EA003054B1 - Способ получения замещенных пиридинкарбоновых кислот - Google Patents

Abstract

Способ получения замещенных пиридинкарбоновых кислот путем озонолиза хинолинов формулы (I), которые в положении 2, и/или 3, и/или 4 замещены остатком R, а также в положении 6 и/или 7 - остатком R, причем Rи Rозначают Н или C-С-алкильную группу и Rи Rозначают инертную в условиях реакции группу и, по меньшей мере, один из остатков Rи Rне является Н, в кислом водном растворе при температуре от -5 до +40°С подвергают взаимодействию с озоном, полученный таким образом раствор выдерживают 0,5-15 ч при температуре от 0 до 100°С для разложения образовавшихся перекисей при подаче кислорода или воздуха, и соответствующую замещенную пиридинкарбоновую кислоту формулы (II), в которой Rимеет вышеуказанное значение и Rи Rозначают ОН или C-С-алкильную группу, причем, по меньшей мере, один из радикалов Rи Rне является ОН, выделяют из реакционной смеси.

Description

Замещенные пиридинкарбоновые кислоты являются важным сырьем для синтеза гербицидов, так что их получение в техническом масштабе имеет большое значение. Методом получения замещенных пиридинкарбоновых кислот является озонолиз соответствующих замещенных хинолинов (О'Мигсйи, ЗупФеыз (1989) с. 880-882), при этом исходный продукт - хинолин, который обладает основными свойствами при добавлении серной кислоты, растворяют в виде сульфата в смеси и воды и уксусной кислоты и озонолиз проводят в этом растворе. По мере замещения пиридинкарбоновой кислоты реакционную смесь подвергают дальнейшему окислению перекисью водорода, в особенности если в качестве продуктов реакции желательно получить замещенные пиридин-2,3-дикарбоновые кислоты.

Продуктом, имеющим техническое значение, является 2-ацетилникотиновая кислота, которая может быть получена путем озонолиза 8-метилхинолина.

При проведении соответствующего синтеза в техническом масштабе получаются побочные продукты, которые практически невозможно удалить из продукта путем кристаллизации, вследствие чего нельзя достичь высокой степени чистоты, требуемой для дальнейшего превращения. В качестве таких трудно удаляемых побочных продуктов были обнаружены алкилированные на пиридиновом кольце замещенные пиридинкарбоновые кислоты. В случае озонолиза 8-метилхинолина с целью получения 2ацетилникотиновой кислоты обнаружены 2ацетил-4-метилникотиновая кислота и 2-ацетил6-метилникотиновая кислота, причем 4метильное производное при кристаллизации из растворителя, как, например, этилацетат, метилтрет-бутиловый эфир, ацетон, тетрагидрофуран, толуол, метилизобутилкетон, бутанол или вода, остается в продукте.

Причиной этого образования побочных продуктов является в содержании в реакционной смеси железа в количестве нескольких м.д. На технической установке, которая, по меньшей мере, частично изготовлена из элементов, материалом которых является нержавеющая сталь, следы железа практически неизбежны, в особенности если, как это имеет место в данном случае, работа проводится в сильно кислом растворе.

Задачей данного изобретения являлась разработка усовершенствованного технического способа получения замещенных пиридинкарбоновых кислот путем озонолиза соответственно замещенного хинолина, при котором можно воспрепятствовать описанному выше образованию побочных продуктов даже в присутствии следов металлов, как например, железа.

Предметом изобретения, в соответствии с этим, является усовершенствованный способ получения замещенных пиридинкарбоновых кислот путем озонолиза хинолинов, отличающийся тем, что хинолин формулы

«2 который в положении 2, и/или 3, и/или 4 замещен остатком В₃, а также в положении 6 и/или 7 остатком В₄, причем В₁ и В₂ означают Н или С₁-С₃-алкильную группу и В₃ и К₄ означают инертную в условиях реакции группу, и, по меньшей мере, один из остатков К, и В₂ не является Н, в водном кислом растворе при температуре от -5 до +40°С подвергают взаимодействию с озоном, полученный таким образом раствор выдерживают в течение 0,5-15 ч при температуре от 0 до 100°С для разложения образующихся перекисей при подаче кислорода или воздуха и соответствующую замещенную пиридинкарбоновую кислоту формулы

^К5 ^Еб

II в которой В₃ имеет вышеуказанное значение и В₅ и К<5 означают ОН или С₁-С₃-алкил, причем, по меньшей мере, один из остатков В₅ и В₆ не является ОН, выделяют из реакционной смеси.

