利用化学重结晶和物理分离相结合提纯4‑氰基吡啶的方法与流程

本发明涉及一种4-氰基吡啶的提纯方法。

背景技术：

4-氰基吡啶是一种重要的精细化工中间体，用于制备异烟酸、异烟肼等医药农药中间体。4-甲基吡啶是制备4-氰基吡啶的唯一原料，但是纯度＞97％的4-甲基吡啶价格较高，所以生产上多使用含有10％左右的3-甲基吡啶的4-甲基吡啶为原料经甲胺化反应制备4-氰基吡啶。但是3-甲基吡啶和4-甲基吡啶的沸点仅相差0.7℃，很难分离，由此得到的是4-氰基吡啶和3-氰基吡啶的混合物。3-氰基吡啶和4-氰基吡啶均是易升华物质，其沸点相差5℃，在减压精馏时直接造成管道堵塞。

技术实现要素：

本发明是要解决3-氰基吡啶和4-氰基吡啶沸点相近，难于分离，在减压精馏时易升华直接造成管道堵塞的问题，提供利用化学重结晶和物理分离相结合提纯4-氰基吡啶的方法。

本发明利用化学重结晶和物理分离相结合提纯4-氰基吡啶的方法，具体步骤如下：

步骤一：化学重结晶：将4-氰基吡啶粗品溶于石油醚与正丁醇的混合溶剂中，冷却后，有固体析出，将固体过滤洗涤干燥后，得到纯度＞99％的4-氰基吡啶；再将液体部分减压回收溶剂，得剩余物；

步骤二：物理分离：将步骤一的剩余物加热至50～70℃，体系透明后，自然冷却至30～45℃，保温1～3小时，有固体析出，过滤得固体；该固体为纯度是78％～85％的4-氰基吡啶；

步骤三：将步骤二得到的固体重复步骤一的操作一次，得纯度＞99％的4-氰基吡啶；

最后收集步骤一和步骤三得到的纯度＞99％的4-氰基吡啶，即为提纯后的4-氰基吡啶。

经过本发明方法4-氰基吡啶的总提出率为92％～99％。

进一步的，步骤一中待提纯的4-氰基吡啶粗品是4-氰基吡啶和3-氰基吡啶的混合物，其中4-氰基吡啶的质量百分含量是75％～92％。

进一步的，步骤一中4-氰基吡啶与混合溶剂的比为1g:1.0mL～2.8mL。

进一步的，步骤一中混合溶剂中石油醚与正丁醇的体积比为(5～10):1。

进一步的，步骤一中冷却温度为0℃～10℃的、冷却时间为1～6h。

进一步的，步骤一中溶剂回收后，剩余物为4-氰基吡啶和3-氰基吡啶的混合物，其中4-氰基吡啶的含量为50％～65％。

本发明的有益效果：

本发明利用石油醚-正丁醇重结晶后所得的晶体中含有95％左右的4-氰基吡啶、5％左右的3-氰基吡啶，为白色固体；用石油醚-正丁醇淋洗固体后，得到纯度是99％～99.5％的4-氰基吡啶。步骤二是将除去溶剂后的4-氰基吡啶和3-氰基吡啶的混合物(含50％～65％的4-氰基吡啶，其余物质是35％～50％的3-氰基吡啶)，利用4-氰基吡啶与3-氰基吡啶的凝固点不同，在30℃下，可直接分离出纯度是78％～85％的4-氰基吡啶，可再经过石油醚-正丁醇重结晶后，得到纯度在99％以上的合格品。

本发明方法简单，易操作，对于条件要求较低，能够将3-甲基吡啶和4-甲基吡啶分离，并且4-氰基吡啶的总提出率达到92％～99％，适用于工业化生产，有效解决我国没有此项技术的现状。

附图说明

图1为实施例1中4-氰基吡啶待精制粗品的气相色谱图；

图2为实施例1中步骤一提纯后的4-氰基吡啶的气相色谱图；

图3为实施例1中步骤二中82.4％的4-氰基吡啶的气相色谱图；

图4为实施例1中步骤三中提纯后的4-氰基吡啶的气相色谱图；

图5为实施例1中4-氰基吡啶的红外光谱图；

图6为实施例1中4-氰基吡啶的核磁共振氢谱图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式利用化学重结晶和物理分离相结合提纯4-氰基吡啶的方法，具体步骤如下：

步骤一：化学重结晶：将4-氰基吡啶粗品溶于石油醚与正丁醇的混合溶剂中，冷却后，有固体析出，将固体过滤洗涤干燥后，得到纯度＞99％的4-氰基吡啶；再将液体部分减压回收溶剂，得剩余物；

