JPS5840543B2 - ピリジンカルボン酸の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はピリジン誘導体の製造法、更に詳細には本発明
はピリジンニトリルよりカルボン酸、特にピリジンモノ
ニトリルよりモノカルボン酸を製造する連続法に関する
。

特に好ましい形では、本発明はβ−ピコリン、２・３−
ジメチルピリジンまたは２−メチル−５−エチルピリジ
ンの如きモノまたはジ低級アルキルピリジンより作った
ニコチノニトリルよりニコチン酸を製造する連続方法に
関する。

ニコチン酸はビタミンＢ複合体の構成成分の一つであり
、一般には例えばβ−ピコリンまたは２・５−ジメチル
ピリジンの如き相当するモノまたはジ低級アルキルピリ
ジンを、硝酸、硫酸、重クロム酸塩、または空気による
接触酸化で酸化することによって製造されている。

他の方法では、酸よりもむしろアミドを作り、このアミ
ドを次いでビタミンＢ関連誘導体および医薬として有用
であるといわれている多くの他のｆヒ金物を作る出発原
料として使用している。

他の文献には種々な触媒の存在下に、酸素でβ−ピコリ
ンおよび２−メチル−５−エチルピリジンの如き相当す
るモノまたはジ低級アルキルピリジンをアンモキシデー
ジョンすることによってニコチノニトリルを製造する方
法が記載されている。

ニコチンアミドはアンモニアの存在下にニコチン酸を脱
水するか、弱アルカリ性水溶液または水溶液中でニコチ
ノニトリルを部分加水分解することによって一般に製造
されている。

例えば米国特許第２９０４５５２号明細書にはおだやか
なアルカリ性触媒特に酸ｆヒマグネシウムおよびアルカ
リ土類金属炭酸塩を使用してこの部分加水分解を接触作
用させることが記載されている。

この米国特許には大量のアルカリがその当量のニコチン
アミドと反応してアンモニアと共にニコチン酸の塩を生
成すること、およびアルカリ性物質が更にアミドの加水
分解を接触作用させてカルボン酸のアンモニウム塩をも
生成することを教示している。

更にこのことはアミド生成物の損失を生せしめるので望
ましくないことであると述べている。

ニコチン酸はビタミンＢ複合体の一部として利用される
ことから、それは非常に高純度であることが要求される
。

アルキルピリジンの直接酸ｒヒによってニコチン酸を製
造するには、酸ｆヒ副生物または窒素含有ｆヒ合物（酸
ｆヒを硝酸を用いて行なうとき）を含有する生成物を生
ずる、これらは食物添加剤として利用する前に酸から分
離しなげればならない。

ニコチン酸および／またはその誘導体を製造する工業生
産においては精製工程は大きな部分を占め、生産原価の
大きな部分を占める。

本発明の目的はピリジンニトリルよりピリジンカルボン
酸を製造するための改良された連続製造法を提供するこ
とにある。

本発明の更に別の目的は食物補助剤として使用するのに
好適な比較的純粋な形でニコチノニトリルよりニコチン
酸を製造するための連続方法を提供することにある。

本発明で使用するニコチノニトリルは好ましくは実質的
に酸素の存在しない状態の下で、五酸化バナジンを含有
する触媒の存在下に、モノおよび低級アルキルピリジン
およびそれらの混合物からなる群の一員をアンモニアと
接触させることからなり、上記五酸ｆヒバナジンは多孔
性支持体上に支持させ、上記支持体にはその孔内に実質
的に全面的に、約０．３：１〜３：１の範囲の五酸ｆヒ
バナジン対支持体の重量比で五酸ｆヒバナジンを含有さ
せ、上記五酸化バナジンは約５０ ｍ’／ ？より犬な
る表面積および約４ｃｃ／？より犬なる多孔度を有する
支持体の孔内に実質的に全面的に付着させることにより
、相当するピリジンニトリルを生成せしめるとよい。

本発明は上記方法も含めた任意の方法で作ったニコチノ
ニトリルを９３°Ｃ〜２３２℃（約２００″′Ｆ〜約４
５０”Ｆ）の温度で自然発生圧力の下でアンモニアおよ
びアンモニウム塩からなる群から選択した触媒および水
と接触させ；上記の生成物から不活性ガスでアンモニア
をスリッピングすることからなるピリジンモノカルボン
酸を製造する連続方法に関する。

