公司，江蘇南京 210047）

2-氯-3-吡啶甲醛是一種重要的有機(jī)中間體，有較大的市場需求。其合成方法報(bào)道較少，現(xiàn)有合成方法主要包括：以2-氯吡啶為原料，依次與苯基鋰和哌啶-1-甲醛反應(yīng)得到2-氯-3-吡啶甲醛[1]。由于用昂貴的有機(jī)鋰試劑，非常低的溫度，條件苛刻，產(chǎn)品收率低，沒有工業(yè)價(jià)值。以2-氯煙酸為原料，經(jīng)硼氫化鈉還原得到2-氯-3-吡啶甲醇，再經(jīng)二氧化錳氧化得到2-氯-3-吡啶甲醛[2]。該路線采用硼氫化鈉作為還原劑，成本較高，且反應(yīng)過程產(chǎn)生大量的固廢二氧化錳，不利于環(huán)保。以2-氯-3-氰基吡啶為原料，經(jīng)堿液水解得到2-氯煙酸，再經(jīng)酰氯化、催化加氫還原反應(yīng)得到2-氯-3-吡啶甲醛[3]。該路線需三步反應(yīng)，反應(yīng)路線長，酰氯化反應(yīng)使用高毒、腐蝕性的氯化亞砜，存在安全隱患和環(huán)境危害。

本文以吡蟲啉關(guān)鍵中間體2-氯-5-甲基吡啶的副產(chǎn)物2-氯-3-甲基吡啶為原料，經(jīng)氯氣氯化，再經(jīng)催化水解反應(yīng)合成2-氯-3-吡啶甲醛，反應(yīng)流程短，成本低，產(chǎn)品收率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。反應(yīng)方程式如下：

氯化反應(yīng)：

水解反應(yīng)：

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

四口燒瓶，天長千秋玻璃儀器廠；YK120型機(jī)械攪拌，上海冀控機(jī)電有限公司；PTHW型電加熱套，上海越眾儀器設(shè)備有限公司；1 L高壓釜，威海自控反應(yīng)釜有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鄭州卓成儀器科技有限公司；GC-14型氣相色譜儀，島津公司；ZK-82B型電熱真空干燥箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司。

液氯，99.6%，中鹽常州化工股份有限公司；2-氯-3-甲基吡啶，99%，南京紅太陽生化有限責(zé)任公司；碳酸鈣，99%，國藥試劑有限公司；氫氧化鈉，99%，國藥試劑有限公司；碳酸鈉，98%，國藥試劑有限公司；二氯乙烷，99%，南京試劑有限公司。

1.2 合成方法

1.2.1 氯化反應(yīng)

在裝有機(jī)械攪拌、冷凝管、溫度計(jì)和導(dǎo)氣管的四口燒瓶中加入100 g 2-氯-3-甲基吡啶，攪拌，緩慢升溫至137℃，通入氯氣（150 mL/min），保持反應(yīng)溫度137℃～142℃，氣相色譜中控，至中間體2-氯-3-氯甲基吡啶＜0.2%時(shí)，停止通氯，降溫，得氯化反應(yīng)液154 g，定量分析得2-氯-3-二氯甲基吡啶收率為98.0%。

1.2.2 水解反應(yīng)

將154 g氯化反應(yīng)液、616 g水、85.4 g碳酸鈣加入高壓釜，密封之，氮?dú)庵脫Q，攪拌，緩慢升溫至115℃，保溫反應(yīng)約8 h至壓力不再上升，反應(yīng)結(jié)束。從安全考慮，反應(yīng)壓力不超過1 MPa（反應(yīng)過程副產(chǎn)二氧化碳?xì)怏w，通過高壓釜排氣閥控制壓力）。反應(yīng)液降至室溫后，用3×100 mL二氯乙烷分三次萃取，合并有機(jī)相，脫溶，真空干燥后得米白色固體2-氯-3-吡啶甲醛106.3 g，含量99.3%（氣相色譜定量），收率96%（以2-氯-3-甲基吡啶計(jì)）。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度對氯化反應(yīng)的影響

在相同投料量，通氯氣速度150 mL/min，控制反應(yīng)終點(diǎn)相同（中間產(chǎn)物2-氯-3-氯甲基吡啶＜0.2%）的條件下，考查了反應(yīng)溫度對目的產(chǎn)物2-氯-3-二氯甲基吡啶收率的影響，結(jié)果見表1。

