CH313375A - Verfahren zur Herstellung von Cyanpyridinen - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von     Cyanpyridinen            Nicotinsäurenitril        (3@Cyan-pyridin)    ist ein  wichtiges Zwischenprodukt für die Herstel  lung von     Nicotinsäure    und     Nicotinsäureamid,     da fast das gesamte     Nicotinsäureamid    durch  Hydrolyse von     Nicotinsäurenitril    gewonnen  wird.

   Das     Nitril    kann aus     3-Halogen-Pyridin     und     Kupfereyanid    erhalten werden, jedoch  infolge der hohen Kosten und der schwierigen  Herstellung von     3-Chlor-    oder     3L        Brom-pyridin     wurde     Nicotinsäurenitril    bis dahin in der  Praxis durch     Verschmelzen    von     Pyridin-3-          sulfonsäure    mit     Alkalicyaniden    hergestellt.

         Pyridin-3-sulfonsäure    wird durch     Sulfurie-          rung    von     Pyridin    hergestellt. Der Vorrat an       Pyridin    ist jedoch im Abnehmen begriffen;  ausserdem wird     Pyridin    noch zu andern  Zwecken gebraucht.  



  Gegenstand der Erfindung ist eine neue  und wirtschaftliche Synthese von     Cyanpyri-          dinen,    die darin besteht,     da.ss    einen durch  Wasserabspaltung in die     Cyangruppe    über  führbaren     Substituenten        aufweisende        Pyri-          dinverbindungen    in Gegenwart eines     Dehy        -          dratisierungskatalysators    erhitzt werden.  



  Nach dem klassischen Verfahren werden       Nitrile    aus den entsprechenden Säuren er  halten, indem man ihre     Ammoniumsalze    oder  besser ihre     Amide    mit dehydratisierenden Mit  teln, wie P205,     PC15    oder     iS0C12    destilliert.

    Dieser Prozess kann sowohl bei     aliphatisehen     wie auch aromatischen     Carbonsäuren    ange-         wandt    werden; bei     Pyridincarbonsäuren    lie  fert er nicht allein schlechte     Ausbeuten,    son  dern auch die     unumgesetzten        Carbonsäuren     können nicht     zurückgewonnen    werden.  



  Daraus geht schon hervor, dass diese Me  thode schwerfällig und kostspielig ist. Nach  dem Verfahren gemäss der Erfindung kann  reines     Nicotinsäurenitril    erhalten werden, das  leicht zu     Nicotinsäure    oder     Nicotinsäureamid          hydrolysiert    werden kann.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren wird  mit Hilfe eines     Dehydratisierungskatalysators     durchgeführt. Als Katalysatoren dieser Art  sind geeignet: die Ammonium-, Alkali-,     Erd-          alkali-    und einige     Schwermetallsalze    der Salz-,  Schwefel- und     Phorphorsäuren;    die freien  Säuren, wenn sie in     1prozentiger    Menge vor  liegen;

   Salze basischer, organischer Substan  zen sowie gewisse     substituierte    Säurederivate,  wie     Sulfaminsäure.    Bei Verwendung von  schwächeren Säuren, wie Bor- oder Kiesel  säure, sind die Ausbeuten nicht sehr günstig,  einige Metallsalze, wie beispielsweise die  Kupfersalze, katalysieren die vollständige     De-          carboxylierung    unter Bildung grosser Mengen       Pyridin;    organische Säuren begünstigen     zwar     die     Nitrilbildung,    jedoch bilden sich gleich  zeitig so grosse Mengen an Nebenprodukten,  dass das     Nitril    nur schwer zu reinigen ist.  



  Da der Katalysator beim vorliegenden  Verfahren im allgemeinen nur in geringen      Mengen angewandt wird, können grosse Men  gen Ausgangsmaterial wiedergewonnen wer  den, die sonst verloren wären. So erhält man  zum Beispiel mit der     stöchiometrischen    Menge       Sulfaminsäure        nur        10,8        %        Ausbeute,        wobei     das     unumgesetzte    Ausgangsmaterial nicht  wirtschaftlich zurückgewonnen werden kann,

         mit.        1%        Sulfaminsäure        dagegen        75        %        Aus-          beute,    wobei 15 0/a des     unumgesetzten    Aus  gangsmaterials     zurüekge\vonnen    werden.  



