專利名稱：一種高純度2,5-吡啶二羧酸的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高純度2，5-吡啶二羧酸的制備方法。 (二)技術(shù)背景2,5-吡啶二羧酸又名吡啶_2，5- 二甲酸，英文名稱2，5-Pyridinedicarboxylic acid(縮寫PDCA)，是一種重要的有機(jī)合成中間體和高分子單體，在藥物合成和高分子 材料領(lǐng)域有著廣泛地用途。醫(yī)藥方面早期用于抑制膠原質(zhì)生成藥物(DE 37003959, 1988-08-18)，近來開始用于制備 HBV-RT 抑制劑(Bioorganic Medicinal Chemistry Letters, 2002，12 :2715-2717，Nippon Kagakn Kaishil967，88，553)
HOOC N
PDCA在高分子合成及材料制備方面，2，5_吡啶二甲酸取代對苯二甲酸可合成具有 改性功能的剛性直鏈雜環(huán)聚合物及其高性能纖維(W02005100442A1，2005-10-27 ;JP 2005290317A,2005-10-20 ；US4533693，1985-08-06)
HO
HOOC-4 />—COOH -P2°5>.
lnppa此方面的市場需求正在不斷上升，但需要質(zhì)量達(dá)聚合級水平的單體PDCA。關(guān)于2，5-吡啶二羧酸(PDCA)的合成及制備，文獻(xiàn)報道均采用6_甲基_3_乙基吡 啶為原料的直接氧化工藝，但它們的收率和提純技術(shù)均不能滿足市場對PDCA的質(zhì)量和經(jīng) 濟(jì)性要求，至今還沒有在反應(yīng)液中取出并制得高純度PDCA的研究報道，聚合級PDCA的制 備則更少。如日本專利JP11343283 (1999年12月14日公開)在硫酸和催化劑MnS04存在 下采用臭氧水中氧化，僅獲得18% PDCA, 30% 6-甲基煙酸，24%吡啶二羧酸的反應(yīng)液；直 接用KMn04在K0H水溶液中氧化，也僅獲得25% PDCA, 5% 6-甲基_3_(羧基羰基)吡啶， 4%3-(羧基羰基)吡啶-6-羧酸的反應(yīng)混合物(Khimiko-Farma tsevticheskiiZhurnal, 1989，23 (8) 985-7) ；PDCA的合成也有以6-甲基-3-乙?；拎樵?，用KMn04氧化反 應(yīng)制備法，PDCA 收率也只有 22% (Journalofthe Chemical Society，1962 :2831_2)，況且 原料6-甲基-3-乙?；拎碓蠢щy。因此，現(xiàn)今報道的PDCA合成路線及其工藝，均不能 作為工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)路線進(jìn)行選擇和實施，產(chǎn)業(yè)化價值低，而迫切需要新的路線和技術(shù) 來支撐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以6-甲基煙酸或6-甲基煙酸甲酯為原料，經(jīng)氧化劑直 接氧化、精制合成高純度2，5-吡啶二羧酸的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中收率低，提純難、成本高及工業(yè)化前景不理想的不足。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種高純度2，5-吡啶二羧酸的制備方法，包括如下步驟以6-甲基煙酸或6-甲 基煙酸酯為原料，以水或堿水溶液為反應(yīng)溶劑，用氧化劑KMn04充分氧化，所得氧化反應(yīng)液 濾除生成的不溶物Mn02后酸析得到粗品，粗品用酸堿精制即得到所述的高純度2，5-吡啶 二羧酸。反應(yīng)式如下 本發(fā)明優(yōu)選原料與反應(yīng)溶劑相互匹配以6-甲基煙酸為原料時，使用水為反應(yīng)溶 劑；以6-甲基煙酸酯為原料時，使用堿水溶液為反應(yīng)溶劑。所述的6-甲基煙酸酯可以是 6-甲基煙酸甲酯、6-甲基煙酸乙酯、6-甲基煙酸異丙酯等，優(yōu)選6-甲基煙酸甲酯。當(dāng)以6-甲基煙酸酯為原料，以堿水溶液為反應(yīng)溶劑時，優(yōu)選6-甲基煙酸酯先在堿 水溶液中進(jìn)行水解反應(yīng)，除去水解生成的醇后再加入氧化劑KMn04進(jìn)行氧化反應(yīng)。所述的 水解反應(yīng)條件優(yōu)選為在50 60°C水解2 3小時。所述的堿水溶液優(yōu)選K0H水溶液。