В способе согласно изобретению хинолины формулы I подвергают взаимодействию до получения замещенных пиридинкарбоновых кислот формулы II. Хинолины при этом в положении 5 и 8 замещены метильной, этильной, изо- или н-пропильной группой. Далее, хинолины в положении 2, и/или 3, и/или 4 могут быть замещены водородом, С₁-С₃-алкильными или алкоксигруппами, галогеном и т.д. Предпочтительно замещено лишь одно из положений 2, 3 или 4, особенно предпочтительно используемые в качестве выделенного продукта хинолины замещены в положении 2, 3 или 4 водородом. Пригодные хинолины могут быть также замещены в положении 6 и/или 7 инертной в условиях реакции группой, как например, С₁-С₃ алкильная группа или алкоксигруппа, галоген и т. д. Далее предпочтительны хинолины, замещенные в положении 8 метильной или этильной группой, и при этом положение 5 занято водородом. Примерами являются 8-метилхинолин, 3-этил-8-метилхинолин.

Особенно предпочтительно использовать 8-метилхинолин.

Исходные продукты можно при этом приобрести на рынке, либо получить с помощью Зкгаир-синтеза, как описано, к примеру, в С.О'Мигсйи, ЗшЛеяз 1989, с.880-882.

Соответствующую реакцию проводят согласно изобретению в водном кислом растворе. В качестве кислоты пригодны при этом, например, минеральные кислоты, такие как серная кислота, азотная кислота или фосфорная кислота.

При необходимости можно добавить дополнительный растворитель, как, например, уксусную кислоту, метанол и т.д. От применения уксусной кислоты, однако, предпочтительно отказаться, так что озонолиз проводится исключительно в водных растворах минеральных кислот в качестве растворителя для замещенного хинолина. Особенно предпочтительно использовать водный раствор серной кислоты. Количество минеральной кислоты имеет небольшое значение. Если кроме водного раствора минеральной кислоты не используют никакого растворителя (как, например, уксусная кислота), то естественно следует использовать достаточное количество минеральной кислоты для образования соли хинолина, в случае серной кислоты 0,5 эквивалента или в случае азотной кислоты - 1 эквивалент в расчете на замещенный хинолин, чтобы таким образом получить гомогенный раствор исходной смеси.

Исходный продукт растворяют в кислом водном растворе, причем концентрация эдукта должна составлять 2-30 мас.%, предпочтительно 2,5-10 мас.%. Более низкие концентрации эдукта повышают выход желаемого целевого продукта. Полученный таким образом раствор насыщают подающим озон потоком О2, пока не будет поглощено эквивалентное количество озона или избыток озона. Завершение и, тем самым, продолжительность реакции определяется потреблением теоретического количества озона и может быть далее легко установлено посредством возникающей одновременно повышенной миграции озона. Окончание реакции можно далее легко установить с помощью соответствующего контроля процесса на реакцию замещенного хинолина.

Температура озонолиза составляет -5 до +40°С, предпочтительно от 0 до +10°С. Вслед за озонолизом образующиеся внутри среды перекиси подвергают разложению путем нагревания раствора, при этом получают желаемую замещенную пиридинкарбоновую кислоту. Температура при разложении перекисей может составлять 0-100°С, предпочтительно от 50 до 70°С. Естественно, продолжительность разложения перекисей зависит от выбранной температуры и продолжается, например, при 60°С примерно

2,5 ч. В способе согласно изобретению для разложения перекисей не требуется никакого другого окислителя как, например, перекись водорода.