  In einer Ausführungsform der Erfindung  wird das     Ammoniumsalz    der     Nieotinsäure    ge  schmolzen und zu der geschmolzenen Masse  der Katalysator zugegeben. Nach der     Kataly-          satorzugabe    wird unter kontinuierlichem Rüh  ren und     Abdestillieren    des Wassers weiter  erhitzt, wobei sieh bei etwa. 270  C das     Nitril     bildet. Das     Nitril    wird in einer gekühlten  Vorlage gesammelt. Es ist gewöhnlich mit  etwas     Nieotinsäure    und     Nicotinsäureamid     sowie etwas Wasser, das sieh bei der Reaktion  bildet, verunreinigt.

   Zur Entfernung dieser  Nebenprodukte wird die     Mischung        -unter     Rühren mit Benzol oder einem ähnlichen Lö  sungsmittel, in dem nur das     Nitril    löslich ist,  behandelt und die wässerige     Sehieht    sowie die  unlösliche     -.\-ieotinsäure    und das     Nicotinsäure-          amid    abgetrennt und in die nächste Reak  tionsmischung zurückgegeben.  



  Diese Reaktion kann auch zur Reinigung  von sehr unreinem     Ammoniumsalz    der     Nieotin-          säure    oder dem     Amid        verwendet    werden. In  diesem Fall destilliert das     Nitril    aus der Re  aktionsmasse ab, wobei ein stark gefärbter  Rückstand zurückbleibt.  



  Mischungen von rohem oder reinem     Pico-          lin-,    N     ieotin-    und     Isoiricotinsäureamid    werden  durch das erfindungsgemässe Verfahren in  Mischungen von den entsprechenden     Nitrilen     umgewandelt, die durch     Fraktionierung    an  einer geeigneten Kolonne getrennt werden  können.  



  Folgende Beispiele sollen die     Erfilidun\@-          erläutern     <I>Beispiel 1</I>  Das als Ausgangsstoff verwendete     Amino-          niunisalz    der     \icotinsäure    wird folgender  massen hergestellt:    615 g     Nieotinsäure        werde"        ill    300     e1113        kon-          zentriertem    Ammoniak gelöst und die Lösung  in einen     Dreihalskolben,    der mit einem Rüh  ren Thermometer und     Riiekflusskühler    ausge  stattet ist, gegossen.

   Die Mischung wird all  mählich auf 200  C erhitzt, das wässerige De  stillat. aufgefangen und anschliessend     Animo-          niak    bei dieser Temperatur 5 Stunden lang  in die     Sehnielze    eingeleitet.  



  Man fügt nun 6 g     Diammoniumhydrogen-          pliosphat    als     Katalysator    hinzu und erhöht  die Temperatur auf     275     C, wobei das     Nitril     aus der     Reaktionsmisehunr        abzudestillieren          beginnt.    Nach etwa 1     Stunde    wird die     Destil-          lationsgesehwindigkeit    kleiner und die Tem  peratur steigt     langsam    bis auf 30'0  C, wo die  Reaktion beendet \ist.  



  Die vereinigten Destillate werden im gan  zen mit einem Liter Benzol ausgeschüttelt.  um das     Nitril    von der     Nieotinsäure    und denn       Nieotinsäureamid,    die     finit    übergegangen sind,  abzutrennen. Die     Benzollösimg    wird von der  wässerigen     Sehieht    abgetrennt und fraktio  niert.     Zunä.ehst        destilliert    das Benzol     über,     das eine     ztt    vernachlässigende Menge     Py        ridin     enthält.

   Die Fraktion von     '?00    bis 205  C     wird     aufgefangen: man erhält dabei     -107    g     Nieotin-          sättrenitril,        was        einer        Umwandlung        von    7 6     %     entspricht. Aus der wässerigen Schicht wer  den 77 g     Nieotinsäure    zurückgewonnen.

   Auf       tatsäehlieh        verhra.uelite        Nicotinsäure    bezogen,       beträgt        die        Ausbeute        89        %        der        Theorie.     



