專利名稱：3,6-二氯吡啶甲酸的電解合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備3，6-二氯吡啶甲酸(畢克草)的電解合成方法。
技術(shù)背景3,6-二氯吡啶甲酸，商品名為畢克草，1975年由T.Haagsma報道有除草活性，目前在 全球被廣泛用于麥谷類作物、玉米、油菜、甜菜、十字花科蔬菜、草坪牧場和草原有效 防除一年生和多年生闊葉雜草，特別是菊科、豆科雜草，具有高度選擇性。 —電解還原法是目前最有效的3,6-二氯吡啶甲酸合成的方法。美國專利US4217185首次 公布使用電解還原四氯吡啶甲酸制備3,6-二氯吡啶甲酸的方法。在強堿性NaOH溶液和不 高于60'C條件下，以銀板或銀粉為陰極，石墨為陽極，堿液和反應(yīng)液加四氯吡啶甲酸調(diào) 漿后投料，電解還原四氯吡啶甲酸，即可制取3,6-二氯吡啶甲酸。該方法的主要合成路 線如下但實踐中發(fā)現(xiàn)，該電解方法的主要缺點是反應(yīng)過程中會產(chǎn)生泡沫和羥基化現(xiàn)象，投 料速度慢，反應(yīng)時間長；而且由于反應(yīng)物四氯吡啶甲酸在反應(yīng)液中的溶解度低，產(chǎn)品一 次性產(chǎn)出率低，并由此導(dǎo)致了后處理中萃取用的二氯甲垸等有機溶劑的消耗量大，能耗 高，三廢處理量大。為此，雖然US 4334074介紹了對電解反應(yīng)制取3,6-二氯吡啶甲酸的后處理工藝進行了 改進，以降低溶劑二氯甲垸使用量，降低能耗，減少污染。US 4497697對該反應(yīng)的原料 做出了改進，以三氯吡啶甲酸(3,4,6-T或3,5,6-T)及四氯吡啶甲酸混合物為原料，電解 還原制取3,6-二氯吡啶甲酸，以提高產(chǎn)品3，6-二氯吡啶甲酸在單位體積，單位極板面積內(nèi) 的一次性產(chǎn)出率。但是對于反應(yīng)過程中出現(xiàn)的難以避免的泡沫和產(chǎn)生羥基化的問題，卻 始終未能得到滿意的解決。例如美國專利US4217185中提出了將堿液和反應(yīng)液加四氯吡 啶甲酸調(diào)漿后持續(xù)投料的方式，這種調(diào)漿后投料的方式，提高了分子分散性，加快溶解 速度，使泡沫和羥基化問題在一定程度上得到了控制，但是在相同的反應(yīng)溫度條件下物料的溶解度不會改變，因此泡沫和羥基化問題仍然存在。實踐顯示，在溫度低于4(TC的條件下，由于反應(yīng)物3，4,5,6-四氯吡啶甲酸在NaOH溶液 中的溶解度很低(一般不高于2%)，從而使所投入的物料在反應(yīng)體系呈懸浮狀，電解過 程中產(chǎn)生的氣體很容易將未溶解的物料帶出體系，導(dǎo)致在電解液表面形成大量夾雜反應(yīng) 物的泡沫，影響了反應(yīng)物的溶解，降低了反應(yīng)效率。同時部分未溶解的物料粘附在電極 表面，也會降低電極的有效電解面積，從而使生產(chǎn)效率降低。當(dāng)反應(yīng)溫度超過40'C時， 反應(yīng)物3，4,5,6-四氯吡啶甲酸在體系中的溶解度可隨溫度升高而增大，但在強堿條件下 (如文獻所報道的pH》13), 3,4,5,6-四氯吡啶甲酸易與反應(yīng)體系中的OH—作用，發(fā)生4-位的羥基化反應(yīng)而形成3,5,6-三氯-4-羥基吡啶-2-甲酸副產(chǎn)物，導(dǎo)致正常的電解脫氯反應(yīng) 不能進行。溫度、高堿度或長時間反應(yīng)，還會發(fā)生6-位的羥基化。如在6(TC以上的反應(yīng) 溫度下，1小時內(nèi)發(fā)生的羥基化率接近20~30%。因此，為控制泡沫的產(chǎn)生，反應(yīng)原料 3,4,5,6-四氯吡啶甲酸的投料速度不能過快，且一次性量不能過多，從而使反應(yīng)的投料時 間長、反應(yīng)耗時多、單位面積電極的產(chǎn)出率降低。