CH443296A - Process for the preparation of a metal-pyridine reaction product - Google Patents

Process for the preparation of a metal-pyridine reaction product

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CH443296A
CH443296A CH349663A CH349663A CH443296A CH 443296 A CH443296 A CH 443296A CH 349663 A CH349663 A CH 349663A CH 349663 A CH349663 A CH 349663A CH 443296 A CH443296 A CH 443296A
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CH
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pyridine
metal
salt
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reaction
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CH349663A
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German (de)
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Duffy Roy
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Ici Ltd
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    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
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Description

  

      Verfahren        zur    Herstellung eines     Metall-Pyridin-Umsetzungsproduktes       Die Erfindung betrifft     ein    Verfahren zur Herstel  lung von     Metall-Pyridin-Umsetzungsprodukten,    welche  zur Herstellung von     Bipyridylen    durch Oxydation des  Umsetzungsproduktes verwendet werden können. Sehr  aktive Metalle, wie Natrium, benötigen keinen Initi  ator, aber andere weniger aktive Metalle, wie Magne  sium und Aluminium, benötigen üblicherweise den  Zusatz kleiner Mengen eines Initiators oder Förderers,  um die Reaktion zu unterstützen.  



  Es wurde nun gefunden, dass die Umsetzung eines       Pyridins    mit einem Metall im Falle weniger aktiver  Metalle dadurch     initiert    und gefördert werden kann,  wenn man sie in Gegenwart eines     Pyridinsalzes    durch  führt.  



  Dieser Initiator bzw. Förderer hat den Vorteil     er-          heblich        stabiler    zu     sein        und        ist    auch leichter     zu        handhar          ben    als     Alkalimetalldispersionen,    so dass durch seinen  Gebrauch die sehr erheblichen Risiken des Verfahrens  stark vermindert werden können.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung  eines     Metall-Pyridin-Umsetzungsproduktes    aus gegebe  nenfalls substituiertem     Pyridin    ist dadurch gekenn  zeichnet, dass man ein gegebenenfalls substituiertes     Pyri-          din    in Gegenwart eines     Pyridinsalzes    mit einem Metall  umsetzt.  



  Wenn das     Pyridinsalz    aus einem     Pyridin    und einer  Säure gebildet werden soll, so verwendet man wegen  des schwachbasischen Charakters der     Pyridine        zweck-          mässig    eine starke Säure um den gewünschten Grad an  Salzbindung zu bewirken. Besonders geeignete     Pyridin-          salze    sind die Salze von     Pyridin    mit starken Mineral  säuren, z. B.     Pyridiniumchlorid    und     Pyridiniumbromid.     



  Das     Pyridinsalz    kann ein     quatemäres        Pyridinsalz     sein.  



  Bei diesen     Pyridinsalzen    trägt das Stickstoffatom  des     Pyridinrings    eine positive Ladung und einen orga  nischen Rest als     Substituenten.    Geeignete     quaternäre          Pyridinsalze    sind     N-Alkyl-pyridinsalze,    insbesondere       Halogenide,    z.

   B.     N-Methylpyiridiniumjodid        (Pyridini-          ummethjodid,    ferner     N-Äthylpyridiniumbromid,    N-Me-         thylpyridiniumchlorid    und entsprechende     N-AralkyI-          und        N-Alkenylpyridinsalze,    z. B.     N-Benzylpyridini-          urnbromid    und     N-Allylpyridiniumbromid.     



  Das     Pyridinsalz    kann in Form eines vorher gebilde  ten Salzes verwendet werden, oder es kann in     situ    aus  geeigneten Stoffen gebildet werden, welch     letztere     irgendwelche Materialien sein können, die mit dem       Pyridin        Pyridinsalze    bilden. Zur Bildung des     Pyridin-          salzes    in     situ        eignen,    sich z. B.

   Säuren,     insbesondere     starke Säuren, beispielsweise Chlorwasserstoff oder  Bromwasserstoff, sowie irgendeine organische Verbin  dung, welche mit dem     Pyridin    durch Reaktion ein     qua-          ternäres        Pyridinsalz    bilden kann. Da Wasser auf die  Umsetzung von Metall und     Pyridin    einen nachteiligen  Einfluss hat, soll der genannte Vorläufer möglichst  wasserfrei sein.  



  Organische Verbindungen, welche befähigt sind,       quaternäre        Pyridinsalze    zu bilden, sind z. B.     haloge-          nierte        Kohlenwasserstoffe,    insbesondere jene der For  mel     R-CH,-Halogen,    worin R Wasserstoff oder einen  Kohlenwasserstoffrest bedeutet, der     aliphatisch    oder  aromatisch, zyklisch oder     azyklisch,    gesättigt oder un  gesättigt sein kann und worin das Halogen Fluor,  Chlor, Brom oder Jod sein kann.

   Auch andere     haloge-          nierte        Kohlenwasserstoffe    können verwendet werden  und diese können entweder durch Bildung von     quater-          nären        Pyridinsalzen    oder unter Zersetzung durch Ab  gabe von Halogenwasserstoff wirksam sein.

