DE1198824B

DE1198824B - Process for the preparation of nicotinic acid amide from 3-cyanopyridine

Info

Publication number: DE1198824B
Application number: DED22749A
Authority: DE
Inventors: Edward James Gasson; David James Hadley; Great Burgh
Original assignee: Distillers Co Yeast Ltd
Current assignee: Distillers Co Yeast Ltd
Priority date: 1955-04-20
Filing date: 1956-04-13
Publication date: 1965-08-19

Description

Verfahren zur Herstellung von Nicotinsäureamid aus 3-Cyanpyridin Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Nicotinsäureamid aus 3-Cyanpyridin durch Hydrolyse bei erhöhter Temperatur in einem wäßrigen Medium in Gegenwart eines alkalischen Katalysators, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als Katalysator eine anorganische Verbindung, nämlich Magnesiumoxyd, Calcium-, Barium-oder Strontiumcarbonat, verwendet wird, deren Löslichkeit in Wasser nicht mehr als 0,1% bei 20° C beträgt und deren gesättigte wäßrige Lösung bei dieser Temperatur einen pH-Wert zwischen 8 und 11 besitzt, und daß die Umsetzung abgebrochen wird, bevor mehr als 80% des 3-Cyanpyridins in Nicotinsäureamid umgewandelt worden sind.Process for the preparation of nicotinic acid amide from 3-cyanopyridine Subject of the invention is a process for the preparation of nicotinic acid amide from 3-cyanopyridine by hydrolysis at elevated temperature in an aqueous medium in the presence of a alkaline catalyst, which is characterized in that the catalyst is a inorganic compound, namely magnesium oxide, calcium, barium or strontium carbonate, is used, the solubility of which in water is not more than 0.1% at 20 ° C and their saturated aqueous solution at this temperature has a pH value between 8 and 11, and that the reaction is terminated before more than 80% of the 3-Cyanpyridins have been converted into nicotinic acid amide.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Nicotinsäureamid durch teilweise Hydrolyse von 3-Cyanpyridin unter Zuhilfenahme von wäßrigen Alkalilösungen herzustellen, die eine genügende Menge von Alkaliverbindungen enthalten, um eine im Verhältnis zu Nicotinsäure größere Menge Nicotinsäureamid zu erzeugen, ohne daß die Menge der Alkaliverbindungen ausreicht, um eine vollständige Hydrolyse des Nicotinsäureamids hervorzurufen. Als Alkalien wurden Ammoniak, ein Alkalihydroxyd, Alkalibicarbonat, Alkalicarbonat, Alkaliborat, sekundäres Alkaliphosphat, Alkalinicotinat, die Salze der Essigsäure oder anderer organischer Säuren, die Hydroxyde der Erdalkalien und auch organische Basen wie Trimethylamin und Triäthylamin vorgeschlagen. Alle diese alkalischen Verbindungen setzen sich jedoch mit der ihnen gleichwertigen Menge Nicotinsäureamid unter Erzeugung eines Salzes der Nicotinsäure und Freimachung von Ammoniak um. Dies bringt einen erheblichen Verlust des erwünschten Produktes mit sich. Fernerhin beschleunigen diese alkalischen Stoffe die weitere Hydrolyse des Amids zu dem Ammoniumsalz, was einen zusätzlichen Verlust an Amid bedeutet. Obgleich gute Ausbeuten nach dem bekannten Verfahren erzielt werden können, wird wertvolles Ausgangsmaterial teilweise in unerwünschte Verbindungen übergeführt, so daß der Wirkungsgrad unzureichend ist. Die Prozentausbeute bedeutet im folgenden die Anzahl Mole von 3-Cyanpyridin, die in Nicotinsäureamid übergeführt worden sind, multipliziert mit hundert und dividiert durch die Anzahl der eingesetzten 3-Cyanpyridinmoleküle, während unter Prozentwirkungsgrad die Anzahl der in Nicotinsäureamid umgewandelten 3-Cyanpyridinmoleküle, multipliziert mit hundert und dividiert durch die Anzahl der verbrauchten 3-Cyanpyridinmoleküle verstanden wird. Das Verfahren der Erfindung zur Herstellung von Nicotinsäureamid aus 3-Cyanpyridin weist einen hohen Wirkungsgrad in bezug auf das eingesetzte 3-Cyanpyridin auf, in dem die oben erwähnten Verluste auf ein Mindestmaß eingeschränkt sind. Während die Ausbeuten an Nicotinsäureamid nicht zu niedrig sind und etwa 50% und mehr betragen, beruht der Hauptwert des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem hohen Wirkungsgrad, da nicht umgesetztes Ausgangsmaterial sich ohne Schwierigkeiten zurückgewinnen und wieder anwenden läßt.It has already been suggested to partially use nicotinic acid amide To produce hydrolysis of 3-cyanopyridine with the aid of aqueous alkali solutions, which contain a sufficient amount of alkali compounds for one in proportion to produce nicotinic acid larger amount of nicotinic acid amide without reducing the amount of Alkali compounds are sufficient for a complete hydrolysis of the nicotinic acid amide to evoke. Ammonia, an alkali hydroxide, alkali bicarbonate, Alkali carbonate, alkali borate, secondary alkali phosphate, alkali nicotinate, the salts the acetic acid or other organic acids, the hydroxides of the alkaline earths and also proposed organic bases such as trimethylamine and triethylamine. All these however, alkaline compounds are set with an equivalent amount of nicotinic acid amide producing a salt of nicotinic acid and liberating ammonia. this brings with it a significant loss of the desired product. Also accelerate these alkaline substances cause further hydrolysis of the amide to what the ammonium salt means an additional loss of amide. Although good yields according to the known Process can be achieved, valuable starting material turns into undesirable Connections transferred so that the efficiency is insufficient. The percent yield hereinafter means the number of moles of 3-cyanopyridine in nicotinic acid amide have been convicted, multiplied by one hundred and divided by the number of the 3-cyanopyridine molecules used, while the percentage efficiency is the number of the 3-cyanopyridine molecules converted into nicotinic acid amide, multiplied by a hundred and divided by the number of 3-cyanopyridine molecules consumed will. The process of the invention for the preparation of nicotinic acid amide from 3-cyanopyridine has a high degree of efficiency with regard to the 3-cyanopyridine used, in which the above-mentioned losses are kept to a minimum. While the Yields of nicotinic acid amide are not too low and are about 50% and more, the main value of the method according to the invention is based on the high degree of efficiency, since unreacted starting material can be recovered without difficulty and can be reapplied.