同時由于溫度低，反應(yīng)物濃度不能有 效提高，也使得三廢量相應(yīng)增加'，這些都不利于工業(yè)化生產(chǎn)。發(fā)明內(nèi)容針對上述情況，本發(fā)明將提供一種改進的、并更具工業(yè)化價值的電解合成3,6-二氯 吡啶甲酸的方法，以解決上述問題。本發(fā)明3,6-二氯吡啶甲酸的電解合成方法的基本過程，同樣是以堿性水溶液為反應(yīng) 介質(zhì)，將3,4,5,6-四氯吡啶甲酸或其鹽溶解于其中，進行電解還原反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過 濾并酸化等后處理，得到所說的3,6-二氯吡啶甲酸目標(biāo)化合物。其中，本發(fā)明所說的該 電解反應(yīng)分兩步進行，第一步先在pH8.5 11的堿性水溶液體系中進行，得到二氯吡啶 甲酸鹽中間體(I )后，繼續(xù)在pH13 13.5的堿性范圍條件下完成反應(yīng)，最后得到目標(biāo)化合物(n)。反應(yīng)過程如下Cl Cl(I) (II)本發(fā)明上述的電解合成方法中，所說第一步反應(yīng)的堿性水溶液體系，可以采用單一形式的水溶性的碳酸鹽、磷酸鹽或硼酸鹽等多種強堿弱酸鹽體系；也可以采用由水溶性 的碳酸鹽、磷酸鹽或硼酸鹽等與堿金屬氫氧化物溶液混合組成的復(fù)合體系。本發(fā)明上述電解合成方法中，所說第一步電解還原反應(yīng)在室溫或一般加熱條件下都可以進行。例如，在20'C 95'C條件下都可以順利進行和完成，其中更好的是在稍加熱 的5(TC 卯'C條件下進行，特別優(yōu)選的是6(TC 8(rC的溫度條件。試驗顯示，在本發(fā)明 所說的將電解反應(yīng)體系的堿度控制在pH8.5 ll范圍時，即使反應(yīng)溫度升高至6(TC以上時， 電解反應(yīng)過程中也極少有泡沫產(chǎn)生，且羥基化率低，例如反應(yīng)溫度在不超過80'C時，羥 基化率一般<0.5%，而此時反應(yīng)物的溶解速度卻能明顯加快，溶解度顯著提高，有效避 免了泡沫的產(chǎn)生。此外，試驗結(jié)果也顯示，采用三氯吡啶甲酸G,5，6-三氯吡啶甲酸或與少量3,4,6-三氯 吡啶甲酸組成的混合物)為原料，因其溶解度較四氯吡啶甲酸大，可提高反應(yīng)物濃度， 在上述反應(yīng)條件下也不易發(fā)生羥基化，產(chǎn)物中的副產(chǎn)物較少，羥基化產(chǎn)物一般低于0.5%。所說的第二步電解反應(yīng)，按目前的常規(guī)方式，例如可在在pH13 13.5堿性條件和/ 或5'C 5(TC的溫度條件下可以順利進行和完成，其中優(yōu)選的溫度條件是20°C 35°C。本發(fā)明上述電解反應(yīng)在四氯吡啶甲酸或其鹽的濃度為1% 18%條件下可以順利進 行和完成。根據(jù)原料3,4,5,6-四氯吡啶甲酸或其鹽的投料量，和/或電解反應(yīng)的進程，在 電解反應(yīng)第一歩過程中可通過隨時補充堿性物質(zhì)的方式維持所說體系的堿性范圍條件。 在電解反應(yīng)第二步過程中可以隨時補充堿金屬氫氧化物水溶液如氫氧化鈉、氫氧化鉀等 以維持所說電解反應(yīng)堿性條件。試驗結(jié)果顯示，由于本發(fā)明方法可以顯著提高第一步電解反應(yīng)過程的溫度，原料 3,4,5,6-四氯吡啶甲酸或其鹽在pH8.5 U水溶液中的溶解性能相應(yīng)大幅提高，甚至可以 采用將其一次性投入電解池中的方式投料，即使物料濃度高達18%，也不會導(dǎo)致難以控 制的泡沫產(chǎn)生。反應(yīng)物的濃度越高，就越易使其擴散到電極表面，從而使電極反應(yīng)更易 進行，反應(yīng)時間更短，反應(yīng)效率更高，電解反應(yīng)的時間相應(yīng)可大為縮短，在4 11小時 內(nèi)反應(yīng)即可完成，產(chǎn)物收率可〉90%，含量>98%，并可簡化后處理工藝，也減少了有 機萃取溶劑的用量。以下通過實施例的具體實施方式
