本發(fā)明涉及一種聯(lián)吡啶的制備方法，具體涉及一種2,2'-聯(lián)吡啶的制備方法。
背景技術(shù)：
聯(lián)吡啶有六種異構(gòu)體，分別為2,2'-，3,3'-，4,4'-，2,3'-，2,4'-和3,4'-聯(lián)吡啶。其中，較為常見、用途較廣的的為2,2'-和4,4'-聯(lián)吡啶。其主要用途包括以下兩個個方面：一、用于有機合成、醫(yī)藥中間體；二、用作分析試劑，用于檢定亞鐵、銀、鎘、鉬離子。目前，其主要用途是用作生產(chǎn)除草劑的中間體，如2,2'-聯(lián)吡啶和4,4'-聯(lián)吡啶分別為“敵草快”()和“百草枯”()的中間體。
除草劑一直是世界農(nóng)藥市場中最為活躍的部分。百草枯是目前世界除草劑市場占有率第二的品種，但由于其誤服無有效解藥的特性，農(nóng)業(yè)部等部署安排，自今年7月1日起，撤銷百草枯水劑登記和生產(chǎn)許可，并于2016年7月1日起，停止百草枯水劑在國內(nèi)銷售和使用。百草枯禁用后帶來巨大的市場空缺，使得同屬于吡啶堿類季銨鹽的除草劑敵草快受到廣泛關(guān)注，需求量有望在短期內(nèi)劇增，市場潛力巨大。
敵草快(1,1'-乙撐-2,2'-雙聯(lián)吡啶二溴鹽)由2,2'-聯(lián)吡啶和1,2-二溴乙烷反應(yīng)制備。其中，重要中間體2,2'-聯(lián)吡啶的合成是制備敵草快的關(guān)鍵過程。2,2'-聯(lián)吡啶的合成方法包括：直接偶聯(lián)法、脫羧法、氧化法、氨鈉法、炔胺環(huán)合法、炔腈環(huán)合法、吡喃氨化法和Ullmann法等。
圖式1 Ullmann法合成2,2'-聯(lián)吡啶
圖式2 直接偶聯(lián)法合成2,2'-聯(lián)吡啶
上述方法中，適合工業(yè)生產(chǎn)的制備方法為直接偶聯(lián)法和Ullmann法：前者是以金屬鎳(雷尼鎳)為催化劑，在適當條件下，使吡啶發(fā)生直接偶聯(lián)反應(yīng)生成產(chǎn)物；后者是以2-鹵代吡啶為原料，在金屬銅催化劑的作用下，發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)生成2,2'-聯(lián)吡啶。目前工業(yè)上主要采用后一種方法生產(chǎn)2,2'-聯(lián)吡啶。該過程較為簡單，反應(yīng)溫度在100℃左右。但存在以下問題：原材料價格昂貴(2-氯吡啶的合成比較困難)；此外，由于含鹵素反應(yīng)物的高腐蝕性，須使用特殊反應(yīng)設(shè)備，并帶來環(huán)境隱患。至于前一種以雷尼鎳為催化劑的制備方法，由于雷尼鎳極易自燃，在制備過程中，操作上不易控制，存在安全隱患。因此，開發(fā)安全、高效的2,2'-聯(lián)吡啶生產(chǎn)方法十分必要。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種聯(lián)吡啶的制備方法。
具體而言，提供一種2,2'-聯(lián)吡啶的制備方法。
本發(fā)明所述的2,2'-聯(lián)吡啶的制備方法包括以下步驟：
A)以負載型鎳作為催化劑，經(jīng)還原使之轉(zhuǎn)化為負載型活性鎳；
B)向上述步驟A)生成的體系中加入反應(yīng)原料，在一定條件下，使反應(yīng)原料在催化劑作用下發(fā)生脫氫偶聯(lián)反應(yīng)，生成2,2'-聯(lián)吡啶產(chǎn)物；
C)采用過濾、蒸餾、洗滌、層析、重結(jié)晶等分離步驟對產(chǎn)物進行純化，制得2,2'-聯(lián)吡啶產(chǎn)品。
所述的方法，步驟A)中，負載型鎳催化劑的載體為多孔氧化鋁、二氧化硅、活性炭或分子篩中的一種或幾種。
所述的方法，步驟A)中，該負載型鎳催化劑的鎳負載量為2～50wt％。
所述的方法，步驟A)中，該負載型鎳催化劑在100～500℃下還原1～24h。
所述的方法，步驟A)中，所述還原反應(yīng)在還原氣氣氛下進行，還原氣為氫氣或氫氣與惰性氣體的混合氣。
所述的方法，步驟A)中，還原氣為氫氣與惰性氣體的混合氣時，氫氣體積含量不低于10％。
所述的方法，步驟A)中，還原時氣壓為1～5個大氣壓。
