CH504437A - Pyridine carboxylic acids - by oxidation of alkyl pyridines - Google Patents

Pyridine carboxylic acids - by oxidation of alkyl pyridines

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CH504437A
CH504437A CH273269A CH273269A CH504437A CH 504437 A CH504437 A CH 504437A CH 273269 A CH273269 A CH 273269A CH 273269 A CH273269 A CH 273269A CH 504437 A CH504437 A CH 504437A
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oxidation
acid
pyridinecarboxylic
pyridine carboxylic
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August Dr Stocker
Othmar Dr Marti
Pfammatter Theodul
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Lonza Ag
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D213/00Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/02Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/04Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom
    • C07D213/60Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D213/78Carbon atoms having three bonds to hetero atoms, with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals
    • C07D213/79Acids; Esters
    • C07D213/803Processes of preparation

Abstract

PROCESS FOR PYRIDINE CARBOXYLIC ACIDS BY OXIDATION OF ALKYLPYRIDINES. With 25-600% excess of aq. HNO3 at 230-350 degrees C under a pressure of up to 500 atmospheres (50-300 atmos. preferred) for 1-20 mins, adjusting to give an HNO3 concentration in the reaction mixture of 10-28%, the pyridine carboxylic acid crystallising from the mixture at 0-20 degrees C as the nitric-acid salt, separating the salt, dissolving it in water, adjusting to the isoelectric point with the original alkyl pyridine, separating the crystalline pyridine carboxylic acid from the mother liquor, combining the 2 mother liquors and recycling. Advantage of simple isolation of the required acid at the isoelectric point and no difficult treatment of mother liquors is involved as in customary process using HNO3 oxidation. Yields of 94% compared with 70% for usual processes.

Description

  

  
 



  Verfahren zur Herstellung von Pyridincarbonsäuren
Im Hauptpatent Nr. 495 990 wird ein Verfahren zur Herstellung von Pyridincarbonsäuren beansprucht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man zur Oxydation von Alkylpyridinen Salpetersäure in solcher Menge verwendet, dass der   überschuss    an   HNO3    über die zur Oxydation theoretisch benötigte Menge 25 bis 600% beträgt, dass man das Gemisch bei Temperaturen von
180 bis 2600C und Drücken von 20 bis 60 atü bei einer Verweilzeit von 1 bis 20 Minuten umsetzt, das entstehende Reaktionsgemisch auf eine HNO3-Konzentration von 10 bis 28% einstellt, die Pyridincarbonsäure in Form ihres Hydronitrats bei 0 bis   20aC    auskristallisiert und von der sauren Mutterlauge abtrennt, das kristallisierte Pyridincarbonsäurehydronitrat in Wasser löst,

   die Lösung mit der entsprechenden Ausgangsbase (Alkylpyridin) auf den isoelektrischen Punkt der herzustellenden Pyridincarbonsäure einstellt, die dabei auskristallisieren   de    Pyridincarbonsäure von der basenhaltigen Mutterlauge abtrennt, die beiden Mutterlaugen vereinigt, auf Ausgangskonzentration bringt und in den Prozess zurückführt.



   Es wurde nun gefunden, dass auch andere heterocyclische Verbindungen, die einen Pyridinkern aufweisen und die mindestens an einer Stelle substituiert sind, nach dem Verfahren des Hauptpatents in Pyridincarbonsäuren übergeführt werden können. Solche Verbindungen sind Chinolin, Chinolinderivate, wie Chinaldin, Lepidin, Hydroxychinolin, Aminochinolin, Isochinolin, Isochinolinderivate, Acridin und Acridinderivate.



   Durch die Anwendung eines Überschusses an HNO3, der vorzugsweise bei 30 bis 400% über der zur Oxydation theoretisch notwendigen Menge liegt, fällt nach der Umsetzung das Hydronitrat der Pyridincarbonsäure an.



   Die Verweilzeit beträgt zweckmässig 2 bis 14 Minuten, um einerseits die Umsetzung möglichst vollständig zu machen und andererseits einem Zerstören der entstandenen Pyridincarbonsäure entgegenzuwirken.