   Beispiele  geeigneter     Halogenkohlenwasserstoffe    sind     Alkyl-,          Alkenyl-    und     Aralkylhalogenide    und insbesondere       Methyljodid,        Methylchlorid,,        Äthylbromd,        Allylchlorid,          Allylbromid,        Benzylchlorid    und     Benzylbromid;        Allyl-          chlorid    ist besonders nützlich wegen seiner Wirksam  keit; es ist ferner leicht und billig.  



  Andere     Halogenkohlenwasserstoffe,    welche     ge-          wünschtenfalls    auch     verwendet    werden können, sind  die     Arylbromide,    wie Brombenzol, von denen bekannt  ist, dass sie     quaternäre        Pyridinsalze    durch Umsetzung  mit     Pyridin    langsam bilden, diese neigen aber dazu  eine langsamere oder verzögerte     Initierung    der Magne-           sium-Pyridin-Umsetzung    gegenüber derjenigen, welche  mit     Halogenkohlenwasserstoffen    der Formel       R-CH-    Halogen erhalten wird, zu bewirken.

   Chlorben  zol bildet kein     quaternäres    Salz und ist daher auch  nicht geeignet.  



  Ein     Säurehalagenid,    z. B.     Benzoylchlarid,        welches     ein     quatemäres    Salz durch Reaktion mit     Pyridin    bilden  kann, ist ebenfalls im     erfindungsgemässen    Verfahren  verwendbar.  



  Die einfachste Art der Durchführung des     erfin-          dungsgemässen    Verfahrens wird bis zu einem gewissen  Grad von den besonderen Bedingungen und dem ver  wendeten     Pyridinsalz    abhängen. Im allgemeinen wird  die Methode bevorzugt, bei welcher das     Pyridinsalz    in       situ    gebildet wird, da diese den getrennten Arbeitsgang  der Herstellung eines     Pyridinsalzes    vermeidet.  



  Das     Pyridin,    von welchem das     Pyridinsalz    als  Reaktionsinitiator normalerweise abgeleitet wird, ist       Pyridin    selbst, kann aber auch ein substituiertes     Pyri-          din    sein, z. B. ein     Alkylpyridin.    Es wird bevorzugt ein       Pyridinsalz    zu verwenden, welches vom selben     Pyridin     hergeleitet wird, welches zur     Metall-Pyridin        Umset          zung    gebraucht wird, weil dadurch die Möglichkeit der  Verunreinigung des Produktes durch Homologe und       dergl.    verringert wird.

   Der Anteil des verwendeten       Pyridinsalzes    beträgt vorzugsweise 1-10     Gew.    % des       verwendeten        Pyridins.        Andererseits        kann        die    Menge       auch        in        %        des        Metalls        angegeben        werden,        wobei        vor-          zugsweise    5-20     Gew.    % verwendet werden.

   Grössere  Anteile neigen dazu wenig zusätzliche Wirkung zu zei  gen und kleinere Anteile können zu einem weniger  schnellen oder weniger sicheren Erfolg führen, sie kön  nen aber     gewünschtenfalls    verwendet werden.  



  Wird das erfindungsgemässe Verfahren mit Bildung  des     Pyridinsalzes    in     situ        durchgeführt,    wobei ein Mate  rial verwendet wird, welches durch Umsatz mit     Pyridin     das     Pyridinsalz    bildet, dann ist der Anteil eines solchen  Materials üblicherweise so gross zu wählen, dass ein in  den obigen Grenzen befindlicher     Pyridinsalzanteil    ent  steht, was durch einfache Berechnung ermittelt werden  kann.

   Um die Notwendigkeit der Berechnung     auszu-          schliessen,    kann man normalerweise optimale Resultate  erzielen indem man     Mengen    das     Materifs    in den oben  für     Pyridinsalze    angegebenen Grenzen verwendet, ob  schon gesagt werden     muss,    dass die optimale Zusatz  menge natürlich vom betreffenden Material (besonders       Molekulargewicht)    abhängt.  



  Die     Initierung    der     Metall-Pyridin-Umsetzung    kann  durch Zufügung des     Pyridinsalzes    oder dessen Vorläu  fer direkt in das Gemisch aus Metall und     Pyridin    erfol  gen. Zu diesem Zwecke kann das Salz oder dessen  Vorläufer als solches oder in Form einer Lösung oder  Dispersion in einem Verdünnungsmittel oder Träger  erfolgen, als welcher sich     zweckmässigerweise    das     Pyri-          din    eignet.

   Die meisten Vorläufer (und insbesondere  die     Alkyl-,        Aralkyl-    und     Alkenylhalogenide,    welche die  Gruppe     -CH,-Halogen    enthalten) reagieren sehr  schnell und wirksam mit     Pyridin    und bilden das     Pyri-          dinsalz    sobald sie mit     Pyridin    in Kontakt kommen. Das       Pyridinsalz    oder der das     Pyridinsalz    abgebende Stoff  kann entweder mit dem Metall oder mit dem     Pyridin     gemischt werden, bevor die Mischung der beiden er  folgt.

   Unter solchen Umständen kann der das     Pyridin-          salz    abgebende Stoff und insbesondere ein Halogen  kohlenwasserstoff zu einem gewissen Grad mit dem  Metall (z. B. Magnesium) reagieren, aber dies vermin  dert die     Initiator-Wirksamkeit    nicht, und das so erhal-         tene    Gemisch kann     gewünschtenfalls    als Initiator ver  wendet werden. Tatsächlich kann eine derartige teil  weise Reaktion zu einer sauberen aktiven     Metall-Ober-          fläche    führen.  



