DE2819196A1 - Verfahren zur herstellung substituierter pyridine - Google Patents

Verfahren zur herstellung substituierter pyridine

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Description

DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCHEIDEANSTALT VORMALS ROESSLER Prankfurt am Main, ¥eißfrauenstraße 9
Beschreibung
Verfahren zur Herstellung substiuierter Pyridine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in 3-Stellung aromatisch oder heteroaromatisch substituierten Pyridinen. Diese substituierten Pyridine sind wichtige Zwischenprodukte für die Herstellung von Arzneimitteln, Pflanzenschutzmitteln und Kunststoffen.
Es ist bekannt, 3-Phenylpyridin aus 4-Phenylisochinolin zu erzeugen, indem dieses oxydiert und die entstehende 3-Phenylpyridin-dicarbonsäure-(4,5) decarboxyliert wird (Ber. 93 (i960), i740 bis 1745). 3-Phenylpyridin ist auch aus 3-Brorapyridin und Cyclohexanon zugänglich. Es wird das 3-Brompyridin mit Butyllithium in 3-Pyridyllithium übergeführt, dieses mit Cyclohexanon zum 3-(Ί '-Cyclohexenyl)pyridin umgesetzt und dieses reduziert (j.Org.Chem. 25 (i960), 366 bis 371). Es ist außerdem bekannt, daß die Reduktion von 3-Benzoylpyridin mit Jodwasserstoffsäure zum 3-Benzylpyridin führt (Ber. 36 (1903), 2711 bis 2712). 3-Benzylpyridin wird auch hergestellt, indem Pyridin mit Lithiumaluminiumhydrid zum Lithium-tetrakis(N-dihydropyridyl)aluminat und dieses weiter mit Benzylchlorid umgesetzt wird (J.Am.Chem.Soc. 93 (i97i)» 1294 bis 1296). Es ist weiter bekannt, daß die Umsetzung von Nicotinoylperoxid mit Benzol 3-Phenylpyridin und mit Toluol 3-Tolylpyridin ergibt (j.Chem.Soc. 1958, 1294 bis 1296). 3-Phenylpyridin entsteht auch, wenn 3-Aminopyridin in Gegenwart von Benzol diazotiert wird. Bei Einsatz substituierter 3-Aminopyridine und beziehungsweise oder substituierter Benzole werden entsprechend substituierte 3-Phenylpyridine erzeugt (DE-OS 1 810 822). Schließlich gelangt man zu 3-Phenyl-
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pyridin durch Kupplung von 3-Halogenpyridin mit Phenylmagnesiumhalogenid in Gegenwart von Dichlorbis(triphenylphosphin)nickel(ll) als Katalysator. Auch in diesem Fall werden bei Einsatz substituierter Ausgangssubstanzen die entsprechend substituierten 3-Phenylpyridine, wie 4-Methyl-3-phenylpyridin und 4-Methyl-3-benzylpyridin gebildet (j. Heterocycl.Chem. 12 (1975), ^3 bis kkk).
Diese Verfahren sind für eine Anwendung im technischen Maßstab wenig geeignet. Sie sind aufwendig und umständlich zu handhaben und ergeben unbefriedigende Ausbeuten. Überdies sind in mehreren Fällen die benötigten Ausgangssubstanzen nur s chwer zugängli ch.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von in 3-Stellung aromatisch oder heteroaromatisch substituierten Pyridinen gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß aliphatische Oxoverbindungen, die benachbart zur Oxogruppe eine ungesättigte Kohlenstoffbindung haben, mit aliphatisch-aromatischen oder aliphatisch-heteroaromatischen Aldehyden und mit Ammoniak in der Gasphase in Gegenwart eines dehydratisierend und dehydrierend wirkenden Katalysators bei Temperaturen etwa von 25O bis 550° C umgesetzt werden. Nach diesem Verfahren werden die in 3-Stellung aromatisch oder heteroaromatisch substituierten Pyridine aus einfachen, leicht zugänglichen Substanzen in einer einstufigen Umsetzung erzeugt. Es werden hohe Ausbeuten erzielt. Das Verfahren ist im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ausgezeichnet für die Anwendung in technischem Maßstab geeignet.
