DE2337087C2 - Verfahren zur Herstellung von 2- Methyl-5-ethylpyridin - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von 2- Methyl-5-ethylpyridinInfo
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- C07D213/08—Preparation by ring-closure
- C07D213/09—Preparation by ring-closure involving the use of ammonia, amines, amine salts, or nitriles
- C07D213/10—Preparation by ring-closure involving the use of ammonia, amines, amine salts, or nitriles from acetaldehyde or cyclic polymers thereof
Description
25
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von 2-Methyl-5-ethylpyridin, das ein wichtiges
Zwischenprodukt bei der Herstellung von Nikotinsäure ist, das als Arzneimittel und zur Veredelung von
Nahrungsmitteln verwendet wird.
Es ist bekannt, daß Alkylpyridine durch Umsetzung von Ammoniak mit einer organischen Carbonylverbindung,
z.B. einem Aldehyd oder Keton, hergestellt werden können (vgl. z.B. die US 27 17 897). Die
Kondensation von Acetaldehyd und wäßrigem Ammoniak zur Herstellung von 2-Methyl-5-ethylpyridin ist
sowohl ohne Katalysator als auch in Anwesenheit verschiedener Katalysatoren durchgeführt worden. Zu
Katalysatoren, die in diesen Verfahren verwendet worden sind, gehören Ammoniumacetat, fluorhaltige
Verbindungen, z. B. Fluorwasserstoff, Ammoniumfluorid, Ammoniumhydrogendifluorid und Bortrifluorid,
organische Solfonsäureverbindungen, z. B. Ethansulfonsäure,
Schwefel-Fluor-Verbindungen, z, B. Dischwefeldifluorid.
Schwefeltetrafluorid, Sulfurylfluorid und Schwefelhexafluorid und Molybdänsäure, Wolframsäure
und deren Salze. Die Verfahren des Standes der Technik sind jedoch wegen niedriger Ausbeuten von
2-Methyl-5-ethylpyridin und der Bildung verschiedener Nebenprodukte für eine technische Produktion nicht so
geeignet. Die Verfahren des Standes der Technik liefern Reaktionsprodukte, die bei der Herstellung aus
Acetaldehyd, Ausbeuten an 2-Methyl-5-ethylpyridin von ungefähr 50 bis 60%. etwa 10% einer Mischung von 2-
und 4-Picolinen und etwa 25% hochsiedende Pyridinverbindungen enthalten. Es ist auch bekannt, daß höhere
Ausbeuten an 2-Methyl-5-ethytpyridin von etwa 80% erhalten werden können, wenn man Paraldehyd, der
zuerst aus Acetaldehyd hergestellt werden muß, mit wäßrigem Ammoniak umsetzt. Im Hinblick auf den μ
derzeitigen Stand der Technik ist ein Verfahren äußerst erwünscht, das in der Lage ist, 2-Methyl-5-ethylpyridin
aus billigem Aldehyd in hohen Ausbeuten zu bilden.
Der Gegenstand der Erfindung ist in den Patentansprüchen definiert.
Die erfindungsgemäße Umsetzung erfolgt zweckmäßigerweise in einem Druckreaktor. Das Ammoniumsalz
wird für die Umsetzung als wäßrige Lösung in Konzentrationen im Bereich von 1 bis 80Gew.-%
Ammoniumsalz verwendet. Die Umsetzung wird vorzugsweise in einem Überschuß des Ammoniumsalzes
durchgeführt r
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß die nach der Extraktion der Reaktionsmischung
mit einem organischen Lösungsmittel erhaltene wäßrige Ammoniumsalzphase nach Wiederanreicherung mit
Ammoniak in den Reaktor zurückgeführt werden kann. Die wäßrige Salzphase ist zusammengesetzt aus der
ursprünglich in der Salzlösung vorhandenen Wassermenge, dem Kation des an der Umsetzung teilnehmenden
Ammoniumsalzes und einem Mol Wasser für jedes Mol bei der Umsetzung verbrauchten Acetaldehyd, Die
wäßrige Salzphase wird daher mit Hilfe eines beliebigen bekannten Verfahrens konzentriert z.B. durch Verdampfen,
um das infolge der Kondensationsreaktion gebildete Mol Wasser zu entfernen. Eine Wiederanreicherung
der Salzphase wird dann dadurch oiTeicht daß
man die wäßrige Lösung mit flüssigem Ammoniak bei Umgebungstemperatur unter Bildung des Ammoniumsalzes
umsetzt.
Die Zugabe des Acetaldehydes kann so erfolgen, daß man das Reagenz entweder halbdiskontinuierlich oder
kontinuierlich in einen üblichen Druckreaktor pumpt Die Zugaberate hängt von der gewählten Verweilzeit
ab.