以下の説明において、２・３−ジメチルピリジンからニ
コチノニトリルを経由してニコチン酸を製造する方法を
参照して本発明を説明する。

しかしながら、前述した如く、そして特に後掲の実施例
に示す如く、本発明はβ−ピコリン、２−メチル−５−
エチルピリジンおよびこれらのｆヒ合物の二種以上の混
合物を含む原料から、および２−メチル−３−シアンま
たは２−シアノ−３−メチルピリジンおよびそれらの混
合物を含む原料からニコチノニトリルを経由してニコチ
ン酸を製造するのにも適用できる。

更に本発明はイソニコチノニトリルよりその相当する酸
、およびピリジニトリルよりピコリン酸（２−ピリジン
カルボン酸）の如キニコチノニトリルよりニコチン酸以
外のピリジンカルボン酸を製造するのにも適用できる。

ニコチノニトリル製造に好適な原料には低級アルキル基
即ちメチルおよび／またはエチル置換基を有するピリジ
ン、例えば２−１３−および４−ピコリン、２・３−２
・４−および２・５−ジメチルピリジン、２−１３−お
よび４−エチルピリジン、２−メチル−５−エチルピリ
ジンおよびメチルシアノピリジンを含む。

第一工程では、原料（例えば２・３−ジメチルピリジン
）を、支持された五酸ｆヒバナジンの存在下、酸素の実
質的不存在下に、約り００℃〜約５００℃（約５７５下
〜約９３０下）、好ましくは約３７１ Ｔ；〜約４５４
℃（約７００Ｔ〜約５５ｏｐ）の温度で蒸気相でアンモ
ニアと接触させる。

支持された五酸化バナジン触媒は反応に酸素を供給する
機能を果し、それ自体工程中で還元され、これは１９６
９年２月２７日出願の米国特許出願第８０３８７４号の
一部継続出願である１９７１年５月２６日出願第１４７
１５９号に記載されている方法で製造される。

概説すればこの方法は約５ Ｏｒ７＋２／ ｆ！よりも
大きな表面積を有し、料０．４ ＣＣ／ｆ！より大きな
多孔度を有する多孔性支持体上に五酸化バナジンを溶融
し、かくして五酸化バナジンが支持体の孔内に実質的に
全面的に付着せしめ、触媒が約０．３：１〜約３：１の
重量比で支持体に対する五酸Ｃ５バナジンを含有させる
ことを含む。

好ましい支持体にはｒ−アルミナおよびシリカ−アルミ
ナである。

反応は触媒の流動床で行なうのが好ましい。

触媒は反応器から取り出し、異物質を除き、別の容器中
で空気の如き遊離酸素を含有するガスと接触させ、次い
でニトリル製造帯域に循環させる。

所望のニトリルは急冷し次いで蒸溜の如き回収工程でガ
ス状反応生成物から回収できる。

ニトリル生成物はそのまま利用することができ、あるい
は相当するピリジンカルボン酸に変換するため更に処理
するため次の工程に通してもよい。

二） ＩＪル製造工程は反応の中間生成物例えばメチル
シアノピリジンまたはβ−ピコリン（２・３−ジメチル
ピリジンの脱メチルｆヒから生ずる）の形成も生せしめ
る。

かかる生成物にニコチノニトリルに変換すべき二） Ｉ
Ｊル製造工程に回収循環させることができる。

本発明方法によりニコチン酸を製造するためには、ニコ
チノニトリルを他の反応生成物から分離した後、加水分
解反応器に導入し、アンモニアまたはアンモニウム塩か
らなる群から選択した触媒の存在下に加水分解してニコ
チン酸のアンモニウム塩にする。

