2，2'-联吡啶催化合成研究进展

韦永飞，黄永升，顾起财，方红新，强金凤，陈锐（安徽国星生物化学有限公司，安徽杂环化学省级实验室，安徽马鞍山243100）

2，2'-联吡啶催化合成研究进展

韦永飞，黄永升，顾起财，方红新，强金凤，陈锐
（安徽国星生物化学有限公司，安徽杂环化学省级实验室，安徽马鞍山243100）

摘要：综述了2，2'-联吡啶的催化合成研究现状及其合成工艺路线，重点介绍了Ullmann法、直接偶联法、氨钠法，并对其工业化路线进行了展望。

关键词：2，2'-联吡啶；Ullmann；偶联；氨钠

通讯联系人：方红新（1983-），男，毕业于苏州大学，工程师，从事高分子合成和农药合成研究工作，18955508301，fhx19831115@163.com。

1　前言

2，2'-联吡啶作为一种化工中间体广泛应用于有机合成、油漆、涂料、医药和农药等行业[1]，其中，由于其独特的螯合作用，可以作为检测金属离子的指示剂、光敏剂、金属催化剂的配体等，具有广阔的应用前景[2]。近年来，随着2，2'-联吡啶下游产品农药敌草快市场需求量的不断增加，其日益受到世界各国的广泛关注。本文综述了2，2'-联吡啶的催化合成研究现状以及工艺合成路线，并对其工业化应用前景进行展望。

2　2，2'-联吡啶催化合成研究进展

自1958年英国ICI公司首次合成敌草快以来[3]，其中间体2，2'-联吡啶已经有多种合成方法。按原料来分，以2-卤代吡啶为起始原料的合成方法已成为工业化比较成熟的方法[4-5]；以吡啶为起始原料的合成技术已被英国原ICI公司攻破；其次还有以2-氰基吡啶、2-氨甲基吡啶、2-乙酰基吡啶、吡啶- N-氧化物等为原料偶联得到的，均已实现工业化或具有工业化前景。

2.1以2-卤代吡啶为原料的Ullmann法

该方法是以2-卤代吡啶为原料，在镍、钯等过渡金属络合物催化下偶联合成2，2'-联吡啶[6]，它是合成2，2'-联吡啶最主要的方法，也是大部分吡啶衍生物偶联反应采用的方法[7]。

二十世纪80年代后期，随着金属有机化合物在有机合成中的广泛应用，Ullmann法合成反应也采用了以金属有机化合物为催化剂的催化反应。该方法主要以金属Ni或金属镍盐、三苯基膦为催化剂，以Zn、Mg、Mn为还原剂催化2-卤代吡啶进行耦合得到2，2'-联吡啶。其催化反应机理如图1所示。

图1　Ullmann法催化2-卤代吡啶反应机理

其中，K. Sato，M. Iyoda，H. Noriyuki等[8-9]将3mmol NiBr2（PPh3）2、15mmol Zn粉和1～10 mmol Et4Ni加入到30mL的THF中，升温至50℃后向THF中滴加10mmol 2-溴吡啶，保温6～30h。向反应混合液中分别添加100mL2M氨水溶液、50mL乙醚、50mL苯。将沉淀过滤后分离出有机相，水相采用50mL乙醚和苯（1∶1）混合液萃取两次。萃取后的有机相分别进行水洗和饱和NaCl洗，然后用无水MgSO4干燥，蒸馏除去溶剂，再真空蒸馏得2，2'-联吡啶，收率达73%以上。

随后许多学者不断致力于对该催化偶联分液的研究改进，并取得了相当程度的突破和成果。R. N. Dhital、Sakurai等[10-11]均以氯金酸、氯钯酸为催化剂，采用Ullmann偶联反应合成2，2'-联吡啶。向反应管中分别加入0.1mmol 2-溴吡啶、0.15mmol KOH水溶液，之后分别添加0.4mL5mM氯金酸和氯钯酸溶液，低温35℃下进行搅拌反应，12h后用0.5M的HCl猝灭反应。经后处理真空蒸馏干燥后，2，2'-联吡啶收率达96%。

但该反应中氯金酸和氯钯酸由于其昂贵的价格无法应用到工业化生产中。王红明、李健、刘善和、Nelson 等[12-15]均采用以DMAC为溶剂，月桂酸甜菜碱或吐温80为助剂，在80℃左右进行保温反应2～3h后经脱溶、碱解、萃取、酸洗、吸附、酸解、碱解、精制等过程得到高纯度的2，2'-联吡啶，其收率均可达到96%以上。因此，采用以NiCl2、PPh3、Zn粉为偶联试剂的偶联反应，反应条件温和，产品收率高，是目前2，2'-联吡啶合成的工业化合成方法。但由于其制造成本高，环境负担重，原料来源困难等原因，仍不能作为最佳的工业化合成路线。

