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Verfahren zur Herstellung von Pyridincarbonsäurealkylestern
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Pyridincarbonsaurealkyl- estern.
Pyridincarbonslureester sind als Zwischenprodukt verschiedener organischer Synthesen vielfach in Verwendung. Das Nikotinsaureamid, dessen Vitaminw1rkung bekannt ist, wird durch Umsetzung eines Nikotinsäureesters mit Ammoniak hergestellt, wobei im Verlauf der Reaktion die Alkoholkomponente des Esters in Freiheit gesetzt wird.
Pyridincarbonslureester wurden bisher so hergestellt, dass in Gegenwart von Katalysatoren, z. B. in Gegenwart starker Säuren, wie Schwefels. Jure. verestert wurde. Da jedoch die Isolierung der auf diese Weise gebildeten Endprodukte Schwierigkeiten bereitet, ist dieses Verfahren verhältnismässig kompliziert.
Der Ester bildet mit dem Katalysator ein Salz, bleibt in dem ReaktionsgeflU3 zurUck und kann daher nicht direkt durch Destillation gewonnen werden.
Zur Durchführung der Destillation war erst die Freisetzung des Esters notwendig. Dabei ging der Katalysator verloren ; ausserdem wurden die Kosten der Synthese durch die zusätzlich notwendige Verfahrensstufe erhöht.
Es wurde nun gefunden, dass Pyridincarbonsäurealkylester ohne Zuhilfenahme eines Katalysator hergestellt werden können und die Ester nach erfolgter Reaktion in fast quantitativer Ausbeute durch direkte Destillation aus dem Reaktionsgefass gewonnen werden können.
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() O CAus dem geringfügigen Destillationsrückstand kann, wenn gewünscht, etwas Pyridincarbonsaura zurückgewonnen werden.
Die Reaktionstemperatur kann zwischen 1400 C und 2250 C liegen, jedoch werden bei niederen Temperaturen einerseits schlechtere Ausbeuten erhalten und wird anderseits auch die Reaktionsdauer all-
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cyclischen Verbindungen eintritt und die Ausbeute dadurch verringert wird. Die bevorzugten Reaktionstem- peraturen liegen daher zwischen 150 C und 1800 C.
Die fUr die Esterbildung zu verwendenden Alkohole können sowohl solche sein, die mit Wasser mischbar sind, als auch solche, die mit Wasser nicht mischbar sind ; für das erfindungsgemasse Verfahren eignen sich insbesondere Alkohole mit 1-5 Kohlenstoffatomen. Wenn mit Wasser nicht mischbare Alkohole verwendet werden, wird die verdampfte Alkohol-Wassermischung kondensieren und dann absitzen gelassen und hierauf der mit Wasser nicht mischbare Alkohol in das ReaktionsgefM zurUckge- leitet.
Werden mit Wasser mischbare Alkohole verwendet, kann das während des Reaktionsverlaufes gebildete Wasser nicht so leicht von dem Alkohol abgetrennt werden ; deshalb ist zur Durchführung der ge-
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anaufgesetztem Rückflusskühler kann auch ein Fraktionieraufsatz verwendet werden und die sich bei der Esterbindung bildenden Dämpfe auf diese Weise rektifiziert werden. Der gebildete konzentrierte Alkohol kann, ähnlich wie bei Verwendung eines mit Wasser nicht mischbaren Alkohols, in das Reaktionsgefäss als teilweiser Rückfluss rückgeleitet werden.
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F. tfindungsgemäss können auch Gemische isomerer und homologer Alkohole verwendet werden.
Der Reaktionsdruck soll dem des Alkohol-Dampfdruckes bei der Reaktionstemperatur gleich sein, so dass der Alkohol siedet. So wird bei Verwendung von Alkoholen mit 1-5 Kohlenstoffatomen bei Temperaturen von 150 bis 1800 C der Druck zwischen ungefähr 0,7 kg/cm2 und ungefähr 28 kg/cm2liegen.
Wenn bei Temperaturen von 150 bis 1800 C esterifiziert wird, werden für die durchzuführende Esterbildung verwendete, mit Wasser mischbare Alkohole einen Druck von ungefähr 0, 7 kg/cmz bis ungefähr 3,5 kg/cm2 erforderlich machen. Die mit Wasser nicht mischbaren Alkohole werden bei diesen Temperaturen bei einem Druck von 3,5 kg/cm2 bis 7 kg/cm reagieren ; bei den bevorzugten Temperaturen von
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2kg/cmlbis 6,fahrensmässig mindestens 2 : 20 und vorzugsweise zumindest 5 : 15 sein. Wie schon zuvor erwähnt, soll bei Verwendung von mit Wasser mischbaren Alkoholen, wenn das Wasser nicht abgetrennt wird, das mo-
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mindest 5 betragen. Es gibt keine obere Grenze für den Zusatz von Alkohol, jedoch werden, wenn die Verhältniszahl 15 übersteigt, die erzielten Resultate nicht wesentlich verbessert.