Одновременно с процессом разложения перекиси в реакционный раствор вводят кислород. Кислород можно при этом использовать в виде чистого кислорода или в виде воздуха. С помощью этого приема предотвращается образование алкилированного в положении 4 или 6 целевого продукта. Разложение перекиси проводят вплоть до достижения остаточного содержания перекиси максимально 5 ммоль/л. Остаток перекиси можно также разложить путем добавления перед дальнейшей обработкой восстановителя, как, например, пиросульфита натрия. Если в реакционной смеси находится лишь очень незначительное количество железа м.д., то образование замещенных алкильными группами в 4-6-ом положениях пиридинкарбоновых кислот можно снизить путем прерывания разложения перекиси и восстановления имеющегося остатка перекиси с помощью восстановителя, так как радикальная побочная реакция имеет место преимущественно в конце разложения перекиси. В этом случае при необходимости можно отказаться от подачи кислорода. Содержание побочных продуктов не должно превышать 0,1 вес.% (определяемое, например, с помощью ВЭЖХ или газовой хроматографии).

Желательный целевой продукт выделяют из реакционного раствора путем экстракции. Значение рН во время экстракции должно составлять ниже 4, предпочтительно ниже 2,5. Устанавливают желаемые значения рН предпочтительно с помощью гидроокиси натрия или калия.

В качестве растворителя для экстракции пригодны предпочтительно толуол, метил-третбутиловый эфир, этилацетат или н-бутанол.

Особенно предпочтительно в качестве экстрагирующего средства используют этилацетат или метил-трет-бутиловый эфир. После экстракции органическую фазу сгущают, предпочтительно до концентрации от 10 до 30 мас.% на продукт и желаемый целевой продукт выделяют путем кристаллизации из раствора при -10+10°С.

Во время испарения органического растворителя в случае, если растворитель образует с водой азеотропную смесь, осуществляется также азеотропное удаление воды.

С помощью способа согласно изобретению получают желаемые замещенные пиридинкарбоновые кислоты формулы II с выходом 70-80 мас.%. Чистота продукта составляет >98%. Способ согласно изобретению применяют преимущественно для получения 2-ацетилникотиновой кислоты (ΑΝΑ).

ΑΝΑ получают при этом с выходом 7075% и чистотой >98%. Вредные побочные продукты, как например, 2-ацетил-4-метилникотиновая кислота, не образуются или образуются лишь в пренебрежимо малых количествах.

Полученные согласно изобретению пиридинкарбоновые кислоты благодаря своей чистоте особенно пригодны для использования в качестве исходного продукта для получения гербицидов, преимущественно для получения гербицидов на основе замещенных семи карбазонов пригодна 2-ацетилникотиновая кислота.

Другим предметом изобретения является в соответствии с этим применение полученных согласно изобретению пиридинкарбоновых кислот для получения гербицидов.

Пример 1 (сравнительный пример).

кг 8-метилхинолина (84 моль) растворяют в 250 л воды и 9,5 кг 60-%ной азотной кислоты (90 моль). Раствор охлаждают до 1°С и в этот раствор подают поток кислорода, который содержит 60 г/м³ озона, пока остаточное содержание 8-метилхинолина в растворе не составит 1 г/л (определение с помощью газовой хроматографии). Затем раствор нагревают в течение 4 ч до 60°С для разложения перекиси. Конечную точку разложения перекиси определяли путем титрования (йодид калия, тиосульфат натрия, крахмал). Остаточное содержание перекиси составляет 1 ммоль/л.

Три проведенные идентично загрузки объединяют. В растворе перекиси обнаружено содержание железа примерно 12 м.д.

С помощью 50%-ной гидрокиси натрия устанавливают рН примерно 1 и раствор экстрагируют через экстрактор с фильтрующим элементом в противотоке с помощью этилацетата при соотношении фаз 1/1. Экстракт сгущают путем отгонки этилацетата до объема примерно 180 литров. Раствор охлаждают до -5°С, продукт отфильтровывают через нутч-фильтр, промывают предварительно охлажденным этилацетатом и сушат на нутч-фильтре в вакууме.

Получают 28 кг (67% от теор.) 2-ацетилникотиновой кислоты, которая согласно газовой хроматографии и ВЭЖХ содержит 0,75% 2ацетил-4-метилникотиновой кислоты.

