本技術涉及有機合成的,更具體地說,它涉及一種2-氯煙酸的合成工藝。
背景技術:
1、目前,在醫藥與農藥化學領域,2-氯煙酸作為合成多種重要活性分子的關鍵中間體,其市場需求持續增長。它不僅是制備廣譜除草劑煙嘧磺隆、吡氟氯禾靈的核心模塊,也是合成抗艾滋病藥物奈韋拉平等藥物的關鍵起始物。然而,該化合物的工業化合成長期面臨收率、純度與生產成本相互制約的挑戰,成為制約相關產業鏈提質增效的技術瓶頸。
2、現有技術主要圍繞3-氰基吡啶的氧化-氯化路線展開,但不同路線均存在顯著短板。公開號為cn101117332a的專利申請文件公開了一種2-氯煙酸的制備方法,其步驟如下:3-氰基吡啶在高效氧化催化劑乙酰丙酮酸鉬存在下,用水作溶劑,滴加20%~30%h2o2,滴畢保溫使氧化反應完全,然后回收部分水,之后冷卻、靜置過濾,烘干,得煙酸酰胺n-氧化物;在無水反應環境和氮氣正壓保護下,將煙酸酰胺n-氧化物冷卻到-10~10℃之間,用鹵代烴溶劑稀釋,然后在-10~10℃之間,滴加作縛酸劑的有機堿,并與氯化試劑在催化劑苯膦酰二氯作用下進行反應,之后回收溶劑及氯化試劑,水解,用堿調節溶液呈中性,過濾,烘干得2-氯-3-氰基吡啶;用強堿水溶液與2-氯-3-氰基吡啶進行水解反應,過濾,烘干得2-氯煙酸。
3、該技術方案中,氧化步驟所采用的均相鉬催化劑在反應后難以徹底分離,易導致金屬離子殘留于中間體及最終產物中,影響產品純度,此外,氯化步驟為保證選擇性而全程維持在較低溫度,致使反應動力學緩慢,關鍵氯代反應轉化不徹底,不僅限制了收率的提高,未完全轉化的中間體易影響最終產品的純度。
技術實現思路
1、為了進一步提高2-氯煙酸的純度和收率,本技術提供一種2-氯煙酸的合成工藝。
2、本技術提供一種2-氯煙酸的合成工藝,采用如下的技術方案:
3、一種2-氯煙酸的合成工藝,包括如下步驟:
4、s1:氧化:
5、將水、濃硫酸、3-氰基吡啶和復合催化劑混合后,預反應后,加入雙氧水,氧化反應后,調節ph為4.5~5.0,固液分離,洗滌,得氧化物中間體;所述復合催化劑為硅膠經氨基化處理后用鈮鹽改性,再負載磷鎢酸制得;
6、s2:氯化與水解:
7、在惰性氣氛下,將三氯氧磷加入反應器中,加入氧化物中間體以及三乙胺進行氯化反應,所述氯化反應采用程序升溫控制,反應結束后,回收三氯氧磷,余料進行水解后,固液分離,洗滌,得氯化物;
8、s3:脫氨與精制:將氯化物進行堿溶脫氨反應,溫度設為90~98℃,時間為2.5~3.5h,中和、脫色、酸析后,固液分離,洗滌后,得2-氯煙酸粗品;
9、將粗品進行二次堿溶,溫度設為45~55℃,中和、二次脫色、加入絡合劑、二次酸析后,固液分離,洗滌后,干燥,粉碎,得2-氯煙酸。
10、本技術方案中,氨基化硅膠為鈮鹽和磷鎢酸提供穩定結合位點,鈮鹽與磷鎢酸形成協同催化體系,強化雙氧水對3-氰基吡啶的選擇性氧化,生成高純度氧化物中間體;氯化步驟通過程序升溫精準匹配氯化反應動力學,避免局部反應過度導致的多氯代副產物;精制步驟先通過高溫強堿堿溶,同步完成氯化物的徹底水解脫氨與粗制除雜,通過45~55℃低溫溫和二次堿溶,將粗品完全溶解;經中和精準調控體系ph值以優化除雜環境,吸附深度去除殘留有機色素與微量有機雜質,加入絡合劑螯合去除體系中的金屬離子雜質;最終經二次酸析精準調控目標產物的析出過程,進一步去除殘留的痕量雜質,實現2-氯煙酸的深度純化,得到高純度成品。
11、優選的,所述水、濃硫酸、3-氰基吡啶、復合催化劑和雙氧水的質量比為(18~22):(2.8~3.2):100:(0.6~0.8):(95~100)。
12、優選的,所述雙氧水的質量分數為30%~35%。
13、優選的,所述三氯氧磷、氧化物中間體和三乙胺的質量比為(110~130):20:(11~13)。
14、優選的,所述復合催化劑的制備方法,包括如下步驟:
15、s11:將硅膠焙燒后,進行氨基化后,得氨基化硅膠;
16、s12:將氨基化硅膠與鈮鹽的草酸水溶液,以固液比1g:(0.5~0.6)ml混合,靜置,干燥,焙燒后,浸漬于磷鎢酸溶液中,40~50℃下,混合6~8h,固液分離,洗滌,干燥,得復合催化劑。
17、本技術方案中,硅膠先經焙燒去除表面吸附水及雜質,活化表面硅羥基,為后續氨基化提供反應位點;氨基化處理后,硅膠表面引入的氨基可通過靜電作用與鈮的草酸絡合陰離子結合,實現鈮鹽的穩定負載,同時為磷鎢酸的固載提供錨定位點;鈮鹽改性后經焙燒形成穩定的鈮氧化物活性位點,與后續浸漬負載的磷鎢酸形成協同催化體系,提升氧化反應活性與選擇性。