Die Reaktionstemperaturen im erfindungsgemäßen Verfahren liegen vorzugsweise im Bereich von 2000C
bis 2500C. Bei der halbdiskontinuierlichen Arbeitsweise
wird der Acetaldehyd bei einer Temperatur von 1800C bis 270° C zur wäßrigen Ammoniumsalzlösung gegeben
und nach beendeter Zugabe des Acetaldehyds wird die Reaktionsmischung zwischen 180 und 27O°C gehalten,
um die Umsetzung bis zur Beendigung ablaufen zu lassen. Am Ende der gewünschten Reaktionsperiode
wird die Temperatur auf etwa Raumtemperatur erniedrigt und das 2-Methyl-5-ethylpyridin auf bekannte
Weise aus der Reaktionsmischung gewonnen. Eine Methode besteht darin, daß man das organische
Material aus der wäßrigen Reaktionsmischung mit einem organischen Lösungsmittel, z. B. Benzol, Xylol,
Toluol, Chloroform und Ether extrahiert. Das organische Lösungsmittel wird dann im Vakuum entfernt und
man erhält 2-Methyl-5-ethylpyridin durch fraktionierte Destillation. Im Rahmen der Erfindung können auch
beliebige andere Methoden zur Abtrennung und Gewinnung des Produktes angewendet werden.
Führt man das erfindungsgemäße Verfahren in einem geschlossenen Druckreaktor aus, so ist der durch den
Acetaldehydzusatz zur wäßrigen Ammoniumsalzlösung bei der Reaktionstemperatur entwickelte autogene
Druck zufriedenstellend. Diese Drucke liegen gewöhnlich im Bereich von 13,4 bis 475 kg/cm2.
Obgleich die Erfindung als diskontinuierliches Verfahren beschrieben worden ist, kann das Verfahren auch
im Rahmen der vorliegenden Erfindung kontinuierlich betrieben werden. Bei einer Ausführungsform eines
kontinuierlichen Verfahrens werden die Reaktionsteilnehmer kontinuierlich in einen geeigneten Druckreaktor
eingeführt, aus dem ein Teil der Reaktionsmischung kontinuierlich abgezogen wird. Die Reaktionsprodukte
werden daraus abgetrennt und unveränderte Reaktionsteilnehmer werden dann wieder ergänzt und in das
Reaktionsgefäß zurückgeführt. Das kontinuierliche Verfahren kann in jedem Reaktor durchgeführt werden,
der eine innige Vermischung der Reaktionsteilnehmer unter heftigem Rühren gestattet, z. B. in einem
kontinuierlich gerührten Tankreaktor.
Die Folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung
der Erfindung.
600 ml einer 10 molaren wäßrigen Ammoniumacetatlösung
werden in einen 1-Liter Autoklaven gefallt und auf 225° C erhitzt, wobei bei 1000 Upm gemischt wird.
Bei 225°C wird Acetaldehyd kontinuierlich mit einer Rate in das Reaktionsgefäß gepumpt, die 123 cm1 in
90 Minuten liefert Während der Zugabe des Acetaldehydes
steigt der Druck allmählich von 23,6 auf 27,4 kg/cm2. Nach beendeter Zugabe des Acetaldehydes
wird die Reaktionsmasse 1 Stunde lang bei 225° C gerührt und dann auf 25°C abgekühlt Man extrahiert
die Reaktionsmischung mit Benzol (4 · '/io Volumen).
Die Benzolextrakte werden vereinigt und im Vakuum destilliert und ergeben 2-Methyl-5-ethylpyridin in 763%
Ausbeute. Kp= 177°G
Werden im obigen Verfahren Ammoniumfluorid,
Ammoniumhydrog^ndifluorid und Ammoniumsulfid anstelle
von Ammoniamacetat verwendet so erhält man 2-Methyl-5-ethylpyridin in vergleichbaren Ausbeuten.
525 ml einer 3,9 molaren wäßrigen Lösung von Diammoniumhydrogenphosphat (pH 8,2) gibt man in
einen 1-Liter Autoklaven und erhitzt auf 215°C, wobei mit 1500 Upm gemischt wird. Bei 215°C wird eine
9,0 molare wäßrige Acetaldehydlösung kontinuierlich mit einer Rate, die 355 cm3 in 114 Minuten liefert, in das
Reaktionsgefäß gepumpt Während der Acetaldehydzugabe variiert der Druck zwischen 24,6 und 27,4 kg/cm2.
Am Ende der Ace'aldehydzu^abe wi.d die Reaktionsmasse auf 25°C abgekühlt jnd dann mit Benzol
(3 · 100 cm3) extrahiert Die Benzok· trakte werden vereinigt und mit Hilfe der Gaschromatographie auf
2-Methyl-5-ethylpyridin (79,0%), «-Picolin (1.7%), y-Picolin
(1,0%) und Paraldehyd (0,6%) untersucht Das Produkt wird durch Destillation bei atmosphärischem
Druck gewonnen.
Ein Volumen von 9700 ml einer 335 molaren wäßrigen Diammoniumhydrogenphosphatlösung
(pH 8,15) gibt man in einen 18,9-Liter Autoklaven und
erhitzt auf 225°C, wobei bei 780 Upm gemischt wird. Bei 225° C pumpt man kontinuierlich Acetaldehyd mit einer
Rate, die 2271 g in 50 Minuten liefert, in den Reaktor. Der Reaktionsdruck beträgt während der Zugabe 28,1
bis 31,6 kg/cm2. Nach Beendigung der Acetaldehydzugabe
wird die Reaktionsmasse 15 Minuten lang bei 225° C gerührt, und dann auf 25° C abgekühlt Man
extrahiert die Reaktionsmischung mit Benzol (5· 1000 cm3). Die Benzolextrakte werden vereinigt
und das 2-Methyl-5-ethylpyridin wird durch fraktionierte Destillation bei atmosphärischem Druck in 80,8%
Ausbeute (993% rein) isoliert Die verbrauchte wäJVige
Phase wird eingeengt, um das durch die Umsetzung erzeugte Wasser zu entfernen. Sie wird mit Ammoniak
bis zur Stufe des Diammoniumhydrogenphosphats (pH 8,2) wieder angereichert und im nächsten Reaktionszyklus
verwendet
600 ml einer 3,9 molaren wäßrigen Diammoniumhydrogenphosphatlösung
werden in einen 1-Liter Autoklaven gegeben und auf 215°C erhitzt wobei bei
1500 Upm gemischt wird. Bei 215°C pumpt man Acetaldehyd mit 1,7 cm3 pro Minute unter der Oberfläche
in die Reaktionsmischung ein, bis die eingetragene Menge einem Molverhältnis von Acetaldehyd zu
Ammoniumsalz von 1,2 entspricht An diesem Punkt beginnt man mit der kontinuierlichen Einspeisung einer
3,9 molaren wäßrigen Diammoniumhydrogenphosphat· lösung (pH 8,2), die uitpr der Oberfläche ti ι einer Rate
von 6,5 cm3 pro Minute eingespeist wird. Die beiden
Reaktionsteilnehmer (Acetaldehyd und Diammoniumhydrogenphosphat) werden mit den obigen Raten
eingespeist, während der Produktstrom (2 Phasen) kontinuierlich aus dem Reaktor mit 8,2 cm3 pro Minute
abgezogen wird. Der Reaktionsdruck beträgt 24,6 kg/ cm2.
Der Produktstrom wird kontinuierlich bei einem
Volumenverhältr.is von 10% mit Benzol extrahiert Er wird dann bei atmosphärischem Druck fraktioniert, um
das Produkt 2-Methyl-5-ethylpyridin, in 85%iger Ausbeute zu gewinnen. Die anderen Picoline, 2-Picolin
und 4-Picolin, repräsentieren 1,7% bzw. 0,7% Umwandlung.
Der verbrauchte wäßrige Salzstrom wird konzentriert,
um das durch die Umsetzung erzeugte Wasser zu entfernen. Er wird dann mit Ammoniak bis zur Stufe des
Diammoniumhydrogenphosphates (pH 8,2) wieder angereichert und in das Reaktionsgefäß zurückgeführt.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von 2-Methyl-5-ethylpyridin,
dadurch gekennzeichnet, daß Acetaldehyd mit einer wäßrigen Lösung, welche 0,5 bis 3,0 Mol eines Ammoniumsalzes aus der Gruppe
Ammoniumacetat, Diammoniumhydrogenphosphat,
Ammoniumfluorid, Ammoniumhydrogendifluorid,
Ammoniumbenzoat Ammoniumborat, Ammoniummolybdat und Ammoniumsuifid pro Mol Acetaldehyd
in einer Konzentration von 1—80Gew.-%
enthält, bei einer Temperatur im Bereich von 180 bis
270° C und einem Druck, der genügt, die Reaktionsmischung in der flüssigen Phase zu halten, umgesetzt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
daß der Druck im Bereich von 13,4 bis 47.1 kg/cm2liegt
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ammoniumsalz Diammoniumhydrogenphosphat
verwendet wird.
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