Sposób wytwarzania kwasów pirydynokarboksylowych za pomoca kwasu azotowego Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kwas6w pirydynokarboksylowych na drodze utle¬ niania za pomoca kwasu azotowego, w podwyz¬ szonej temperaturze i pod zwiekszonym cisnieniem, zwiazków heterocyklicznych zawierajacych piers¬ cien pirydynowy i podstawionych co najmniej w jednej pozycji.Wiadomo, ze kwasy pirydynokarboksylowe wy¬ twarza sie z alkilopirydyn za pomoca utleniania kwasem azotowym. Na ogól postepuje sie przy tym w taki sposób, zeby roztwór zawierajacy kwas pi- rydynokarboksylowy w chwili opuszczania reakto¬ ra wykazywal wartosc pH odpowiadajaca scisle jego punktowi izbelektrycznemu. W tych warun¬ kach kwas pirydymokarboksylowy ulega krystali¬ zacji i zostaje oddzlielony. Waida tego sposobu jest jednak to, ze wydzielajacy sie kwas pirydynokar- boksylowy jest produktem zanieczyszczanym, a po¬ zostaly lug pokrysitalizacyjny zawiera jeszcze znacz¬ ne ilosci zasad pirydynowych oraz kwasu pirydy- nokarboksylowego. Przeróbka takiego lugu macie¬ rzystego jest bardzo kosztowna i nie daje zadowa¬ lajacych wyników. W celu wytwarzania tym spo¬ sobem, np. kwasu nikotynowego przez utlenianie 2-metylo-5-etylopirydyny, stosuje sie wyjsciowa mieszanine, w której na 1 mol produktu wyjscio¬ wego przypada 5—6 moli HJN03. Mieszanine te przeksztalca sie najpierw w temperaturze 190— 200aC i pod cisnieniem 35 atm w kwas izocyn- chomeronowy, który nastepnie w temperaturze 10 2 220°C dekariboksyluje sie dalej, otrzymujac kiwas nikotynowy. Czas przebywania mieszaniny w reak¬ torze wynosi okolo 40—45 minut. Roztwór odply¬ wajacy z reaktora wykazuje wartosc pH = 3,4.Z roztworu tego wykrystalizowuje sie kwas niko¬ tynowy w postaci produktu o zabarwieniu mocno zóltawym. Reakcji ulega okolo 80°/o reagentóiw, a wydajnosc wynosi okolo 70% wydajnosci teore¬ tycznej w stosunku do ilosci przereagowanego pro¬ duktu wyjsciowego. Otrzymany lug pokrystaliza- cyjny odparowuje sie w celu otrzymania dalszej ilosci kwasu nikotynowego, a z pozostalego prze¬ saczu wyosabnia sie jeszcze niezmieniony material wyjsciowy.Sposób wedlug wynalazku nie ma tych wad zna¬ nych sposobów. Polega on na tym, ze w celu utle¬ nienia zwiazków heterocyklicznych zawierajacych rdzen pirydynowy i podstawionych co najmniej w jednej pozycji stosuje sie wodny roztwór kwa¬ su azotowego w nadmiarze wynoszacym 25—600*/« ponad ilosc teoretycznie potrzebna do utleniania i taka mieszanine poddaje sie reakcji w tempera¬ turze 370°C, korzystnie w temperaturze 230— -^350°C i pod cisnieniem do 500 atn, korzystnie 50—300 atn. Czas przebywania mieszaniny w reak¬ torze wynosi zwykle 1—20 minut, po czym w otrzy¬ manej mieszaninie poreakcyjnej doprowadza sie stezenie kwasu azotowego do 10—i28°/o wagowych.W tych warunikaich kiwas pkydynokatfboksylowy wykrystalizowuje w temperaturze 0—20°C w po- 80 3323 80 