所述的方法，步驟B)中，反應(yīng)原料為吡啶。
所述的方法，步驟B)中，催化劑與吡啶的質(zhì)量比為0.05～5。
所述的方法，步驟B)中，反應(yīng)溫度為80～150℃。
所述的方法，步驟B)中，反應(yīng)時通冷凝水使未反應(yīng)的原料回流、循環(huán)反應(yīng)。
所述的方法，步驟B)中，反應(yīng)時間為12～96h。
所述的方法，步驟C)中，采用如下操作步驟分離、純化產(chǎn)品：
a)采用過濾、抽濾、壓濾等操作將液體產(chǎn)物和未反應(yīng)的原料與固體催化劑分離，收集濾液；
b)對所有濾液進行減壓蒸餾，收集蒸餾殘留物；
c)洗滌蒸餾殘留物，過濾，收集濾液；
d)對濾液進行層析分離，收集前半部分洗脫液，再將洗脫液加熱濃縮，在冰箱中靜置過夜，產(chǎn)物析出，過濾，得粗產(chǎn)物；
e)將粗產(chǎn)物溶于石油醚中進行重結(jié)晶處理，制得純產(chǎn)物。
所述的方法，步驟a)中，液體產(chǎn)物和未反應(yīng)的原料與固體催化劑經(jīng)過濾分離，收集濾液。
所述的方法，步驟b)中，對所有濾液進行減壓蒸餾，蒸餾時真空度保持10～50mmHg。
所述的方法，步驟b)中，對所有濾液進行減壓蒸餾，溫度30～80℃。
所述的方法，步驟b)中，蒸餾完成后，收集蒸餾殘留物。
所述的方法，步驟c)和步驟e)中，用于洗滌蒸餾殘留物和進行重結(jié)晶所使用的試劑為石油醚、乙醇、丙酮、正己烷中的一種或幾種。
所述的方法，步驟c)中，用于洗滌蒸餾殘留物所使用的試劑最好為石油醚。
所述的方法，步驟d)中，使用石油醚在中性氧化鋁柱上對濾液進行層析分離。
所述的方法，步驟d)中，收集分離后的前半部分洗脫液，并將洗脫液加熱濃縮。
所述的方法，步驟d)中，洗脫液加熱濃縮溫度為50～150℃。
所述的方法，步驟d)中，濃縮液在冰箱中靜置過夜，產(chǎn)物析出，過濾，得粗產(chǎn)物。
所述的方法，步驟e)中，將粗產(chǎn)物溶于石油醚、乙醇、丙酮、正己烷中的 一種或幾種中進行重結(jié)晶處理，最好為石油醚。
所述的方法，步驟e)中，粗產(chǎn)物進行重結(jié)晶1～3次。
由于本發(fā)明使用安全無毒的負載型鎳為催化劑，與鹵素法(Ullmann法)相比，本發(fā)明提供的方法無毒害，對設(shè)備要求低；與直接偶聯(lián)法相比，本發(fā)明提供的方法操作安全、環(huán)境友好。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但需要指出的是，本發(fā)明內(nèi)容并不局限于此。
實施例1
稱取100g 5wt％Ni/γ-Al2O3催化劑置于石英管中，在450℃下，通氫氣還原6h，完畢在相同溫度下通氮氣吹掃3h，繼續(xù)通氮氣并降至室溫。將還原后的催化劑加入至500mL玻璃三口燒瓶中，其一側(cè)開口連接200mL分液漏斗，中間開口閉合，另一側(cè)開口連接水泵抽真空。抽真空2h，完畢將連接三口燒瓶與水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，將吡啶加入至三口燒瓶內(nèi)。加入完成之后，將三口燒瓶的中間開口連接冷凝回流管。加熱三口燒瓶至110℃，回流反應(yīng)12h后將三口燒瓶冷卻至60℃。將反應(yīng)后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，過濾，收集濾液；繼續(xù)加入吡啶至三口燒瓶內(nèi)，提取剩余產(chǎn)物(每次加入50mL吡啶，加熱回流10min后，冷卻至60℃，過濾，收集濾液；重復(fù)該提取步驟2次以上。對收集到的所有濾液進行減壓蒸餾，減壓蒸餾壓力保持20mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸騰石油醚洗滌減壓蒸餾殘留物，過濾，收集濾液；繼續(xù)用沸騰石油醚洗滌濾出不溶物三次，每次用量25mL，過濾，收集濾液。使用石油醚在中性氧化鋁柱上對所有濾液進行層析分離，收集前2L洗脫液，并將洗脫液加熱濃縮至100mL，在冰箱中靜置過夜，產(chǎn)物析出，過濾，得粗產(chǎn)物10g。將粗產(chǎn)物置于80mL石油醚中重結(jié)晶1次，制得白色結(jié)晶純產(chǎn)物2,2'-聯(lián)吡啶8g。收率4.1％。反應(yīng)結(jié)果匯總于表1。