  Das     Initierungsstadium    der     Metall-Pyridin-Umset-          zung    wird vorzugsweise nahe dem Siedepunkt des       Gemisches        (allgemein    bei etwa 115  C,     falls    es sich     um          Pyridin    selbst     handelt)        und    vorzugsweise bei Rück       flussbedingungen    durchgeführt. Niedrigere Temperatu  ren, z. B. so tief wie 70  C, können     gewünschtenfalls     auch angewendet werden, aber eine Temperatur im  Bereich von 100-120  C ist im allgemeinen besonders  nützlich.

   Es wird auch bevorzugt die     erfindungsge-          mässe        Umsetzung        m    einer     inerten        Atmosphäre        im     Reaktionsgefäss durchzuführen. Diese kann am be  quemsten durch trockenen Stickstoff geschaffen werden  und wird vorzugsweise während der ganzen Umsetzung  aufrecht erhalten.  



  Das Metall kann jedes beliebige Metall sein, wel  ches mit     Pyridin        reagiert,    und nicht genügend     selbstini-          tierend    ist, insbesondere kann es Magnesium oder Alu  minium sein. Das Metall soll vorzugsweise sauber und  frei von     Oxydüberzügen    sein, z. B. kann es als Dreh  bankspäne oder Pulver     oder        dergl.        vorliegen.    Es kön  nen reine Metalle verwendet werden oder leicht ver  fügbare Legierungen, welche geringe Mengen anderer  Metalle enthalten.

   Insbesondere im Falle von Alumi  nium ist es von Vorteil zusammen mit dem Initiator  ein Material zu verwenden, welches den oberflächli  chen     Oxydfilm    des Metalls bricht (z. B. eine Quecksil  berverwendung wie Quecksilberchlorid).  



  Das     Pyridin    soll     praktisch    frei     sein.    von     solchen          Substituenten    oder Verunreinigungen, welche an uner  wünschten     Nebenreaktionen,    z. B. mit dem Metall, teil  nehmen könnten. Das erfindungsgemässe Verfahren ist  besonders für die Verwendung von     unsubstituiertem          Pyridin    geeignet. Auch     Alkylpyridine    können     ge-          wünschtenfalls    verwendet werden, obschon sie weniger  reaktiv sind.

   Die Verwendung von praktisch trockenem       Pyridin    wird bevorzugt (d. h. vorzugsweise weniger als  etwa 0,1     Gew.    % Wassergehalt.  



  Wenn einmal die Umsetzung von Metall und     Pyri-          din        begonnen    hat,     können        weitere    Mengen Metall     und/          oder        Pyridin    zum     Reaktionsgefäss    zugesetzt werden,  und die Umsetzung wird weiterlaufen, weil das     Metall-          Pyridin-Umsetzungsprodukt    normalerweise die Umset  zung selbst fördern kann.

   Eine gewisse Temperaturre  gelung des Reaktionsgemisches kann erforderlich sein,  um das Gemisch während des     Hauptumsatzstadiums     bei einer optimalen Temperatur zu halten, und es kann  zu diesem Zweck Kühlung oder Erhitzung stattfinden.  Verlangsamt sich die Umsatzgeschwindigkeit ungebühr  lich, z. B. wegen Einführung von Materialien, welche  den Umsatz stören, dann können weitere Mengen     Pyri-          dinsalz    oder dessen Vorläufer im Zuge der Reaktion,  so wie erforderlich, zugesetzt werden.  



  Abgesehen vom     Initierungsschritt    braucht am       Metall-Pyridin-Umsetzungsverfahren    keine wesentliche  Modifikation vorgenommen zu werden. Die allgemei  nen Bedingungen zur     Umsetzung    von     Magnesium        und          Pyridin    sind praktisch jene, die im Schweiz. Patent  Nr. 414 630 und jene die für den Umsatz mit Alumi  nium im     schweiz.    Patent     No.    415 629 ausführlicher  beschrieben sind. Der Umsatz kann somit bequem bei  Temperaturen bis hinauf zur     Rückflusstemperatur    des  Gemisches und vorzugsweise im Bereich von  90-120  C erfolgen.

   Die erforderliche Zeit wird eben-      falls schwanken, sie kann zwischen 30 Min. und 12  Stunden (beispielsweise und in den meisten Fällen 2-6  Stunden) betragen. Die Reaktionszeit und Reaktions  temperatur, welche in besonderen Fällen angewendet  werden kann, kann auch in Übereinstimmung mit dem       Verhältnis    der     Bipyridyl-#Isomere,    die sich     ian        Verlauf     der Umsetzung     bilden,        geändert        werden.     



       Dias        erfindungsgemässe        Verfahren        kann        chargen-          weise    oder kontinuierlich durchgeführt werden. Es eig  net sich besonders gut für das kontinuierliche Verfah  ren, wobei die     Pyridinsalze    kontinuierlich oder     inter-          mittierend    zugesetzt werden können.