Die Mengen an Katalysator können innerhalb weiter Grenzen schwanken. Da die Katalysatoren nur spärlich in dem wäßrigen Medium löslich sind, sind generell verhältnismäßig geringe Mengen erforderlich. Ein in dem Medium nicht gelöster und/oder in das entsprechende Salz der Nicotinsäure umgewandelter Überschuß kann nach Beendigung der Reaktion z. B. durch Filtrieren oder Zentrifugieren entfernt werden. Eine Konzentration von Magnesiumoxyd im Bereiche von 1 bis 5%, berechnet auf 3-Cyanpyridin, gibt gute Ergebnisse, während von den Carbonaten der Erdalkalien Konzentrationen von 5 bis 10% geeignet sind.The amounts of catalyst can vary within wide limits. Since the catalysts are only sparingly soluble in the aqueous medium, they are generally relatively small amounts required. One that is not dissolved in the medium and / or Any excess converted into the corresponding salt of nicotinic acid can after completion the reaction z. B. removed by filtration or centrifugation. A concentration of magnesium oxide in the range of 1 to 5%, calculated on 3-cyanopyridine, gives good results Results, while from the carbonates of the alkaline earth concentrations of 5 to 10% are suitable.

Die Reaktion wird besonders bei Temperaturen von ungefähr 100° C durchgeführt, damit eine zufriedenstellende Umsetzungsgeschwindigkeit erzielt wird. Etwas höhere Temperaturen, bis zu 130° C und mehr, lassen sich unter Anwendung von erhöhtem Druck ebenfalls benutzen. Unter diesen Bedin-Qungen sind Umsetzungszeiten von etwa 2 bis 20 Stunden befriedigend, je Temperatur und Katalysator.The reaction is carried out especially at temperatures of about 100 ° C, thus a satisfactory Implementation speed achieved will. Slightly higher temperatures, up to 130 ° C and more, can be used also use from increased pressure. Implementation times are under these conditions from about 2 to 20 hours satisfactory, depending on the temperature and the catalyst.