本發(fā)明反應(yīng)物的配料物質(zhì)的量比推薦為6_甲基煙酸或6-甲基煙酸酯氧化劑 KMn04 =1 4 8。所述6-甲基煙酸與水溶劑的配料質(zhì)量比推薦為6-甲基煙酸水=1 10 20 ；推薦所述6-甲基煙酸甲酯與K0H水溶液的配料質(zhì)量比為6-甲基煙酸甲酯 水K0H = 1 10 20 0.4 0.8。本發(fā)明優(yōu)選所述氧化反應(yīng)的條件為在90 100°C氧化10 20小時。本發(fā)明在充分氧化后得到的氧化反應(yīng)液濾除不溶物Mn02后酸析得到粗品，所述的 酸析使用的酸優(yōu)選無機(jī)酸，推薦為鹽酸或硫酸，優(yōu)選鹽酸。一般酸析調(diào)節(jié)PH到2 3。本發(fā)明在得到粗品后，采用酸堿精制以除去鹽和金屬離子，酸堿精制所使用的堿 推薦精制氨水，所使用的酸推薦精制鹽酸；所述的酸堿精制具體可采用如下方法使用精 制氨水將粗品溶解，脫色過濾，濾液用精制鹽酸析出產(chǎn)品，過濾、洗滌、干燥即得高純度2， 5-吡啶二羧酸。在酸堿精制過程中，一般用精制氨水調(diào)節(jié)pH到9 11，用精制鹽酸調(diào)節(jié)pH 到2 3。本發(fā)明所述的精制氨水和精制鹽酸均可使用市售商品，本發(fā)明推薦使用25%的 精制氨水，36%的精制鹽酸。本發(fā)明一個具體推薦方案如下將原料6-甲基煙酸加入水溶劑中，升溫至90 100°C，加入氧化劑KMn04進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)10 20小時后將氧化反應(yīng)液冷卻至室溫，濾 除Mn02后，濾液酸析、過濾得到粗品；粗品用精制氨水溶解，脫色過濾，濾液用精制鹽酸析出 產(chǎn)品，過濾水洗、干燥得到白色結(jié)晶，即為高純度2，5_吡啶二甲酸；所述反應(yīng)物配料摩爾比 為6-甲基煙酸氧化劑=1 4 8 ；所述6-甲基煙酸與溶劑的配料質(zhì)量比為6-甲基煙 酸水=1 10 20。本發(fā)明另一個推薦方案如下將原料6-甲基煙酸甲酯加入到K0H水溶液中，加熱 升溫至50 60°C，攪拌反應(yīng)2 3個小時，蒸除反應(yīng)產(chǎn)生的甲醇，升溫至90 100°C，加入氧化劑KMn04進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)10 20小時后將氧化反應(yīng)液冷卻至室溫，濾除Mn02后， 濾液酸析、過濾得到粗品；粗品用精制氨水溶解，脫色過濾，濾液用精制鹽酸析出產(chǎn)品，過濾 水洗、干燥得到白色結(jié)晶，即為高純度2，5_吡啶二甲酸；所述反應(yīng)物配料摩爾比為6-甲基 煙酸甲酯氧化劑=1 4 8 ；所述6-甲基煙酸甲酯與水和K0H的配料質(zhì)量比為6-甲 基煙酸甲酯水K0H=1 10 20 0.4 0.8。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下的優(yōu)點1)水作溶劑成本低、操作簡單，收率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，廢固Mn02可以回收利用，環(huán) 境效益明顯，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。2)所用原料易得6_甲基煙酸可采用6-甲基-3-乙基吡啶的氧化、酸析或有機(jī) 溶劑萃取而制得；6-甲基煙酸甲酯可采用釩酸銨催化下硝酸氧化6-甲基-3-乙基吡啶、再 酯化的高收率方法制得。本發(fā)明所采用技術(shù)相當(dāng)于以6-甲基-3-乙基吡啶為原料的分步 (段)氧化法工藝，即用分步氧化代替一步的直接氧化，從而大大提高氧化選擇性；3)所采用的精制工藝，具有方便提純2，5_吡啶二甲酸粗品至純度達(dá)到99. 5%以 上，金屬離子< lOppm、灰分0. 以下等聚合級質(zhì)量水平的特點，使高純度2，5_吡啶二羧 酸產(chǎn)品的商業(yè)化成為現(xiàn)實。綜上，本發(fā)明克服了現(xiàn)有6-甲基-3-乙基吡啶一步氧化法制備方法中選擇性低、 提純難，收率低、成本高及無產(chǎn)業(yè)化價值等不足，具有操作方便、選擇性好、收率高、經(jīng)濟(jì)性 良好，可有效實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)并進(jìn)一步拓展其應(yīng)用的優(yōu)勢。