332 4 staci soli z kwasem azotowym, która oddziela sie oki kwasnego lugu macierzystego. Wykrystalizowa¬ ny azotan kwasu pirydynokarboksylowego rozpusz¬ cza sie w wodzie, roztwór nastawia sie za pomoca odjpowiedniej ilosci zasady stanowiacej produkt wyjsciowy na wartosc pH odpowiadajaca punkto¬ wi izoelektrycznemu wytwarzanego kwasu pirydy¬ nokarboksylowego i wydzielajacy sie przy tym w postaci krystalicznej kwas pirydynokarboksylowy oddziela sie od zawierajacego zasade lugu macie¬ rzystego, laczy oba lugi pokrystalizacyjne, dopro¬ wadza je do stezenia poczatkowego i zawraca do procesu.Dzieki zastosowaniu nadmiaru HN03, przewyz¬ szajacego o 30—400% ilosc teoretycznie potrzebna do utlenienia, otrzymuje sie po reakcji sól kwasu pirydynokarboksylowego z kwasem azotowym.W celu umozliwienia przebiegu reakcji do konca, a równoczesnie aby przeciwdzialac rozkladowi wy¬ tworzonego kwasu* ^rydynokarboksylowego, czas trwania reakcji dostosowuje sie w zaleznosci od jej warunków. Na ogól czas ten jest znacznie krótszy od czasu trwania reakcji prowadzonej zna¬ nymi sposobami i wynosi od kilku sekund do okolo 30 minut, a zwykle 1—120 minut. * Korzystnie jest prowadzic proces wedlug wyna¬ lazku w reaktorze wykonanym z tytanu, a w przy¬ padku stosowania cisnienia zblizonego do wyzej podanej górnej granicy, jako reaktor stosuje sie korzystnie rure stalowa, szczelnie wylozona tyta¬ nem.W powstalej mieszaninie poreakcyjnej nalezy do¬ prowadzic stezenie HNOs do takiej wartosci, przy której na skutek minimum rozpuszczalnosci wy¬ dzieli sie glówna ilosc azotanu. Szczególnie ko¬ rzystne okazalo sie wytracanie azotanu w tempe¬ raturze 0—12°C, zwlaszcza 4^-il2°C, z roztworu poreakcyjnego, w którym stezenie kwasu azoto¬ wego doprowadzono do wartosci 12—25%.Stracony i wyosobniony azotan rozpuszcza sie nastepnie w malej ilosci wody i uwalnia kwas pi¬ rydynokarboksylowy za pomoca dodania swiezej pochodnej pirydynowej, Kwas pirydynokarbóksy- lowy ulega przy tym straceniu. Ilosc pochodnej pi¬ rydynowej, jaka trzeba dodac, zalezy od punktu izoelektrycznego kwasu pirydynokarboksylowego poddawanego straceniu. W celu otrzymania czyste¬ go produktu koncowego, korzystnie jest po wytra¬ ceniu kwasu pirydynokarboksylowego zastosowac krótkotrwale ogrzewanie, az do ponownego roz¬ puszczenia kwasu i powtórnie oziebic. Kwas piry¬ dynokarboksylowy oddzielony od zawierajacego zasade lugu macierzystego jest juz produktem czystym.Poniewaz kwas pirydynokarboksylowy wytraca sie za pomoca pochodnej pirydynowej, przeto lug macierzysty pozostaly po oddzieleniu tego kwasu zawiera znaczne ilosci materialu wyjsciowego. Lug ten laczy sie z lugiem macierzystym pozostalym po wydzieleniu azotanu i przez dodanie odpowiedniej ilosci produktu wyjsciowego i kwasu azotowego doprowadza sie stezenia skladników mieszaniny do wartosci poczatkowej i zawraca te mieszanine do procesu.Jako