實施例2
稱取100g 10wt％Ni/γ-Al2O3催化劑置于石英管中，在480℃下，通氫氣還原6h，完畢在相同溫度下通氮氣吹掃3h，繼續(xù)通氮氣并降至室溫。將還原后的催化劑加入至500mL玻璃三口燒瓶中，其一側(cè)開口連接200mL分液漏斗，中間開口閉合，另一側(cè)開口連接水泵抽真空。抽真空2h，完畢將連接三口燒瓶與水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，將吡啶加入至三口燒瓶內(nèi)。加入完成之后，將三口燒瓶的中間開口連接冷凝回流管。加熱三口燒瓶至115℃，回流反應(yīng)24h后將三口燒瓶冷卻至60℃。將反應(yīng)后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，過濾，收集濾液；繼續(xù)加入吡啶至三口燒瓶內(nèi)，提取剩余產(chǎn)物(每次加入50mL吡啶，加熱回流10min后，冷卻至60℃，過濾，收集濾液；重復(fù)該提取步驟2次以上。對收集到的所有濾液進行減壓蒸餾，減壓蒸餾壓力保持20mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸騰石油醚洗滌減壓蒸餾殘留物，過濾，收集濾液；繼續(xù)用沸騰石油醚洗滌濾出不溶物三次，每次用量25mL，過濾，收集濾液。使用石油醚在中性氧化鋁柱上對所有濾液進行層析分離，收集前2L洗脫液，并將洗脫液加熱濃縮至100mL，在冰箱中靜置過夜，產(chǎn)物析出，過濾，得粗產(chǎn)物14g。將粗產(chǎn)物置于80mL石油醚中重結(jié)晶1次，制得白色結(jié)晶純產(chǎn)物2,2'-聯(lián)吡啶13g。收率6.7％。反應(yīng)結(jié)果匯總于表1。
實施例3
稱取100g 20wt％Ni/γ-Al2O3催化劑置于石英管中，在480℃下，通氫氣還原8h，完畢在相同溫度下通氮氣吹掃3h，繼續(xù)通氮氣并降至室溫。將還原后的催化劑加入至500mL玻璃三口燒瓶中，其一側(cè)開口連接200mL分液漏斗，中間開口閉合，另一側(cè)開口連接水泵抽真空。抽真空2h，完畢將連接三口燒瓶與水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，將吡啶加入至三口燒瓶內(nèi)。加入完成之后，將三口燒瓶的中間開口連接冷凝回流管。加熱三口燒瓶至120℃，回流反應(yīng)48h后將三口燒瓶冷卻至60℃。將反應(yīng)后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，過濾，收集濾液；繼續(xù)加入吡啶至三口燒瓶內(nèi)，提取剩余產(chǎn)物(每次加入50mL吡啶，加熱回流10min后，冷卻至60℃，過濾，收集濾液；重復(fù)該提取步驟2次以上。對收集到的所有濾液進行減壓蒸餾，減壓蒸餾壓力保持20mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸騰石油醚洗滌減壓蒸餾殘留物，過濾，收集濾液；繼續(xù)用沸騰石油醚洗滌濾出不溶物三次，每次用量25mL，過濾，收集濾液。使用石油醚在中性氧化鋁柱上對所有濾液進行層析分離，收集前2L洗脫液，并將洗脫液加熱濃縮至100mL，在冰箱中靜置過夜，產(chǎn)物析出，過濾，得粗產(chǎn)物17g。將粗產(chǎn)物置于80mL石油醚中重結(jié)晶1次，制得白色結(jié)晶純產(chǎn)物2,2'-聯(lián)吡啶16g。收率8.2％。反應(yīng)結(jié)果匯總于表1。
實施例4