具體實施例方式下面通過實施例、對比例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但實施例、對比例并不限制本發(fā) 明的保護(hù)范圍。實施例1 :6_甲基煙酸氧化合成2，5-吡啶二甲酸在帶有加熱，攪拌，溫度計，回流冷凝管的反應(yīng)器中分別加入34. 3克6-甲基煙酸 (0. 25mol)，400毫升水，加熱升溫至90_100°C，加入225克KMn04(l. 42mol)后攪拌反應(yīng)15 小時，反應(yīng)畢冷卻至室溫，過濾得濾液，濾餅用150毫升水打漿，再過濾得洗液和副產(chǎn)Mn02， 合并上述濾液和洗液，并用鹽酸HC1調(diào)pH值至2 3，過濾得PDCA濕粗品，在經(jīng)酸堿精制8 倍濕粗品質(zhì)量的去離子水，用25%的精制氨水溶解，調(diào)pH = 9-11，過濾、濾液用12倍的去 離子水稀釋后，再用36%的精制鹽酸調(diào)pH至2-3析出，過濾、水洗干燥后得高純度2，5-吡 啶二甲酸白色固體25. 1克，收率60%，純度99. 9%。mp. 239. 1 240. 2°C。實施例2 6-甲基煙酸甲酯水解氧化合成2，5-吡啶二甲酸在帶有加熱，攪拌，溫度計，回流冷凝管的反應(yīng)器中分別加入30克 K0H(0. 492mol)，800毫升水，76克6-甲基煙酸甲酯(0. 502mol)。加熱升溫至50_60°C，攪拌 反應(yīng)2-3個小時，蒸除反應(yīng)產(chǎn)生的甲醇。加熱升溫至90-100°C，加入450克KMn04 (2 . 84mol) 后攪拌反應(yīng)16個小時至反應(yīng)液紫色褪去。反應(yīng)畢冷卻至室溫，過濾得濾液，濾餅用300毫 升水打漿，再過濾得洗液和副產(chǎn)Mn02，合并濾液和洗液，并用鹽酸HC1調(diào)pH至2 3，過濾， 干燥得2，5-吡啶二甲酸粗品64. 6克，收率76.8%,純度99.6%,熔點250°C，灰分3. 2%。實施例3 :2，5-吡啶二甲酸的精制提純對實施例2制得的PDCA粗品，取6. 5克干品加入65毫升去離子水，用5. 0克25%精制氨水調(diào)PH = 9-11，過濾，濾液加入到200毫升去離子水，攪拌20分鐘后，再用36 %的精 制鹽酸調(diào)pH至2-3析出，過濾，濾餅用100毫升去離子水打漿洗滌，過濾、干燥得到高純度 2，5-吡啶二甲酸白色固體5. 3克，精制收率82%,純度99. 92%,熔點239. 9-240. 4°C。紅外 吸收 IR(KBr, cnT1) 3095. 1 (s)，2853. 2 (m)，1731. 8 (s)，1598. 7 (s)，1384. 6 (s)，1326. 8 (s)， 1295. 9 (s)，1243. 9 (s)，1120. 4(s)，1015. 3 (s)，799. 3 (s)，754. 0 (s)，674. 0 (s)，561. 2(s)， 497. 5 (s)，與標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖及吸收數(shù)據(jù)相符；質(zhì)譜MS 165. 8 (負(fù)離子峰)，也與分子量 167. 12 相符。若精制濾液用H2S04調(diào)pH = 2-3，過濾，干燥得2，5_吡啶二甲酸淡紫色固體，精制 收率79%，純度99.2%。對比例1 3 不同氧化工藝與所用氧化劑用量比較用76克6-甲基煙酸甲酯(0.502mol)為原料，800毫升去離子水，在其它條件與實 施例2和實施例3相同的條件下，比較例1用KMn04直接氧化，比較例2在堿水中將原料水 解，蒸掉水解產(chǎn)生的甲醇，后用KMn04氧化，比較例3是將原料用堿水水解，取出中間體6-甲 基煙酸，再用KMn04氧化。結(jié)果如下表 1 用KMn04直接氧化6_甲基煙酸甲酯時，KMn04不僅要氧化煙酸上的甲基，還要氧化 酯水解反應(yīng)產(chǎn)生的甲醇，所以比較例1消耗的KMn04量要比實施例2多，并且比較例1所得 產(chǎn)品中含有較高的鹽分及金屬離子，達(dá)不到精品要求。從上表可以看出，比較例2和比較例 3都是得到精品，但比較例3比比較例2的收率低2. 6%，來源于6-甲基煙酸的取出而損失 產(chǎn)品的收率，因此若以6-甲基煙酸甲酯為原料，水解反應(yīng)后宜不將6-甲基煙酸取出而直接 氧化劑氧化為佳。對比例4 6 不同氧化劑效果比較以76克6-甲基煙酸甲酯(0. 502mol)為原料，比較例4用KMn04作氧化劑，比較例 5用95% HN03作氧化劑釩酸銨做催化劑，比較例6用K2Cr207作氧化劑，其他反應(yīng)條件同實 施例2和實施例3，比較在不同的氧化劑下產(chǎn)品的收率情況。