Der Hydrolysiervorgang kann bis zur Umwandlung von etwa 80% des 3-Cyanpyridins in das Amid fortgesetzt werden. Doch kann man die Reaktion bei geringeren Umsetzungsgraden abbrechen, beispielsweise nach Umsetzung von 50 bis 60%, ohne daß eine Abnahme des Wirkungsgrades eintritt, da der Überschuß des schwach löslichen Katalysators sich leicht aus dem Reaktionsgemisch z. B. durch Filtrieren abtrennen läßt, ehe die Abtrennung des Nicotinsäureamids und die Wiedergewinnung des nicht umgesetzten 3-Cyanpyridins vorgenommen wird.The hydrolysis process can convert up to about 80% of the 3-cyanopyridine to be continued into the amide. But you can see the reaction at lower degrees of implementation cancel, for example after implementation of 50 to 60%, without a decrease in the Efficiency occurs because the excess of the poorly soluble catalyst itself easily from the reaction mixture z. B. can be separated by filtration before the separation of nicotinic acid amide and the recovery of the unreacted 3-cyanopyridine is made.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich ansatzweise oder kontinuierlich durchführen.The process according to the invention can be carried out batchwise or continuously carry out.

Zur Isolierung des erzeugten Nicotinsäureamids und zur Wiedergewinnung des nicht umgesetzten 3-Cyanpyridins kann man das bei der Umsetzung sich ergebende Gemisch durch Destillation einengen, vorzugsweise nachdem man ungelösten Katalysator entfernt hat. Das Destillat enthält unverändertes 3-Cyanpyridin, Wasser und eine kleine Menge Ammoniak. Dies letztere läßt sich dadurch entfernen, daß man die Lösung durch ein Ionenaustauschkunstharz hindurchschickt. Der Destillationsrückstand enthält das Nicotinsäureamid, etwas Wasser und eine geringe Menge nicotinsaure Salze. Dieser Rückstand kann ohne weitere Reinigung zur Darstellung von Derivaten des Nicotinsäureamids verwendet werden. Man kann auch das Amid selbst isolieren, indem man den Rückstand z. B. trocknet und hinterher mit einem Lösungsmittel wie Aceton extrahiert oder das Amid z. B. aus Wasser umkristallisiert. Weiterhin kann man das bei der Hydrolyse anfallende wäßrige Gemisch mit einem Lösungsmittel extrahieren, zweckmäßig nach vorheriger Entfernung des ungelösten Katalysators. Für die Extraktion geeignete Lösungsmittel sind z. B. Benzol, Toluol, Tetrachlorkohlenstofl, Benzin und Chloroform. Diese Lösungsmittel extrahieren unverändertes 3-Cyanpyridin, das aus dem Extrakt durch fraktionierte Destillation gewonnen werden kann, während Nicotinsäureamid in dem wäßrigen Medium gelöst bleibt. Nicotinsäureamid läßt sich daraus durch Abdampfen des Wassers und Ausziehen des trockenen Rückstandes mit einem Lösungsmittel, z. B. Aceton, oder durch Umkristallisation, z. B. aus Wasser, gewinnen. Es ist auch möglich, den Rückstand, der geringe Mengen nicotinsaurer Salze enthält, ohne weitere Reinigung für die Darstellung von Derivaten des Nicotinsäureamids zu verwenden.For isolation of the generated nicotinic acid amide and for recovery of the unreacted 3-cyanopyridine can be the result of the implementation Concentrate mixture by distillation, preferably after removing undissolved catalyst removed. The distillate contains unchanged 3-cyanopyridine, water and a small amount of ammonia. The latter can be removed by adding the solution sent through an ion exchange resin. The distillation residue contains the nicotinic acid amide, a little water and a small amount of nicotinic acid salts. This The residue can be used to prepare derivatives of nicotinic acid amide without further purification be used. One can also isolate the amide itself by removing the residue z. B. dries and then extracted with a solvent such as acetone or the amide z. B. recrystallized from water. This can also be done with hydrolysis Extract the resulting aqueous mixture with a solvent, expediently after prior removal of the undissolved catalyst. Suitable for extraction Solvents are e.g. B. benzene, toluene, carbon tetrachloride, gasoline and chloroform. These solvents extract unchanged 3-cyanopyridine from the extract can be obtained by fractional distillation, while nicotinic acid amide remains dissolved in the aqueous medium. Nicotinamide can be removed from it by evaporation of the water and extracting the dry residue with a solvent, e.g. B. acetone, or by recrystallization, e.g. B. from water, win. It is also possible the residue, which contains small amounts of nicotinic acid salts, without further Purification to use for the preparation of derivatives of nicotinic acid amide.

