2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶選擇性加氫制備2-氯-3-三氟甲基吡啶

陳洪龍，岳瑞寬，王文魁，羅超然，丁永山

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

2-氯-3-三氟甲基吡啶是重要的醫(yī)藥和農(nóng)藥中間體，是含氟磺酰脲類除草劑啶嘧磺隆的關(guān)鍵中間體[1-3]，生產(chǎn)方法是2-氯-3-甲基吡啶經(jīng)氯氣熱氯化、氟化氫氟化反應(yīng)后得到。2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶是合成高效蓋草能、精穩(wěn)殺得、氟啶胺、氟啶脲等農(nóng)藥的重要中間體[4-5]，市場(chǎng)需求量大，其生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶，目前無市場(chǎng)應(yīng)用。本文以副產(chǎn)品2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶為原料，通過調(diào)變催化劑和優(yōu)化反應(yīng)條件，經(jīng)高選擇性加氫反應(yīng)，制備得到2-氯-3-三氟甲基吡啶。本工藝流程短，產(chǎn)物收率高，為副產(chǎn)品2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶的衍生利用提供了一種新方法。反應(yīng)方程式如下：

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

1L 高壓釜，GC-14 型氣相色譜儀，ZK-82B 型電熱真空干燥箱。

氯化鈀(59% Pd)，煤質(zhì)/椰殼/木質(zhì)活性炭（0.074～0.104mm），氫氣(99.9%)，2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶(98.5%)，吡啶(99%)，三乙胺(99%)，甲醇(99%)，硝酸(69%)，甲醛(50%)。

1.2 催化劑制備

活性炭預(yù)處理：將200g 活性炭粉末加入400mL硝酸（10 wt%）溶液中，常溫下攪拌3h，過濾，濾餅用去離子水洗滌至中性，在干燥箱中110℃干燥4h，備用。

不同活性炭載體的Pd/C催化劑的制備：將0.42g氯化鈀加入2mL 濃鹽酸和50mL 去離子水的混合溶液中，攪拌至全溶，加入預(yù)處理的煤質(zhì)/椰殼/木質(zhì)活性炭5g，充分?jǐn)嚢?。滴加預(yù)先配置的碳酸鈉溶液（10 wt%），調(diào)節(jié)溶液pH 為4～5，升溫至50℃，攪拌4h。加入40%甲醛10g 進(jìn)行還原。還原過程中滴加適量的碳酸鈉，維持溶液pH 為11～12。還原結(jié)束，過濾，濾餅用去離子水洗滌，在真空干燥箱中110℃干燥6h，即得5% Pd/C 催化劑。

不同Pd 負(fù)載量的Pd/C 催化劑的制備：將一定量的氯化鈀加入2mL 濃鹽酸和50mL 去離子水中，攪拌至全溶，加入預(yù)處理的椰殼活性炭5g，充分?jǐn)嚢?。滴加預(yù)先配置的碳酸鈉溶液（10 wt%），調(diào)節(jié)溶液pH 為4～5，升溫至50℃，攪拌4h。加入40%甲醛10g 進(jìn)行還原，還原過程中滴加適量的碳酸鈉，維持溶液pH 為11～12。還原結(jié)束，過濾，濾餅用去離子水洗滌，在真空干燥箱中110℃下干燥6h。加入的氯化鈀質(zhì)量分別為0g、0.25g、0.42g、0.67g，對(duì)應(yīng)制備的催化劑分別為0% Pd/C、3% Pd/C、5% Pd/C、8%Pd/C。

1.3 加氫反應(yīng)

在1L 反應(yīng)釜中，投入甲醇400g，2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶100g，三乙胺55.3g，5% Pd/C 催化劑（椰殼活性炭）1g，密封高壓釜，開啟攪拌。氮?dú)庵脫Q，釜體的反應(yīng)溫度由反應(yīng)釜夾套的換熱介質(zhì)控制，反應(yīng)溫度為25℃，充氫氣，開始反應(yīng)。反應(yīng)過程中持續(xù)補(bǔ)充氫氣，氫氣壓力控制為1MPa，當(dāng)體系壓力基本不再下降，反應(yīng)結(jié)束（約8h）。降溫，取樣，用氣相色譜定量分析，2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶的轉(zhuǎn)化率為94.8%，2-氯-3-三氟甲基吡啶的選擇性為96.5%。

