專利名稱：煙酸的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煙酸的制備方法。煙酸及其衍生物具有各種生理學(xué)性質(zhì)，因此它們在醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)方面廣泛用作維生素、藥物和植物生長調(diào)節(jié)劑。
背景技術(shù)：
已知有幾種合成煙酸的方法1)β-甲基吡啶用KMnO4作氧化劑液相氧化(M.R.Rubtsov，L.N.Yakhontov，S.V.Yakhontov，S.V.Yatsenko，ZhPKh，1977，V.30，No.2，pp.315-318)，也有用NHO3和H2SO4作氧化劑(US2586555，1952)；2)在釩催化劑存在下β-甲基吡啶氧化氨解，隨后煙酸根合腈水解生成煙酸(USSR發(fā)明證書No.235764，1969年B.I.No.6公布)。
β-甲基吡啶用上述氧化劑的液相氧化在75～300℃下進(jìn)行，有高的選擇性。在這樣的方法中，煙酸的產(chǎn)率為66～77％。這些方法的主要缺點是操作的間歇性、操作步驟多、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)率低并產(chǎn)生大量含有有害物質(zhì)的廢水和固體廢料。
經(jīng)β-甲基吡啶氧化氨解制備煙酸在350～400℃下進(jìn)行，有高的生產(chǎn)率和高產(chǎn)率(86～88％)，但該法有許多步驟，具體地包括1)煙酸根合腈的催化合成；2)用石油酯從液體反應(yīng)產(chǎn)物的混合物中萃取煙酸根合腈；3)酯萃取液的精餾；4)煙酸根合腈的水解；5)煙酸從乙醇中重結(jié)晶。該法的特征是生成大量有害的廢液和含氨的廢氣。
已知多種制備煙酸的方法(Sven Jaras，Sten T.Lundin.Preparationof pyridinemonocarboxylic acid by catalytic vapor phase oxidation ofalkylpyridine.-J.Appl.Chem.Biotechnol.，1977，27，pp.499-509)。根據(jù)這一方法，在氮氣和水蒸汽存在下，β-甲基吡啶在管式反應(yīng)器中的氧化物催化劑上用氧氣直接一步氣相氧化來制備煙酸。在這一方法中，反應(yīng)溫度為350～460℃，氣體混合物的空速為1450～2600hr-1(接觸時間為2.5～1.4S)，氧∶β-甲基吡啶的摩爾比為42，水∶β-甲基吡啶的摩爾比為82。將V2O5和TiO2的混合物在1250℃下熔融3hr來制備催化劑。如此制得的催化劑的比表面為0.2～1.0m2/g。將粒度為0.5～1.5mm的催化劑顆粒放在反應(yīng)器中。當(dāng)該法在這些條件下進(jìn)行時，煙酸的最大產(chǎn)率為48％。除了煙酸外，反應(yīng)產(chǎn)物還有β-甲基吡啶甲醛、吡啶、CO、CO2和HCN。在反應(yīng)過程中生成含有CO和HCN的有害廢氣。而且，煙酸收集在還含有未反應(yīng)的β-甲基吡啶、β-吡啶甲醛、吡啶和類樹脂產(chǎn)物的冷凝液中。用復(fù)雜的多步驟方法從冷凝液中分離煙酸，其中包括用氯仿從水溶液中萃取β-甲基吡啶和β-吡啶甲醛，隨后從水相中分離煙酸。在這一方法中，生成需要回收的有害廢液，而煙酸可能被氯仿成分弄臟，使得純化更為困難。
上面提供的數(shù)據(jù)表明，所述的方法有以下缺點1)在制備煙酸的方法中生成有害的廢氣和樹脂，使煙酸污染并使分離和純化更加困難；2)煙酸的產(chǎn)率低，不超過48％。
所以，現(xiàn)有的制備煙酸的各種方法的特點是，生成大量有害廢液和廢氣，生成類樹脂產(chǎn)物，β-甲基吡啶一步氧化的煙酸產(chǎn)率低。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供這樣一種制備煙酸的方法，它有可能提高目的產(chǎn)物的產(chǎn)率，同時排除有害廢氣和樹脂的生成。
這一目的通過提出的制備煙酸的方法來達(dá)到，即在氮氣和水蒸汽存在下β-甲基吡啶在氧化催化劑上一步氣相氧化制備煙酸的方法。根據(jù)本發(fā)明，在這一方法中，氧化過程在以下條件下，在組成為nV2O5·mTiO2·pMxOy的催化劑上(其中M為堿金屬或過渡金屬元素，n＝5-75％(重)，m＝95-25％(重)，p＝0-1％(重)，在管式反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)溫度為250～290℃、氣體混合物空速為2400～13300hr-1(接觸時間為1.5～0.27s)，氧∶β-甲基吡啶摩爾比為15-40，水∶β-甲基吡啶摩爾比為10～70。純煙酸(99.5％)的分離在反應(yīng)器后緊接著在管式結(jié)晶器中，在160～200℃下進(jìn)行。