Dadurch daß man die Hydrolyse erfindungsgemäß in Gegenwart der genannten Verbindungen als Katalysatoren durchführt, lassen sich Wirkungsgrade der Umwandlung von 3-Cyanpyridin in Nicotinsäureamid von 95% und mehr erzielen. Verglichen hiermit gestatten die mehr oder weniger löslichen Katalysatoren, die bisher verwendet worden sind, die Durchführung der Hydrolyse mit Wirkungsgraden, die sich nur auf 70 bis 80 % beliefen, während erhebliche Mengen 3-Cyanpyridin in Nicotinsäure oder ihre Salze umgewandelt wurden. Infolgedessen weist das erfindungsgemäße Verfahren einen wesentlichen technischen Fortschritt auf.By doing the hydrolysis according to the invention in the presence of said Compounds acting as catalysts can be converted into conversion efficiencies of 3-cyanopyridine in nicotinic acid amide of 95% and more. Compared to this allow the more or less soluble catalysts that have been used heretofore are carrying out the hydrolysis with efficiencies that range only to 70 to 80% accounted for significant amounts of 3-cyanopyridine in nicotinic acid or theirs Salts were converted. As a result, the inventive method has a significant technical progress.

In den folgenden Beispielen sind die angegebenen Teile Gewichtsteile.In the following examples the parts given are parts by weight.

Beispiel 1 20 Teile 3-Cyanpyridin, 100 Teile Wasser und 2 Teile Magnesiumoxyd wurden in einem geschlossenen Gefäß 6 Stunden auf 120° C erhitzt.Example 1 20 parts of 3-cyanopyridine, 100 parts of water and 2 parts of magnesium oxide were heated to 120 ° C in a closed vessel for 6 hours.

Aus dem abgekühlten Reaktionsprodukt wurde Magnesiumoxyd durch Filtration entfernt und unverändertes 3-Cyanpyridin mit Äther extrahiert. Destillation der zurückgebliebenen Amidlösung lieferte eine Ausbeute von 58% eines bei 128° C schmelzenden Nicotinsäureamids. Das zurückgewonnene 3-Cyanpyridin betrug 39 %, so daß der Wirkungsgrad der Umwandlung in Nicotinsäureamid 95% war. Beispiel 2 Das Ausgangsmaterial, wie es im Beispiel 1 benutzt wurde, wurde 20 Stunden auf 100° C erhitzt, und die Reaktionsprodukte wurden durch Filtrieren und Abdunsten mit nachfolgendem Trocknen bei 120° C aufgearbeitet. Die Nicotinsäureamidausbeute belief sich auf 78% und diejenige des zurückgewonnenen 3-Cyanpyridins auf 19%. Der Wirkungsgrad der Umwandlung in Nicotinsäureamid betrug also 96 %. Beispiel 3 5 Teile 3-Cyanpyridin einer Reinheit von 96,4 0/0, 0,5 Teile Caleiumcarbonat und 100 Teile Wasser wurden unter Rückfluß 20 Stunden erhitzt, das sich ergebende Gemisch zur Entfernung von Calciumcarbonat filtriert und das Filtrat bei Atmosphärendruck destilliert, bis ungefähr 80 Teile Destillat erhalten waren. Der Rückstand wurde zur völligen Entfernung des Wassers bei 20 mm Hg auf 100'C erhitzt. Der Rückstand stellte eine weiße feste Masse im Gewicht von 3,70 Teilen dar und wies laut Analyse einen Gehalt von 97% Nicotinsäureamid vom F. 127° C auf.Magnesium oxide was removed from the cooled reaction product by filtration and unchanged 3-cyanopyridine was extracted with ether. Distillation of the amide solution that remained gave a yield of 58% of a nicotinic acid amide melting at 128 ° C. The 3-cyanopyridine recovered was 39% so that the conversion efficiency to nicotinic acid amide was 95%. Example 2 The starting material as used in Example 1 was heated to 100 ° C. for 20 hours, and the reaction products were worked up by filtration and evaporation with subsequent drying at 120 ° C. The nicotinic acid amide yield was 78% and that of the recovered 3-cyanopyridine was 19%. The conversion efficiency to nicotinic acid amide was thus 96%. Example 3 5 parts of 3-cyanopyridine of 96.4% purity, 0.5 part of calcium carbonate and 100 parts of water were refluxed for 20 hours, the resulting mixture was filtered to remove calcium carbonate and the filtrate was distilled at atmospheric pressure until about 80 parts of distillate were obtained. The residue was heated to 100.degree. C. at 20 mm Hg to completely remove the water. The residue was a white solid mass weighing 3.70 parts and, according to analysis, had a content of 97% nicotinic acid amide with a melting point of 127 ° C.