   Die Methoden  und Bedingungen zur Umwandlung der     Metall-Pyridin-          Umsatzprodukte    in     Bipyridyl    sind praktisch unabhän  gig von der besonderen Umsetzung bzw.     Initierung    und  es kann also das     Metall-Pyridin-Umsetzungsprodukt     z. B. durch Sauerstoff oder Luft,     gewünschtenfalls    un  ter Verdünnung mit einem     inerten    Gas, unabhängig  davon oxydiert     werden.        Andere        geeignete        Oxydations-          mittel    zur Bildung der     Bipyridyle    sind z.

   B. organische  Nitroverbindungen, Salpetersäure,     Hypochlorite    und  Wasserstoffperoxyd. Der Umsatz von Metall und     Pyri-          din    kann auch in Gegenwart eines     Verdünners    durch  geführt werden, welcher z. B. ein Überschuss an     Pyri-          din    sein kann oder ein     N;N-Dialkylarylamin,    z. B.       N,N-Dimethyl-anilin,    welches dafür als Lösungsmittel       dient,    wie     dies        in    der Schweiz.     Patentschrift     Nr. 438 298 beschrieben ist.

   Das Umsetzungsprodukt  kann auch durch Wasser zersetzt werden, wie dies in  der     brit.    Patentschrift     Nr.1016    546 näher beschrieben  ist.  



  In manchen Fällen ist im Zersetzungsstadium die  blaue Farbe des     Metall-Pyridin-Umsetzungsproduktes     beständig, was aber durch eine kurze Luftoxydation  beseitigt werden kann.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren ist sehr sicher  und bequem im Betrieb und die verwendeten Initiato  ren     bedingen    ein Minimum     an        Lagerungs@    und     Ge-          brauchsschwierigkeiten.    Es     wurde    auch     festgestellt,        dass     in vielen Fällen die Umsetzung mit dem Metall längere  Zeit fortgesetzt werden kann, ohne dass ein nachteili  ger Effekt auf den     Pyridin-Verbrauch    (wie er bezüglich  der     Bipyridyl-Herstellung    angegeben wird) eintritt.

   In  dieser Hinsicht sind die im erfindungsgemässen Ver  fahren verwendeten Initiatoren den     Alkalimetallen     überlegen.  



       In        den        nachstehenden        Beispielen        sind        Teile        und        %     gewichtsmässig zu verstehen.  



  <I>Beispiel 1</I>  Ein Gemisch von 23 Teilen     Pyridin    (über fester       KOH    getrocknet und     redestilliert)    und 1 Teil     Magnesi-          umdrehspäne    wurde unter     Rückflussbedingungen    unter  Stickstoffatmosphäre zum Sieden erhitzt, wobei gerührt  wurde. Dann wurden 1,18 Teile     Allylbromid    (getrock  net und     redestilliert)    zugesetzt, gefolgt von weiteren  3,33 Teilen trockenem     Pyridin,    und das Gemisch  wurde unter Aufrechterhaltung des Rühreis und des  Rückflusses 3 Stunden weiterbehandelt.

   Die Umset  zung begann sofort, und die Farbe wurde dunkelgrün,  dann orange und schliesslich schwarzblau. Das Ge  misch wurde dann mit 1,42 Teilen destilliertem Wasser  behandelt, während es sich auf Siedetemperatur befand  (ca. 115  C), um entstandenes     Metallpyridin-Umset-          zungsprodukt    in     Bipyridyl    umzuwandeln.

   Durch Ana  lyse wurde gefunden, dass das Gemisch 13,8 0/0       4,4'-Bipyridyl        und        0,2        %        2,4'-Bipyridil        enthielt.       <I>Beispiel 2</I>  Unter Umrühren und unter einer Stickstoffatmo  sphäre wurde ein Gemisch von 23 Teilen     Pyridin    (über  fester     KOH    getrocknet und     redestilliert)    und 1 Teil       Magnesium-Drehspäne    unter     Rückflussbedingungen     zum     Sieden    erhitzt.

   Man gab     dann    1,2     Teile        Benzyl-          bromid        (getrocknet        und.        redestilliert)    gefolgt von weite  ren 3,33 Teilen trockenem     Pyridin    zu, und hielt das  Gemisch unter Umrühren eine Stunde bei Rückfluss.  Die Umsetzung begann sofort, und die Farbe des Ge  misches wurde grellgrün, dann braun und schliesslich  schwarzblau. Das Gemisch wurde dann mit 2,25 Tei  len destilliertem Wasser behandelt, während es auf Sie  detemperatur war (ca. 115  C), um entstandenes       Metallpyridin-Umsetzungsprodukt    in     Bipyridyle    umzu  wandeln.

   Die Analyse des entstandenen Gemisches     er-          gab        einen        Gehalt        von        10,6        %        4,4'-Bipyridyl        und        0,2        %          2,4'-Bipyridyl.     



  <I>Beispiel 3</I>  Unter einer Stickstoffatmosphäre und unter Um  rühren wurde ein Gemisch von 395 g     Pyridin        (Wasser-          gehalt        nach        Karl        Fischer        Methode        0,005        %)        und        12        g          Magnesiumdrehspänen        rückfliessen    gelassen und dann  mit 2 ml     Allylchlorid    behandelt.