只需保持進(jìn)行反應(yīng)的最佳溫度范圍(250～290℃)就能達(dá)到本發(fā)明的目的提高目的產(chǎn)物的產(chǎn)率和排除有害廢氣和樹脂的生成。如果反應(yīng)溫度低于250℃，催化劑的活性下降，并有煙酸直接在反應(yīng)器中結(jié)晶的危險。如果反應(yīng)溫度愈高于290℃，煙酸的產(chǎn)率下降，其中深度氧化的產(chǎn)物量增加，出現(xiàn)不希望有的類樹脂產(chǎn)物。
使用組成為nV2O5·mTiO2·pMxOy比表面為10～120m2/g的催化劑可達(dá)到本發(fā)明的目的。當(dāng)V2O5的含量下降到5％(重)以下時，煙酸的產(chǎn)率下降，當(dāng)V2O5的含量增加到75％(重)以上時，煙酸的產(chǎn)率也下降。當(dāng)加入堿金屬或過渡金屬元素的添加物時，催化劑的活性增加，并保持高的煙酸產(chǎn)率。
通過優(yōu)化送入反應(yīng)器的各組分的濃度比可確保進(jìn)行反應(yīng)的效率。當(dāng)氧∶β-甲基吡啶的摩爾比降到15以下時，催化劑的活性下降，而當(dāng)該摩爾比增到40以上時，生成煙酸的選擇性下降。當(dāng)水∶β-甲基吡啶的摩爾比下降到10以下時，催化劑的活性下降，而當(dāng)該摩爾比增加到70以上時，該法只可在較小的β-甲基吡啶濃度下進(jìn)行，使該法的生產(chǎn)率下降。
實施本發(fā)明的最佳方法制備煙酸的這一方法在技術(shù)實施方面是簡單的，用以下方式進(jìn)行。
將含有β-甲基吡啶、氧、氨和水蒸汽的氣體混合物通過裝在有18mm直徑的循環(huán)流動無梯度管式玻璃反應(yīng)器中的催化劑。其中反應(yīng)溫度為250～290℃，氣體混合物的空速為2400～13300hr-1(接觸時間為1.50～0.27s)，氧∶β-甲基吡啶摩爾比為15～40，水∶β-甲基吡啶摩爾比為10～70。反應(yīng)混合物的組成用色譜分析。催化劑通過將TiO2和草酸氧釩水溶液混合隨后進(jìn)行熱處理的方法來制備。加入水溶性鹽添加物。如此制得的催化劑的比表面為10～120m2/g。將0.5～1.0mm顆粒形式的催化劑放入反應(yīng)器。當(dāng)該法在這些條件下進(jìn)行時，煙酸的最大產(chǎn)率為86％。
除煙酸外，反應(yīng)產(chǎn)物還有3-吡啶甲醛和CO2。廢氣含有CO2、O2和N2，它們是無害的。未反應(yīng)的β-甲基吡啶、β-吡啶甲醛和水含在冷凝液中，它們可直接送入反應(yīng)器再轉(zhuǎn)化，而不需另加分離。在反應(yīng)器以后，未被樹脂污染的煙酸可在管式結(jié)晶器中從氣體-蒸汽混合物中分離出來，管式結(jié)晶器的溫度保持在160～200℃。其化學(xué)組成(％(重))是煙酸99.5，3-吡啶甲醛0.5。用從水中重結(jié)晶的簡單方法純化后，其外觀和組成符合藥物學(xué)要求。熔點為235.8～237.3℃。
與先有技術(shù)的方法相比，所提出的制備煙酸的方法的特征在于簡單，沒有有害的流出物和樹脂，確保目的產(chǎn)物的高產(chǎn)率(86％)，它大于已知方法在相同條件下得到的產(chǎn)率(48％)(Sven Jaras，StenT.Lundin.Preparation of pyridinemonocarboxylic acids by catalyticvapor phase oxidation of alkylpyridine.-J.Appl.Chem.Biotechnol.1977，27，pp.499-509)。其中純煙酸的分離是簡單的。冷凝液的組成使得有可能不需進(jìn)一步分離就將它送入反應(yīng)器，再轉(zhuǎn)化成煙酸。
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，提出以下具體的實施例。
實施例1將含有5％(重)V2O5和95％(重)TiO2的1.5g釩-鈦氧化催化劑裝入反應(yīng)器，并在250℃下將以下組成(％(重))的氣體混合物送入β-甲基吡啶0.4、O216、H2O 28、其余為N2。接觸時間為0.27s。在170℃下，在反應(yīng)器后的管中分離出煙酸。其化學(xué)組成(％(重))為煙酸99.5，β-吡啶甲醛0.5。在這一實施例中，β-甲基吡啶的轉(zhuǎn)化率為83.7％，生成煙酸的選擇性為86.3％，生成β-吡啶甲醛的選擇性為4％，生成CO2的選擇性為9.7％。在理想置換方式中計算的最大產(chǎn)率為83％。
實施例2-9、17、18按實施例1的方法制備煙酸，不同的是接觸時間、催化劑的化學(xué)組成不同。催化劑的特性、試驗條件和結(jié)果列入表中。
實施例10～11按實施例5的方法制備煙酸，不同的是反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度不同。催化劑特征、反應(yīng)溫度、其他試驗條件以及試驗結(jié)果列入表中。
實施例12-14按實施例5的方法制備煙酸，不同的是接觸時間、氧∶β-甲基吡啶濃度比不同。試驗條件和結(jié)果列入表中。
實施例15～16按實施例5的方法制備煙酸，不同的是接觸時間、水∶β-甲基吡啶濃度比不同。試驗條件和結(jié)果列入表中。
工業(yè)應(yīng)用性所提出的制備煙酸的方法可用于化學(xué)工業(yè)中。