結(jié)果如下表2 由上表可以看出用KMn04作氧化劑，所得產(chǎn)品純度好，收率高，為產(chǎn)業(yè)化所優(yōu)選；95% HN03作氧化劑在釩酸銨催化下也可制得純度為97. 4%的PDCA粗品，由于氧化劑硝酸 價廉易得也可為產(chǎn)業(yè)化所選擇。對比例7 8 溶劑用量比較以34. 8克6-甲基煙酸甲酯(0. 23mol)為原料，采用實施例2的合成方法和實施 例3的精制方法，在不加K0H及相同的高錳酸鉀用量的條件下，不同反應(yīng)用水量對產(chǎn)品收率 的影響如下表3 比較對比例7，8可以看出反應(yīng)用水量會影響產(chǎn)品的收率，反應(yīng)用水量少，PDCA產(chǎn) 品的收率反而高。但是當(dāng)反應(yīng)用水量減少到一定量時，會影響攪拌效果及反應(yīng)體系的溫度 控制。
權(quán)利要求
一種高純度2，5-吡啶二羧酸的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括如下步驟以6-甲基煙酸或6-甲基煙酸酯為原料，以水或堿水溶液為反應(yīng)溶劑，用氧化劑KMnO4充分氧化，所得氧化反應(yīng)液濾除不溶物MnO2后酸析得到粗品，粗品用酸堿精制即得到所述的高純度2，5-吡啶二羧酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于以6-甲基煙酸為原料時，以水為反應(yīng) 溶劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于以6-甲基煙酸酯為原料時，以堿水溶 液為反應(yīng)溶劑；并且所述制備方法按照如下步驟進(jìn)行6_甲基煙酸酯先在堿水溶液中進(jìn)行 水解反應(yīng)，除去水解生成的醇后再加入氧化劑KMn04進(jìn)行氧化反應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的6-甲基煙酸酯為6-甲基煙酸 甲酯，所述的堿水溶液為K0H溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4之一所述的制備方法，其特征在于所述氧化反應(yīng)的條件為在 90 100°C氧化10 20小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 4之一所述的制備方法，其特征在于所述的酸析使用的酸為鹽酸 或硫酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4之一所述的制備方法，其特征在于所述的酸堿精制具體采用如 下方法使用精制氨水將粗品溶解，脫色過濾，濾液用精制鹽酸析出產(chǎn)品，過濾、洗滌、干燥 即得高純度2，5-吡啶二羧酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 4之一所述的制備方法，其特征在于所說的反應(yīng)物的物質(zhì)的量比 為6-甲基煙酸或6-甲基煙酸酯氧化劑KMn04 =1 4 8。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述6-甲基煙酸與水溶劑的質(zhì)量比為 6-甲基煙酸水=1 10 20。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述6-甲基煙酸甲酯與K0H水溶液 的質(zhì)量比為6-甲基煙酸甲酯水K0H=1 10 20 0.4 0.8。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高純度2，5-吡啶二羧酸的制備方法，所述的制備方法包括如下步驟以6-甲基煙酸或6-甲基煙酸酯為原料，在水溶劑中或堿水溶液中用氧化劑KMnO4充分氧化，所得氧化反應(yīng)液濾除不溶物MnO2后酸析得到粗品，粗品用酸堿精制即得到所述的高純度2，5-吡啶二羧酸。本發(fā)明克服了現(xiàn)有6-甲基-3-乙基吡啶一步氧化法制備方法中選擇性低、提純難，收率低、成本高及無產(chǎn)業(yè)化價值等不足，具有操作方便、選擇性好、收率高、經(jīng)濟(jì)性良好、可有效實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)并進(jìn)一步拓展其應(yīng)用的優(yōu)勢。
文檔編號C07D213/80GK101857567SQ20091009732
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者施云龍, 王雪亮, 金寧人 申請人:浙江鼎龍化工有限公司