2.2以吡啶为原料的直接偶联法

该法是以吡啶为原料，在Raney Ni存在下进行催化偶联合成2，2'-联吡啶。该法因其原料来源丰富，合成工艺路线简单，环境友好等诸多优点一直是研究者最希望研究和开发的路线。然而，Raney Ni在催化吡啶脱氢偶联过程中很快失活，其原因主要是生成的产物2，2'-联吡啶使得催化剂中毒。

英国原ICI公司从上世纪60年代就已经开始了比较深入的研究[16]，并取得了突破性的进展。G. H. Lang，D. C. Marshall和R. F. Dalton等[17-19]发现贵金属铑、锇、钯、铂、钌等在合成2，2'-联吡啶的反应中比Raney Ni催化活性高且催化剂的使用寿命较长，反应过程中易于处理和操作。G. H. Lang等[20]向反应管中分别加入1g 5wt.% Rh/Al2O3催化剂和25g吡啶，升温至300℃反应10h后降温、过滤、蒸馏得2，2'-联吡啶，收率为12.0%。同样的方法分别用Ru/C和Pt/C催化反应所得2，2'-联吡啶收率分别为4.5%和12.6%。

为了提高吡啶转化率，J. R. Case等[21]曾在620℃～625℃、10MPa下将吡啶进行高温分解后合成2，2'-联吡啶。该反应为自由基反应，故其产物收率较低，仅为28%，副产物主要为吡啶二聚物异构体等。

随后ICI公司于1961年成功开发了类似于Soxhlet萃取剂装置的方法。它使得吡啶在催化剂床层偶联结束后即与催化剂分离，这不仅解决了2，2'-联吡啶在合成过程中的催化剂失活问题；同时由于吡啶的循环蒸发冷凝到催化剂床层进行催化偶联，大大提高了产物2，2'-联吡啶的收率。G. L. Varcoe等[22]采用该方法使用Raney Ni催化剂反应114h后其收率高达37%。随后ICI公司的研究者从Raney Ni去水，吡啶与甲苯、甲基环己烷混溶代替纯吡啶进料等因素考虑[23-24]，对该合成工艺进行改进。目前国内仍没有开发以吡啶为原料直接偶联的工业化路线。

2.3以吡啶-N-氧化物为原料的氨钠法

该方法初始原料是吡啶，经氧化后得中间体吡啶- N-氧化物，在氨基钠等强碱性催化剂下偶联合成2，2'-联吡啶，目前尚未见相关的文献报道。

除了上述路线外，2，2'-联吡啶的合成路线还有2-氰基吡啶与乙炔在高温高压下的环合反应[25]，甲基吡啶在600℃以上和双氧水氧化偶联反应[26]以及2-乙酰基吡啶在高温高压下气相催化偶联反应[27]等，但这些路线均停留在小试阶段。

3　2，2'-联吡啶催化合成展望

综合考虑，2，2'-联吡啶的合成路线应当从以下两个方面着手：采用以2-氯吡啶为原料的Ullmann法是2，2'-联吡啶合成工业化生产的首要选择，并对工艺路线不断改进和优化，以降低生产成本，减少环境污染；以吡啶为原料的直接偶联法和以吡啶- N-氧化物为原料的氨钠法是2，2'-联吡啶合成的技术革新方向。

作为敌草快的创始人，英国原ICI公司在以吡啶为原料Raney Ni催化合成2，2'-联吡啶的研究方面取得了很大的进展，并建立了一定规模的工业化装置。到目前为止，直接偶联法的研究重点在于不断开发与改进吡啶脱氢偶联的催化性能，增强抗毒能力，提高吡啶转化率。因此，进一步研究与开发高活性、高效能的吡啶脱氢偶联催化剂将是2，2'-联吡啶合成的研究重点，也是敌草快工业的一项重要课题。

参考文献

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doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.05.005

中图分类号：O626.4

文献标识码：A

文章编号：1008- 553X（2015）05- 0019- 03

收稿日期：2015- 04- 03

作者简介：韦永飞（1976-），男，毕业于金陵科技学院，工程师，从事企业管理及农药合成研究工作，15357966000，weiyf1976@163.com；

The Research Progress of Catalytic Synthesis of 2，2'-Dipyridyl

WEI Yong-fei，HUANG Yong-sheng，GU Qi-cai，FANG Hong-xin，QIANG Jin-feng，CHEN Rui

（Anhui Costar Biological Chemical Co.，Ltd.，Provincial Laboratoryof Heterocyclic Chemistry，Maanshan 243100，China）

Abstract:The research progress of catalytic synthesis of 2，2'- dipyridyl and synthetic route at home and abroad has been summarized. Especially for synthesis of 2，2'- dipyridyl with the Ullmann method，direct coupling method and ammonia sodiummethod，then point out the route ofits industrialization.

Key words:2，2'- dipyridyl；Ullmann；coupling；ammonia sodium