介绍
4,6-二氯嘧啶，英文名称为4,6-dichloropyrimidine，简写为DCP，通常为白色结晶，贮存时会转为黄棕色，不溶于水，溶于甲苯等溶剂。4,6-二氯嘧啶是合成嘧啶类化合物的重要中间体，广泛用于医药、农药嘧啶类产品的合成，主要用于合成甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂嘧菌酯。
图一 4,6-二氯嘧啶的外表
应用
4,6-二氯嘧啶可用于合成农药中的甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂嘧菌酯,医药中的治疗溶血性链球菌、肺炎球菌及脑膜炎球菌等感染的磺胺类药物磺胺-6-甲氧嘧啶、磺胺间甲氧嘧啶(磺胺莫托辛)以及抗癌药氟脲嘧啶等。据了解,4,6-二氯嘧啶最主要的用途及的消费领域是用于合成甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂嘧菌酯。目前4,6-二氯嘧啶用于合成嘧菌酯的年消费量不少于6000t,而且随着嘧菌酯的推广,其消费量还会稳步增加。
合成
目前4,6-二氯嘧啶的合成工艺主要有两种,分别是4,6-二羟基嘧啶在有机碱作用下与三氯氧磷反应制备4,6-二氯嘧啶以及4,6-二羟基嘧啶在三氯氧磷、三氯化磷和氯气共同作用下合成4,6-二氯嘧啶。此外也有关于4,6-二羟基嘧啶在光气作用下制备4,6-二氯嘧啶和酰胺类化合物与光气反应制备4,6-二氯嘧啶的报道,下面分别对上述4种主要工艺进行介绍。
4,6-二羟基嘧啶在有机碱作用下与三氯氧磷反应制备4,6-二氯嘧啶工艺是开发最早的工艺,也是目前国内广泛采用的一条合成4,6-二氯嘧啶工艺路线。该工艺以三氯氧磷为溶剂和氯代试剂,先将4,6-二羟基嘧啶和三氯氧磷混合,升温并滴加缚酸剂如:有机叔胺或者不饱和的N,N-二甲基苯胺、吡啶等,之后在一定温度下保温至反应完全。料液脱出过量的溶剂后缓慢倾入冰水中进行分离,加溶剂萃取产品,有机相经过洗涤,脱溶剂和蒸馏得到产品。该制备过程的反应方程式如下:
图二 4,6-二羟基嘧啶的合成方法一
该工艺过程简单,设备投资较少,而且原料转化完全,收率比较高。主要缺点是废水量较大,而且废水成分较为复杂,所含的磷酸盐和氯化物难以分离,随着国家对水资源管理的日益严格,该工艺的发展受到一定的限制。近年来已有关于进行该类产品合成时所产生的废水处理的报道 ,但处理后所得副产物价值都不是很大,而且纯度较低,使用受到一定限制。
为解决4,6-二羟基嘧啶与三氯氧磷及缚酸剂反应而生成大量的难处理磷酸、盐酸混合盐,拜耳公司以三氯化磷和氯气与三氯氧磷共同作用制备4,6-二氯嘧啶。在该工艺中,三氯氧磷先与4,6-二羟基嘧啶反应制备4,6-二氯嘧啶并副产二氯磷酸,之后加入的三氯化磷和氯气与副产二氯磷酸反应生成三氯氧磷和氯化氢。该制备过程的反应方程式如下所示:
图三 4,6-二羟基嘧啶的合成方法二
与介绍的工艺2.1相比,该工艺废水和废渣量明显减少,但该工艺反应过程中需要大量的三氯氧磷作为溶剂,而且副产的二氯磷酸能够与三氯氧磷反应生成四氯三氧化二磷,消耗反应原料,浪费资源。
4,6-二羟基嘧啶与光气反应制备4,6-二氯嘧啶的报道也比较多,该工艺与三氯化磷工艺有一定的相似之处,区别在于将三氯氧磷改为光气。反应方程式如下:
图四 4,6-二羟基嘧啶的合成方法三
与三氯氧磷工艺相比,该工艺理论上所产生的废水量明显降低,副产物可以转化为纯度非常高的氯化物盐。但该工艺目前并没有实现大规模工业生产,分析其主要原因是4,6-二羟基嘧啶溶解度非常低,与光气的反应属于两相反应,反应难度大而且转化率比较低,通常报道的转化率在60%~70%,因此限制了该工艺的发展。
该工艺是制备氯代嘧啶系列物质的通用方法。该工艺以相应的有机胺与光气反应或者有机腈与盐酸反应制备酰胺盐,之后在光气作用下合环得到单氯代羟基嘧啶,后者继续与光气反应得到相应的二氯代嘧啶。以二氯嘧啶的合成为例,其反应方程式如下:
图五 4,6-二羟基嘧啶的合成方法四
在该工艺中,原料光气的来源同样受到限制,此外,生成的两种酰胺盐容易发生自身缩合而得到取代的二氯嘧啶,不仅降低收率至60%左右,而且会极大地增加分离难度。此外,合成过程需要0.7~2.4MPa的压力,对于设备提出更高的要求,实际生产意义不大。
除上述4种工艺外,也有以4-氯-6-甲氧基嘧啶与三氯氧磷反应[14] 以及4-氯-6-羟基嘧啶与三氯氧磷反应制备4,6-二氯嘧啶的工艺报道,不过都是以副产品回用为主进行的报道,实际产能受到原料来源的影响而受到极大限制。
综上所述,目前4,6-二氯嘧啶的合成工艺仍然以4,6-二羟基嘧啶与三氯氧磷反应工艺为主，不同之处在于采用缚酸剂和以三氯化磷与氯气处理副产物二氯磷酸,前者产能较大,设备投资等较少，但废水较多,处理难度较大；后者副产物较少，且废水量较少，成分相对简单,但是存在设备利用率低和设备要求高，初始投资多等问题，需要进一步研究更加清洁、环保、经济的合成工艺。
参考文献
[1]刘洁,王莉彩,任冬,张兴格,高永民.回收嘧菌酯副产物合成4,6-二氯嘧啶[J].农药,2022,61(12):877-879.
[2]康文斌.4,6-二氯嘧啶生产工艺设计综述[J].化工设计通讯,2021,47(07):5-6.
[3]郭翠红,李娟,杨国忠,李静,刘建俊.4,6-二氯嘧啶合成工艺研究[J].精细与专用化学品,2021,29(07):36-38.
[4]杨丰科,董志强,张永富,牛鹏程,高巍伟.4,6-二氯嘧啶清洁合成工艺[J].精细化工,2021,38(08):1711-1715.
[5]徐海鹏,马晨,高晶晶,张明.嘧菌酯中间体4,6-二氯嘧啶的合成[J].广东化工,2020,47(07):69-70.
[6]杨国忠,郭婷婷,左兰兰,侯立娟.4,6-二氯嘧啶的应用及工艺研究进展[J].精细与专用化学品,2016,24(08):26-30.
[7]杨丰科,胡占林.4,6-二氯嘧啶的合成研究[J].应用化工,2012,41(11):1905-1907.
[8]彭军,刘卫东,兰支利,杜升华.4,6-二氯嘧啶的合成研究[J].精细化工中间体,2009,39(06):14-17.
[9]杨桂秋,彭立刚,田晋,韩燕.4,6-二氯嘧啶的合成工艺研究[J].沈阳化工学院学报,2009,23(02):118-120.