加水分解は装置の自然発生圧力下に約９３℃〜約２３２
℃（約２００Ｔ〜約４５０下）の温度で行なう。

次いでニコチン酸アンモニウムは水蒸気の如き不活性ガ
スでアンモニアをストリッピングすることによってニコ
チン酸に変換させる。

好適な装置は「加水分解反応器」なる発明の名称のモー
ガン・シー・スツエおよびベンジャミン・ジェオ・ラバ
ーロフの米国特許第 ３９２２１４７号に記載されている。

好ましい実施態様においては、ニトリルおよびアンモニ
ア（またはアンモニウム塩）を加水分解反応器の上部に
連続的に導入し、水蒸気または他の不活性ストリッピン
グ用ガスを加水分解反応益の低部に連続的に導入し、ア
ンモニア（ストリッピングガスと一緒に）を反応器のオ
ーバーヘッドとして連続的に取り出し、ニコチン酸（ま
たは他のカルボン酸生成物）を含有する生成物流を反応
器の下部から連続的に取り出して、連続法で行なう。

この実施態様においては、反応器は一般に歪値に配置す
る。

他の実施態様においては、変換は、ニコチノニトリルを
加水分解してニコチン酸アンモニウムにし、次いでニコ
チン酸アンモニウム生成物を熱分解工程によって遊離酸
に変換しストリッピングガス例えば水蒸気によってアン
モニアを連続的に除去する二工程法で行なう。

熱分解は約９３℃〜約２０４℃（約２００Ｔ〜約４００
’ｌ”）の温度で適当な方法で例えば不活性液体中で乾
燥するか、噴霧乾燥によって行なう。

加水分解は約９３℃〜約２３２℃（約２００’Ｐ〜約４
５０下）、好ましくは１２１０〜２０４℃（２５０”Ｆ
〜約４００’Ｆ）の温度で１〜１０時間、好ましくは２
〜８時間、最も好ましくは２〜６時間の滞留時間で行な
う。

この糸の自然発生圧力は原料中の材料の濃度、温度およ
び水蒸気圧によって変ｆヒする、しかし通常は約７〜約
２１ ｋｇ／ｃｎｉ（約１００〜３００ｐｓｉ）である
。

好ましい実施態様においては、アンモニアは加水分解原
料中に注入するか、反応器中に別に導入することによっ
て加水分解反応器中に入れる。

加水分解反応はニコチン酸アンモニウムを循環させるこ
とにより、あるいは反応器中に他のアンモニウム塩を導
入することにより、あるいはその両方によって増強させ
ることもできる。

アンモニアの効果は、例えば反応器に追加のアンモニア
を注入するか、塔の頂部にストリッピングガスが達する
前（ストリッピングおよび加水分解が同時に生起すると
き）ストリッピングガスの一部を放出させることによっ
て、反応器の上部におけるアンモニア濃度を高く保つこ
とによっても増強させることができる。

全混合物中に存在する水の量を基準にして約２〜１０モ
ル％の量でアンモニアを加えると、加水分解速度は大き
く増大する。

好ましいストリッピングガスは水蒸気である、しかしな
がら、反応成分および加水分解器め材料に対して不活性
であり、操作温度で凝縮しない任意のガスも使用できる
。

好適なガスには窒素、メタンおよびプロパンの如き炭ｆ
ヒ水素、およびフレオン系の如きフルオロカーボンを含
む。

ニコチン酸生成物は遊離酸が析出するように加水分解生
成物を冷却することによって回収する。

次いで酸は沢過、洗浄、遠心分離、および／または同様
の方法で精製する。

ニコチン酸アンモニウムおよび中間加水分解生成物例え
ばニコチンアミドを含有する回収母液は加水分解工程へ
循環させることができる。

図面は低級アルキルピリジン原料（例えば２・３−ジメ
チルピリジン）からニコチン酸を製造するための一連の
方法において具体ｆヒしたときの本発明の実施を描いた
工程図である。

これは本発明の範囲を限定するためのものではないこと
は理解すべきである、何故ならば本発明はここに示した
方法以外の方法で作ったニコチノニトリルを含む他の原
料からニコチン酸を製造することにもあり、また他のピ
リジンカルボン酸の製造にもあるからである。