   Das Rückfliessen  wurde während einer Gesamtzeit von 4 Stunden fortge  setzt und das Gemisch wurde dann auf 80  C gekühlt,  mit 25 ml Wasser (über 15 Minuten allmählich zuge  setzt) behandelt und schliesslich auf Umgebungstempe  ratur gekühlt. Die Analyse ergab 273 g nicht umgesetz  ten     Pyridins    und aus dem entstandenen     Metallpyridin-          Umsetzungsprodukt    wurden 5,2 g     2,2'-Bipyridyl    und  55,6 g     4,4'-Bipyridyl    gebildet. Nicht umgesetztes       Magnesium    war     keines        vorhanden.     



  <I>Beispiel 4</I>  Das Verfahren des Beispiels 3 wurde unter Ver  wendung von nur 1 ml     Allylchlorid    wiederholt. Die  Analyse ergab 278 g nicht umgesetztes     Pyridin,    3,4 g       2,2'-Bipyridyl    und 57,2 g     4,4'-Bipyridyl.    Es gab kein  nicht umgesetztes Magnesium.  



  <I>Beispiel 5</I>       Ein.        Gemisch    von 7 Teilen     Allylbromid    und 12 Tei  len     frisch    getrockneten     Magnesium-Drehspänen    wurde  30 min unter     Rückflussbedingungen    erhitzt, während  ein sauerstofffreier Stickstoffstrom durch das Gemisch  geleitet wurde, worauf 98 Teile     Pyridin    (über     KOH     getrocknet und     redestilliert),    welches selbst eine Tem  peratur von 20  C hatte,     langsam        zugesetzt    wurde.

   Das       Reaktionsgemisch    wurde zuerst blaugrün,     dann    orange  (während etwa 30 min.) und     schliesslich    wieder blau  grün.     Das        Gemisch    wurde 3 Stunden, mit einem Zusatz  von weiteren 98     Teilen        Pyridin        während.    der ersten       Stunde,    erhitzt,

   und dann entstandenes     Metallpyridin-          Umsetzungsprodukt    durch Zusatz     einer        wässrigen        Na-          triumhypochlorit        Lösung        oxydiert.    Die     Analyse    des     Re-          aktionsgemisches    ergab einen Gehalt von 9,4 Teilen       4,4'-Bipyridyl        und    1,4     Teilen        2,2'-Bipyridyl.     



  <I>Beispiel 6</I>  Die Umsetzung von 10 g Aluminiumpulver mit  400 g trockenem     Pyridin    bei     Rückflusstemperatur     wurde durch Zusatz von 1,5 g     Merkurichlorid    und 15 g       Benzylbromid    katalysiert. Das Gemisch wurde dann  2,75 Std. beim Rückfluss erhitzt und dann mit 25 g  Wasser behandelt, um entstandenes     Metallpyridin-Um-          setzungsprodukt    in     Bipyridyle    umzuwandeln.

   Das      Reaktionsprodukt ergab bei Analyse einen Gehalt von  21,6 g     4,4'-Bipyridyl,    entsprechend einer Ausbeute von       22        Ufo        bezogen        auf        das        Aluminium        bzw.        31%        bezogen     auf das verbrauchte     Pyridin.  



      Process for the production of a metal-pyridine reaction product The invention relates to a process for the production of metal-pyridine reaction products which can be used for the production of bipyridyls by oxidation of the reaction product. Very active metals, such as sodium, do not require an initiator, but other less active metals, such as magnesium and aluminum, usually require the addition of small amounts of an initiator or promoter to aid the reaction.



  It has now been found that, in the case of less active metals, the reaction of a pyridine with a metal can be initiated and promoted if it is carried out in the presence of a pyridine salt.



  This initiator or promoter has the advantage of being considerably more stable and is also easier to handle than alkali metal dispersions, so that the very considerable risks of the process can be greatly reduced through its use.



  The process according to the invention for the preparation of a metal-pyridine reaction product from optionally substituted pyridine is characterized in that an optionally substituted pyridine is reacted with a metal in the presence of a pyridine salt.



  If the pyridine salt is to be formed from a pyridine and an acid, a strong acid is expediently used because of the weakly basic character of the pyridines in order to bring about the desired degree of salt binding. Particularly suitable pyridine salts are the salts of pyridine with strong mineral acids, eg. B. pyridinium chloride and pyridinium bromide.



  The pyridine salt can be a quaternary pyridine salt.



  In these pyridine salts, the nitrogen atom of the pyridine ring carries a positive charge and an organic radical as a substituent. Suitable quaternary pyridine salts are N-alkyl pyridine salts, in particular halides, e.g.

   B. N-methylpyiridinium iodide (pyridinium methiodide, also N-ethylpyridinium bromide, N-methylpyridinium chloride and corresponding N-aralkyl and N-alkenylpyridine salts, e.g. N-benzylpyridinium bromide and N-allylpyridinium bromide.



  The pyridine salt can be used in the form of a pre-formed salt, or it can be formed in situ from suitable materials, the latter being any materials which form pyridine salts with the pyridine. For the formation of the pyridine salt in situ are suitable, for. B.