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑載體對(duì)反應(yīng)的影響

在1.3 的投料和加氫反應(yīng)條件下，以5% Pd/C為催化劑，考察了椰殼、木質(zhì)和煤質(zhì)3 種活性炭載體對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見表1。從表中數(shù)據(jù)可以看出，以不同的活性炭作為Pd/C 催化劑的載體，原料2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶的轉(zhuǎn)化率均在94%左右，影響不顯著，但對(duì)產(chǎn)物2-氯-3-三氟甲基吡啶的選擇性影響較大。以椰殼活性炭作為催化劑載體，目的產(chǎn)物的選擇性可達(dá)96.5%，顯著高于木質(zhì)活性炭和煤質(zhì)活性炭，因此，優(yōu)選椰殼活性炭作為催化劑的載體。

表1 催化劑載體對(duì)反應(yīng)的影響

2.2 鈀負(fù)載量對(duì)反應(yīng)的影響

在1.3 的投料和加氫反應(yīng)條件下，以不同鈀負(fù)載量的Pd/C 為催化劑，考察了鈀負(fù)載量對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見表2。鈀作為催化劑的活性組分，其負(fù)載量對(duì)反應(yīng)活性的影響非常顯著。催化劑未負(fù)載鈀時(shí)，原料不轉(zhuǎn)化；鈀負(fù)載量從3%提高至5%，原料2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶的轉(zhuǎn)化率由62.3%顯著提高至94.8%，目的產(chǎn)物2-氯-3-三氟甲基吡啶的選擇性基本不變；進(jìn)一步把鈀負(fù)載量提高至8%，原料轉(zhuǎn)化率僅為95.8%，目的產(chǎn)物的選擇性下降至95.3%。鈀負(fù)載量低，原料轉(zhuǎn)化率低；鈀負(fù)載量過高，原料轉(zhuǎn)化率的提升不明顯，目的產(chǎn)物的選擇性略有下降，且貴金屬用量增大易導(dǎo)致成本增加，因此，較優(yōu)的鈀負(fù)載量為5%。

表2 鈀負(fù)載量對(duì)反應(yīng)的影響

2.3 溫度對(duì)反應(yīng)的影響

在1.3 的投料和加氫反應(yīng)條件下，考察了溫度對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見表3。從表中數(shù)據(jù)可以看出，反應(yīng)溫度由10℃提高至25℃，原料轉(zhuǎn)化率由85.6%提高至94.8%，目的產(chǎn)物的選擇性下降了0.5%，進(jìn)一步提高反應(yīng)溫度至40℃，原料可完全轉(zhuǎn)化，但目的產(chǎn)物的選擇性大幅下降，僅為85.3%。較高的反應(yīng)溫度雖提高了反應(yīng)活性，但會(huì)造成副產(chǎn)物產(chǎn)量明顯增加。從綜合效益來看，反應(yīng)溫度控制在25℃左右較為適宜。

表3 溫度對(duì)反應(yīng)的影響

2.4 縛酸劑對(duì)反應(yīng)的影響

在1.3 的投料和加氫反應(yīng)條件下，考察了不同縛酸劑對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果見表4?？`酸劑對(duì)反應(yīng)的影響較為顯著。當(dāng)反應(yīng)體系中未添加縛酸劑時(shí)，原料轉(zhuǎn)化率僅為76.3%，目的產(chǎn)物的選擇性僅為79.6%；以吡啶為縛酸劑，原料的轉(zhuǎn)化率和目的產(chǎn)物的選擇性均有明顯提升；以三乙胺為縛酸劑，原料的轉(zhuǎn)化率提高至94.8%，目的產(chǎn)物的選擇性提高至96.5%。添加縛酸劑有助于提高轉(zhuǎn)化率和目的產(chǎn)物的選擇性，三乙胺的效果優(yōu)于吡啶。

表4 縛酸劑對(duì)反應(yīng)的影響

3 結(jié)論

以2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶為原料，經(jīng)選擇性加氫反應(yīng)得到2-氯-3-三氟甲基吡啶。確定了最佳的反應(yīng)條件為：以椰殼活性炭為載體，自制的5%Pd/C 為催化劑，三乙胺為縛酸劑，甲醇為溶劑，反應(yīng)溫度25℃，氫氣壓力1MPa。在該條件下，2,6-二氯-3-三氟甲基吡啶的轉(zhuǎn)化率可達(dá)94.8%，2-氯-3-三氟甲基吡啶的選擇性可達(dá)96.5%。