図に示す如く２・３−ジメチルピリジンの如きアルキル
ピリジンはライン１で装置中に入る。

ライン１中の原料には後述する如き発生源から導かれる
ライン３中の循環流を加える。

アンモニアはライン５および７で加え、金泥はライン９
を介してアンモノリシス反応器２０中に導入する。

この反応器２０には前述した米国特許出願第 １４７１５９号に記載されている如（して作った五酸ｆ
ヒバナジン溶融触媒を含有させる。

使用済触媒はジイン１１で反応器から取り出し、触媒中
の揮発性物質はストリッパー２２中でライン１３から導
入した水蒸気によってストリッピングする。

処理された触媒は次いで触媒ストリッパー２２からライ
ン１７によって取り出し、ライン１５中の加熱空気流に
よって再生容器２４へと選ぶ。

再生容器２４中で触媒は再酸ｆヒされる。

次いで触媒はライン１９で反応器２０に戻す。

ガス状反応生成物はライン２１で取り出し、ストリッパ
ー２２からの揮発性物質（ライン２３から取り出される
）と−緒に急冷浴３０に導入する、それらはライン３５
によって導入される後述する冷却流体流によって急冷さ
れる。

冷却された生成物は急冷浴３０の底からライン３１で取
り出され、分離器３２に運ばれる、ここで有機層と水性
層は分離される。

溶解したアンモニア、二酸化炭素および他の反応生成物
を含有する水性層は抽出器４２にライン３３により通じ
ている。

抽出器４２中で反応生成物の残存量を、急冷液と実質的
に同じ組成物の流れで向流抽出によって除去する。

容器２２中で使用したストリッピング流と、アンモノリ
シス反応中形成される水より主としてなる水性流はライ
ン３７中で急冷浴オーバーヘッドと共に３４で示す精製
区域中に導入する。

精製区域から廃棄流３９と大量のアンモニアを含有する
流（これはライン７を介して原料へと再循環させること
ができる）を生ずる。

ガス状オーバーヘッド４０も生成される。

この流れは汚染物を含有しないことが判ったときは大気
中に安全に排出させることができる。

しかしながらシアン化水素を含有することが判ったとき
は、排出はできない、オーバーヘッド４０はライン１５
で空気と組合せるのが最も有利であり、かくしてシアン
化水素は再生器２４中で燃焼させて破壊する。

分離器３２からの有機層はライン４１で取り出し、ライ
ン４４中の描出液と共に蒸溜区域５０に導入する、この
蒸溜区域５０は一つ以上の蒸溜塔およびこれらに組み合
わされた装置からなる。

主としてβ−ピコリンおよび非変換２・３−ジメチルピ
リジンを含有する軽油分はライン５１および３を介して
アンモノリシス反応器２０に循環させることができる。

主としてメチルシアノピリジンを含有する残存部分もラ
イン５３および３を介してアンモノリシス反応器に循環
させることもできる。

蒸溜は中溜分が実際上純粋なニコチノニトリルを含有す
るよう行なうことができる。

好ましい実施態様において、蒸溜区域５０は二つの単位
装置、即ち軽有機蒸溜単位装置とニコチノニトリル蒸溜
装置を含有する。

軽有機蒸溜装置はβ−ピコリン、２・３−ジメチルピリ
ジンおよび少量のピリジンにコチノニトリルとメチルシ
アノピリジンからの）を分離する作用をする。

第２の単位装置は減圧下に操作するのが好ましく、メチ
ルシアノピリジンからの本質的に純粋なニコチノニトリ
ルを分離する作用をする。

急冷流体は蒸溜区域から回収し、ライン３５によって急
冷浴３０に循環させることもできる。

急冷流体はライン４３を介して導入するとよい。

ライン３５中の流体の一部はライン４５で取り出し、抽
出器４２中で使用する。

ニコチノニトリルは茎部区域５０からライン５５を介し
て取り出し、混合タンク６０に導入し、ここでライン５
７から導入されるアンモニアおよびライン５９で導入さ
れるニコチン酸アンモニウムおよび他の中間加水分解生
成物の水溶液と混合する。