稱取100g 10wt％Ni/MCM-41催化劑置于石英管中，在450℃下，通氫氣還原6h，完畢在相同溫度下通氮氣吹掃3h，繼續(xù)通氮氣并降至室溫。將還原后的催化劑加入至500mL玻璃三口燒瓶中，其一側(cè)開口連接200mL分液漏斗，中間開口閉合，另一側(cè)開口連接水泵抽真空。抽真空2h，完畢將連接三口燒瓶與水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，將吡啶加入至三口燒瓶內(nèi)。加入完成之后，將三口燒瓶的中間開口連接冷凝回流管。加熱三口燒瓶至120℃，回流反應(yīng)36h后將三口燒瓶冷卻至60℃。將反應(yīng)后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，過濾，收集濾液；繼續(xù)加入吡啶至三口燒瓶內(nèi)，提取剩余產(chǎn)物(每次加入50mL吡啶，加熱回流10min后，冷卻至60℃，過濾，收集濾液；重復(fù)該提取步驟2次以上。對收集到的所有濾液進行減壓蒸餾，減壓蒸餾壓力保持30mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸騰石油醚洗滌減壓蒸餾殘留物，過濾，收集濾液；繼續(xù)用沸騰石油醚洗滌濾出不溶物三次，每次用量25mL，過濾，收集濾液。使用石油醚在中性氧化鋁柱上對所有濾液進行層析分離，收集前2L洗脫液，并將洗脫液加熱濃縮至100mL，在冰箱中靜置過夜，產(chǎn)物析出，過濾，得粗產(chǎn)物23g。將粗產(chǎn)物置于80mL石油醚中重結(jié)晶2次，制得白色結(jié)晶純產(chǎn)物2,2'-聯(lián)吡啶22g。收率11.3％。反應(yīng)結(jié)果匯總于表1。
實施例5
稱取100g 20wt％Ni/MCM-41催化劑置于石英管中，在480℃下，通氫氣還原6h，完畢在相同溫度下通氮氣吹掃3h，繼續(xù)通氮氣并降至室溫。將還原后的催化劑加入至500mL玻璃三口燒瓶中，其一側(cè)開口連接200mL分液漏斗，中間開口閉合，另一側(cè)開口連接水泵抽真空。抽真空2h，完畢將連接三口燒瓶與水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，將吡啶加入至三口燒瓶內(nèi)。加入完成之后，將三口燒瓶的中間開口連接冷凝回流管。加熱三口燒瓶至123℃，回流反應(yīng)48h后將三口燒瓶冷卻至60℃。將反應(yīng)后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，過濾，收集濾液；繼續(xù)加入吡啶至三口燒瓶內(nèi)，提取剩余產(chǎn)物(每次加入50mL吡啶，加熱回流10min后，冷卻至60℃，過濾，收集濾液；重復(fù)該提取步驟2次以上。對收集到的所有濾液進行減壓蒸餾，減壓蒸餾壓力保持 30mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸騰石油醚洗滌減壓蒸餾殘留物，過濾，收集濾液；繼續(xù)用沸騰石油醚洗滌濾出不溶物三次，每次用量25mL，過濾，收集濾液。使用石油醚在中性氧化鋁柱上對所有濾液進行層析分離，收集前2L洗脫液，并將洗脫液加熱濃縮至100mL，在冰箱中靜置過夜，產(chǎn)物析出，過濾，得粗產(chǎn)物26g。將粗產(chǎn)物置于80mL石油醚中重結(jié)晶2次，制得白色結(jié)晶純產(chǎn)物2,2'-聯(lián)吡啶24g。收率12.4％。反應(yīng)結(jié)果匯總于表1。
實施例6
稱取100g 30wt％Ni/MCM-41置于石英管中，在480℃下，通氫氣還原6h，完畢在相同溫度下通氮氣吹掃3h，繼續(xù)通氮氣并降至室溫。將還原后的催化劑加入至500mL玻璃三口燒瓶中，其一側(cè)開口連接200mL分液漏斗，中間開口閉合，另一側(cè)開口連接水泵抽真空。抽真空2h，完畢將連接三口燒瓶與水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，將吡啶加入至三口燒瓶內(nèi)。加入完成之后，將三口燒瓶的中間開口連接冷凝回流管。加熱三口燒瓶至115℃，回流反應(yīng)56h后將三口燒瓶冷卻至60℃。將反應(yīng)后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，過濾，收集濾液；繼續(xù)加入吡啶至三口燒瓶內(nèi)，提取剩余產(chǎn)物(每次加入50mL吡啶，加熱回流10min后，冷卻至60℃，過濾，收集濾液；重復(fù)該提取步驟2次以上。