produkty wyjsciowe w procesie wedlug wynalazku stosuje sie korzystnie alkilopirydyny, jak na przyklad metyloetylopirydyne, piikpliny, kolidyny, lutydyny i etylopirydyny. Mozna przy tym wytwarzac najrozmaitsze kwasy pirydynokar- boksylowe, np. kwas nikotynowy, izoniriotynowy, pikolinowy, izocynchomeronowy, cynchomeronowy, przy czym reakcje prowadzi sie korzystnie w tem¬ peraturze 180—260°C, pod cisnieniem 20—60 atn.Wedlug wynalazku mozna jednak równiez i inne zwiazki heterocykliczne zawierajace rdzen pirydy¬ nowy i podstawione co najmniej w jednej pozycji, przeprowadzac w kwasy pirydynokarboksylowe.Takimi zwiazkami sa np.: chinolina, pochodne chi¬ noliny, takie jak chinaldyna, lepidyna, hydroksy- chinolina, aminochinolina, izochinolina, pochodne izochinolinowe, akrydyna i pochodne akrydynowe.W procesie prowadzonym sposobem wedlug wy¬ nalazku otrzymuje sie kwas pirydynokarboksylowy jako bezbarwny czysty produkt. Dalsze jego oczysz¬ czanie jest zbyteczne. Stopien przemiany osiagany wedlug wynalazku wynosi 95—99%, a wydajnosci moga dosiegac 94% w stosunku ido sto,pnia prze¬ miany. Dzieki krótkotrwalemu przebywaniu mie¬ szaniny w reaktorze, proces wedlug wynalazku po¬ zwala osiagac wysokie wydajnosci na jednostke x czasu i jednostke pojemnosci reaktora. Ponadto zbedna jest kazdorazowa przeróbka lugu macierzy¬ stego. 30 Przyklad I. Przez rurowy reaktor ze stali V2A o pojemnosci 1,48 litra, w temperaturze 239°C i pod cisnieniem 55 atn w ciagu 35 minut prowa¬ dzono 4632 g mieszaniny zawierajacej 6,3% 2^me- 35 tylo-5-etylopirydyny i 28,1% HN03, co odpowiada nadmiarowi HN03 okolo 42% ponad ilosc teore¬ tycznie potrzebna. Czas przebywania mieszaniny w reaktorze wynosil 12,72 minuty. Otrzymano 3966 g cieklego produktu reakcji. Reszta w ilosci 666 g 40 (14,35%) zostala odprowadzona w postaci gazowej.W produkcie reakcji za pomoca odparowania do¬ prowadzono stezenie kwasu azotowego do 15% wa¬ gowych i oziebiono produkt do temperatury 5°C.Wykrystalizowano przy tym 345,2 g azotanu kwa- 45 su nikotynowego, zawierajacego 66,1 g kwasu ni¬ kotynowego. Produkt ten za pomoca wirówki od¬ dzielono od kwasnego lugu macierzystego (833 g).Lug macierzysty zawieral dalsze 30,8 g kwasu ni¬ kotynowego. Zawartosc kwasu izocynchomerono- so wego w lugu macierzystym wynosila mniej niz 0,1% w stosunku wagowym. 354,2 g azotanu kwasu nikotynowego rozpusz¬ czono w 1100 g wody, ogrzano do temperatury 60°C i za pomoca 2-metylo-5-etylopirydyny (230 g) do- 55 prowadzono pH roztworu do wartosci 3,3 i ogrzano roztwór do temperatury 90°C. Po ostygnieciu od¬ wirowano i wysuszono wydzielony kwas nikoty¬ nowy. Otrzymano 188 g kwasu nikotynowego. Przy przemianie 95% w stosunku do poczatkowej ilosci bo 2-metylo-5-etylopirydyny odpowiada to 66,9% wy¬ dajnosci kwasu wyosobnionego. Wydajnosc calko¬ wita (wyosobniony kwas nikotynowy + kwas ni¬ kotynowy w lugu macierzystym) wyniosla 