  <I>Beispiel</I>  Reaktionsverlauf wie in Beispiel 1, mit  der Ausnahme, dass als Katalysator 6 g  Schwefelsäure     zugefügt    werden. In diesem  Falle beträgt die Umwandlung in das     Nitril          71%,        was        einer        Ausbeute,        auf        verbrauchte          Nieotinsäure        bezogen,        von        88,9%        gleichkommt.            Beispiel   <I>3</I>    Reaktionsverlauf wie in Beispiel 1, mit der  Ausnahme,

   dass als     Katalysator    17,5 g     Feri i-          sulfat    verwendet     werden.    Die     Reaktionstem-          peratur        liegt    etwas höher als in Beispiel 1,       die        Umwandlung        in        Nitril        beträgt        65        %        und     die Ausbeute, auf     verbrauchte        Nicotinsäure          bezogen,

          85        %.         <I>Beispiel</I>     -f     Das als Ausgangsstoff verwendete     Ammo-          riiitmsalz    der     Nicotinsäure    wird hergestellt aus  738 g     Nieotinsäure,    die wie im Beispiel 1 in       einen        Dreihalskolben    gegeben werden; bei       '-'00"    C wird 5 Stunden lang wasserfreies Am  moniak hindurchgeleitet.  



       Man    fügt nun 36 g     Niekelsulfat-l=Iea-          livdrat.    hinzu und erhöht die Temperatur auf       '70     C, während das Durchleiten von     Ammo-          niakgas    fortgesetzt wird. Man     fängt    das       Destillat    auf, schüttelt das gebildete     Nitril    mit       :ltliyläther    aus, trennt die Ätherschicht ab  und trocknet. sie mit wasserfreiem Natrium  ; Sulfat. Nach dem Verdampfen des     Athers     bleiben 395 g     Nitril    zurück.

   Das entspricht  einer     Umwandlung    von 63,7 0/0.  



       Beispiel   <I>5</I>       Das    als Ausgangsstoff verwendete     Ammo-          nitimsalz    der     Nieotinsäure    wird     folgender-          in < issen    hergestellt.  



       90    g rohe     Pyridin-carbonsäuren,    die bei  der Oxydation von     Aldehydcollidin    erhalten       werden    und etwa     371/o        Nicotinsäure,        331/o          ISoeinehomeronsäure,    Wasser     sowie    andere     un-          bekannte     enthalten, werden  in einen     Dreihalskolben    gegeben, auf     200     C  erhitzt, bis die bei der     Decarboxylierung    der       Isoeineliomei,

  onsä.ure    zur     Nicotinsäure    statt  ,     findende        C02-Entwicklung    aufhört und dann  wie in Beispiel 1 in das     Ammoniumsalz    über  geführt.  



  Die Umwandlung in das     3-Cyan-pyridin     erfolgt auch wie in Beispiel 1, mit der Aus  ;     tiahme,    dass 1 ;     Diammoniumhydrogenphos-          lihat    als Katalysator     verwendet.    wird. Die Um  wandlung und Ausbeute, auf den     Nicotin-          Säure-    und     Isocinchomeronsäuregehalt    der       i#olien    Ausgangsmischung bezogen, sind     ähn-          licli    der in Beispiel 1.

      <I>Beispiel 6</I>  Das als Ausgangsstoff verwendete     Ainmo-          niumsalz    der     Nicotinsäure    wird folgender  massen hergestellt:       66    g rohe     Chinolinsäure,    die bei der Oxy  dation von     Chinolin    mit     Mn02    erhalten wird,       wird    in     einen        Dreihalskolben,    der mit einem    Rühren Thermometer und     Rfickflusskühler     ausgestattet ist, gegeben und 85     cm3        28pro-          zentiges    Ammoniak zugefügt.

   Die Reaktions  mischung wird langsam erhitzt, das Wasser       abdestilliert    und eine Stunde bei etwa     MO\    C  unter     C02-Entwicklung        decarboxyliert.     



  Man fügt nun 0,6     g        Diamnioniumhydro-          genphosphat    als Katalysator hinzu und be  handelt die Reaktionsmischung wie in Bei  spiel 1. Die Umwandlung und Ausbeute  gleicht den Resultaten von Beispiel 1.  