−緒にされた供給物はライン６１を経て加水分解反応器
γ０の上部に入れる。

水蒸気はライン６３で供給ラインに入れ、また水蒸気は
ライン６５を介して反応器７０の下部にも導入してスト
リッピングガスとして作用させる。

反応器中でライン６１中の供給原料は加水分解と水蒸気
ストリッピングを同時に受ける。

主としてアンモニアとストリッピングガスを含有するオ
ーバーヘッドはライン６７および６９から取り出す。

アンモニアはアンモニア釜に通し、精製し、一部はライ
ン５７に再循環させる。

残りはライン７で反応器２０に循環させる。

ニコチン酸は揮発性であり、一部はオーバーヘッド中に
運び去られる、それは還流コンデンサー６８で回収され
、タンク７１で反応器に戻される。

生成物流はライン７３で反応器の下部から取り出される
。

生成物流は精製区域７２に入り、ここでニコチン酸を析
出させるため生成物を冷却し、続いて遠心分離、沢過、
乾燥することによる等、通常の方法で回収する。

ニコチン酸生成物はライン７５で精製区域から取り出す
。

涙液即ち母液はライン５９から取り出し、混合タンク６
０に循環させることができる。

涙液即ち母液はそれがニコチンアミドおよびニコチン酸
アンモニウムの如き中間加水分解生成物を含有するので
加水分解に利用できる、即ちそれらは更にニコチン酸に
分解することもでき、あるいはニコチン酸アンモニウム
の場合は加水分解反応の触媒作用を助けるのに使用する
こともできる。

前述した如く加水分解は、加水分解と水蒸気ストリッピ
ングを同時に行なうよう垂直に配置した反応器中で行な
う。

しかしながら前述した如く加水分解はモーガン・シー・
スツェおよびベンジャミン・ジエイ・ラバーロフの米国
特許に記載された装置で行なうこともできる。

かかる場合は加水分解と水蒸気ストリッピングは反応器
の別の区域で行なわれる。

しかしながら全体的な工程に変わりはない。

前記急冷浴３０および抽出器４２で利用した急冷液は、
反応成分および生成物に対して不活性であり、ピリジン
の沸点よりも低い沸点を有する適当な有機溶媒である。

特に好適なのはトルエンおよびベンゼンである。

別法として、ライン３３を通る分離器３２からの水性層
の一部を急冷液として使用するため循環させることもで
きる。

現実にはこの流れは炭酸アンモニウムと少量の溶解有機
物質の稀薄水性溶液からなる。

かかる場合、この水性層の残りの部分は精製区域３４で
処理するのが最も好適であり、未反応供給原料および副
生成物を含有する有機物質の循環流はライン３で反応器
に回収循環されるので、抽出器４２は必要なくなる。

以下に参考例および実施例を挙げて本発明を説明する。

参考例 １〜３ 下表１に示す如きガス混合物を、シリカアルミナ上に支
持された五酸ｆヒバナジン４０重量％を含有する溶融触
媒３００１を含有する流動床反応器中に通した。

触媒は、約１００９７分の触媒循環速度で、反応器、ス
トリッパーおよび再生器の間を連続循環させた。

触媒は五酸ｆヒバナジンを市販のシリカアルミナ〔商品
名アエロキャット（ＡＥＲＯＣＡＴ）で市販されている
０、７５ｃｃ／ ｆの孔容積、２００ｍ”／Ｐの表面積
および６０μの平均粒子大きさを有し、８７％ＳｉＯ２
と１３％Ａｌ２Ｏ３からなる触媒である〕を機械的に混
合して作った。

混合物を５時間７００℃で処理した、この間に五酸化バ
ナジンは支持体の孔中に引き込まれた。

反応圧力は１気圧に保ち、温度および他の条件は表１に
示す。

反応生成物は約２５℃でトルエンで２工程で急冷し、ア
ンモニアは酸トラップで集めた。

中間生成物および未反応原料は指示の如く反応器に循環
させた。

参考例 ４ 参考例１〜３の場合と同じ装置中で、同じ触媒（３００
グ）と、２−メチル−５−エチルピリジンを含有する供
給原料を接触させた。

反応器およ＊び触媒ストリッパ一温度は４３２°Ｃ（８
１０’Ｆ）であり、触媒再生器は４８８℃（９１０’Ｆ
）で操作した。

ガス循環速度は約１００ Ｐ／分であった。結果および
操作条件は表２に示す。

参考例 ５ 参考例１〜４において副生成物として作られたアルキル
置換ピリジンニトリル（メチルシアノピリジンを含む）
もニコチノニトリルに変換できることを示すため、アン
モニアとメチルシアノピリジンのガス混合物を参考例１
〜４と同じ触媒および装置で反応させた。