Fortlaufende Extraktion des Destillates mit Benzin in einem Flüssigkeit-Flüssigkeit-Extraktionsapparat mit nachfolgender Verdunstung des Benzins lieferte 1,715 Teile nicht umgesetztes 3-Cyanpyridin. Die Ausbeute an Nicotinsäureamid betrug also 61,2% und der Wirkungsgrad der Umwandlung von 3-Cyanpyridin in Nicotinsäureamid 950%. Beispiel 4 5 Teile 3-Cyanpyridin (96,4% rein), 0,25 Teile Bariurncarbonat und 100 Teile Wasser wurden in einem Schüttelautoklav 5 Stunden auf 120°C erhitzt, das abgekühlte Reaktionsprodukt zur Entfernung von Bariumcarbonat filtriert und, wie im Beispiel 3 beschrieben, zur Beseitigung von Wasser und nicht umgesetztem Cyanpyridin destilliert. Das als Destillationsrückstand erhaltene Nicotinsäureamid im Gewicht von 3,64 Teilen hatte den F. 126° C und einen Gehalt von 95,8% Nicotinsäureamid. Die Ausbeute war demnach 59,5%.Continuous extraction of the distillate with gasoline in a liquid-liquid extractor with subsequent evaporation of the gasoline yielded 1.715 parts of unreacted 3-cyanopyridine. The yield of nicotinic acid amide was therefore 61.2% and the efficiency the conversion of 3-cyanopyridine to nicotinic acid amide 950%. Example 4 5 parts of 3-cyanopyridine (96.4% pure), 0.25 parts of barium carbonate and 100 parts of water were in a shaking autoclave 5 hours heated to 120 ° C, the cooled reaction product to remove Barium carbonate filtered and, as described in Example 3, to remove Distilled water and unreacted cyanopyridine. That as distillation residue Nicotinamide obtained with a weight of 3.64 parts had a melting point of 126 ° C. and a Content of 95.8% nicotinic acid amide. The yield was accordingly 59.5%.

Die Wiedergewinnung von Cyanpyridin durch Extraktion, wie im Beispiel 3 beschrieben, ergab 1,905 Teile. Der Wirkungsgrad der Umwandlung des Cyanpyridins in Nicotinsäureamid betrug also 96,1%.The recovery of cyanopyridine by extraction as in the example 3 was 1.905 parts. The efficiency of the conversion of the cyanopyridine in nicotinic acid amide was 96.1%.

Claims

Claim: Process for the production of nicotinic acid amide from 3-cyanopyridine by hydrolysis at elevated temperature in an aqueous medium in Presence of an alkaline catalyst, characterized in that as a catalyst an inorganic compound, namely magnesium oxide, calcium, barium or strontium carbonate, is used, the solubility of which in water is not more than 0.1% at 20 ° C and their saturated aqueous solution at this temperature has a pH value between 8 and 11, and that the implementation is canceled before more than 8001o des 3-Cyanpyridins have been converted into nicotinic acid amide. Considered Publications: German Patent No. 828 247; British Patent No. 563 184; Journ. At the. Chem. Soc. 70: 3945 (1948).