   Acids, especially strong acids, for example hydrogen chloride or hydrogen bromide, and any organic compound which can react with the pyridine to form a quaternary pyridine salt. Since water has a disadvantageous influence on the conversion of metal and pyridine, the precursor mentioned should be as anhydrous as possible.



  Organic compounds which are capable of forming quaternary pyridine salts are, for. B. halogenated hydrocarbons, especially those of the formula R-CH, -halogen, in which R is hydrogen or a hydrocarbon radical which can be aliphatic or aromatic, cyclic or acyclic, saturated or unsaturated and in which the halogen is fluorine, chlorine, Can be bromine or iodine.

   Other halogenated hydrocarbons can also be used and these can be effective either through the formation of quaternary pyridine salts or with decomposition through the release of hydrogen halide.

   Examples of suitable halogenated hydrocarbons are alkyl, alkenyl and aralkyl halides and in particular methyl iodide, methyl chloride, ethyl bromide, allyl chloride, allyl bromide, benzyl chloride and benzyl bromide; Allyl chloride is particularly useful because of its effectiveness; it is also light and cheap.



  Other halogenated hydrocarbons, which can also be used if desired, are the aryl bromides, such as bromobenzene, which are known to form quaternary pyridine salts slowly by reaction with pyridine, but these tend to initiate the magnesium pyridine more slowly or more slowly -Implementation with respect to that which is obtained with halogenated hydrocarbons of the formula R-CH- halogen.

   Chlorobenzene does not form a quaternary salt and is therefore not suitable.



  An acid halide, e.g. B. Benzoyl chloride, which can form a quaternary salt by reaction with pyridine, can also be used in the process according to the invention.



  The simplest way of carrying out the process according to the invention will depend to a certain extent on the particular conditions and the pyridine salt used. In general, the method in which the pyridine salt is formed in situ is preferred because it avoids the separate operation of preparing a pyridine salt.



  The pyridine, from which the pyridine salt is normally derived as the reaction initiator, is pyridine itself, but can also be a substituted pyridine, e.g. B. an alkyl pyridine. It is preferred to use a pyridine salt derived from the same pyridine that is used for the metal-pyridine conversion, because this reduces the possibility of contamination of the product by homologues and the like.

   The proportion of the pyridine salt used is preferably 1-10% by weight of the pyridine used. On the other hand, the amount can also be given in% of the metal, preferably 5-20% by weight being used.

   Larger proportions tend to have little additional effect and smaller proportions may lead to less rapid or less certain success, but they can be used if desired.



  If the process according to the invention is carried out with formation of the pyridine salt in situ, a material being used which forms the pyridine salt by reaction with pyridine, then the proportion of such a material should usually be selected so that a pyridine salt proportion within the above limits ent is what can be determined by simple calculation.

   In order to exclude the necessity of the calculation, one can normally achieve optimal results by using amounts of the material within the limits given above for pyridine salts, whether it has to be said that the optimal addition amount depends of course on the material concerned (especially the molecular weight).



  The metal-pyridine reaction can be initiated by adding the pyridine salt or its precursor directly into the mixture of metal and pyridine. For this purpose, the salt or its precursor can be used as such or in the form of a solution or dispersion in a diluent or Carriers take place, as which suitably the pyridine is suitable.

   Most precursors (and especially the alkyl, aralkyl and alkenyl halides which contain the -CH, -halogen group) react very quickly and efficiently with pyridine and form the pyridine salt as soon as they come into contact with pyridine. The pyridine salt or the substance donating the pyridine salt can be mixed with either the metal or with the pyridine before the mixture of the two follows.

   Under such circumstances the substance releasing the pyridine salt and in particular a halogenated hydrocarbon can react to a certain extent with the metal (e.g. magnesium), but this does not reduce the effectiveness of the initiator, and the mixture obtained in this way can if desired, can be used as initiator. Indeed, such a partial reaction can lead to a clean active metal surface.



  The initiation stage of the metal-pyridine conversion is preferably carried out near the boiling point of the mixture (generally at about 115 ° C. if it is pyridine itself) and preferably under reflux conditions. Lower temperatures, e.g. As low as 70 ° C can also be used if desired, but a temperature in the range of 100-120 ° C is generally particularly useful.

   It is also preferred to carry out the reaction according to the invention in an inert atmosphere in the reaction vessel. This can be created most comfortably by dry nitrogen and is preferably maintained throughout the reaction.



  The metal can be any metal which reacts with pyridine and is not sufficiently self-initiating, in particular it can be magnesium or aluminum. The metal should preferably be clean and free of oxide coatings, e.g. B. it can be as lathe chips or powder or the like. Present. Pure metals can be used or readily available alloys containing small amounts of other metals.

   In the case of aluminum in particular, it is advantageous to use a material together with the initiator which breaks the surface oxide film of the metal (e.g. using mercury such as mercury chloride).



  The pyridine should be practically free. of those substituents or impurities which are involved in undesirable side reactions, e.g. B. with the metal, could take part. The method according to the invention is particularly suitable for the use of unsubstituted pyridine. If desired, alkyl pyridines can also be used, although they are less reactive.

   The use of substantially dry pyridine is preferred (i.e., preferably less than about 0.1 wt% water content.



  Once the reaction of metal and pyridine has started, additional amounts of metal and / or pyridine can be added to the reaction vessel and the reaction will continue because the metal-pyridine reaction product can normally promote the reaction itself.