表1 氯化溫度對2-氯-3-二氯甲基吡啶收率的影響

在考查的溫度范圍內(nèi)，原料轉(zhuǎn)化率均可達(dá)100%，但目的產(chǎn)物收率受溫度影響較大。當(dāng)反應(yīng)溫度在120℃～136℃區(qū)間內(nèi)，雖然氯化反應(yīng)結(jié)焦及物料分解量最少，但由于吡啶環(huán)側(cè)鏈甲基氯化反應(yīng)過程中生成的副產(chǎn)物氯化氫與具有弱堿性的原料2-氯-3-甲基吡啶形成鹽酸鹽，改變了原料的化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致原料的吡啶環(huán)上發(fā)生親電的氯取代副反應(yīng)，目的產(chǎn)物收率不高；當(dāng)反應(yīng)溫度升至137℃～142℃時(shí)，由于原料堿性不夠強(qiáng)，與氯化氫形成的鹽酸鹽在此溫度下分解，重新形成2-氯-3-甲基吡啶單體，與氯氣發(fā)生側(cè)鏈甲基的自由基氯化反應(yīng)，避免了吡啶環(huán)上親電副反應(yīng)發(fā)生，目的產(chǎn)物收率顯著提高至98%；而繼續(xù)升溫至143℃～150℃，雖然避免了吡啶環(huán)親電副反應(yīng)的發(fā)生，但由于反應(yīng)溫度過高，結(jié)焦及物料分解量增加，導(dǎo)致目的產(chǎn)物收率下降。因此，最佳的氯化反應(yīng)溫度區(qū)間為137℃～142℃。

2.2 水解溫度對反應(yīng)的影響

在水與氯化液質(zhì)量比為4∶1，催化劑碳酸鈣與2-氯-3-二氯甲基吡啶摩爾比為1.1∶1條件下，考查了反應(yīng)溫度對2-氯-3-二氯甲基吡啶水解反應(yīng)的影響，結(jié)果見表2。

表2 水解溫度對2-氯-3-吡啶甲醛收率的影響

從表2看，隨著水解溫度的升高，2-氯-3-吡啶甲醛的收率增加，115℃時(shí)，收率最高，達(dá)到98%，原料轉(zhuǎn)化率接近100%。105℃或更低時(shí)，反應(yīng)不完全。水解溫度過高，原料完全轉(zhuǎn)化，但產(chǎn)物收率下降，且產(chǎn)品顏色加深，可能是較高溫度下產(chǎn)物不穩(wěn)定，發(fā)生一定程度的自聚導(dǎo)致。

2.3 催化劑類型對反應(yīng)的影響

在反應(yīng)溫度為115℃，水與氯化液質(zhì)量比為4∶1，催化劑與2-氯-3-二氯甲基吡啶摩爾比為1.1∶1（催化劑為氫氧化鈉時(shí)摩爾比為2.2∶1）條件下，考查了催化劑類型對2-氯-3-二氯甲基吡啶水解反應(yīng)的影響，反應(yīng)結(jié)果見表3。

表3 催化劑類型對2-氯-3-吡啶甲醛收率的影響

從表3中看出，不添加催化劑，原料轉(zhuǎn)化率小于1%，且無目的產(chǎn)物生成。以氫氧化鈉、碳酸鈉為催化劑，原料均可完全轉(zhuǎn)化。堿可顯著促進(jìn)原料的水解，但催化劑的堿性過強(qiáng)，可能導(dǎo)致產(chǎn)物醛發(fā)生岐化反應(yīng)，造成收率下降。以堿性稍弱的碳酸鈣為催化劑，原料幾乎完全轉(zhuǎn)化。

2.4 催化劑碳酸鈣用量對反應(yīng)的影響

在反應(yīng)溫度為115℃，水與氯化液質(zhì)量比為4∶1條件下，考查了碳酸鈣用量對2-氯-3-二氯甲基吡啶水解反應(yīng)的影響，結(jié)果見表4。

表4 碳酸鈣用量對2-氯-3-吡啶甲醛收率的影響

從表4看出，隨著碳酸鈣用量的增加，原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物收率隨之增高，當(dāng)碳酸鈣與2-氯-3-二氯甲基吡啶摩爾比為1.5∶1時(shí)，原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物收率與1.1∶1差不多。為減少原材料消耗及廢物產(chǎn)生，碳酸鈣與2-氯-3-二氯甲基吡啶摩爾比為1.1∶1為最佳選擇。

2.5 水用量對反應(yīng)的影響

在反應(yīng)溫度為115℃，催化劑碳酸鈣與2-氯-3-二氯甲基吡啶摩爾比為1.1∶1條件下，考查了水用量對2-氯-3-二氯甲基吡啶水解反應(yīng)的影響，結(jié)果見表5。

表5 碳酸鈣用量對2-氯-3-吡啶甲醛收率的影響

從表5看出，隨著水用量的增加，原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物收率隨之增高，當(dāng)水與氯化液質(zhì)量比為5∶1時(shí)，原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物收率與4∶1差不多。為減少廢物產(chǎn)生和提升反應(yīng)產(chǎn)能，水與氯化液質(zhì)量比4∶1為最佳選擇。

3 結(jié)論

以2-氯-3-甲基吡啶為原料，經(jīng)氯化、催化水解得到2-氯-3-吡啶甲醛。最佳反應(yīng)條件為：氯化反應(yīng)溫度137℃～142℃，水解反應(yīng)溫度115℃，水與氯化液質(zhì)量比4∶1，催化劑碳酸鈣與2-氯-3-二氯甲基吡啶摩爾比為1.1∶1。該條件下，產(chǎn)品2-氯-3-吡啶甲醛收率可達(dá)96%（以2-氯-3-甲基吡啶計(jì)），純度99.3%。