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引言 

 氯虫苯(Chlorantraniliprole)是一种重要的邻苯二甲酰胺类杀虫剂，是2000年在美国杜邦公司专心研发下成功推出的，结构式如下图1所示。

 氯虫苯甲酰胺，C18H14Cl2N6O2(483.1)

 与同类产品相比，它对害虫有致命且快速的作用，对人体无伤害，对环境无污染，并且在适合的温度、光照、PH值下，可降解成没有毒性的产物，水溶性极低，在土壤中无挥发性。随着现代农药行业对减少环境危害的要求越来越高，该杀虫剂具有广阔的发展前景。

2,3-二氯吡啶是氯虫苯甲酰胺合成过程中的重要中间体，在农药、医药及精细化工领域应用广泛。同时，它也成为新型杀虫剂各种合成路线的重要原料。随着现代农药行业对减少环境危害的要求越来越高，氯虫苯甲酰胺的需求范围也将越来越大，进而增加了对2,3-二氯吡啶的需求。然而目前2,3-二氯吡啶的生产工艺并不纯熟，生产规模较小，难以满足不断增加的市场需求，急需开发一种经济上合理、生产上安全的合成路线。

目前，2,3-二氯吡啶的合成路线主要有以下几种：

（1）2,3,6-三氯吡啶还原法。

该反应要求在较低的温度下进行，使用H2作为还原剂，将2,3,6-三氯吡啶还原，过程中需滴加碳酸钠等碱性试剂用以提高反应速率，并且反应过程需要加入铂、钯等贵金属催化剂，反应条件不易控制，很难投入工业化生产。

（2）2-氯吡啶。

该反应最终得到2,3-二氯吡啶及2,5-二氯吡啶的，由于两种物质性质非常相近，不仅难以分离，也无法得到理想的目的产品收率。

（3）3-氯吡啶合成法。

该方法所使用的原料3-氯吡啶售价昂贵，工业化生产前景也存在诸多问题。

（4）3-氨基吡啶合成法。

该方法具备很多优点：反应条件简单，试剂普通便宜，整个过程可只使用浓盐酸作溶剂，步骤简单，中间产物无需进一步纯化；目的产品收率较高；适于工业化开发。考虑到经济效益及操作条件，本实验选用该合成方法。该方法存在的主要问题是间歇工艺，反应时间比较长，在5h左右。

微通道反应器是利用精密加工技术制造的特征尺寸在几十微米到几毫米之间的连续反应器，其内部特殊的通道结构可以大幅强化传质效果，数十倍于间歇反应器的比表面积决定了其在传热效果上也明显优于传统反应器，为解决3-氨基吡啶氯化反应时间过长的问题提供了可行的解决方案。

由于氯化反应过程使用浓盐酸作为溶剂，对传统金属设备较为严重，材质问题也是实现氯化产品安全生产需要解决的一个问题。山东豪迈化工技术有限公司自主研发生产的碳化硅微反应器，便是针对强酸等高腐蚀性反应工况设计的，为氯化反应的安全进行提供了可靠保障。本文介绍了在碳化硅微通道反应器中进行的2-3-二氯吡啶合成氯化反应工序研究，实验取得良好的效果，所用的微通道反应器如图1所示。

一、反应机理

以3-氨基吡啶为反应原料，浓盐酸作为溶剂和氯化试剂，与过氧化氢发生氯化反应，进而合成-氨基吡啶的方法是一种经济效益较高且可行的实验路线。氯化反应过程中，取代主要发生在2位上[1-3]，反应方程式如下：

经分析发现，氯化反应过程中反应的温度及过氧化氢的用量等因素都会直接影响该反应中氯的取代位置。该反应过程存在过度氯化副产物2,6-二氯-3-氨基吡啶，但由于吡啶环3位上的氨基的存在，氯化取代主要还是发生在2位上，反应机理详细步骤如下：

吡啶环上的氨基在过氧化氢存在的强酸性条件下，先发生生成氮氧化物，N→O会导致其2位上活性极大地升高，取代基更加倾向于在2位上发生[4]，路径如下：

二、实验部分

2.1 实验部分

实验过程中，由于要用到浓盐酸作为3-氨基吡啶的溶剂，考虑到其腐蚀性，实验选用碳化硅微反应器，用四氟柱塞泵进料，实验装置如图2所示。

图2  3-氨基吡啶氯化反应实验装置

2.2 实验流程

实验过程中，首先将3-氨基吡啶以一定浓度完全溶解在浓盐酸中，通过四氟泵送入碳化硅微反应器；H2O2通过另一台四氟泵输送，在微反应器内进行氯化反应，定量收集产品，后处理完毕液相检测产品含量，计算收率。