Auch wird bei so hohen Alkoholkonzentrationen nach vollendeter EsteriHzierung eine zusätzliche Energiezufuhr zur Entfernung des Alkohols erforderlich gemacht.
Die folgenden Beispiele sollen näher erläutern, wie Pyridincarbonsäurealkylester erfindungsgemäss hergestellt werden können.
Beispiel 1 : In einem mit Ruhrwerk und Heizvorrichtungen ausgestatteten, ungefähr 4 Liter fassenden Autoklaven wurden 615 g Nikotinsäure eingeführt. Daraufbin wurden 2220 g n-Butylalkohol zuge-
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Ein Ruckflusskühlersetzt, wobei alle in diesem kondensierten Dämpfe in eine FlUssigkeitsfalle geleitet wurden. Der Überlauf der Flüssigkeitsfalle wurde in den Autoklaven eingeführt. Der Inhalt der FlUssigkeitsfalle konnte abgezogen werden.
Der Autoklav wurde dann durch Schliessen des sich oberhalb des Rückflusskühlers befindlichen Ventils unter Druck gesetzt. Es wurde dann auf 175 C erwärmt und der Druck bei 4,5 kg/cm ! gehalten. In bestimmten Abständen wurde eine sich in der FlUssigkeitsfalle gebildete wässerige Schichte abgezogen. Das Kochen unter Rückfluss wurde zwölf Stunden lang durchgeführt. Dann wurde die Heizung abgestellt und der Autoklav-durch allmähliches Auslassen des Druckes im Autoklaven-abgekühlt. Sobald auf Atmosphärendruck ausgeglichen war, wurde der Autoklav entleert.
Der überschüssige n-Butylalkohol wurde, bei Atmosphärendruck, durch Destillation entfernt. Der Nikotinsäurebutylester wurde bei 15 mm/Hg Uberdestilliert. Die Umsetzung von Nikotinsäure zu Nikotin- säurebutylester ergab eine 90 longe Ausbeute. Im Destillationsrückstand konnte Nikotinsäure nachgewiesen werden.
Beispiel 2 : Es wurden die gleichen Versuchsbedingungen eingehalten wie in Beispiel l, aber von 369 g Nikotinsäure und 1440 g Methylalkohol ausgegangen. Es wurde 24 Stunden lang bei 1600 C unter Rückfluss gekocht. Die Ausbeute betrug 65 e. Der Rückstand enthielt einen grossen Anteil an nicht um- gesetzter Nikotinsäure.
Beispiel3 :AnStellederimBeispiel1verwendetenNikotinsäurewurdeisonikotinsäurebeiEinhaltung derselben Bedingungen esterifiziert. Die Ergebnisse waren im wesentlichen dieselben wie im Beispiel I.
Beispiel 4 : Unter Einhaltung der im Beispiel l angegebenen Versuchsbedingungen wurde von 167 g Isocinchomeronsäure und 1480 g n-Butylalkohol ausgegangen. 80 % der Säure wurden esterifiziert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Pyridincarbonsäurealkylestern durch Umsetzung eines Alkanols mit einer Pyridincarbonsäure, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Abwesenheit von Katalysatoren bei ungefähr zwischen 140 und 2250 C liegenden Temperaturen und bei Drucken von ungefähr 0,7 bis ungefähr 28 kg/cm2 vorgenommen wird.
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Process for the preparation of pyridine carboxylic acid alkyl esters
The present invention relates to a process for the production of alkyl pyridine carboxylates.
Pyridinecarboxylic acid esters are widely used as intermediate products in various organic syntheses. The nicotinic acid amide, the vitamin effect of which is known, is produced by reacting a nicotinic acid ester with ammonia, the alcohol component of the ester being released in the course of the reaction.
Pyridincarboxylic acid esters have been prepared so that in the presence of catalysts, for. B. in the presence of strong acids such as sulfur. Jure. was esterified. However, since the isolation of the end products formed in this way presents difficulties, this process is relatively complicated.
The ester forms a salt with the catalyst, remains in the reaction vessel and can therefore not be obtained directly by distillation.