Таким образом получают партию продукта с содержанием до 9,1% 2-ацетил-4-метилникотиновой кислоты.

Пример 2.

В 300 мл приготовленного аналогично примеру 1 озонированного раствора вводят поток кислорода. В раствор добавляют 40 мг гептагидратсульфата железа (II), соответствующего содержанию 25 м.д. железа, и смесь нагревают в течение 2,5 ч до 60°С при дальнейшей подаче кислорода. Путем титрования определяют содержание перекиси 3 ммоль/л. После установления значения рН, равного 1, с помощью 50%ной гидрокиси натрия и экстракции с помощью этилацетата получают 2-ацетилникотиновую кислоту, в которой не обнаружено побочного продукта - 2-ацетил-4-метилникотиновой кислоты.

Пример 3.

250 кг 8-метилхинолина (1,75 кмоль) растворяют в 3200 л воды и 180 кг 96-%-ной серной кислоты (1,75 кмоль). Раствор охлаждают до температуры 1°С, а затем вводят поток кислорода, который содержит 50-60 г/м³ озона, пока остаточное содержание 8-метилхинолина не составит примерно 1 г/л (определение с помощью газовой хроматографии).

После озонолиза реакционную смесь направляют в котел, содержащий 2000 л воды с температурой 60°С. В водный раствор во время разложения перекиси постоянно подают 2 м³/ч воздуха. Разложение перекиси проходит в течение 2 ч при температуре 60°С до содержания перекиси 3-5 ммоль/л (титрование). С помощью гидрокиси натрия устанавливают значение рН 1,5-2 и раствор экстрагируют через экстрактор с фильтрующим элементом с помощью метилтрет-бутилового эфира в противотоке при соотношении фаз метил-трет-бутиловый эфир/водный раствор = 1,5/1. Экстракт путем отгонки метил-трет-бутилового эфира сгущают до концентрации примерно 10 мас.%.

Раствор охлаждают до -10°С, продукт отфильтровывают через нутч-фильтр под давлением, промывают предварительно охлажденным метил-трет-бутиловым эфиром и сушат на нутчфильтре в вакууме.

Получают 202 кг (70% от теор.) 2ацетилникотиновой кислоты.

Чистота согласно ВЭЖХ составляет 95%; 2-ацетил-4-метилникотиновой кислоты не обнаружено в качестве побочного продукта.

Claims (9)

1. Способ получения замещенных пиридинкарбоновых кислот путем озонолиза хинолинов, отличающийся тем, что хинолин формулы который в положении 2, и/или 3, и/или 4 замещен остатком Κ₃, а также в положении 6 и/или 7 остатком Κ₄, причем Κ₁ и К₂ означают Н или С₁ С₃-алкильную группу и К₃ и К₄ - инертную в условиях реакции группу и, по меньшей мере, один из остатков Κι и К₂ не обозначает Н, в кислом водном растворе при температуре от -5 до +40°С подвергают взаимодействию с озоном, полученный таким образом раствор выдерживают в течение 0,5-15 ч при температуре от 0 до 100°С при подаче кислорода или воздуха для разложения образовавшихся перекисей и соответствующую замещенную пиридинкарбоновую кислоту формулы в которой К₃ имеет вышеуказанное значение и К₅ и К₆ означают ОН или С1-С₃-алкильную группу, причем, по меньшей мере, один из ос003054 татков Β₅ и В₆ не обозначает ОН, выделяют из реакционной смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве хинолина формулы I используют 8метилхинолин, 3-этил-8-метилхинолин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислого водного раствора используют водный раствор серной, азотной или фосфорной кислоты.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что взаимодействие с озоном проводят при температуре от 0 до +10°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что разложение перекиси осуществляют при 5070°С.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислород подают в виде чистого кислорода или в виде воздуха.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что замещенную пиридинкарбоновую кислоту выделяют из реакционной смеси путем экстракции.

8. Применение пиридинкарбоновых кислот, полученных по п.1, для получения гербицидов.

9. Применение 2-ацетилникотиновой кислоты, полученной по п.1, для получения гербицидов на основе замещенных семикарбазонов.