  <I>Beispiel 7</I>  70 g des     Ammoniumsalzes    der     Nicotinsäure     werden, wie in den vorhergehenden Beispie  len, in einen     Dreihalskolben    gegeben und 2 g  Zinksulfat als Katalysator zugefügt. Die Re  aktionsmischung wird     langsam    erhitzt, das  gebildete     Nitril        abdestilliert        und    aufgefangen.  Das Destillat wird durch Ausschütteln mit  Benzol gereinigt. Die Umwandlung in     Nitril     beträgt 38,6 0/0. Der grösste Anteil der     un-          umgesetzten        Nieotinsäure    wird zurückgewon  nen.  



  <I>Beispiel. S</I>  122     g        Nicotinsäureamid    werden mit 1,2 g  Zinksulfat auf 270  C erhitzt     und    das erhal  tene     Nitril        abdestilliert.    Das Destillat wird  wie in Beispiel 1 aufgearbeitet, wobei 71,8 g       Nicotinsäurenitril    erhalten werden, was einer       Umwandlung        von        69,1%        entspricht.        Das        un-          umgesetzte    Ausgangsmaterial kann in Form  von     Nicotinsäure    wiedergewonnen werden.

    Die Ausbeute, auf verbrauchte Säure bezogen,  beträgt $6,6 0/0.  



  <I>Beispiel 9</I>       2-t4    g     Nicotinsäureamid    werden mit 12-     g          Niekelsulfat-I3exahydrat    auf     28:51>    C erhitzt  und das erhaltene     Nitril        abdestilliert.    Das  Destillat wird wie in Beispiel 4 aufgearbeitet  und das     unumgesetzte    Ausgangsmaterial in  Form von     Nicotinsäure    aus der wässerigen  Schicht     isoliert.        Die    Umwandlung in     Nicotin-          säurenitril        beträgt        74,

  8'%        und        die        Ausbeute,     auf     Nicotinsäure    bezogen, 910/0.  



  <I>Beispiel<B>10</B></I>  <B>122.</B> g     @ieotinsäureamid    werden mit.     12;2'    g       Calciumsulfat    auf 2.90 bis 300 C erhitzt und      das gebildete     Nitril        abdestilliert.    Die Reak  tionsmischung wird wie in     Beispiel    1 aufge  arbeitet.

   Die Umwandlung in     Nicotinsäure-          nitril        beträgt        57,9%        und        die        Ausbeute        73,6%.       <I>Beispiel 11</I>  122 g     Nicotinsäurearnid    werden mit 12,2 g  Natriumsulfat auf<B>290</B> bis     32fl     C erhitzt und  das gebildete     Nitril        abdestilliert.    Die     Reak-          tionsmisehung    wird wie in Beispiel 1 aufge  arbeitet.

   Die Umwandlung in     Nicotinsäure-          nitril        beträgt        in        diesem        Fall        58,5        %        und        die          Ausbeute        88,5        %.       <I>Beispiel- 12</I>  122 -     Nieotinsä.ureamid    werden mit       Nieotinsäuresulfat    auf     2,80     C erhitzt und  das gebildete     '-#,

  itril        abdestilliert.    Die     Reak-          tionsmisehang    wird wie in Beispiel 1 aufge  arbeitet. Die Umwandlung in     @icotinsä.ure-          nitril        beträgt-        53;

  301o        und        die        Ausbeute        74,9        %.       <I>Beispiel 13</I>  122 -     Nieotinsäureamid    werden mit     12,2Ammoniumehlorid    auf 2.75 bis 300  C erhitzt  und das gebildete     NTitril        abdestilliert.    Die       Raktionsmisehung    wird wie in Beispiel 1 auf  gearbeitet.

   Die Umwandlung in     Nieotinsäure-          nitril        beträgt        49;3%        und        die        Ausbeute        59,6%.       <I>Beispiel 14</I>  l22 g     Nicotinsäureamid    werden mit 12,2 g       Sulfaminsäure    auf<B>'2700</B> C erhitzt und das ge  bildete     Nitril        abdestilliert.    Die     Reaktions-          mischun-        wird    wie in Beispiel 1 aufgearbeitet.