Erfindungsgemäß werden Oxoverbindungen der allgemeinen Formel
0 = C - C = CH
I I I ι
R1 R2 R3
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in der R1, R„ und R„ gleich oder verschieden sind und Wasserstoff oder, gegebenenfalls verzweigte, niedere Alkylgruppen mit vorzugsweise 1 bis 6, insbesondere 1 bis 2, Kohlenstoffatomen bedeuten, wobei vorzugsweise entweder R1 oder R2 oder R„ eine solche Alkylgruppe bedeutet, mit aliphatisch-aromatischen oder aliphatisch-heteroaromatischen Aldehyden der allgemeinen Formel
0 = CH - CH2 - (CH2)n - Rh II
in der Rl einen aromatischen oder heteroaromatischen Ring bedeutet, der gegebenenfalls einfach oder mehrfach durch Cyanogruppen oder niedere Alkylgruppen mit vorzugsweise 1 bis 6, insbesondere 1 bis 2, Kohlenstoffatomen substituiert ist, und η vorzugsweise die Ziffern 0 bis 6, insbesondere 0 bis 1, bedeutet, und mit Ammoniak zu in 3-Stellung aromatisch oder heteroaromatisch substituierten Pyridinen der allgemeinen Formel
HC C-R
in der R.., R , R„, R. und η die zuvor angegebenen Bedeutungen haben, umgesetzt.
Geeignete Oxoverbindungen sind beispielsweise Äthylvinylketon, 3-Penten-2-on, vorzugsweise Methacrolein, Crotonaldehyd, Methylvinylketon und insbesondere Acrolein.
Als aliphatisch-aromatische Aldehyde kommen beispielsweise Pyridyl-2-acetaldehyd, Pyridyl-3-acetaldehyd, Pyridyl-4-acetaldehyd, Pyridyl-2-propionaldehyd, Pyridyl-3-propionaldehyd, Pyridyl-4-propionaldehyd, Thiophen-2-acetaldehyd, Thiophen-3-acetaldehyd, Thiophen-2-propionaldehyd, Thiophen-3-
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propionaldehyd, insbesondere Phenylacetaldehyd und 3~ propionaldehyd,in Frage.
Die Umsetzungsbedingungen, wie Temperatur und Druck, und die Mengenverhältnisse der umzusetzenden Substanzen und die Verweilzeiten sind gegebenenfalls in gewissem Umfang voneinander abhängig und richten sich gegebenenfalls nach der Art der umzusetzenden Substanzen und der Art des Katalysators.
Im allgemeinen wird die Umsetzung bei Temperaturen etwa zwischen 25Ο und 550° C ausgeführt. Zu bevorzugen sind in den meisten Fällen Temperaturen etwa zwischen 300 und 500 C, insbesondere zwischen 350 und 450 C. Vorteilhaft ist es, bei Drücken von etwa 1 bis 4 bar zu arbeiten, jedoch kommen auch niedrigere oder höhere Drücke in Frage, wenngleich es, damit einfache Apparate verwendet werden können, zweckmäßig ist, keine wesentlich abweichenden Drücke anzuwenden.
Die Mengenverhältnisse Oxoverbindung (z) zu Aldehyd (ll) können weitgehend beliebig, sowohl stöchiometrisch als auch unter- oder überstöchiometrisch gewählt werden. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, je Mol Aldehyd (ll) etwa 0,5 bis 10 Mol der 0xover,bindung (l) einzusetzen. Zu bevorzugen sind etwa 1 bis 5 Mol, insbesondere 1 bis 3 Mol, der Oxoverbindung (l) je Mol Aldehyd (ll).