   Some temperature regulation of the reaction mixture may be necessary in order to keep the mixture at an optimal temperature during the main conversion stage, and cooling or heating may take place for this purpose. If the turnover rate slows down unduly, z. B. because of the introduction of materials which interfere with the conversion, then further amounts of pyridine salt or its precursor can be added in the course of the reaction, as required.



  Apart from the initiation step, no substantial modification needs to be made to the metal-pyridine conversion process. The general conditions for the conversion of magnesium and pyridine are practically those in Switzerland. Patent No. 414 630 and those for the sale of aluminum in Switzerland. Patent No. 415 629 are described in more detail. The conversion can thus conveniently take place at temperatures up to the reflux temperature of the mixture and preferably in the range from 90-120.degree.

   The time required will also vary, it can be between 30 minutes and 12 hours (for example, and in most cases 2-6 hours). The reaction time and reaction temperature, which can be used in special cases, can also be changed in accordance with the ratio of the bipyridyl isomers which are formed in the course of the reaction.



       The method according to the invention can be carried out batchwise or continuously. It is particularly suitable for the continuous process, it being possible for the pyridine salts to be added continuously or intermittently.

   The methods and conditions for converting the metal-pyridine conversion products into bipyridyl are practically inde- pendent of the particular implementation or initiation and it can therefore be the metal-pyridine conversion product z. B. by oxygen or air, if desired un ter dilution with an inert gas, be oxidized regardless. Other suitable oxidizing agents for the formation of the bipyridyls are z.

   B. organic nitro compounds, nitric acid, hypochlorites and hydrogen peroxide. The conversion of metal and pyridine can also be carried out in the presence of a thinner, which z. B. can be an excess of pyridine or an N; N-dialkylarylamine, z. B. N, N-dimethyl-aniline, which is used as a solvent, as in Switzerland. U.S. Patent No. 438,298.

   The reaction product can also be decomposed by water, as described in more detail in British patent specification No. 1016 546.



  In some cases the blue color of the metal-pyridine reaction product is stable in the decomposition stage, but this can be eliminated by brief air oxidation.



  The method according to the invention is very safe and convenient to operate and the initiators used require a minimum of storage and use difficulties. It has also been found that in many cases the reaction with the metal can be continued for a longer period of time without a disadvantageous effect on the pyridine consumption (as stated with regard to the bipyridyl production) occurring.

   In this regard, the initiators used in the inventive method are superior to the alkali metals.



       In the examples below, parts and% are to be understood as being by weight.



  <I> Example 1 </I> A mixture of 23 parts of pyridine (dried over solid KOH and redistilled) and 1 part of magnesium turnings was heated to boiling under reflux conditions under a nitrogen atmosphere, with stirring. Then 1.18 parts of allyl bromide (dried and redistilled) were added, followed by a further 3.33 parts of dry pyridine, and the mixture was treated for 3 hours while maintaining the stirring and refluxing.

   Implementation began immediately, and the color turned dark green, then orange, and finally black-blue. The mixture was then treated with 1.42 parts of distilled water while it was at boiling temperature (about 115 ° C.) in order to convert any metal pyridine reaction product formed into bipyridyl.

   By analysis, the mixture was found to contain 13.8% 4,4'-bipyridyl and 0.2% 2,4'-bipyridil. <I> Example 2 </I> While stirring and under a nitrogen atmosphere, a mixture of 23 parts of pyridine (dried over solid KOH and redistilled) and 1 part of magnesium turnings were heated to boiling under reflux conditions.

   1.2 parts of benzyl bromide (dried and redistilled) were then added, followed by a further 3.33 parts of dry pyridine, and the mixture was kept at reflux with stirring for one hour. The implementation began immediately, and the color of the mixture turned bright green, then brown and finally black-blue. The mixture was then treated with 2.25 parts of distilled water while it was at you temperature (about 115 ° C.) in order to convert any metal pyridine reaction product formed into bipyridyls.

   Analysis of the resulting mixture showed a content of 10.6% 4,4'-bipyridyl and 0.2% 2,4'-bipyridyl.



  <I> Example 3 </I> A mixture of 395 g of pyridine (water content according to Karl Fischer method 0.005%) and 12 g of magnesium turnings was allowed to reflux under a nitrogen atmosphere and with stirring and then treated with 2 ml of allyl chloride.

   The reflux was continued for a total of 4 hours and the mixture was then cooled to 80 ° C., treated with 25 ml of water (gradually added over 15 minutes) and finally cooled to ambient temperature. The analysis showed 273 g of unreacted pyridine and the resulting metal pyridine reaction product gave rise to 5.2 g of 2,2'-bipyridyl and 55.6 g of 4,4'-bipyridyl. There was no unreacted magnesium.



  <I> Example 4 </I> The procedure of Example 3 was repeated using only 1 ml of allyl chloride. The analysis showed 278 g of unreacted pyridine, 3.4 g of 2,2'-bipyridyl and 57.2 g of 4,4'-bipyridyl. There was no unreacted magnesium.