再對本發(fā)明的上述內(nèi)容作進一步的詳細說明。但不 應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想 情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。
具體實施方式
實施例l在500ml的燒杯中，將含量98X的TCPANa (四氯吡啶甲酸鈉)36.9g (0.128mol)和 20.5g (0.19md)碳酸鈉于65。C溶于270m慮餾水中，安裝電極在同樣溫度條件下進行電解反應(yīng)，過程中緩慢滴入2.5ml 10mol/LNaOH (氫氧化鈉)溶液，維持體系堿性范圍pH 9.5~11，反應(yīng)約1.5小時后，TCPANa含量低于lM (HPLC檢測)。降溫至25"C，并分批加 入26.5ml 10mol/L的NaOH溶液，維持反應(yīng)體系的堿度至pH 13~13.5，控制陰極電位相對 于甘汞電極為-1.30v，繼續(xù)反應(yīng)4小時結(jié)束。電解液冷卻、過濾后，用濃鹽酸調(diào)節(jié)電解液 pH 1.0，冷卻、結(jié)品、過濾、干燥，得到3,6-二氯吡啶甲酸的白色針狀晶體21.6g，濾液 濃縮后，二氯乙烷萃取三次，脫溶、烘干，得到萃取物0.9g，將過濾產(chǎn)品和萃取產(chǎn)品混 合，收率卯.7%， 3,6-二氯吡啶甲酸的含量為99.1% (其它為TCPA、 3,5,6-三氯吡啶甲酸、 3,5,6-三氯-4-羥基吡啶甲酸等成分)。產(chǎn)物的核磁氫譜檢測數(shù)據(jù)為9.9553-9.8754(lH,s) ; 7.91243-7.884129(lH,d); 7.56185-7.53360(lH,d)。實施例2在500ml的燒杯中，將含量98X的TCPANa (四氯吡啶甲酸鈉)45.3 (0.157mol)和 2.65g (0.025mol)碳酸鈉和270ml蒸餾水于65'C下溶解，安裝電極進行電解反應(yīng)，分批 次投入碳酸鈉24.5g,半小時內(nèi)投完，維持體系堿性范圍pH8.5 9.5，反應(yīng)約2小時后，TCPA Na含量低于lX (HPLC檢測)。降低溫度到30'C，分批加入33ml 10mol/L的NaOH溶液， 維持反應(yīng)體系的堿度至pH13 13.5，控制陰極電位相對于甘汞電極為-1.30v，繼續(xù)反應(yīng)4 小時結(jié)束。電解液冷卻、過濾后，用濃鹽酸調(diào)節(jié)電解液pHl.O，再冷卻、結(jié)晶、過濾、干 燥，得到3,6-二氯吡啶甲酸的白色針狀晶體26.5g，濾液濃縮后，二氯乙垸萃取三次，脫 溶、烘干，得到萃取物1.2g，將過濾產(chǎn)品和萃取產(chǎn)品混合，收率為91.3%， 3,6-二氯吡啶 甲酸含量為99.3%。實施例3在500ml的燒杯中，將含量98X的TCPA (四氯吡啶甲酸)26.6g (O.lmol)和26.5g (0.25mol)碳酸鈉于65'C下溶解于270ml蒸餾水中，安裝電極進行電解反應(yīng)，過程中可 持續(xù)緩慢滴入2ml 10mol/L的NaOH溶液，維持反應(yīng)體系pH 9.5~11的堿性，反應(yīng)約1.5小時 后，TCPANa含量低于1% (HPLC檢測)。