Das Ammoniak kann bei der Umsetzung weitgehend beliebig in unterstöchiometrischen bis überstöchio metrischen Mengen vorliegen. In den meisten Fällen ist es zweckmäßig, daß wenigstens etwa 0,5 Mol Ammoniak, jedoch höchstens etwa 100 Mol Ammoniak, je Mol Aldehyd (ll) vorhanden sind. Vorteilhaft sind etwa 1 bis 20 Mol Ammoniak, vorzugsweise 2 bis I5 Mol Ammoniak, insbesondere 3 bis 12 Mol Ammoniak, je Mol Aldehyd
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Die Umsetzung erfolgt in der Gasphase. Es kann zweckmäßig sein, die Gase aus Oxoverbindung (i), Aldehyd (il) und Ammoniak durch Inertgase verdünnt einzusetzen. Als Inertgase kommen beispielsweise Wasserdampf, Luft und insbesondere Stickstoff in Frage. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, je Mol Aldehyd (il) nicht mehr als etwa 20 Mol Inertgas anzuwenden. Zu bevorzugen sind je Mol Aldehyd (il) etwa 0,5 bis 10 Mol, insbesondere 1 bis 5 Mol, Inertgas.
Als Katalysatoren kommen Substanzen in Frage, die eine dehydratisierende und dehydrierende Wirkung haben. Dies sind beispielsweise die in Hydrocarbon Processing, 47 (1968), bis 107, beschriebenen Katalysatoren auf der Grundlage von Aluminiumverbindungen, wie Aluminiumoxid und Aluminiumsilikat, gegebenenfalls mit Zusätzen von anderen Metalloxiden und Fluoriden. Mit Vorteil werden nach dem Verfahren gemäß den DE-OS 2 I5I 417, DE-OS 2 224 I60 und DE-OS 2 239 801 hergestellte Katalysatoren verwendet. Diese sind bei Tempe-. raturen von 550 bis 1200 C vorbehandelte Verbindungen aus den Elementen Al, F und 0, die zusätzlich mindestens ein Element der zweiten, dritten oder vierten Gruppe des Periodensystems oder mindestens zwei Elemente der zweiten, vierten, fünften oder sechsten Gruppe des Periodensystems oder mindestens ein Element der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems enthalten. Diese Katalysatoren werden im Festbett oder im Wirbelbett verwendet. Besonders vorteilhaft ist eine Verfahrensweise nach der DE-OS 2 449 34o, bei der die Oxoverbindung (i) und der Aldehyd (il) getrennt von dem Ammoniak in den Reaktor eingespeist werden. Es ergeben sich im allgemeinen Verweilzeiten etwa zwischen 0,2 und 5,0 Sekunden.
Die Aufarbeitung des Produktgemischs kann in der allgemein üblichen Weise durch Auswaschen des Gasgemischs mit einer
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Flüssigkeit und gegebenenfalls durch, weitere Trennung mittels Extraktion und Destillation erfolgen.
Mit besonderem Vorteil wird eine Verfahrensweise nach der DE-OS 2 554 946 angewendet, bei der die Gasgemische nicht gewaschen, sondern gekühlt und dabei so teilweise kondensiert werden, daß etwaiges überschüssiges Ammoniak im Restgas verbleibt und mit diesem unmittelbar im Kreislauf geführt wird.
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Beispiel 1
Es wurde eine Anlage nach der DE-OS 2 449 340 gemäß Schema verwendet. Reaktor (1O) und Regenerator (20) bestanden aus Rohren von 70 mm Weite, die unten einen freien Raum (12, 22) von 200 mm Höhe hatten, darüber (11, 21) in Abständen von je 50 mm mit 4o Drahtnetzen von 5 mm Maschenweite versehen waren und oben einen freien Raum (13» 23) von 600 mm Höhe und bis zu 16O mm Weite hatten.
Dem Reaktor (io) wurde gasförmig in gleichmäßigem Strom stündlich von unten (i4) ein Gasgemisch aus 1500 Normalliter Stickstoff und 2150 Normalliter Ammoniak zugeführt. In einem Verdampfer wurde ein Gasgemisch aus stündlich 2130 g Acrolein und 325 Normalliter Stickstoff bereitet, in einem weiteren Verdampfer ein solches aus 1342 g 3-Phenylpropionaldehyd und 325 Normalliter Stickstoff. Diese Gase wurden vereinigt mit einer Temperatur von 250° C von der Seite (15) in die Wirbelschicht, und zwar I30 mn* über dem Boden des Reaktors, eingeleitet.