2.3 考察变量

在氯化过程中，影响目的产品收率的因素很多，本实验过程中主要考察以下因素：（1）反应物料摩尔配比，（2）反应温度，（3）过氧化氢浓度。

三、实验结果

3.1 物料配比对产品收率的影响

选取lmol/L的3-氨基吡啶盐酸溶液和30%的过氧化氢作为反应原料，控制反应温度20℃，物料在微反应器内停留时间3min，在不同的进料摩尔比下进行反应，结果如下图3所示。

图3 物料配比对产品收率的影响

由图3可以看出，产品收率随着过氧化氢与3-氨基吡啶摩尔配比的增大先升高后降低，当摩尔配比达到1.2时，产品收率最高。从理论上讲，过氧化氢与3-氨基吡啶应按照摩尔比1:1的配比进行完全反应，但实际上，过氧化氢的量应稍微过量，因为实际反应过程中难免出现反应不充分的现象。然而，当过氧化氢与3-氨基吡啶的摩尔比超过1.2时，反应生成的2-氯-3-氨基吡啶会在过量的过氧化氢的作用下进一步氯化，氯离子继续取代6位上的氢，从而导致部分产品被转化成多氯代产物，使目的产品的收率逐渐下降。另一方面，从经济上看，反应试剂过氧化氢大量过量在工业生产中也是不合理的做法。

3.2 反应温度对产品收率的影响

选取lmol/L的3-氨基吡啶盐酸溶液和30%的过氧化氢作为反应原料，进料摩尔比1:1.2，物料在微反应器内停留时间3min，在不同的温度下进行反应，结果如下图4所示。

图4 反应温度对产品收率的影响

由图4可以看出，目的产品的收率随着温度的升高，先增加后减小，35℃时最佳。反应温度低于35℃时，反应的诱导期很长，使反应难以发生或反应进行的不充分，目的产品的收率不高；随着反应温度的不断升高，产品收率也呈上升趋势。但温度高于35℃时，曲线呈下降趋势，这是因为过度氯化反应属于，高温使过度氯化反应更加容易发生，部分2-氯-3-氨基吡啶会继续被氯化，最终生成多氯代产物，使得目的产品的收率相应地降低。另外，氯化反应过程中所使用的溶剂是浓盐酸，其在高温下挥发得更剧烈，可能会导致混合效果受到影响，也会使产品的收率不理想，因此此步反应的最优温度为35℃。

3.3 过氧化氢浓度对产品收率的影响

选取lmol/L的3-氨基吡啶盐酸溶液和10%、30%、60%浓度的过氧化氢作为反应原料，进料摩尔比1:1.2，反应温度35℃，物料在微反应器内停留时间3min，考察过氧化氢浓度对产品收率的影响，结果如下表1所示。

表1 过氧化氢浓度对产品收率的影响

过氧化氢浓度较低时，根据反应机理，HCl转化为具有氯化活性的Cl2量较少，因此氯化产品收率不高；过氧化氢浓度过高，为了维持等同于低浓度过氧化氢的进料摩尔配比，3-氨基吡啶与过氧化氢的进料体积比大大增加，进料配比悬殊导致混合效果变差，反应效果不理想，因此使用60%浓度的过氧化氢反应效果也不理想。过氧化氢浓度为30%时，可以兼顾混合效果和氯化反应效果，产品收率较高。

四、实验结论

本文介绍了在微反应器内连续合成中间体2,3-二氯吡啶的工艺路线，以3-氨基吡啶的氯化反应工序为例介绍了微反应器研究的过程，考察了进料摩尔比、过氧化氢浓度以及反应温度对氯化产品2-氯-3-氨基吡啶收率的影响。最优条件下，产品收率可以达到81.3%，同时反应时间较间歇反应器极大缩短，为2,3-二氯吡啶的连续合成提供了可行的途径。

参考文献

[1] Ahmad Y, Hey D H. Acylarylnitrosamines. Part VII. s of 3-aminomethoxypyridines and 3-amino-1-methylpyridones. The preparation of 2-methoxy-3-phenyl-, 4-methoxy-3-phenyl-, and 2-methoxy-5-phenylpyridine[J]. Journal of the Chemical Society, 1954:4516-4523.

] Zhang T Y, Erie F V. US Patent 5493028, 1996.

[3] Dehmlow E V, Schulz H J. of orellanine the lethal poison of a toadstool[J]. Tetrahedron Letters, 1985, 26(40):4903-4906.

[4] Okafor C O. Studies in the heterocyclic series XVII. A new type of triazaphenothiazine heterocycle[J]. Journal of Heterocyclic , 1980, 17(1):149-153.

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最后编辑时间为: 2020-05-25 03:52 Monday