CH334630A - Process for the preparation of pyridinecarboxylic acids - Google Patents

Process for the preparation of pyridinecarboxylic acids

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CH334630A
CH334630A CH334630DA CH334630A CH 334630 A CH334630 A CH 334630A CH 334630D A CH334630D A CH 334630DA CH 334630 A CH334630 A CH 334630A
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Walter Dr Wettstein
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Ciba Geigy
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    • B01J23/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium

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Description

       

  Verfahren     zur    Darstellung von     Pyridinearbonsäuren       Die     Darstellung-        von        Pyridinearbonsäuren          geschieht    üblicherweise durch     Oxydation    von       1'yridinhoniolo-en    mit Salpetersäure,     Salpe-          tersäure-        Sehwefelsäuregemiseh,        Kaliumper-          nianganat,        Kalium-    oder     latriumbiehromat    in       @4 ässeriger    Phase.

   Die Reaktionsprodukte  müssen dann aus der wässerigen, gegebenen  falls stark     sehwefelsäure-    oder     salpetersäure-          haltig-en        Reaktionsmasse    isoliert werden, was  in Anbetracht der erheblichen     @Vasser@ös@ich-          ]zeit    der     Pyridincarbonsäuren    und     ihrer          tanphoteren    Natur kostspielige Operationen       erfordert.     



       I:s    wurde nun. gefunden. dass man bei     ge-          eifneten    Bedingungen mit einem     geeigneten     Oxydationskatalysator     Py        ridinhomologe    kata  lytisch mit Luft in der Gasphase zu den     ent-          #spreelxenden        Pyridinearbonsä.uren    oxydieren.  und aus dem     Reaktionsgemisch    in     einfaelxer           eise    isolieren kann.  



  Es sind zwar schon V     orsehläge    in dieser       Riebtung        gemacht    worden, insbesondere in  der     amerikanischen    Patentschrift Nr.     '3437938.     In Beispiel 1 dieser Patentschrift wird ein  Verfahren beschrieben, bei     welchem        fl-Pieolixi          über    einem aus     Silieagel    und     Vanadin-          pentoxyd        bestehenden    Katalysator bei etwa       100     mit einer     Raumgeschwindigkeit    von  etwa 1000 zu Nikotinsäure oxydiert wird.

    Dieses Verfahren hat nicht zu einer techni  schen Darstellung von     Nikotinsäure    geführt.  Der Grund dazu ist     l,cieht    ersichtlich, wenn  man das Verfahren mit demjenigen der deut-    sehen Patentschrift     1r.   <B>733298</B> vergleicht..  Hier werden über einem, dem oben beschrie  benen völlig analogen Katalysator bei 380        Py        ridinhomologe    im Gemisch mit Luft ge  leitet, wobei     lediglieli    die höheren     Pyridixxe          zii    niedrigeren abgebaut werden.

   Ein ähnli  cher Katalysator, der aus auf     Silicagel    nieder  gesehlagener     hlolybdänsä.iire    besteht, liefert.       aus        u-        und        f-Pieolin        etwa        40%        Pyridin        und          nur    etwa 30/a Nikotinsäure.  



  Es scheint demnach, dass sowohl Kataly  sator als     ail.eh    die Arbeitsbedingungen bei den  genannten Verfahren für die Darstellung  von     Pyridinearbonsäuren        irrgeeignet    sind.  Das vorliegende Verfahren unterscheidet- sieh  denn auch in beiden Richtungen     grundlegend     von den beschriebenen.  



  Es     wurde    nämlich gefunden, dass der Ab  bau der     Pyridinearbonsäuren    zu     Py        ridinen     sehr weitgehend unterdrückt werden kann,  wenn man der auf     Silicagel    niedergeschla  genen     Vanadixxsäure    stark saure Aktivatoren,  z. B.     Sehwefelsäu.re,        Phosphorsäure    und be  sonders     Kaliumbisulfat    einverleibt,     mid    bei  Temperaturen unter     350 ,        zwecl,--mässig    solchen  unterhalb 300 , vorzugsweise bei etwa 260  bis 270 , arbeitet.

   Die vorliegende Erfindung  betrifft. somit. ein Verfahren     zier    Darstellung  von     Pyridinearbonsäuren        dur    eh Überleiten  eines Gemisches von Luft mit     Alkylpyridinen     oder mit     Chinolin    bzw. mit dessen im       Pyridinkern        alkylierten    Derivaten über       auf        Silieagel    aufgetragene Vanadinpentoxyd-           ozvdationskatalvsa.toren,    das dadurch gekenn  zeichnet ist, dass man Katalysatoren verwen  det, die saure Aktivatoren enthalten, und bei  Temperaturen unter 350  arbeitet.  