步骤二：物理分离：将步骤一的剩余物加热至50～70℃，体系透明后，自然冷却至30～45℃，保温1～3小时，有固体析出，过滤得固体；

步骤三：将步骤二得到的固体重复步骤一的操作一次，得纯度＞99％的4-氰基吡啶；

最后收集步骤一和步骤三得到的纯度＞99％的4-氰基吡啶，即为提纯后的4-氰基吡啶。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中待提纯的4-氰基吡啶粗品是4-氰基吡啶和3-氰基吡啶的混合物，其中4-氰基吡啶的质量百分含量是75％～92％。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中待提纯的4-氰基吡啶粗品是4-氰基吡啶和3-氰基吡啶的混合物，其中4-氰基吡啶的质量百分含量是80％～90％。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中待提纯的4-氰基吡啶粗品是4-氰基吡啶和3-氰基吡啶的混合物，其中4-氰基吡啶的质量百分含量是87.1％。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中4-氰基吡啶与混合溶剂的比为1g:1.0mL～2.8mL。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中4-氰基吡啶与混合溶剂的比为1g:1.5mL～2.5mL。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中4-氰基吡啶与混合溶剂的比为1g:2.0mL。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤一中混合溶剂中石油醚与正丁醇的体积比为(5～10):1。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤一中混合溶剂中石油醚与正丁醇的体积比为(7～8):1。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤一中冷却温度为0℃～10℃，冷却时间为1～6h。其它与具体实施方式一至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤一中冷却温度为2℃～8℃，冷却时间为2～5h。其它与具体实施方式一至九之一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤一中溶剂回收后，剩余物为4-氰基吡啶和3-氰基吡啶的混合物，其中4-氰基吡啶的质量百分含量为50％～65％。其它与具体实施方式一至十一之一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤一中溶剂回收后，剩余物为4-氰基吡啶和3-氰基吡啶的混合物，其中4-氰基吡啶的质量百分含量为55％～60％。其它与具体实施方式一至十一之一相同。

下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

本实施例利用化学重结晶和物理分离相结合提纯4-氰基吡啶的方法，按以下步骤进行：

步骤一、化学重结晶：将100g 4-氰基吡啶粗品溶于250mL石油醚与正丁醇的混合溶剂中，冷却至10℃后，有固体析出，保温1小时，将固体减压过滤，用上述混合溶剂洗涤干燥后，得到纯度是99.6％的4-氰基吡啶72.3g；再将液体部分减压回收溶剂，得剩余物，剩余物为含量是54.5％的4-氰基吡啶27.7g。

其中4-氰基吡啶粗品是4-氰基吡啶和3-氰基吡啶的混合物，其中4-氰基吡啶的含量是87.1％。石油醚与正丁醇的体积比为10:1。

步骤二：物理分离过程：将步骤一得到的27.7g含量为54.5％的4-氰基吡啶加热至60℃，再自然冷却至30℃，保温1小时，有固体析出，将固体滤出，得到纯度是82.4％的4-氰基吡啶15.2g。

步骤三：将步骤二得到的15.2g纯度是82.4％的4-氰基吡啶溶解于32mL石油醚与正丁醇的混合溶剂中，其中石油醚与正丁醇的体积比为10:1，冷却至10℃后，有固体析出，保温1小时，将固体减压过滤，用上述混合溶剂洗涤干燥后，得到纯度是99.2％的4-氰基吡啶11.6g。最后收集步骤一和步骤三得到的4-氰基吡啶，即为提纯后的4-氰基吡啶。

经过本方法100g 87.1％4-氰基吡啶的总提出量是83.9g，总提出率96.3％。

其中4-氰基吡啶待精制粗品的气相色谱图如图1所示，其中4-氰基吡啶的保留时间3.37min，含量87.1％，3-氰基吡啶的保留时间3.86min，含量12.9％。

步骤一提纯后的4-氰基吡啶的气相色谱图如图2所示；其中4-氰基吡啶的保留时间3.37min，含量99.58％，3-氰基吡啶的保留时间3.86min，含量0.42％。

步骤二中82.4％的4-氰基吡啶的气相色谱图如图3所示；其中4-氰基吡啶的保留时间3.37min，含量82.35％，3-氰基吡啶的保留时间3.86min，含量17.65％。

步骤三中提纯后的4-氰基吡啶的气相色谱图如图4所示；其中4-氰基吡啶的保留时间3.37min，含量99.19％，3-氰基吡啶的保留时间3.86min，含量0.81％。

本发明提纯后的4-氰基吡啶的红外光谱图如图5所示，KBr涂膜法，其中2242cm^-1是-CN伸缩振动峰；1593、1545、1497、1416cm^-1是吡啶环骨架振动峰；828cm^-1是氰基对位取代振动峰。

4-氰基吡啶的核磁共振氢谱图(300MH_Z，CDCl₃,单位ppm)如图6所示：8.83(d,2H,J＝6Hz)；7.75(d,2H,J＝6Hz)。

实施例2：本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同，只是混合溶剂的比例改为5:1。产品的总提出率为94.1％，气相色谱检测结果4-氰基吡啶的含量99.5％。

实施例3：本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同，只是混合溶剂的比例改为7:1。产品的总提出率为95.2％，气相色谱检测结果4-氰基吡啶的含量99.3％。

实施例4：本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同，只是步骤一和步骤三中冷却的温度改为0℃。产品的总提出率为95.4％，气相色谱检测结果4-氰基吡啶的含量99.3％。

实施例5：本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同，只是将4-氰基吡啶粗品的含量改为82％。产品的总提出率为93.5％，气相色谱检测结果4-氰基吡啶的含量99.5％。

实施例6：本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同，只是将4-氰基吡啶粗品的含量改为78％。产品的总提出率为92.2％，气相色谱检测结果4-氰基吡啶的含量99.4％。

实施例7：本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同，只是将4-氰基吡啶粗品的投料量量改为500g。产品的总提出率为96.8％，气相色谱检测结果4-氰基吡啶的含量99.6％。

实施例8：本实施例所有实验条件和处理方法与实施例1相同，只是将步骤二中冷却的温度改为40℃，步骤二中析出的固体含量为88。2％，此时产品的总提出率为92.0％，气相色谱检测结果4-氰基吡啶的含量99.4％。