18、優選的,所述氨基化具體為:將硅膠焙燒后,均勻分散于質量分數為3%~5%的氨基硅烷的乙醇水溶液中,調節ph為4.0~4.5,升溫至55~65℃,反應3~5h,冷卻,離心分離,干燥,備用。
19、優選的,所述鈮鹽的草酸水溶液中,鈮鹽的質量分數為5%~7%,草酸的質量分數為1%~1.5%。
20、優選的,所述磷鎢酸溶液的質量分數為10%~12%。
21、優選的,步驟s12中,所述焙燒的溫度為450~500℃,時間為2~3h。
22、優選的,步驟s1中,所述預反應的條件為:升溫至55~65℃,反應50~70min。
23、優選的,步驟s1中,所述氧化反應的條件為:升溫至60~70℃,反應12~14h。
24、優選的,步驟s2中,在加入所述氧化物中間體和三乙胺時,控制反應器內溫度不高于25℃。
25、進一步優選的,步驟s2中,在加入所述氧化物中間體和三乙胺時,控制反應器內溫度為8~10℃。
26、本技術方案中,低溫環境可顯著降低三乙胺與三氯氧磷的絡合反應速率,使活性氯化試劑緩慢生成,確保主反應有序進行。同時還可有效抑制多氯代副產物生成,提升氯化反應的選擇性。
27、優選的,步驟s2中,所述氯化反應采用程序升溫控制具體為:先于20~25℃,保溫30~35min,升溫至50℃~60℃,保溫4~6h,繼續升溫至70~80℃,保溫50~70min,升溫至90~98℃,保溫3~5h。
28、本技術方案中,低溫階段安全引發反應并控制放熱,中溫階段保證主反應充分進行,最終高溫階段確保反應完全并為后續步驟準備,該程序升溫系統性地管理了反應動力學與熱效應,是獲得高氯代率與高產品純度的關鍵工藝保障。
29、優選的,步驟s2中,所述水解的溫度為45~55℃,水解1~2h。
30、優選的,步驟s3中,所述堿溶以及二次堿溶中,均采用質量分數為28%~30%的液堿。
31、優選的,步驟s3中,所述堿溶中,所述水和液堿的質量比為20:(6~6.5)。
32、優選的,步驟s3中,所述二次堿溶中,采用液堿調節至體系ph為7.5~8.0。
33、優選的,步驟s3中,所述脫色以及二次脫色中,均采用活性炭。
34、優選的,步驟s3中,所述脫色以及二次脫色中,溫度設為85~95℃。
35、優選的,步驟s3中,所述脫色以及二次脫色中,活性炭與氯化物的質量比均為(0.11~0.13):1。
36、優選的,步驟s3中,所述絡合劑為乙二胺四乙酸二鈉,乙二胺四乙酸二鈉與氯化物的質量比為(0.003~0.005):1。
37、本技術方案中,在二次脫色后加入乙二胺四乙酸二鈉,其機理在于利用乙二胺四乙酸二鈉與溶液中殘留的微量金屬離子發生螯合反應,生成穩定的水溶性絡合物,進一步降低成品中的金屬雜質含量,提升2-氯煙酸的化學純度、長期穩定性及外觀品質。
38、優選的,步驟s3中,所述酸析以及二次酸析中,均采用質量分數為35%~37%的鹽酸,調節至體系ph為1.5~2.0。
39、本技術方案中,利用了目標產物2-氯煙酸在等電點附近溶解度最低的特性,使其高效結晶析出,同時使絕大多數水溶性雜質保留于母液中,提高最終產品的純度與收率。
40、優選的,步驟s2中,在三氯氧磷之后,還包括加入n,n-二甲基甲酰胺的步驟。
41、優選的,步驟s2中,n,n-二甲基甲酰胺與氧化物中間體的質量比為(0.05~0.1):1。
42、本技術方案中,利用n,n-二甲基甲酰胺與三氯氧磷復配,生成的高活性氯亞胺鹽中間體,顯著提升氯代效率和選擇性。
43、優選的,步驟s2中,在三氯氧磷之后,還包括加入苯膦酰二氯的步驟。
44、優選的,步驟s2中,苯膦酰二氯與氧化物中間體的質量比為(0.05~0.1):1。
45、本技術方案中,苯膦酰二氯分子中的磷酰基可與三氯氧磷形成協同作用,增強體系的氯化活性,同時苯膦酰二氯的空間位阻效應可進一步抑制多氯代副反應。
46、綜上所述,本技術具有以下有益效果:
47、本技術在氧化階段,采用的復合催化劑,降低了金屬殘留風險,顯著提高了3-氰基吡啶氧化的選擇性與轉化率,為后續步驟提供了高純度的中間體。在氯化與水解階段,通過程序升溫控制,在維持良好選擇性的基礎上,顯著提高了氯化反應的速率與轉化率,從而提升了收率。在精制階段,通過串聯純化工藝,輔以乙二胺四乙酸二鈉絡合除雜,能夠逐級、深度地去除有機色素、同分異構體及微量金屬離子等各類雜質。