   Das anfallende, das Hydronitrat enthaltende Reaktionsgemisch muss nun auf eine solche HNO3-Konzentration gebracht werden, damit infolge eines Löslichkeitsminimums die Hauptmenge des Hydronitrats ausfällt.



  Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, das Hydronitrat bei 0 bis 120C aus der Reaktionslösung, die auf eine Konzentration von 12 bis 25%   HNOa    eingestellt war, auszufällen. Das ausgefällte und isolierte Hydronitrat wird anschliessend in wenig Wasser gelöst und die Pyridincarbonsäure durch Hinzufügen von frischen Pyridinderivaten in Freiheit gesetzt. Die Pyridincarbonsäure fällt dabei aus. Die zuzusetzende Menge an Pyridinderivaten hängt vom isoelektrischen Punkt der auszufällenden Pyridincarbonsäure ab. Um reines Endprodukt zu erhalten, ist es zweckmässig, nach dem Ausfällen der Pyridincarbonsäure noch kurz zu erwärmen, dadurch die Säure noch einmal in Lösung zu bringen und wieder abzukühlen. Die nach dem Abtrennen von der basenhaltigen Mutterlauge anfallende Pyridincarbonsäure ist ein reines Produkt.

  Da die Pyridincarbonsäure mit Pyridinderivaten in Freiheit gesetzt wurde, enthält die nach Abtrennung der Säure anfallende Mutterlauge bereits grosse Mengen an Ausgangsprodukt; Diese Mutterlauge wird mit der bei der Abtrennung des Hydronitrats anfallenden Mutterlauge vereint, mit weiterem Ausgangsprodukt und   HNO3    wieder auf Ausgangskonzentration gebracht und wieder in den Prozess zurückgeführt.



   Nach dem Verfahren der Erfindung fällt die Pyridincarbonsäure als reines weisses Produkt an. Eine weitere Reinigung braucht nicht nachgeschaltet zu werden. Die Umsätze, die nach der Erfindung erzielt werden, liegen bei 95 bis   99%,    die Ausbeuten können bis zu 94%, bezogen auf den Umsatz, betragen. Infolge der kurzen Verweilzeit bei der Umsetzung lässt das Verfahren eine hohe Raum-Zeit-Ausbeute zu. Weiter entfällt jegliche Aufbereitung der Mutterlauge.



   Beispiel
Durch ein Reaktorrohr aus Titan mit einem Inhalt von 1,6 Liter (Länge 16 m) wurden bei einer Temperatur von 2600C und 55 atü Druck 4500 g eines Gemisches von 8,0% Chinolin mit 32% Salpetersäure (entsprechend einem   Überschuss    von 50% über die theoretisch notwendige Menge) mit einer Verweilzeit von 2,0 Minuten geführt. Es resultierten 4010 g flüssigen Rohprodukts.  



  Der Rest von 4090g wurde gasförmig abgeführt. Das Reaktionsprodukt wurde auf eine Salpetersäurekonzentration von 25% gebracht und auf   OOC    gekühlt. Dabei kristallisierten 380,0 g Nicotinsäurehydronitrat mit einem Nicotinsäuregehalt von 66.3% aus. Dieses Rohprodukt wurde durch Zentrifugieren von der sauren Mutterlauge (1020g) abgetrennt. In der Mutterlauge waren weitere 46,0 g Nicotinsäure enthalten.



   Das Nicotinsäurehydronitrat (380 g) wurde in 1350 g Wasser gelöst und bei 950C mit Chinolin auf einem pH Wert von 3,4 gebracht. Nach dem Abkühlen auf 70C wurde die in Freiheit gesetzte Nicotinsäure abzentrifugiert und getrocknet. Es resultierten 210g Nicotinsäure.

 

  Bei einem Umsatz von 96%, bezogen auf eingesetztes Chinolin, entspricht dies einer isolierten Ausbeute von 63,9%.



   Die Gesamtausbeute (isolierte Nicotinsäure und Nicotinsäure in der Mutterlauge) betrug 92,0%.