To carry out the distillation, the ester had to be released first. The catalyst was lost in the process; In addition, the cost of the synthesis was increased by the additional process step required.
It has now been found that alkyl pyridine carboxylates can be prepared without the aid of a catalyst and that the esters can be obtained from the reaction vessel in almost quantitative yield by direct distillation after the reaction has taken place.
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() O C From the small distillation residue, some pyridinecarboxylic acid can be recovered if desired.
The reaction temperature can be between 1400 C and 2250 C, but at lower temperatures, on the one hand, poorer yields are obtained and, on the other hand, the reaction time is all-
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cyclic compounds occurs and the yield is thereby reduced. The preferred reaction temperatures are therefore between 150 C and 1800 C.
The alcohols to be used for ester formation can be both those which are miscible with water and also those which are immiscible with water; Alcohols with 1-5 carbon atoms are particularly suitable for the process according to the invention. If water-immiscible alcohols are used, the evaporated alcohol-water mixture is condensed and then allowed to settle, and the water-immiscible alcohol is then returned to the reaction vessel.
If water-miscible alcohols are used, the water formed during the course of the reaction cannot be separated from the alcohol as easily; therefore, to carry out the
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With the reflux condenser attached, a fractionation attachment can also be used and the vapors formed during the ester bond can be rectified in this way. The concentrated alcohol formed can, similar to the use of a water-immiscible alcohol, be returned to the reaction vessel as partial reflux.
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According to the invention, mixtures of isomeric and homologous alcohols can also be used.
The reaction pressure should be the same as that of the alcohol vapor pressure at the reaction temperature, so that the alcohol boils. Thus, when using alcohols with 1-5 carbon atoms at temperatures of 150 to 1800 C, the pressure will be between approximately 0.7 kg / cm2 and approximately 28 kg / cm2.
If esterification is carried out at temperatures of 150 to 1800 C, the water-miscible alcohols used for the ester formation to be carried out will require a pressure of approximately 0.7 kg / cm 2 to approximately 3.5 kg / cm 2. The water-immiscible alcohols will react at these temperatures at a pressure of 3.5 kg / cm2 to 7 kg / cm; at the preferred temperatures of
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2kg / cml to 6, driving at least 2:20 and preferably at least 5:15. As mentioned before, when using water-miscible alcohols, if the water is not separated, the mo-
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be at least 5. There is no upper limit to the addition of alcohol, but if the ratio exceeds 15 the results obtained are not significantly improved.
Even with such high alcohol concentrations, after the esterification has been completed, an additional supply of energy is required to remove the alcohol.
The following examples are intended to explain in more detail how alkyl pyridinecarboxylates can be prepared according to the invention.
Example 1: 615 g of nicotinic acid were introduced into an approximately 4 liter autoclave equipped with a stirrer and heating devices. 2220 g of n-butyl alcohol were then added
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A reflux condenser replaces, with all vapors condensed in this being directed into a liquid trap. The overflow from the liquid trap was introduced into the autoclave. The contents of the liquid trap could be withdrawn.
The autoclave was then pressurized by closing the valve located above the reflux condenser. It was then heated to 175 C and the pressure at 4.5 kg / cm! held. An aqueous layer that had formed in the liquid trap was peeled off at certain intervals. The refluxing was carried out for twelve hours. The heating was then switched off and the autoclave was cooled by gradually releasing the pressure in the autoclave. Once equilibrated to atmospheric pressure, the autoclave was emptied.
The excess n-butyl alcohol was removed by distillation at atmospheric pressure. The butyl nicotinate was overdistilled at 15 mm / Hg. The conversion of nicotinic acid into nicotinic acid butyl ester gave a 90 long yield. Nicotinic acid could be detected in the distillation residue.
Example 2: The same experimental conditions were observed as in Example 1, but starting from 369 g of nicotinic acid and 1440 g of methyl alcohol. It was refluxed at 1600 C for 24 hours. The yield was 65 e. The residue contained a large proportion of unreacted nicotinic acid.
Example 3: Instead of the nicotinic acid used in Example 1, deisonicotinic acid was esterified under the same conditions. The results were essentially the same as in Example I.
Example 4: In compliance with the experimental conditions given in Example 1, 167 g of isocinchomeronic acid and 1480 g of n-butyl alcohol were assumed. 80% of the acid was esterified.
PATENT CLAIMS:
1. A process for the preparation of pyridine carboxylic acid alkyl esters by reacting an alkanol with a pyridine carboxylic acid, characterized in that the reaction is carried out in the absence of catalysts at temperatures between about 140 and 2250 C and at pressures of about 0.7 to about 28 kg / cm2 .