  <I> Example 5 </I> A. A mixture of 7 parts of allyl bromide and 12 parts of freshly dried magnesium turnings was heated under reflux conditions for 30 min while an oxygen-free nitrogen stream was passed through the mixture, whereupon 98 parts of pyridine (dried over KOH and redistilled), which itself has a temperature of 20 C was added slowly.

   The reaction mixture turned first blue-green, then orange (for about 30 min.) And finally blue-green again. The mixture was left for 3 hours, with the addition of a further 98 parts of pyridine during. the first hour, heated,

   and then the resulting metal pyridine reaction product is oxidized by adding an aqueous sodium hypochlorite solution. Analysis of the reaction mixture showed a content of 9.4 parts of 4,4'-bipyridyl and 1.4 parts of 2,2'-bipyridyl.



  <I> Example 6 </I> The reaction of 10 g of aluminum powder with 400 g of dry pyridine at reflux temperature was catalyzed by the addition of 1.5 g of mercury chloride and 15 g of benzyl bromide. The mixture was then refluxed for 2.75 hours and then treated with 25 g of water in order to convert any metal pyridine reaction product formed into bipyridyls.

   Analysis of the reaction product showed a content of 21.6 g of 4,4'-bipyridyl, corresponding to a yield of 22 UFO based on the aluminum or 31% based on the pyridine consumed.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung eines Metall-Pyridin- Umsetzungsproduktes aus gegebenenfalls substituiertem Pyridin, dadurch gekennzeichnet, dass man gegebenen falls substituiertes Pyridin in Gegenwart eines Pyridin- salzes mit einem Metall umsetzt. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Pyridinsalz ein Salz eines Pyri- dins mit einer starken Mineralsäure, z. B. Chlorwasser stoff- oder Bromwasserstoffsäure, ist. 2. PATENT CLAIM Process for producing a metal-pyridine reaction product from optionally substituted pyridine, characterized in that optionally substituted pyridine is reacted with a metal in the presence of a pyridine salt. SUBClaims 1. The method according to claim, characterized in that the pyridine salt is a salt of a pyridine with a strong mineral acid, for. B. hydrochloric or hydrobromic acid is. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Pyridinsalz ein quaternäres Pyridinsalz ist. 3. Verfahren nach Patentanspruch oder Unteran spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in situ gebildetes Pyridinsalz in dem umzusetzenden Gemisch von Metall und Pyridin verwendet wird. 4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Umsetzung von Metall und Pyridin in Gegenwart eines Stoffes durchgeführt wird, der mit dem Pyridin ein Pyridinsalz bildet. 5. Method according to claim, characterized in that the pyridine salt is a quaternary pyridine salt. 3. The method according to claim or sub-claim 1 or 2, characterized in that pyridine salt formed in situ is used in the mixture of metal and pyridine to be converted. 4. The method according to dependent claim 3, characterized in that the reaction of metal and pyridine is carried out in the presence of a substance which forms a pyridine salt with the pyridine. 5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass der verwendete Stoff ein Halogen kohlenwasserstoff ist. 6. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Halogenkohlenwasserstoff die Gruppe -CH.-Halogen enthält. 7. Verfahren nach Unteranspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Halogenkohlenwas serstoff ein Alkyl-, Alkenyl- oder Aralkylhalogenid ist. Method according to dependent claim 4, characterized in that the substance used is a halogenated hydrocarbon. 6. The method according to dependent claim 5, characterized in that the halogenated hydrocarbon contains the group -CH.-halogen. 7. The method according to dependent claim 5 or 6, characterized in that the Halogenkohlenwas hydrogen is an alkyl, alkenyl or aralkyl halide. B. Verfahren nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass der Halogenkohlenwasserstoff ein Allylhalogenid, vorzugsweise Bromid oder Chlorid, ist. 9. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass 1-10 Gew. % Pyridinsalz, bezogen auf das Gewicht des verwendeten Pyridins verwendet wird. 10. B. The method according to dependent claim 7, characterized in that the halogenated hydrocarbon is an allyl halide, preferably bromide or chloride. 9. The method according to claim, characterized in that 1-10% by weight of pyridine salt, based on the weight of the pyridine used, is used. 10. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass 5-20 Gew. o/ o Pyridinsalz auf das Metallgewicht bezogen verwendet werden. 11. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass unsubstituiertes Pyridin verwendet wird. 12. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Metall Magnesium ist. 13. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Metall Aluminium ist. 14. Process according to claim, characterized in that 5-20 wt. O / o pyridine salt are used based on the metal weight. 11. The method according to claim, characterized in that unsubstituted pyridine is used. 12. The method according to claim, characterized in that the metal is magnesium. 13. The method according to claim, characterized in that the metal is aluminum. 14th Verfahren nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Pyridinsalz in Verbindung mit einem Material verwendet wird, welches den Ober flächenoxydfilm des Metalls bricht, z. B. eine Quecksil berverbindung. 15. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Pyridinsalz bei einer Tempera tur von wenigstens 70 C, vorzugsweise im Bereich von 100-120 C, verwendet wird. The method according to dependent claim 13, characterized in that the pyridine salt is used in conjunction with a material which breaks the surface oxide film of the metal, e.g. B. a mercury compound. 15. The method according to claim, characterized in that the pyridine salt at a tempera ture of at least 70 C, preferably in the range of 100-120 C, is used.
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