反応温度は４２７℃（８００’Ｆ）、供給原料のニコチ
ノニトリルとβピコリンへの変換率（主としてニコチノ
ニトリルを生成する）は約５０モル％であった。

少量のピリジンも得られた。

参考例 ６ 表３に示した供給原料を参考例１〜４と同じ循環触媒を
有する反応器装置中に導入した。

温度は４４０．８℃（約８２５下）に保った。

反応混合物は水冷装置で急冷した、有機生成物は通常の
茎部によって、ピリジン、β−ピコリンおよび２・３−
ジメチルピリジンを含有する軽溜分と、純粋のニコチノ
ニトリルを含有する中溜分と、主としてメチルシアノピ
リジンを含有する残存部分に分離した。

軽溜分と残存部分は反応器に循環させた。

反応生成物は下記のとおりであった。２・３−ジメチ ルビリジンを基 生成物組成 準にした正味の ｆヒ 合 物 （モル％） 収率（モル％）ピリジン
１．１ ０．４β−ピコリン
２８．６ ４．５ｆヒ 合物 生成物組成 （モル％） ２・３＝ジメチ ルビリジンを基 準にした正味の 収率（モル％） ２・３−ジメチル ピリジン ６．９ ニコチノニトリル ４６．１ ５２．０ メチルシアノピリ １７．４ １８．１ジ
ン 二酸ｆヒ炭素 ２５．０ 実施例 ７ ニコチノニトリルからのニコチン酸の製造を連続加水分
解装置で行なった、これを以下に示す。

新しいニコチノニトリル、水、アンモニアおよび精製区
域からの循環ｐ液を下表４に示す速度で、外径７．６２
ｃＩｒＬ（３ｉｎ ） 、長さ８６．３６ｃＩｒＬ（３
４ｉｎ ） の加水分解器中にポンプで導入した。

熱を外部から供給した。

加水分解器は入口温度１７９．４’Ｃ（３５５’Ｐ ）
、塔頂温度１９１．７℃（３７７下）で保った。

滞留時間５．５時間とした。ニコチノニトリル変換は完
了した。

加水分解滞流出物を、ストリッパーとして作用する直径
２．５４ｃｒｒＬ（１ｉｎ ） 、長さ２６６．７（１
７７Ｌ（８ｆｔ ９ ｉｎ ）の充填塔にポンプ送入し
た。

ストリッパーのオーバヘッドはアンモニアと水を含有し
、これを装置から連続的に除去した。

底液は水、ニコチン酸、ニコチンアミドおよび若干のニ
コチン酸アンモニウムを含有していた。

他の生成物は得られなかった。

ニコチン酸は溶液を０℃（３２’Ｆ）に急冷し、遠心分
離し、遠心分離ケーキを４．４４℃（４０’Ｆ）以下の
水で洗浄し、乾燥して得た。

ニコチン酸は表４に示す如く新しいニコチノニトリル原
料を基にして１００％の収率で得た。

若干のニコチン酸およびニコチン酸アンモニウムを含有
するｐ液および洗浄水は加水分解器に循環させで生成物
の損をないようにした。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施態様による一連の方法を行なうた
めの工程図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）ニコチノニトリルを、 ニコチノアミ ドお よびニコチン酸アンモニウムを含有する水性循環物およ
   びアンモニアと一緒にし、 （ｂ） −緒にした流れを９３°Ｃ〜２３２℃（２０
   ０′Ｐ〜４５０’Ｆ）の温度に加熱してニコチノニトリ
   ルおよびニコチンアミドの加水分解を行なってニコチン
   酸アンモニウムトシ、 （ｅ） ニコチン酸アンモニウムを加熱してその分解
   を行なってニコチン酸として、この分解は発生するアン
   モニアの連続的除去と共に行ない、（ｄ）ニコチン酸ア
   ンモニウムおよびニコチンアミドの水性溶液およびニコ
   チン酸を含有する生成物流を回収し、 （ｅ） 水性溶液からニコチン酸を分離し、（ｆ）
   ニコチン酸アンモニウムオヨヒニコチンアミドの水性溶
   液を上記水性循環流として使用することを特徴とするニ
   コチン酸の連続製造法。