94,5%.Oba polaczone lugi macierzyste zawieraly jeszcze »5 77,8 g kwasu nikotynowego i 244.81 g 2-metylO-80 332 -5-etylopirydyny. Lugi te uzupelniano do stezenia wyjsciowego i do ilosci wyjsciowej przez dodanie 2-metylo-5-etylopirydyny i kwasu azotowego.Roztwór uzupelniony w ten sposób do pierwotnej ilosci i pierwotnego stezenia poddano reakcji i przeróbce w sposób opisany poprzednio. Otrzy¬ mano przy tym 250 g kwasu nikotynowego, co od¬ powiada wydajnosci kwasu wyosobnionego 88,9%, przy stopniu przemiany 95%. Otrzymany kwas ni¬ kotynowy mial barwe czysto biala i jego stopien czystosci wynosil 99,6%.•¦ Przyklad II. Lug macierzysty z poprzedniego wsadu, zawierajacy 77,0 g kwasu nikotynowego, 236,7 2nmetylo-5-etylopirydyny i 120 g HN03 (100%) dopelniono 2-metylo-5-etylopirydyna i kwasem azo¬ towym do ilosci 4432 g i stezenia 4,68% 2-metylo- -5-etylopirydyny i 19,5% HNOg, co odpowiada 32% nadmiaru kwasu. Mieszanine te prowadzono przez tytanowy reaktor rurowy o pojemnosci 1,6 litra, dlugosci okolo 16 m, w temperaturze 234°C, pod cisnieniem 52 atn, przy czym czas przebywania w reaktorze wynosil 8,7 minuty. Dalsza przeróbke prowadzono jak w przykladzie' I. Przy stopniu przemiany 97,3% otrzymano 166 g kwasu nikoty¬ nowego, przy czym wydajnosc wyosobnionego kwa¬ su nikotynowego wynosila 82,0%. Lugi macierzyste polaczono i zawrócono do procesu.Przyklad III. Przez tytanowy reaktor ruro¬ wy o pojemnosci 1,6 litra, dlugosci okolo 16 m w temperaturze 260°C i pod cisnieniem 50 atn pro¬ wadzono 4500 g mieszaniny 5,18% P-pikoliny i 35% kwasu azotowego, co odpowiadalo nadmiarowi kwasu 400% ponad ilosc potrzebna teoretycznie, przy czym czas przebywania mieszaniny reakcyjnej w reaktorze wynosil 3,75 minuty. Otrzymano 4115 g cieklego produktu z reaktora, a reszte, to jest 385 g (6,6%) odprowadzano w postaci gazowej. W pro¬ dukcie reakcji doprowadzono stezenie HN03 do 25% wagowych i oziebiono do temperatury 5°C.Wykrystalizowalo przy tym 213,4 g azotanu kwasu nikotynowego, zawierajacego 66,3% tego kwasu.Produkt odwirowano od kwasnego lugu macierzy¬ stego (950 g). Lug macierzysty zawieral dalsze 47,5 g kwasu nikotynowego. 213,4 g azotanu kwasu nikotynowego rozpusz¬ czono w 710 g wody, ogrzano do temperatury 60°C, wartosc pH roztworu doprowadzono do 3,4 przez dodanie P-pikoliny (107 g), po czym ogrzano roz¬ twór do temperatury 95°C. Po ostudzeniu uwol¬ niony kwas nikotynowy odwirowano i wysuszono.Otrzymano 113 g kwasu nikotynowego. Przy stop¬ niu przemiany 68,6% w stosunku do uzytej p-pi¬ koliny odpowiada to wydajnosci 604% wyosobnio¬ nego kwasu nikotynowego. Wydajnosc calkowita (kwas nlikotynowy wyosobniony + kwas nikotyno¬ wy w lugu macierzystym) wynosila 89,0%.Kwasny lug macierzysty oraz lug macierzysty zawierajacy zasade polaczono. Otrzymany roztwór zawieral jeszcze 47,5 g kwasu nikotynowego i 180 g p-pikoliny, po czyim przez dodanie