表實施 催化劑組成 催化劑 溫度 B-甲 理想置換方式濃度比 τ X S，％ Y， IDM例 ％(重)比表面 ℃ 基吡啶 O2∶β-H2O∶β-s ％ β-吡 CO2樹脂 ％ D，％％甲基吡 甲基 煙酸 啶甲醛m2/g(體) 啶 吡啶1 2 3 45 67 8910 1112 1314 151 5V2O5-95TiO2120250 0.4 40 70 0.2 7 83.7 86.0 4.0 9.7 - 72.0 83.02 10V2O5-90TiO247 250 0.4 40 70 0.3 5 85.5 91.0 4.6 3.8 - 77.8 86.03 15V2O5-85TiO227 250 0.4 40 70 0.61 86.6 93.0 3.5 3.5 - 80.5 86.04 17V2O5-83TiO229 250 0.4 40 70 0.61 88.4 91.0 5.0 4.O - 80.4 86.05 20V2O5-80TiO229 250 0.4 40 70 0.75 86.0 93.0 3.8 3.6 - 80.0 86.06 25V2O5-75TiO231 250 0.4 40 70 0.75 80.0 93.00 3.0 4.0 - 74.4 85.07 30V2O5-70TiO232 250 0.4 40 70 0.75 78.0 92.0 3.5 4.5 - 71.8 84.08 50V2O5-50TiO217 250 O.4 40 70 0.87 72.2 84.9 9.8 5.3 - 61.3 83.09 75V2O5-25TiO210 250 0.4 40 70 0.61 40.9 82.9 11.0 6.1 - 33.9 82.010 20V2O5-80TiO229 270 O.4 40 70 1.07 91.5 92.5 3.5 4.0 - 84.6 86.O11 20V2O5-80TiO229 290 0.4 40 70 0.61 89.2 86.5 7.0 6.5 tr. 77.2 83.012 20V2O5-80TiO229 250 0.4 40 70 1.50 91.0 93.7 2.5 3.8 - 85.0 86.0
(續(xù)表)12 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 1513 20V2O5-80TiO229 250 0.4 26 70 1.50 89.5 92.7 4.3 3.0 - 83.086.014 20V2O5-80TiO229 250 0.4 15 70 1.50 84.0 93.2 3.8 3.0 - 78.086.015 20V2O5-80TiO229 250 0.4 40 32 1.50 88.2 92.5 4.3 3.2 - 81.686.016 20V2O5-80TiO229 250 0.4 40 10 1.50 85.0 93.1 3.9 3.0 - 79.086.017 20V2O5-79.4TiO2- 29 250 0.4 40 70 0.75 89.0 92.8 3.2 3.8 - 82.686.0-0.6Na2O18 20V2O5-79.4TiO2- 2 250 0.4 40 70 0.75 89.5 93.0 3.0 3.7 -83.2 86.0τ-接觸時間，X-轉(zhuǎn)化率，S-選擇性，Y-煙酸的產(chǎn)率，IDM-理想置換方式
權(quán)利要求
1.一種由β-甲基吡啶制備煙酸的方法，其產(chǎn)率不小于82％，該法是在水蒸汽和釩、鈦氧化物催化劑存在下，在有或沒有添加物的情況下，β-甲基吡啶與氧一步氣相非均相催化氧化，隨后分離煙酸，其特征在于，該法在250～290℃范圍內(nèi)，在比表面為10～120m2/g的催化劑上進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該法在氧∶β-甲基吡啶摩爾比為15～40，水∶β-甲基吡啶摩爾比10～70下進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1～2的方法，其特征在于，煙酸在反應(yīng)器后通過在160-200℃下結(jié)晶的方法來分離。
全文摘要
開發(fā)了一種制備煙酸的方法，其產(chǎn)率為82～86％(摩爾)，在該法中不生成有害的廢氣和廢液。該法在以下條件下通過β-甲基吡啶和氧一步氣相氧化來進(jìn)行在水蒸汽和釩、鈦氧化物催化劑存在下，在有或沒有添加物的條件下，反應(yīng)溫度250～290℃，氧β-甲基吡啶摩爾比15-40，水β-甲基吡啶摩爾比為10～70。
文檔編號C07B61/00GK1139922SQ95191372
公開日1997年1月8日 申請日期1995年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月26日
發(fā)明者A.E.毛依塞也夫娜, A.T.維達(dá)里也夫娜, Z.G.阿列罕也夫娜, M.M.戈里高里也維奇 申請人:俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院G.K.巴列斯考娃催化研究院