降溫至3(TC，并分批加入20ml 10mol/L的NaOH 溶液，維持反應(yīng)體系的堿度至pH13 13.5，控制陰極電位相對于甘汞電極為-1.30v，繼續(xù) 反應(yīng)4小時結(jié)束。電解液冷卻、過濾后，用濃鹽酸調(diào)節(jié)電解液pHl.O，冷卻、結(jié)晶、過濾、 干燥，得妾ij3,6-二氯吡啶甲酸的白色針狀晶體16.8g，濾液濃縮后，二氯乙垸萃取三次， 脫溶、烘干，得到萃取物0.8g，將過濾產(chǎn)品和萃取產(chǎn)品混合，收率90.6%， 3,6-二氯吡啶 甲酸含量98.9%。實施例4按實施例2的方式操作，在80'C溫度條件下，用硼酸鈉溶液調(diào)節(jié)第一步的反應(yīng)體系堿 性。最后所得產(chǎn)品3,6-二氯吡啶甲酸的收率87.2%，含量為97.6%。實施例5按實施例2的方式操作，在6(TC溫度條件下，用磷酸納溶液調(diào)節(jié)第一步的反應(yīng)體系堿 性。最后所得產(chǎn)品3,6-二氯吡啶甲酸的收率88.6%,含量為98.4%。實施例6在500ml的燒杯中，將含量98X的TCPANa 30.5g (O.lmol)禾口2.65g (0.025mol)碳 酸鈉于7(TC下溶解于270ml蒸餾水中，安裝電極進行電解反應(yīng)，并分批次加入28.07g (0.097mol) 98。/。的TCPANa，同時持續(xù)投碳酸鈉39.25g(0.37mo1)，在3小時內(nèi)投完，維 持體系堿性范圍pH8.5 9.5，電解3小時后，TCPANa含量低于lX (HPLC檢測)。降低 溫度到25'C，在l小時內(nèi)持續(xù)加入40ml 10mol/L的NaOH溶液，維持反應(yīng)體系的堿度至pH 13~13.5，控制陰極電位相對于甘汞電極為-1.30v，繼續(xù)反應(yīng)4.5小時結(jié)束。電解液冷卻、 過濾后，用鹽酸調(diào)節(jié)電解液pHl力，冷卻、結(jié)晶、過濾、干燥，得到3，6-二氯吡啶甲酸的 白色針狀晶體33.93g，濾液濃縮后，二氯乙垸萃取三次，脫溶、烘干，得到萃取物1.35g， 將過濾產(chǎn)品和萃取產(chǎn)品混合，收率92.3%， 3,6-二氯吡啶甲酸含量99%。實施例7本實施例與其它實施例不同在于原料TCPANa和堿均是一次性投料，操作簡單，反 應(yīng)時間極短。在500ml的燒杯中，將含量98X的TCPANa21.2g (0.073mol)禾口15.9g (0.15mol)碳 酸鈉和270m藤熘水于65 °C下溶解，安裝電極進行電解反應(yīng)，反應(yīng)約1小時后，TCPA Na含 量低于1% (HPLC檢測)。降溫至35。C， 一次性加入15ml 10mol/L的NaOH溶液，pH值達 13~13.5，控制陰極電位相對于甘汞電極為-1.30v，繼續(xù)反應(yīng)3小時結(jié)束。電解液冷卻、過 濾后，用濃鹽酸調(diào)節(jié)電解液至pHl.O，冷卻、結(jié)晶、過濾、干燥，得到3,6-二氯吡啶甲酸 的白色針狀晶體12.2g，濾液濃縮后，二氯乙垸萃取三次，脫溶、烘干，得到萃取物0.8g， 將過濾產(chǎn)品和萃取產(chǎn)品混合，收率91.3%， 3,6-二氯吡啶甲酸含量98.5%。實施例8本實施例是將實施例2的反應(yīng)量放大1 OO倍。在電解槽中，將含量98X的TCPANa 4.53Kg (15,7mol)禾口0.265Kg (2.5mol)碳酸 鈉和27L蒸餾水于65'C下溶解，安裝電極進行電解反應(yīng)，過程中持續(xù)投入碳酸鈉2.45Kg, 維持體系堿性范圍pH8.5 9.5,電解3小時后，TCPANa含量低于lX (HPLC檢測)。降低溫度到25'C，持續(xù)加入4.5Kg30X的NaOH溶液，維持反應(yīng)體系的堿度至pH 13-13.5， 控制陰極電位相對于甘汞電極為-1.30v，繼續(xù)反應(yīng)5小時結(jié)束。電解液冷卻、過濾后，用 濃鹽酸調(diào)節(jié)電解液至pHl.O，再冷卻、結(jié)晶、過濾、干燥，得到3,6-二氯吡啶甲酸的白色 針狀晶體2.63Kg，濾液濃縮后，二氯乙烷萃取三次，脫溶、烘干，得到萃取物0.11Kg， 將過濾產(chǎn)品和萃取產(chǎn)品混合，收率90%， 3,6-二氯吡啶甲酸含量99.05%。
權(quán)利要求
1.3，6-二氯吡啶甲酸的電解合成方法，以堿性水溶液為反應(yīng)介質(zhì)，將3，4，5，6-四氯吡啶甲酸或其鹽溶解于其中，進行電解還原反應(yīng)，電解反應(yīng)結(jié)束并酸化后，得到目標(biāo)化合物(II)，其特征是電解反應(yīng)先在pH 8.5～11的堿性水溶液體系中進行，得到三氯吡啶甲酸鹽中間體(I)后，繼續(xù)在pH13～13.5的堿性范圍條件下完成電解反應(yīng)，反應(yīng)過程如下
2. 如權(quán)利要求1所述的3,6二氯吡啶甲酸的電解合成方法，其特征是所說第一步電 解反應(yīng)的pH 8.5 11的堿性水溶液體系為至少含有碳酸鹽的水溶液體系。
3. 如權(quán)利要求1所述的3,6-二氯吡啶甲酸的電解合成方法，其特征是所說第一歩電 解反應(yīng)的pH 8.5 11的堿性水溶液體系為至少含有磷酸鹽的水溶液體系。
4. 如權(quán)利要求1所述的3,6-二氯吡啶甲酸的電解合成方法，其特征是所說第一步電 解反應(yīng)的pH 8.5 11的堿性水溶液體系為至少含有硼酸鹽的水溶液體系。
5. 如權(quán)利要求1所述的3,6-二氯吡啶甲酸的電解合成方法，其特征是在電解反應(yīng)過 程中以補充堿金屬氫氧化物的方式維持所說反應(yīng)體系的堿性條件。
6. 如權(quán)利要求1至5之一所述的3,6-二氯吡啶甲酸的電解合成方法，其 特征是第一步電解反應(yīng)在5(TC 9(TC條件下進行。
7. 如權(quán)利要求1至5之一所述的3,6-二氯吡啶甲酸的電解合成方法，其 特征是第一步電解反應(yīng)在6(TC 8(TC條件下進行。
8. 如權(quán)利要求1至5之一所述的3,6-二氯吡啶甲酸的電解合成方法，其特征是第二 步電解反應(yīng)在溫度5t: 5(TC條件下進行。
9. 如權(quán)利要求1至5之一所述的3,6-二氯吡啶甲酸的電解合成方法，其特征是第二 步電解反應(yīng)在溫度2(TC 35'C條件下進行。
全文摘要
3，6-二氯吡啶甲酸的電解合成方法，以堿性水溶液為反應(yīng)介質(zhì)，將3，4，5，6-四氯吡啶甲酸或其鹽溶解于其中，進行電解還原反應(yīng)，電解反應(yīng)結(jié)束并酸化后，得到目標(biāo)化合物(II)，其中的電解反應(yīng)先在pH 8.5～11的堿性水溶液體系中進行，得到三氯吡啶甲酸鹽中間體(I)后，繼續(xù)在pH13～13.5的堿性范圍條件下完成電解反應(yīng)。該方法操作簡單、安全，對環(huán)境友好，第一階段反應(yīng)的溫度可達到80℃以上，有效提高了反應(yīng)物溶解度，加快了反應(yīng)速度，增加了產(chǎn)品一次性產(chǎn)出量，并有效避免了泡沫產(chǎn)生和羥基化副反應(yīng)。
文檔編號C07D213/79GK101235512SQ20071005052
公開日2008年8月6日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者杰 任, 理 姚, 李燕飛, 石明珠, 謙 范 申請人:利爾化學(xué)股份有限公司