  Es wurde ferner festgestellt, dass die Na  tur des     Silieagels    von beträchtlichem Einfluss  auf den Reaktionsverlauf ist, und zwar sind       weitporige        Silicagele    weit bessere Träger als       engporige    Gele. Weiterhin erweist es sieh als  günstig, wenn man der     Oxydationsluft     Wasserdampf zufügt, dessen Gewicht das  mehrfache der     Pvridinhomologen,    vorzugs  weise etwa. das 10fache, beträgt.

   Die Raum  geschwindigkeit, d. h. das Volumen des durch  gesetzten Gasstromes unter Normalbedingun  gen (760 mm     Hg,    0  C) pro Stunde und pro       Katalysatoiwolumeneinlieit,    ist natürlich den  übrigen     Bedingungen    anzupassen, wobei sie       zweckmässig    so gewählt wird, dass nicht das  gesamte     Pvridinhomologe    umgesetzt wird,       sondern        ein        Teil,        zweckmässig        etwa        5-30%     unverändert bleibt, was bei Raumgeschwin  digkeiten von etwa     100-100,

          vorzugsweise     von etwa 200 und den oben angegebenen nied  rigen Temperaturen der Fall ist.  



  Sowohl Reaktionsbedingungen wie Kata  lysatoren unterscheiden sieh     deninaeh    wesent  lich von den v     orbeschriebenen    Verfahren und  führen dazu, dass z. B. Nikotinsäure aus     f-Pi-          colin    oder sogenanntem     Aldehv        dcollidin    in       Ausbeuten        von        80-90%        der        Theorie        darstell-          bar    wird.

   Die erhaltenen Produkte fallen in  sehr hoher Reinheit an und können ohne  weiteres für die     Weiterverarbeitung    gebraucht  werden.  



  In den nachfolgenden Beispielen     bedeuten     die Teile, sofern nichts anderes bemerkt wird,  Gewichtsteile, die Prozente Gewichtsprozente,  und die Temperaturen sind, wie in der voraus  gehenden Beschreibung, in Celsiusgraden an  gegeben.  



  <I>Beispiel 1</I>  In eine Mischung von 50     Voluinteilen     Wasser, 25 Gewichtsteilen     Kaliumsulfat,    4,7  Gewichtsteilen     kristallisierter        Oxalsäure    und  7,45     Volumteilen    konzentrierter Schwefel  säure werden bei etwa     50     unter Rühren 4,1  Gewichtsteile     Ammoniummetavanadat    einge-    tragen, und die     ilischung        wird        lan,sain    auf  etwa 75  erwärmt, bis eine klare blaue Lö  sung entsteht.  



  Die Lösung     wird        auf    50 Gewichtsteile       weitporiges        Sil.icagel,    hergestellt nach Fiat  Final Report Nr. 1313 Seite     39.1-398,    von  einer Korngrösse von 1 bis 3 mm     gegossen     und etwa ? Stunden bei etwa 50  stehen  gelassen. Hierauf werden die Körner bei 80   getrocknet und bei etwa 260  im     Luftstrom     geröstet. Nachdem noch kleine Mengen ent  standene, pulverförmige Bestandteile     durch     ein Sieb von 1 mm     3lasehenweite        abgesiebt     worden sind, ist der     Katalysator    betriebs  bereit.  



  80     Volumteile    davon werden in ein Kon  taktrohr gefüllt, welches in eine auf      6:5     er  hitzte Salzschmelze     taucht.    Man leitet nun  einen     Luftstrom    von stündlich 19 200     Voluni-          teilen    hindurch, welcher     vorher        durch    ein auf       48         erwärmtes    Gemisch von     Aldehvdeollidin     und Wasser streicht.

   Die aus     denn    Ofen aus  tretenden Gase werden in einem Kühler  zuerst auf etwa 50  abgekühlt und     liernaeh     in einer     Wasehflaselie    mit verdünnter Salz  säure von unverändertem     Collidin    befreit. Die  entstandene Nikotinsäure scheidet sieh im  Kühler in     hervorragender    Reinheit ab. Unter  den angegebenen     Bedingungen    verdampfen  stündlich 0,180 Gewichtsteile     Collidin        und     etwa 2 Gewichtsteile Wasser.

   Es bilden sieh  stündlich 0,114 Gewichtsteile     Nikotinsäure.     während in der     Wasehflaselie        0,0-18    Gewichts  teile unverändertes     Collidin        zurückgewonnen          werden;        die        Ausbeute        entspricht        85        %        der     Theorie.  



  <I>Beispiel .?</I>  Leitet man durch das in Beispiel 1 be  schriebene Kontaktrohr, welches mit 80     Vo-          lumteilen    des gleichen     Katalysators        gefüllt     und auf 290  erhitzt ist, stündlich 20 400     Vo-          lumteile    Luft, welche bei     '?9     mit     -Picolin          gesättigt    und nachher durch auf 65  erhitztes  Wasser geleitet. wurde, so verdampfen stünd  lich 0,192 Gewichtsteile     li-Pieolin    und etwa       Gewichtsteile    Wasser.