   Die Säure und die Basen enthaltende Mutterlauge wurden vereint und mit Chinolin und Salpetersäure auf Ausgangskonzentration und -Menge gebracht.



   Die so auf Ausgangsmenge und -konzentration gebrachte Lösung wurde - unter den Bedingungen wie oben beschrieben - umgesetzt und aufgearbeitet. Es resultierten dabei 283,0 g Nicotinsäure entsprechend einer isolierten Ausbeute von 86%, bezogen auf einen Chinolinumsatz von 96%. Die anfallende Nicotinsäure war rein weiss; ihr Gehalt betrug 99,8%. 



  
 



  Process for the preparation of pyridinecarboxylic acids
The main patent no. 495 990 claims a process for the production of pyridinecarboxylic acids, which is characterized in that nitric acid is used for the oxidation of alkylpyridines in such an amount that the excess of HNO3 over the amount theoretically required for the oxidation is 25 to 600%, that the mixture at temperatures of
180 to 2600C and pressures of 20 to 60 atü with a residence time of 1 to 20 minutes, the resulting reaction mixture is adjusted to an HNO3 concentration of 10 to 28%, the pyridinecarboxylic acid crystallizes out in the form of its hydronitrate at 0 to 20aC and from the acidic Separate mother liquor, dissolve the crystallized pyridinecarboxylic acid hydronitrate in water,

   adjusts the solution with the appropriate starting base (alkylpyridine) to the isoelectric point of the pyridinecarboxylic acid to be produced, which separates the pyridinecarboxylic acid which crystallizes out from the base-containing mother liquor, combines the two mother liquors, brings them to the initial concentration and returns them to the process.



   It has now been found that other heterocyclic compounds which have a pyridine nucleus and which are substituted at least at one point can be converted into pyridinecarboxylic acids by the process of the main patent. Such compounds are quinoline, quinoline derivatives such as quinaldine, lepidine, hydroxyquinoline, aminoquinoline, isoquinoline, isoquinoline derivatives, acridine and acridine derivatives.



   By using an excess of HNO3, which is preferably 30 to 400% above the amount theoretically necessary for oxidation, the hydronitrate of the pyridinecarboxylic acid is obtained after the reaction.



   The residence time is expediently 2 to 14 minutes, on the one hand to make the reaction as complete as possible and, on the other hand, to counteract the destruction of the pyridinecarboxylic acid formed.



   The resulting reaction mixture containing the hydronitrate must now be brought to such a HNO3 concentration that the main amount of the hydronitrate precipitates due to a minimum solubility.



  It has proven to be particularly advantageous to precipitate the hydronitrate at 0 to 120C from the reaction solution, which was adjusted to a concentration of 12 to 25% HNOa. The precipitated and isolated hydronitrate is then dissolved in a little water and the pyridine carboxylic acid is set free by adding fresh pyridine derivatives. The pyridine carboxylic acid precipitates out. The amount of pyridine derivatives to be added depends on the isoelectric point of the pyridinecarboxylic acid to be precipitated. In order to obtain a pure end product, it is advisable to warm up briefly after the pyridinecarboxylic acid has precipitated out, so that the acid is once again dissolved and then cooled again. The pyridinecarboxylic acid obtained after separation from the base-containing mother liquor is a pure product.

  Since the pyridine carboxylic acid was set free with pyridine derivatives, the mother liquor obtained after the acid has been separated off already contains large amounts of starting product; This mother liquor is combined with the mother liquor obtained during the separation of the hydronitrate, brought back to the initial concentration with further starting product and HNO3 and fed back into the process.



   According to the process of the invention, the pyridinecarboxylic acid is obtained as a pure white product. Further cleaning does not have to be carried out afterwards. The conversions that are achieved according to the invention are 95 to 99%, the yields can be up to 94%, based on the conversion. As a result of the short residence time in the implementation, the process allows a high space-time yield. Furthermore, there is no need for any preparation of the mother liquor.



   example
4500 g of a mixture of 8.0% quinoline with 32% nitric acid (corresponding to an excess of 50% above) were passed through a titanium reactor tube with a capacity of 1.6 liters (length 16 m) at a temperature of 2600C and 55 atmospheric pressure the theoretically necessary amount) with a residence time of 2.0 minutes. 4010 g of liquid crude product resulted.