對收集到的所有濾液進行減壓蒸餾，減壓蒸餾壓力保持25mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸騰石油醚洗滌減壓蒸餾殘留物，過濾，收集濾液；繼續(xù)用沸騰石油醚洗滌濾出不溶物三次，每次用量25mL，過濾，收集濾液。使用石油醚在中性氧化鋁柱上對所有濾液進行層析分離，收集前2L洗脫液，并將洗脫液加熱濃縮至100mL，在冰箱中靜置過夜，產(chǎn)物析出，過濾，得粗產(chǎn)物28g。將粗產(chǎn)物置于80mL石油醚中重結(jié)晶2次，制得白色結(jié)晶純產(chǎn)物2,2'-聯(lián)吡啶26g。收率13.4％。反應(yīng)結(jié)果匯總于表1。
實施例7
稱取100g 30wt％Ni/SBA-15置于石英管中，在450℃下，通氫氣還原6h，完畢在相同溫度下通氮氣吹掃3h，繼續(xù)通氮氣并降至室溫。將還原后的催化劑加入至500mL玻璃三口燒瓶中，其一側(cè)開口連接200mL分液漏斗，中間開口閉合，另一側(cè)開口連接水泵抽真空。抽真空2h，完畢將連接三口燒瓶與水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，將吡啶加入至三口燒瓶內(nèi)。加入完成之后，將三口燒瓶的中間開口連接冷凝回流管。加熱三口燒瓶至120℃，回流反應(yīng)48h后將三口燒瓶冷卻至60℃。將反應(yīng)后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，過濾，收集濾液；繼續(xù)加入吡啶至三口燒瓶內(nèi)，提取剩余產(chǎn)物(每次加入50mL吡啶，加熱回流10min后，冷卻至60℃，過濾，收集濾液；重復(fù)該提取步驟2次以上。對收集到的所有濾液進行減壓蒸餾，減壓蒸餾壓力保持30mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸騰石油醚洗滌減壓蒸餾殘留物，過濾，收集濾液；繼續(xù)用沸騰石油醚洗滌濾出不溶物三次，每次用量25mL，過濾，收集濾液。使用石油醚在中性氧化鋁柱上對所有濾液進行層析分離，收集前2L洗脫液，并將洗脫液加熱濃縮至100mL，在冰箱中靜置過夜，產(chǎn)物析出，過濾，得粗產(chǎn)物23g。將粗產(chǎn)物置于80mL石油醚中重結(jié)晶2次，制得白色結(jié)晶純產(chǎn)物2,2'-聯(lián)吡啶21g。收率11.8％。反應(yīng)結(jié)果匯總于表1。
表1不同實施例的反應(yīng)結(jié)果
實施例8
稱取100g 40wt％Ni/SBA-15置于石英管中，在480℃下，通氫氣還原6h，完畢在相同溫度下通氮氣吹掃3h，繼續(xù)通氮氣并降至室溫。將還原后的催化劑加入至500mL玻璃三口燒瓶中，其一側(cè)開口連接200mL分液漏斗，中間開口閉合，另一側(cè)開口連接水泵抽真空。抽真空2h，完畢將連接三口燒瓶與水泵的管路截止。量取200mL吡啶置于200mL分液漏斗中，將吡啶加入至三口燒瓶內(nèi)。加入完成之后，將三口燒瓶的中間開口連接冷凝回流管。加熱三口燒瓶至118℃，回流反應(yīng)36h后將三口燒瓶冷卻至60℃。將反應(yīng)后的混合物倒入垂熔玻璃漏斗中，過濾，收集濾液；繼續(xù)加入吡啶至三口燒瓶內(nèi)，提取剩余產(chǎn)物(每次加入50mL吡啶，加熱回流10min后，冷卻至60℃，過濾，收集濾液；重復(fù)該提取步驟2次以上。對收集到的所有濾液進行減壓蒸餾，減壓蒸餾壓力保持30mmHg，去除其中的吡啶。用100mL沸騰石油醚洗滌減壓蒸餾殘留物，過濾，收集濾液；繼續(xù)用沸騰石油醚洗滌濾出不溶物三次，每次用量25mL，過濾，收集濾液。使用石油醚在中性氧化鋁柱上對所有濾液進行層析分離，收集前2L洗脫液，并將洗脫液加熱濃縮至100mL，在冰箱中靜置過夜，產(chǎn)物析出，過濾，得粗產(chǎn)物20g。將粗產(chǎn)物置于80mL石油醚中重結(jié)晶2次，制得白色結(jié)晶純產(chǎn)物2,2'-聯(lián)吡啶18g。收率9.3％。反應(yīng)結(jié)果匯總于表1。