       Inn    Kühler kristalli  sieren stündlich 0,0550 Gewichtsteile Nikotin  säure, während aus den Abgasen     durch    die           @V        aselisäure    stündlich 0,1165 Gewichtsteile       i'-Picolin    zurückgewonnen wird. Dies ent  spricht einer Ausbeute von     5011/o    der Theorie.  



  Leitet man bei diesem Beispiel die Luft  statt durch     ss-Picolin    und durch Wasser, durch  ein auf 65  erhitztes Gemisch aus     Chinolin     und Wasser, so entsteht ebenfalls     Nikotin-          Beispiel   <I>3</I>  Leitet man durch das in Beispiel     \?    be  schriebene Kontaktrohr, welches auf     265"    er  liitzt ist, stündlich 499-00     Volumteile    Luft,  welche bei 28  mit.

       y-Picolin    gesättigt und  nachher durch auf 65  erhitztes Wasser ge  leitet wurde, so verdampfen stündlich     0,58e          (lewielitsteile        y-Picolin    und etwa 5,8     Ge-          wiehtsteile    Wasser. Im Kühler kristallisieren  stündlich 0,555 Gewichtsteile     Isonikotinsäure,     während durch die Waschsäure     stündlich     0,0585 Gewichtsteile     y-Picolin    zurückgewon  nen wird. Dies entspricht einer Ausbeute von         800/0.  



  Process for the preparation of pyridinearboxylic acids The preparation of pyridinearboxylic acids is usually carried out by oxidation of 1'yridinhoniolo-en with nitric acid, nitric acid-sulfuric acid mixture, potassium peranganate, potassium or latrium dichromate in an aqueous phase.

   The reaction products then have to be isolated from the aqueous, possibly strongly sulfuric or nitric acid-containing reaction mass, which in view of the considerable @ Vasser @ ös @ ich-] time of the pyridinecarboxylic acids and their tanphoteric nature requires expensive operations.



       I: it was now. found. that under suitable conditions with a suitable oxidation catalyst pyridine homologues are catalytically oxidized with air in the gas phase to give the corresponding pyridine carboxylic acids. and can be isolated from the reaction mixture in a simple manner.



  Admittedly, suggestions have already been made in this rubbing, especially in the American patent no. '3437938. In example 1 of this patent specification, a process is described in which fl-Pieolixi is oxidized to nicotinic acid over a catalyst consisting of silica gel and vanadium pentoxide at about 100 at a space velocity of about 1000.

    This process has not led to a technical preparation of nicotinic acid. The reason for this is evident when one compares the process with that of the German patent specification 1r. <B> 733298 </B> compares .. Here, pyridine homologues in a mixture with air are passed over a catalyst which is completely analogous to the one described above at 380, with only the higher pyridixes being broken down to the lower ones.

   A similar catalyst consisting of molybdenum acid precipitated on silica gel provides. from u- and f-pieolin about 40% pyridine and only about 30 / a nicotinic acid.



  It therefore appears that both the catalyst and the working conditions in the processes mentioned are unsuitable for the preparation of pyridinearboxylic acids. The present method differs fundamentally from those described in both directions.



  It has been found that the reduction of pyridinearboxylic acids to pyridines can be suppressed to a very large extent if the vanadixic acid precipitated on silica gel is strongly acidic activators such. B. Sehwefelsäu.re, phosphoric acid and especially potassium bisulfate incorporated, mid at temperatures below 350, Zwecl, - moderately below 300, preferably at about 260 to 270, works.

   The present invention relates to. Consequently. a method for the preparation of pyridinearboxylic acids by passing a mixture of air with alkyl pyridines or with quinoline or with its derivatives alkylated in the pyridine nucleus over vanadium pentoxide ozvdationskatalvsa.toren applied to silica gel, which is characterized by the fact that catalysts are used, the acid Contain activators, and works at temperatures below 350.



  It was also found that the nature of the silica gel has a considerable influence on the course of the reaction, and that wide-pore silica gels are far better carriers than narrow-pore gels. Furthermore, it proves to be favorable if one adds water vapor to the oxidizing air, the weight of which is several times that of the pyridine homologues, preferably about. 10 times that.

   The space velocity, i.e. H. the volume of the gas flow set under normal conditions (760 mm Hg, 0 C) per hour and per catalyst volume is of course to be adapted to the other conditions, whereby it is expediently chosen so that not the entire Pvridinhomologe is converted, but a part, appropriate about 5-30% remains unchanged, which at room velocities of about 100-100,

          preferably of about 200 and the above-mentioned low temperatures is the case.



