2,3-二氟-5-氯吡啶的合成

2，3－二氟－5－氯吡啶的合成

摘要：以2，3，5－三氯吡啶为主要原料通过置换氟化法合成2，3－二氟－5－氯吡啶。探讨了原料投料比、反应温度、反应时间、催化剂用量等因素对置换氟化反应的影响，其最佳工艺条件为：以环丁砜为溶剂。采用18－冠醚为相转移催化剂，在200度保温反应3h，采用连续移出目标产物的方式得到产品。氟化剂采用氟化钾。2，3，5－三氯吡啶与氟化钾的摩尔比为1:2.5。同时还研究了溶剂的回收套用。

关键词：2，3－二氟－5－氯吡啶；2，3－5－三氯吡啶；氟化钾

近十年来含氟农药得到迅速发展，已经成为世界农药工业发展的重点，其中开发与应用较多的有含氟拟除虫菊酯类与含氟苯甲酰脲类杀虫剂。因为氟原子半径小，略大于氢原子半径，具有极大的电负性，接近于羟基，其所形成的c－F 键能比c－H键能要大，能使氟化物保持高的稳定性；又由于氟原子(尤其是cF 基)的引入，使分子内电子云密度降低，提高了抗分解的能力，从而使化合物表现出持久效能；同时，氟原子或含氟基团的引入，能提高化合物的脂溶性，即增强疏水性，易于渗透生物膜而迅速达到作用部位，与生物体内的酶结合，使之受到抑制，从而使生物体丧失机能而致死亡。所以氟原子和含氟基团(如三氟甲基、三氟甲氧基、二氟甲基、二氟甲氧基)代替农药芳环上的其它基团，能够显著的提高农药的活性，含氟农药的生物活性往往能比其对应的非氟农药增大数倍。很多含氟农药在性能上相对具有用量少、毒性低、药效高、代谢能力强等特点，这使它在新农药品种中所占比例越来越高。

由于氟的极性很强，氟分子很难被极化，生成氟正离子十分困难，亲电取代氟化不易发生。而氟分子比较活泼，容易离解成游离基，与有机烃类发生十分激烈的游离基反应，放出大量的热量，并且往往发生断键或破坏等副反应，反应十分复杂，难以控制。因此，为了制备所需的氟化物，一般采用置换氟化或者重氮基转化的方法引入氟基。

2，3-二氟-5氯吡啶的合成方法主要有：

该工艺是采用2，3，5-三氯吡啶为起始原料。当用氟化铯为氟化剂；二甲亚砜为溶剂，反应温度控制在130-140度之间，反应7h后，通过反复蒸镏得到产品，收率为29％。当采用甲基吡咯烷酮为溶剂，氟化铯和氟化钾的混合物作为氟化剂时，在140度保温17h，190度保温19h，连续移出产物，可以得到所需的产品2，3-二氟-5-氯吡啶，收率为24％。采用环丁砜为反应溶剂，加入适当的相转移催化剂，用氟化钾与氟化铯的混合物作为氟化剂，在215度反应14h，不需要连续移出生成产品，收率为30％。

通过对以上两条主要的合成工艺进行分析，可以知道采用重氮化氟化法制备2，3-二氟-5-氯吡啶。反应的步骤较多，反应中需要用到腐蚀性气体HF，需要特别的低温、高压反应设备，因此不易进行工业化生产。而采用卤素置换法制备2，

3-二氟-5-氯吡啶，具有工艺步骤简单，不需要特别的反应设备的优点。本文以2，3，5-三氯吡啶为主要原料通过置换氟化法合成2，3-二氟-5-氯吡啶。探讨了原料投料比、反应温度、反应时间、催化剂用量等因素对置换氟化反应的影响，其最佳工艺条件为：以环丁砜为溶剂，采用18-冠醚为相转移催化剂，在200度保温反应3h，采用连续移出目标产物的方式得到产品。氟化剂采用氟化钾。2，3，5-三氯吡啶与氟化钾的摩尔比为1:2.5。同时还研究了溶剂的回收套用。