    Die     Umwandlung    in     Nieotinsä.rrrenitril    beträgt       7-1,7        %        und        die        Ausbeute        81,5        %.       <I>Beispiel. 15</I>       1?2    g     Nieotinsäureamid    werden mit     1.?,2    g  Borsäure auf 270  C erhitzt,     Lind    das dabei  erhaltene     Nitril        abdestilliert.    Die     Reaktions-          miselrung    wird wie in Beispiel 1 aufgearbei  tet.

   Die' Umwandlung in     Nicotinsäurenitril          beträgt.        65        %        und        die        Ausbeute        74        %.     



  <I>Beispiel 16</I>       I'22    g     Nicotirrsäureamid    werden mit. 12,2.g  Kieselsäure auf 280  C erhitzt     und    das dabei    erhaltene     Nitril        abdestilliert.    Die     Reaktions-          misehung    wird wie in Beispiel 1     aufgearbeitet.     Die Umwandlung in     Nicotinsäurenitril        be-          trägt        53,3        %        und        die        Ausbeute        7-1,

  9        0/0.     



  Das beschriebene Verfahren kann auch  auf die Rückstände von     Mutterlaugen,    die  bei der bekannten und technisch angewandten       Nicotinsäureamidherstellung    über die     Pyri-          dinsulfosäure    anfallen, angewendet werden.

    Diese dunkelbraun gefärbten Rückstände ent  halten nämlich die drei     isomeren        Pyridin-          earbonsäureamide,    und zwar im Durchschnitt       etwa        6'5        %        Nicotinsäureamid,        -1%        Picolin-          sä.urea.mid        und        12        %        Isonieotinsäureamid,und     daneben wenig     Natriumsalz    der     Nieotinsäure,     sowie andere,

   nicht identifizierte Nebenpro  dukte und     Verunreinig@ingen.        Infolge    des  ähnlichen Verhaltens von     Picolin,        Nieotin-    und       Isonieotinsäureamiderrkann        Nicotinsäureamid     nicht durch     fraktionierte    Kristallisation aus  dem Gemisch abgetrennt werden. Diese     Amide     können aber nach dem erfindungsgemässen  Verfahren in die entsprechenden     Nitrile    über  geführt werden, die ihrerseits an einer geeig  neten Kolonne     auseinanderfraktioniert    wer  den können.

   Dies erläutert folgendes Bei  spiel  <I>Beispiel,<B>17</B></I>  170 g der     erwähnten    rohen Rückstände,  die. etwa. 7.22     g    der drei     isomeren        Pyridin-          ea.rbonsäureamide    enthalten, werden mit. 1,2 g       Diammoniumhydrogenphosphat    auf 270 bis  300  C erhitzt und die gebildeten N     itr        ile    ab  destilliert. Die     Reaktionsmisehung    wird wie  in Beispiel 1 aufgearbeitet: Die Ausbeute an       Nitrilen    entspricht der von Beispiel 1.

   Die       Nitrile    werden fraktioniert und die gereinig  ten     Nitrile    werden in     etwa    dem der Ausgangs  stoffe entsprechenden Verhältnis erhalten.  <I>Beispiel 18</I>  16,86 g     Isonicotinsäureamid        (Pyridin-4-ear-          bonsäureamid)    werden zusammen mit 0,17 g       Diammoniumhydrogenplrosphat    in einen Kol  ben gegeben.

   Die     Reaktionsmisehung    wird auf  etwa ?90  C erhitzt und das gebildete     '-\yitril          abdestilliert.    Das Destillat. wird wie in Bei  spiel 1 aufgearbeitet, 9,8     g    Isonicotinsäure-           nitril    werden erhalten, was einer Umwandlung       von    68,3 % entspricht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Cyan pyridinen, dadurch gekennzeichnet, dass einen durch Wasserabspaltung in die Cyangruppe überführbaren Substituenten aufweisende Pyridinverbindungen in Gegenwart eines De- hydratisierungskatalysators erhitzt werden. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man vom Ammo- rriunrsalz einer Pyridincarbonsäure ausgeht.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man von einem Pyridincarbonsäureamid ausgeht. 3. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man als Katalysa tor ein anorganisches Salz benutzt. 4. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man als Katalysa tor ein organisches Aminsalz benutzt. 5. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man als Katalysa tor eine Mineralsäure benutzt.