  The remainder of 4090 g was discharged in gaseous form. The reaction product was brought to a nitric acid concentration of 25% and cooled to OOC. 380.0 g of nicotinic acid hydronitrate with a nicotinic acid content of 66.3% crystallized out. This crude product was separated from the acidic mother liquor (1020 g) by centrifugation. The mother liquor contained a further 46.0 g of nicotinic acid.



   The nicotinic acid hydronitrate (380 g) was dissolved in 1350 g of water and brought to a pH of 3.4 with quinoline at 950C. After cooling to 70 ° C., the liberated nicotinic acid was centrifuged off and dried. 210 g of nicotinic acid resulted.

 

  At a conversion of 96%, based on the quinoline used, this corresponds to an isolated yield of 63.9%.



   The overall yield (isolated nicotinic acid and nicotinic acid in the mother liquor) was 92.0%.



   The mother liquor containing the acid and the bases were combined and brought to the initial concentration and amount with quinoline and nitric acid.



   The solution brought to the initial amount and concentration was reacted and worked up under the conditions as described above. This resulted in 283.0 g of nicotinic acid, corresponding to an isolated yield of 86%, based on a quinoline conversion of 96%. The resulting nicotinic acid was pure white; their content was 99.8%.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH PATENT CLAIM Verfahren zur Herstellung von Pyridincarbonsäuren durch Oxydation von mehrkernigen heterocyclischen Verbindungen, die einen Pyridinkern aufweisen und mindestens an einer Stelle substituiert sind, mit Salpetersäure bei erhöhter Temperatur und erhöhten Drücken, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Oxydation der heterocyclischen Verbindungen mit einem Pyridinkern wässerige Salpetersäure in solcher Menge anwendet, dass der Überschuss an HNO über die zur Oxydation theoretisch benötigte Menge 25 bis 600% beträgt, dass man dieses Gemisch bei Temperaturen von 180 bis 2600C und Drücken von 20 bis 60 atü bei einer Verweilzeit von 1 bis 20 Minuten umsetzt, das entstehende Reaktionsgemisch auf eine HNO3-Konzentration von 10 bis 28% einstellt, Process for the preparation of pyridinecarboxylic acids by oxidation of polynuclear heterocyclic compounds which have a pyridine nucleus and are substituted at least at one point with nitric acid at elevated temperature and elevated pressures, characterized in that for the oxidation of the heterocyclic compounds with a pyridine nucleus, aqueous nitric acid in such The amount used is that the excess of HNO over the amount theoretically required for oxidation is 25 to 600%, that this mixture is reacted at temperatures of 180 to 2600C and pressures of 20 to 60 atmospheres with a residence time of 1 to 20 minutes, the resulting Adjusts the reaction mixture to a HNO3 concentration of 10 to 28%, die Pyridincarbonsäure in Form ihres Hydronitrats bei 0 bis 200C auskristallisiert und von der sauren Mutterlauge abtrennt, das kristallisierte Pyridincarbonsäurehydronitrat im Wasser löst, die Lösung mit der entsprechenden Ausgangsbase auf den isoelektrischen Punkt der herzustellenden Pyridincarbonsäure einstellt, die dabei auskristallisierende Pyridincarbonsäure von der basehaltigen Mutterlauge abtrennt, die beiden Mutterlaugen vereinigt, auf Ausgangskonzentration bringt und in den Prozess zurückführt. the pyridinecarboxylic acid crystallizes out in the form of its hydronitrate at 0 to 200C and separated from the acidic mother liquor, dissolves the crystallized pyridinecarboxylic acid hydronitrate in the water, adjusts the solution with the corresponding starting base to the isoelectric point of the pyridinecarboxylic acid to be produced, separates the crystallizing pyridinecarboxylic acid from the base liquor the two mother liquors are combined, brought to the initial concentration and returned to the process.
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