P-pikoliny oraz HN03 uzupelniono roztwór do wyjsciowego steze¬ nia i do wyjsciowej ilosci. Roztwór ten poddano reakcji i przeróbce w warunkach opisanych po¬ wyzej, otrzymujac 151,8 g kwasu nikotynowego, 10 16 25 30 35 40 55 60 co odpowiada wydajnosci kwasu wyosobnionego 80,5% w stosunku do stopnia przemiany 68,6%.Otrzymany kwas nikotyny mial barwe czysto biala, a jego zawartosc w produkcie wynosila 99,7%.Przyklad IV. Przez rurowy reaktor z tytanu o pojemnosci ,1,6 litra, dlugosci 16 m iw temperaturze 260°C i pod cisnieniem 55 atn prowadzono 4500 g mieszaniny zawierajacej 8,0% chinoliny i 32% kwa¬ su azotowego, co Odjpowiada nadmiarowi kwasu 50% ponad ilosc potrzebna teoretycznie, przy czym czas przebywania mieszaniny reagujacej w reaktorze wynosil 2,0 minuty. Otrzymano 4010 g cieklego pro¬ duktu surowego, a reszte w ilosci 490 g odprowa¬ dzono w postaci gazowej. W cieklym produkcie reakcji nastawiono stezenie kwasu azotowego na 25% i oziebiono do temperatury 0°C. Wykrystali¬ zowano przy tym 380N g azotanu kwasu nikoty¬ nowego o zawartosci 66,3% tego kwasu. Surowy produkt odwirowano od kwasnego lugu macierzy¬ stego (1020 g) zawierajacego dalsze 46,0 kwasu ni¬ kotynowego. 380 g azotanu kwasu nikotynowego rozpuszczono w 1350 g wody i w temperaturze 95°C doprowa¬ dzono wartosc pH roztworu do 3,5 za pomoca chi¬ noliny. Po ochlodzeniu roztworu do temperatury do 7°C wytracony kwas nikotynowy odwirowano i wysuszono. Otrzymano 210 g kwasu nikotynowe¬ go, co przy stopniu przemiany 96% w stosunku do uzytej chinoliny odpowiada 63,9% wydajnosci kwa¬ su wyosobnionego. Wydajnosc calkowita (wyosob¬ niony kwas nikotynowy) i kwas nikotynowy pozo¬ staly w lugu macierzystym wyniosla 92%.Lug macierzysty zawierajacy kwas oraz lug ma¬ cierzysty zawiierajacy zasade polaczono i otrzymany roztwór uzupelniono chinolina i kwasem azotowym az do wyjsciowego stezenia i wyjsciowej* ilosci.Otrzymany roztwór poddano reakcji i nastepnie przeróbce w wyzej opisanych warunkach. Otrzy¬ mano 283,0 g kwasu nikotynowego, co odpowiadai 86% wydajnosci kwasu wyosobnionego w stosunku do 96% przemiany chinoliny. Otrzymano kwas ni¬ kotynowy o barwie czysto bialej i stopniu czystosci 99,8%.Przyklad V. Przez rurowy reaktor z tytanu o pojemnosci 155 ml w temperaturze 305°C i pod cisnieniem 120 atn przepuszczono w ciagu 24 mi¬ nut 4720 g mieszaniny zawierajacej 6,4% metylo- etylopirydyny i 33% HNO3. Czas Przebywania mie¬ szaniny reagujacej w reaktorze wynosil 0,92 mi¬ nuty. Otrzymano 4090 g cieklego produktu reakcji, a reszte (13,3%) odprowadzono w postaci gazowej.Ciekly produkt reakcji odparowano az do osiag¬ niecia 25% stezenia kwasu azotowego i nastepnie oziebiono do temperatury 0°C. Wykrystalizowano przy tym 394,7 g azotanu kwasu nikotynowego o zawartosci 66,3% tego kwasu. Produk^jjpn odwiro¬ wano od kwasnego lugu macierzystego (870 g). Lug macierzysty zawieral jeszcze dalsze 30 g kwasu nikotynowego. Zawartosc kwasu izocynchomero- nowego w lugu macierzystym wynosila 0,25%. 