Der Reaktor enthielt 2,0 kg Katalysator, der gemäß der DE-OS 2 224 160 aus Aluminiumoxid, Magnesiumnitrat und Titantetrafluorid hergestellt worden war und ein atomares Verhältnis Aluminium zu Magnesium zu Titan zu Fluor von 1000 zu 25 zu zu 100 aufwies. Der Katalysator hatte eine Korngröße zwischen 0,4 und 1,0 mm. Die Temperatur im Reaktor wurde auf 44o° C gehalten. Das Umsetzungsgemisch (16), das frei von Acrolein und 3-Phenylpropionaldehyd war, wurde mit einer Temperatur von 250 C in eine Gaswaschanlage geleitet, in der mittels Methanol 3-Benzylpyridin und das daneben entstandene Pyridin und 3-Methylpyridin ausgewaschen wurden. Das .verbliebene Restgas aus Ammoniak und Stickstoff wurde im Kreislauf in den Reaktor zurückgeführt.
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Der Regenerator (20) enthielt weitere 2,0 kg des Katalysators. In den Regenerator wurden stündlich 3000 Normalliter Luft von unten eingeführt. Die Temperatur wurde im Regenerator auf 44O° C gehalten. Stündlich wurden in stetigem Strom 1,4 kg des Katalysators aus dem Reaktor in den Regenerator übergeführt und ebenfalls 1,4 kg aus dem Regenerator in den Reaktor zurückgeführt.
Der 3-Phenylpropionaldehyd-Umsatz war 100 %, Es wurden stündlich 9O4 g 3-Benzylpyridin, 214 g Pyridin und 446 g 3-Methylpyridin gewonnen. Das entsprach einer Ausbeute an 3-Benzylpyridin von 53 "fai bezogen auf eingesetzten 3-Ph.enylpropionaldehyd, sowie an Pyridin von i4 56 und an 3-Methylpyridin von 25 $t bezogen auf eingesetztes Acrolein. Das 3-Benzylpyridin hatte einen Kochpunkt von 114 bis 118° C bei 2 mbar.
Es wurde im folgenden wie nach Beispiel 1 verfahren:
Beispiel 2
Au s gangs sub s t anz en
Katalysator Umsetzungstemperatur Umsatz
Produkt
Ausbeute
3-Phenylpropionaldehyd, Methacrolein und Ammoniak im Molverhältnis 1 zu 1 zu 3
wie Beispiel 1 '125° C
100 $> des 3-Phenylpropionaldehyds 3-Benzyl-5-methylpyridin, Kp 123 bis
125° C bei 1 mbar 46 56, bezogen auf eingesetzten 3-Phenylpropionaldehyd
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Beispiel 3
Ausgangssubstanzen
Katalysator
Umsetzungstemperatur Umsatz
Produkt
Ausbeute 3-Phenylpropionaldehyd, Methylvinylketon und Ammoniak im Molverhältnis 1,0 zu 1,1 zu 3,0
gemäß DE-OS 2 151 *H 7 aus Aluminiumoxid, Magnesiumnitrat und Fluorokieselsäure, atomares Verhältnis Aluminium zu Magnesium zu Silicium zu Fluor von 1000 zu Zk zu 25 zu 156 kkO° C
100 γ> des 3-Phenylpropionaldehyds 3-Benzyl-6-methylpyridin, Kp 120 bis 124° C bei 1 mbar
kZ $>, bezogen auf eingesetzten 3-Phenylpropionaldehyd
Beispiel h Ausgangssubstanzen
Katalysator
Umsetzungstemperatur Produkt
Ausbeute Nebenpro dukt e Phenylacetaldehyd, Acrolein und Ammoniak im Molverhältnis 1 zu 2 zu 6 gemäß DE-OS 2 239 801 aus Aluminiumoxid, Magnesiumnitrat und Ammoniumhydro genfluorid, atomares Verhältnis Aluminium zu Magnesium zu Fluor von 1000 zu 25 zu 50
460° C ■
3-Phenylpyridin, Kp II6 bis 118° C bei 7 mbar
65 $, bezogen auf eingesetzten Phenylacetaldehyd
11 $> Pyridin und 23 °h 3-Methylpyridin, bezogen auf .eingesetztes Acrolein
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Beispiel 5 Ausgangssubstanzen
Katalysator Umsetzungstemperatur Umsatz
Produkt
Ausbeute 3-Phenylpropionaldehyd, Crotonaldehyd und Ammoniak im Molverhältnis 1,0 zu 1,2 zu 3,0
wie Beispiel 1
430° C
100 0Jo des 3-Phenylpropionaldehyds 3-Benzyl-4-methylpyridin, Kp 127 bis 129° C bei 2 mbar
37 #» bezogen auf eingesetzten 3-Phenylpropionaldehyd
Beispiel 6
Ausgangssubstanzen
Katalysator Umsetzungstemperatur Umsatz Produkt
Ausbeute Phenylacetaldehyd, Crotonaldehyd und Ammoniak im Molverhältnis 1,0 zu 1,2 zu 3,0
wie Beispiel 1
420° C
100 ia des Phenylacetaldehyds 3-Phenyl-4-methylpyridin, Kp 109 bis 112° C bei 2 mbar
39 fit bezogen auf eingesetzten Phenylacetaldehyd
Beispiel 7
Ausgangssubstanzen
Katalysator Umsetzungstemperatur Umsatz
Produkt
Ausbeute Phenylacetaldehyd, Methacrolein und Am moniak im Molverhältnis 1,0 zu 1,1 zu wie Beispiel 4
420° C
100 I/o des Phenylacetaldehyds 3-Phenyl-5-methylpyridin, Kp 158 bis 16O° C bei 18 mbar
62 fi, bezogen auf eingesetzten Phenylacetaldehyd 13 -
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Beispiel 8
Ausgangssubstanzen Phenylacetaldehyd, Methylvinylketon
und Ammoniak im Verhältnis 1,0 zu 1,1
zu 3,0
Katalysator wie Beispiel k
Umsetzungstemperatur 420 C
Umsatz 100 $ des Phenylacetaldehyds
Produkt 3-Phenyl-6-methylpyridin, Kp 142 bis
■\k5° C bei 17 fflbar Ausbeute 44 $, bezogen auf eingesetzten Phenyl-
acetaldehyd
PAT/Dr«Bi-Ta
20Λ.Ι978
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Leerseite

Claims (10)

78 132 VO DEUTSCHE GOLD- UND SILBER-SCHEIDEANSTALT VORMALS ROESSLER Frankfurt am Main, Weißfrauenstraße 9 Verfahren zur Herstellung substituierter Pyridine Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von in 3-Stellung aromatisch oder heteroaromatisch substituierten Pyridinen, dadurch gekennzeichnet, daß aliphatische Oxoverbindungen, die " benachbart zur Oxogruppe eine ungesättigte Kohlenstoffbindung haben, mit aliphatisch-aromatisehen oder aliphatisch-heteroaromatischen Aldehyden und mit Ammoniak in der Gasphase in Gegenwart eines dehydratisierend und dehydrierend wirkenden Katalysators bei Temperaturen etwa von 250 bis 550° C umgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
>e
re von 35O bis 450° G, erfolgt.
Umsetzung bei Temperaturen von 300 bis 500° C, insbesonde-
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Aluminiumsilikat verwendet wird.
h. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator bei 550 bis 1200° C vorbehandelte Verbindungen aus den Elementen Al, F und 0, die zusätzlich mindestens ein Element der zweiten, dritten oder vierten Gruppe des Periodensystems enthalten, verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator bei Temperaturen von 55O bis 1200° C vorbehandelte Verbindungen aus den Elementen Al, F und 0, die zusätzlich mindestens zwei Elemente der zweiten, vierten, fünften oder sechsten Gruppe des Periodensystems enthalten, verwendet werden.
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6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator bei Temperaturen von 550 bis 1200° C vorbehandelte Verbindungen aus den Elementen Al, P und 0, die zusätzlich mindestens ein Element der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems enthalten, verwendet werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß je Mol Aldehyd (il)etwa 1 bis 5 Mol der Oxoverbindung (l) angewendet werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß je Mol Aldehyd (il)etwa 1 bis 20 Mol Ammoniak vorliegen.
9· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Inertgase zugeführt werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 91 dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einer Wirbelschicht erfolgt und die Oxoverbindung (i) und der Aldehyd (il) getrennt vom Ammoniak eingespeist werden.
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