  Both reaction conditions and catalysts differ deninaeh wesent Lich from the previously described method and lead to the fact that, for. B. nicotinic acid from f-picoline or so-called aldehyde collidin can be produced in yields of 80-90% of theory.

   The products obtained are very pure and can be used for further processing without further ado.



  In the following examples, unless otherwise noted, the parts are parts by weight, the percentages are percentages by weight and the temperatures are, as in the preceding description, in degrees Celsius.



  <I> Example 1 </I> In a mixture of 50 parts by volume of water, 25 parts by weight of potassium sulfate, 4.7 parts by weight of crystallized oxalic acid and 7.45 parts by volume of concentrated sulfuric acid, 4.1 parts by weight of ammonium metavanadate are added at about 50 with stirring, and the mixture is heated lan, sain to about 75, until a clear blue solution is formed.



  The solution is poured onto 50 parts by weight of wide-pored silica gel, produced according to Fiat Final Report No. 1313, page 39.1-398, with a grain size of 1 to 3 mm and about? Left at about 50 hours. The grains are then dried at 80 and roasted in the air flow at about 260. After small amounts of pulverulent constituents that have arisen have been sieved through a sieve of 1 mm glass width, the catalyst is ready for operation.



  80 parts by volume of this are poured into a contact tube which is immersed in a molten salt heated to 6: 5. An air stream of 19,200 parts by volume per hour is now passed through it, which previously passes through a mixture of aldehydeollidine and water heated to 48 °.

   The gases emerging from the furnace are first cooled to about 50 in a cooler and then freed from unchanged collidine in a washing bottle with dilute hydrochloric acid. The resulting nicotinic acid separates out in the cooler in excellent purity. Under the specified conditions, 0.180 parts by weight of collidine and about 2 parts by weight of water evaporate every hour.

   0.114 parts by weight of nicotinic acid are formed every hour. while 0.0-18 parts by weight of unchanged collidine are recovered in the washing bottle; the yield corresponds to 85% of theory.



  <I> Example.? </I> If 20 400 parts by volume of air are passed per hour through the contact tube described in Example 1, which is filled with 80 parts by volume of the same catalyst and heated to 290, which is at '? Saturated with picolin and then passed through water heated to 65. was, then 0.192 parts by weight of li-pieolin and about parts by weight of water evaporate hourly.

       In the cooler, 0.0550 parts by weight of nicotinic acid crystallize every hour, while 0.1165 parts by weight of i'-picoline is recovered from the exhaust gases by the @V aselic acid every hour. This corresponds to a yield of 5011 / o of theory.



  If, in this example, the air is passed through a mixture of quinoline and water heated to 65 instead of ss-picoline and water, nicotine is also produced. Example <I> 3 </I> Is it passed through the example \? be written contact tube, which is at 265 "it is, every hour 499-00 parts by volume of air, which at 28 with.

       y-picoline was saturated and then passed through water heated to 65, then 0.58e (lewielite parts y-picoline and about 5.8 parts by weight of water evaporate every hour .0585 parts by weight of y-picoline is recovered, which corresponds to a yield of 800/0.


    

Claims (1)

<B>PATENTANSPRUCH</B> Verfahren zur Darstellung von Py ridin- earbonsäuren durch überleiten eines Ge- inisehes von Luft mit Alkylpyridinen oder mit Chinolin bzw. mit. <B> PATENT CLAIM </B> Process for the preparation of pyridine-carboxylic acids by passing a mixture of air with alkylpyridines or with quinoline or with. dessen im Pyridinkern alkylierten Derivaten über auf Silicagel auf getragene Vanadinpentoxyd- oder Molybdän- säureoxydationskatalysatoren, dadurch ge kennzeichnet, dass man Katalysatoren verwen det, die saure Aktivatoren enthalten, und dass man bei Temperaturen unterhalb 350 ar beitet. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man der Luft die Menge der Pyridinhomologen übersteigende Mengen Wasserdampf zusetzt. its derivatives alkylated in the pyridine nucleus via vanadium pentoxide or molybdic acid oxidation catalysts applied to silica gel, characterized in that catalysts are used which contain acidic activators and that one works at temperatures below 350. SUBClaims 1. The method according to claim, characterized in that the amount of the pyridine homologues exceeding amounts of water vapor is added to the air. '. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man bei Tempera euren unterhalb 300 arbeitet. 3. Verfahren nach Patentanspi@ich, da durch gekennzeichnet, dass inan als saure Aktivatoren Kaliumbisulfat oder Kalium- pyrosulfat verwendet. '. Method according to claim, characterized in that one works at temperatures below 300. 3. The method according to patent application, characterized in that inan used as acidic activators potassium bisulfate or potassium pyrosulfate.
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