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%.