1 实验部分

1．1试剂和仪器

无水氟化钾、环丁砜、三氯吡啶、18-冠醚均为化学纯。

9790气相色谱仪(检测器：FID，进样器：分流，进样量：0.2υι)，上海分析仪器厂；Nicolet FI TRIMP410红外光谱仪(美国Nicolet公司，KBr压片)。

1．2实验步骤

安装好减压蒸镏装置，称取800g环丁砜快速加到1000mL烧瓶中，在200度，0.07 Mpa(负压)脱水到0.05％以下；称取96g(1.66mol)氟化钾，120g(0.67mol)三氯吡啶，2g18-冠醚，3g碳酸钾于120度加入反应瓶中，升温至200度保温3h；升温，通入氮气鼓泡，约3h收集完产物；得产物75g(0.51mol)，收率69.4％；通过气相色谱测得纯度92.7％。红外光谱图图谱分析数据：3078.2cm是c:c-H的伸缩振动，1598.3，1470.3cm分别是C:C、C=N的伸缩振动，1173.3，1245.0，1419.1cm是C．F伸缩振动，927.5，896.7，794.3，732.9cm是c=c-H的弯曲振动和C-C1的伸缩振动，符合2，3．二氟-5-氯吡啶的结构。

2 结果与讨论

2．1催化剂的用量对反应结果的影响

在反应的物料配比、反应温度、反应时间及所用的溶剂等条件相同的情况下，只改变催化剂的用量。

从表1中可以看出，适当的减少催化剂的用量对反应结果基本无影响，且可降低工业生产的成本。比较适宜的催化剂用量为2g。

2．2投料比对反应结果的影响

在反应温度为200度，催化剂用量为2g，反应时间为3h，其它条件相同的情况下，只改变投料比，反应结果见表2。

从表2可知，该反应中三氯吡啶与氟化钾较适宜的摩尔比为1:2.5。

2．3时间对反应结果的影响

在反应温度为200度，三氯吡啶与氟化钾的摩尔比为1:2.5，催化剂用量为2g，其它条件相同的情况下，只改变反应时间。

从表3可以看出，适当延长反应时间对反应有一定的促进作用，比较适宜的反应时间为3h。

2．4温度对反应结果的影响

在三氯吡啶与氟化钾的摩尔比为1:2.5，反应时间3h，催化剂用量2g，其它条件不变的情况下，温度对反应的影响见表4。

从表4可以看出，200度之前，随着温度的升高，由2，3，5－三氯吡啶与氟化钾反应生成2，3－二氟-5－氯吡啶的收率也随之升高，200度之后就开始降低。

本反应首先在催化剂作用下，F进攻吡啶环然后发生c-cl键的断裂，这个过程需要较高的能量，所以本反应需要在高温下进行。但如果温度过高，又会造成焦化等结果，使产量降低。因此比较适宜的反应温度为200度。

2．5溶剂的套用

由于卤素在无水条件下亲核置换活性为：F>cr>Br>I，而在有水存在其活性顺序刚好相反，因此本反应中选择的溶剂必须经过干燥脱水处理。本反应是一个SN2反应，因此在非质子性溶剂中进行对反应有利。本文选用环丁砜作为溶剂。

工业生产中常会大量使用溶剂，因此必须考虑回收问题。回收的溶剂再利用可以节约原料，降低成本。在实验条件(温度，时间，催化剂及用量等)均相同时，每做两批料回收环丁砜的量见表5。

从表5的数据可知，每生产两批产品，共损耗掉约36％的溶剂环丁砜。溶剂的套用可大大减少生产成本，而且方案可行。

3 结论

(1)以环丁砜为溶剂，采用18-冠醚为相转移催化剂，在200度保温反应3h，采用连续移出目标产物的工艺合成2，3－二氟-5-氯吡啶比较适宜。

(2)采用氟化钾为氟化剂。2，3，5－三氯吡啶与氟化钾的摩尔比为1:2.50

(3)溶剂的回收套用可以节约原料、降低成本。

(4)以2，3，5－三氯吡啶为主要原料通过置换氟化法合成2，3－二氟－5－