394,7 g azotanu kwasu nikotynowego rozpuszczo¬ no w 1200 g wody, ogrzano do temperatury 95°C i za pomoca 287,0 g AKO doprowadzono wartosc pH roztworu do 3,3. Po ostudzeniu odwirowano80 332 7 uwolniony wykrysitalizioiwamy kwas nikotynowy i wysuszono go. Otrzymano 204 g kwasu roikotyno- wego. Przy stopniu przemiany 95% w stosunku do uzytej ilosci 2Hmetylo-5-etylopirydyny odpowiada to 70% wydajnosci wyosobnionego produktu. Wy- 5 dajnosc calkowita (wyosobniony kwas nikotyno¬ wy + kwas nikotynowy pozostaly w lugu macie¬ rzystym) wynosila 95%. Oba polaczone lugi ma¬ cierzyste zawieraly jeszcze 73 g kwasu nikotyno¬ wego i 302,0 g 2-metylo-5-etylopixydyiny. Lugi te 10 dopelniono kwasem azotowym do wyjsciowego ste¬ zenia i wyjsciowej ilosci i poddano uprzednio opi¬ sanej reakcji i przeróbce. Otrzymano przy tym 248,0 g kwasu nikotynowego, co odpowiada wy¬ dajnosci 84% kwasu wyosobnionego przy przemia- 15 nie 95%. Otrzymano kwas oiikotynowy o barwie czysto bialej i stopniu czystosci 99,6%.Przyklad VI. Przez rurowy reaktor z tytanu, o pojemnosci 30 ml prowadzono w ciagu 12 minut, w temperaturze 330°C i pod cisnieniem 280 atn 20 4720 g (4000 ml) mieszaniny zawierajacej 6,4% 2-metylo-5-etylopirydyny i 33% HN03. Czas prze¬ bywania mieszaniny w reaktorze wynosil 5,5 sekun¬ dy. Otrzymano 4090 g cieklego produktu, a 630 g (13,3%) odprowadzono w postaci gazu. Mieszanine - 23 poreakcyjna odparowano do uzyskania stezenia kwasu azotowego wynoszacego 25% wagowych i ochlodzono do temperatury 0°C, przy czym wy- krysta&oiwano 3(94,7 g azotanu kwasu nikotynowego o zawartosci kwasu nikotynowego 66,3%. Produkt 30 ten odwirowano od kwasnego lugu macierzystego (870 g), przy czym zawartosc kwasu nikotynowego w lugu wynosila 30 g, a zawartosc kwasu izocyn- chomeronowego 0,25%. 394,7 g azotanu kwasu nikotynowego rozpuszczo- 35 no w 1200 g wody, ogrzano do temperatury 95°C i przez dodanie 287,0 g AKO doprowadzono war¬ tosc pH roztworu do 3,3. Po ochlodzeniu odwiro¬ wano wykrystalizowany kwas nikotynowy i wysu¬ szono go. Otrzymano 204 g kwasu nikotynowego. 40 W stosunku do stopnia przemiany 95% w przeli¬ czeniu na 2^metylo-5-etylopirydyne odpowiada to wydajnosci wyosobnionego kwasu 70,0%, zas calko¬ wita wydajnosc kwasu wynosi 95,0%. Polaczone lugi maitiieirizyBlte zawieraly jesizoze 73 g kwasu ni- « kotynowego i 302,0 g 2nmetylo-5-etylopirydyny.Lugi doprowadzono przez dodatek kwasu azoto¬ wego do poczatkowego stezenia i pierwotnej ilosci, po czym pioddano przeróbce w sposób wyzej opi¬ sany. Otrzymano 248,0 kwasu nikotynowego, co 50 przy stopniu przemiany 95% odpowiada wydajnosci wyosobnionego kwasu wynoszacej 84,0%. Otrzyma- m Cena 8 no kwas nikotynowy o barwie bialej i o czystosci 99,6%. PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL