专利名称：吡啶羟酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用作食品添加剂和药的原料的吡啶羧酸的制备方法。
直接氧化烷基吡啶生产吡啶羧酸的工业方法中，在催化剂的存在下，气相中催化氧化烷基吡啶为公知的方法，另一种公知的方法是在以硝酸作为氧化剂，液相氧化烷基吡啶。
气相催化氧化有许多问题，其吡啶羧酸的选择性，产量都低。用硝酸氧化也有不足，硝酸的使用量非常大，并出现不需要的副产物。
为了克服上述问题，有人提出在重金属催化剂的存在下，液相内空气氧化法。例如，日本特许公开9868/1959公开一种生产吡啶羧酸的方法，其中在钴，锰和溴的存在下，在低分子脂族羧酸为溶剂中氧化烷基吡啶。但是这种方法的缺点是转化低。
JP-A-55674/1974披露一种方法，其中使用大量的钴作为催化剂，目的是提高吡啶羧酸的产量。然而，在工业上很难采用如此之多的钴作为催化剂。
JP-B-17068/1975(US专利3,801,584)也提供一种方法，其中采用锆催化剂与钴，锰和溴联合使用，以改进烷基吡啶的转化以及吡啶羧酸的产量。在工业方法中，事先应再循环催化剂和反应母液。从工业方法的角度上看，用不同的组分来作催化剂有些不足。
JP-A-221741/1991公开一种方法，该方法中除了钴，锰和溴之外，加入Cl作为催化剂。这样，催化系统更加复杂，使用大量的高腐蚀性的Cl作为催化剂在工业上有许多不足。
在重金属催化剂的存在下，液相中通过空气氧化烷基吡啶生产吡啶羧酸的上述传统方法具有上述的问题，这些方法中，没有一种方法建成为工业上可接受的生产方法。
本发明人进行大量研究，成功地提供一种用液相氧化烷基吡啶生产吡啶羧酸的工业可利用的方法，其中烷基吡啶的转化度高，吡啶羧酸产量高。
但是，上述的吡啶羧酸生产法还是有一个问题，终产物的吡啶羧酸中含有溴的杂质。经液相空气氧化得到的粗的吡啶羧酸一般都含有非离子溴，其含量为几tens到数百个ppm。用于饲料和药品的吡啶羧酸，通常要除去上述的杂质。
但是，几乎无人知道吡啶羧酸的纯度。例如日本特许公开16737/1962公开一种按照升华的纯化方法。而升华纯化法并不能纯化其杂质含量少的吡啶羧酸。
本发明人经研究后成功地提出一种减低溴杂质的方法，在工业上能够纯化粗吡啶羧酸，这种吡啶羧酸是从液相氧化烷基吡啶得到的氧化反应混合物分离出来的。即在这种方法内，液相氧化烷基吡啶得到的氧化反应混合物中分离出的粗制吡啶羧酸，在属于元素周期表第VIII族的金属催化剂的存在下催化氢化之，从而减少含溴的杂质。
在上述的方法中，氧化后要求分离粗制的吡啶羧酸，并把所述之粗制的吡啶羧酸溶解在溶剂内以纯化之。因此上述的方法也有缺点，由于要在氧化后两次分离吡啶羧酸，方法复杂。
本发明人继续研究发现采用一种方法，能使氧化得到的吡啶羧酸内之杂质(包括溴)能大大降低，该方法为在元素周期表第VIII族的金属催化剂存在下，催化氢化氧化反应混合物，不必分离粗制的吡啶羧酸。上述方法不要求分离来自氧化反应混合物的粗制的吡啶羧酸，即用结晶沉淀一次即足以。上述方法足可用于工业中。
为了在工业上有效地实施上述方法，要求循环使用氧化反应混合物内的未反应的物质，并在分离吡啶羧酸后，形成溶于溶剂内的产物，氧化中间产物和昂贵的重金属催化剂。为了符合上述要求，要再循环使用以此分离出吡啶羧酸的反应混合物，以进行氧化反应。
本发明人的研究表示当已分离出形成的吡啶羧酸之反应混合物再循环氧化，即，不用任何处理，特别要求加入大量的溴组分，目的是达到与首次氧化反应的结果平衡。结果是，随着循环反应混合物的数量增加，反应混合物内的溴浓度也增加，它影响终产物吡啶羧酸的质量，特别是有机溴化物的浓度。
JP-A-233150/1995公开一种方法，其中液相内未反应的原材料和氧化中间产物与3-甲基吡啶的无溶剂自动氧化中的催化剂一道循环。例如，如果分离出烟酸的氧化反应混合物直接再循环，则要加入大量的催化剂，特别是，加入的溴组分的数量要平衡于首次反应的量。上述溴组分的累集产生不理想的作用，如要多次反复循环。
如上所述，要在常规的烷基吡啶氧化方法内循环使用含催化剂的反应混合物，要求加入大量的催化剂组分，催化剂的累加也有问题。按照本发明，它提供一种具有工业可用性的生产吡啶羧酸方法，它能克服上述的常规方法所有的缺点和不足。本发明的上述目的将在下述中特别明显。
本发明的目的在于提供一种液相空气氧化烷基吡啶生产吡啶羧酸的方法，其中烷基吡啶转化度高，吡啶羧酸产量大。
本发明的另一目的在于提供一种工业上具有优点的纯化由液相烷基吡啶的空气氧化反应而达到的，粗制吡啶羧酸的方法，以减低溴杂质。
本发明进一步之目的在于提供一种方法，该方法能再循环使用含有催化剂的氧化反应混合物，未反应的原料和氧化中间产物，并不具有催化剂和溴组分之积累作用，以达到能在液相内空气氧化烷基吡啶的有效的工业化生产。
根据本发明，它提供一种生产吡啶羧酸的方法，包括在由重金属盐和溴化合物形成的催化剂的存在下，用含氧气体在溶剂中氧化烷基吡啶，所述的溶剂是其水含量为2～15％重量的低分子脂族单羧酸。
根据本发明，它还提供一种生产吡啶羧酸的方法，在由重金属盐和溴化合物形成的催化剂的存在下，用含氧气体在溶剂中氧化烷基吡啶，得到一个氧化反应混合物，从该反应混合物中分离吡啶羧酸，该方法包括的步骤为在属于元素周期表的第VIII族的金属催化剂的存在下，催化氢化所述的氧化反应混合物或者分离出的吡啶羧酸。
根据本发明，上述方法还包括分离吡啶羧酸后，将氧化反应混合物循环到氧化烷基吡啶的步骤。
根据本发明，上述方法进一步在分离吡啶羧酸后催化、氢化、氧化反应混合物，再循环得到的氧化反应混合物至氧化烷基吡啶步骤。
本发明人的研究还涉及经过液相氧化烷基吡啶生产吡啶羧酸，并发现在有如钴或锰盐等重金属盐形成的催化剂的存在下，在氧化烷基吡啶时，在工业可用的催化剂浓度下，以低分子脂族单羧酸作为溶剂能高产地生产吡啶羧酸并且转化度也高。
根据本发明1，即提供一种生产吡啶羧酸的方法，包括在由重金属盐和溴化合物形成的催化剂的存在下，用含氧气体在溶剂中氧化烷基吡啶，所述的溶剂是其水含量为2～15％重量的低分子脂族单羧酸。
本发明中使用的烷基吡啶为含氮的杂环化合物，如吡啶或含氮的芳香杂环化合物，如喹啉，它含有至少一个烷基作为侧链。所述的烷基包括1～10个碳原子的烷基，如甲基，乙基，n-丙基，i-丙基，n-丁基，i-丁基，n-戊基，n-己基，n-庚基，i-庚基庚基，n-辛基，i-辛基，n-任基，i-任基，n-癸基，i-癸基。
特别是，优选为3-甲基吡啶和4-甲基吡啶为烟酸和异烟酸的原料。
采用钴盐和锰盐作为重金属来生产催化剂。钴盐包括醋酸钴，甲酸钴，环烷酸钴，溴化钴，乙酰乙酸钴和碳酸钴。按烷基吡啶计，钴原子的浓度为0.0 2～1.5％重量，优选为0.15～0.5％重量。锰盐包括乙酸锰，甲酸锰，环烷酸锰，溴化锰，乙酰乙酸锰，和碳酸锰。按烷基吡啶计，锰原子的浓度为0.02～1.5％重量，优选为0.1 5～0.5％重量。
作为催化剂的部分的溴化合物包括溴化钠，氢溴酸，溴，溴化钴，溴化锰，溴化铵，溴化四丙铵和溴乙酸。按烷基吡啶计，溴原子的浓度为0.02～3％重量，优选为0.1～1.5％重量。
用于本发明液相氧化的含氧气体包括纯氧气，和含氧和其他惰性气体，如空气的气体混合物。
液相的氧化反应温度为150～250摄氏度，优选为180～230摄氏度。
为了保持液相内的反应压力，它通常为10～30kg/cm2G。
作为任基的低分子脂族单羧酸包括具有2～7个碳原子的低分子脂族饱和单羧酸，如乙酸，丙酸，n-丁酸，n-戊酸，正-己酸和正-庚酸。
上述低分子脂族单羧酸的水含量为2～15％重量，优选为3～10％重量。具有作为溶剂的上述水含量的低分子脂族单羧酸的数量为烷基吡啶重量的3～15倍，优选为5～10倍。在这种情况下，当溶剂水含量少于2％重量时，以及溶剂水含量大于15％重量时，吡啶羧酸的产量和烷基吡啶转化度都低。当溶剂量少于烷基吡啶重量的3倍时，产量和转化度都低。
因此，仅仅当水含量2～15％重量的低分子脂族单羧酸的用量至少为烷基吡啶重量的3倍时，才能得到高产量和高转化度。
当溶剂量大于烷基吡啶量的15倍时，不会降低产量和转化度。但是，要得到的吡啶羧酸的数量相对于有限容积的反应器减少时，即生产效率(production efficency)降低。由于吡啶羧酸可部分溶于低分子羧酸溶剂，还有另外的问题，即反应后，蒸发大部分的溶剂后获得吡啶羧酸。
一般可知低分子脂族单羧酸可用作液相空气氧化反应的溶剂。例如，用乙酸为溶剂来进行烷基苯，如甲苯的液相氧化反应。而且也知到随着溶剂水含量的增加，氧化反应越受影响，当与无水溶剂相比溶剂含水时，产量就低或杂质量增加。相反，并不希望当烷基吡啶氧化时，含水的溶剂可比无水溶剂产量高。
不清楚的是什么引起上述的结果。如烟酸在乙酸和水的混合物内比仅在乙酸内或者水中具有较高的溶解性。基于这种溶解形状，可以想象与仅使用乙酸相比使用含水乙酸提供一种理想的吡啶羧酸的溶解环境。
另外，为了更加有效地生产上述作用的溶剂，要增加溶剂与烷基吡啶的比。例如，当溶剂量是烷基吡啶量的6倍时产量会大大地得以改善，并超过溶剂量是烷基吡啶量的3倍时的产量。
使用含水的乙酸不仅有效地改善吡啶羧酸的产量，而且工业上可以使用。即一般地讲，用于氧化反应的乙酸被分馏和在循环，并要求从氧化反应过程中形成的水中分离出乙酸。含水乙酸的水含量比无水乙酸的水含量相比更容易被调解到适当的水含量，因此工业上可有效地使用含水乙酸作为溶剂。
根据本发明2，提供一种生产吡啶羧酸的方法，它经过用含氧气体，在溶剂中，在由重金属盐和溴化合物形成的催化剂存在下，氧化烷基吡啶，得到一种氧化反应混合物，从反应混合物中分离吡啶羧酸，该方法包括在属于元素周期表第III族的金属催化剂存在下，催化氢化氧化反应混合物或者分离出的吡啶羧酸。
即，本发明2一方面涉及吡啶羧酸的生产方法，其中经液相内氧化烷基吡啶得到的粗制吡啶羧酸，在属于元素周期表第III族的金属催化剂存在下，优选在100～250摄氏度催化氢化之。
上述的方法能够在某种成度上减少溴杂质，以至于可以忽略不计溴杂质的影响，同时，上述方法能提供一种作为终产物的改进的吡啶羧酸。
用于本发明作为催化剂的属于元素周期表第VIII族的金属包括选自钴，镍，钌，铑，钯，锇，铱，铂组成的一种金属以及这些金属的任何一种氧化物。钯特别优选。
上述任何一种金属或金属氧化物可以直接用作催化剂，而通常优选作为附着在载体上的催化剂。所述的载体选自于活性炭，氧化硅，氧化铝和氧化硅-氧化铝，优选为活性炭。
用于上述催化氢化反应的溶剂选自水，乙酸或乙酸和水的混合物。溶剂用量为粗制吡啶羧酸重量的2～20倍，优选为3～10倍虽然催化氢化反应的反应温度取决于催化活性，但通常为100～250摄氏度，优选为120～180摄氏度。反应压力范围是溶剂能够保留在液相内即可。通常，以氢气压力为反应压力是1～80kg/cm2G，优选为5～20kg/cm2G。反应温度太低，就越不足以减少溴杂质。反应温度太高，将反应体系置于下，要求的容器会增加额外的费用，费用变的困难。
用任何一种间歇反应或连续反应都可进行催化加氢反应。
已知芳香族羧酸催化加氢反应的纯化作用。例如降低4-羟基苯甲基(4-CBA)，对苯二酸内的杂质，改善颜色等作用多为人知。然而，无人知道使用对吡啶羧酸的催化氢化反应。
进而，在纯化苯二酸中，主要降低4-CBA杂质，而吡啶羧酸纯化的同时，降低有机溴化合物这种杂质。
吡啶羧酸具有基本吡啶环的分子，不难期望吡啶羧酸显示与具有含非极性苯环的对苯二酸相同的性能，特别是在涉及协调过渡金属元素，如氢化反应于属于元素周期表第VIII族的金属之见的反应中更是如此。
本发明2的另一方面为，它涉及已知生产吡啶羧酸的方法，它经过用含氧气体，在溶剂中，在由重金属盐和溴化合物形成的催化剂存在下，氧化烷基吡啶，得到一种氧化反应混合物，从反应混合物中分离吡啶羧酸，该方法包括在属于元素周期表第VIII族的金属催化剂存在下，催化氢化不分离出吡啶羧酸的氧化反应混合物。
虽然催化氢化反应的反应温度取决于催化活性，但通常为100～250摄氏度，优选为120～180摄氏度。反应压力范围是溶剂能够保留在液相内即可。通常，以氢气压力为反应压力是1～80kg/cm2G，优选为5～20kg/cm2G。反应温度太低，就越不足以减少溴杂质。反应温度太高，将反应体系置于下，要求的容器会增加额外的费用，费用变的困难。催化氢化作用再激活氧化反应化合物中的催化剂，同时，催化氢化经过对反应混合物中的有机溴化合物氢化，对吡啶羧酸有纯化作用。因此，如果在分离粗制吡啶羧酸之前催化氢化氧化反应混合物，可以得到一相当纯的吡啶羧酸。
进而，本发明的另一方面在于提供在氧化烷基吡啶步骤时，用催化氢化氧化反应混合物的方法。
在分离经冷却反应混合物沉淀出的吡啶羧酸之前或之后，在属于元素周期表第VIII族的金属催化剂存在下，催化氢化氧化得到的反应混合物。也可以在浓缩反应混合物后催化氢化之。
催化氢化反应不仅激活氧化反应混合物内的催化剂，也对吡啶羧酸的纯化起作用。所以，在分离制成的吡啶羧酸之前可以有效地进行上述氧化反应混合物的催化氢化反应。
已知当阴离子溴，如氢溴酸或溴化钠被用作液相氧化反应时的溴源时，在重金属和溴为催化剂存在下，作为的催化剂一部分溴在氧化反应中形成一有机化合物，当把乙酸用作溶剂时，生成1-溴乙酸和其他化合物。
上述的有机溴化合物作为催化剂，在液相氧化烷基吡啶中，其活性低。特别是，再循环含有大量的有机溴化合物的反应化合物时，有机溴化合物显示几乎无活性。
相反，按照本发明这方法催化氢化氧化反应混合物，再循环反应混合物时，有机溴化合物大量还原成离子溴，显示出足够的催化剂活性。
另外，用催化氢化也能对溴化吡啶羧酸等等进行脱溴，形成离子溴。其他抑制氧化反应的杂质经催化氢化作用而减少。经过，可以循环属于反应混合物而不比加入大量的溴化合物。
本发明1提供抑制生产吡啶羧酸的方法，其中，液相烷基吡啶氧化成吡啶羧酸的烷基吡啶转化率高，因此吡啶羧酸的产率也高。
在本发明方法1中，在相对低浓度的催化剂之简单催化剂体系的存在下，进行这种反应，容易循环使用催化剂。由于催化剂含水，在工业上循环使用催化剂具有明显的优点。
本发明2提供生产吡啶羧酸的方法，其中溴杂质含量明显降低，同时，作为产物的吡啶羧酸其颜色得以改善，它是通过在液相中催化氢化经烷基吡啶氧化得到的粗制的吡啶羧酸得到的。
本发明2的方法中，在属于元素周期表第VIII族的金属催化剂存在下，对液相氧化烷基吡啶得到的氧化反混合物进行催化氢化，当催化氢化从氧化反应混合物中分离出的粗制的吡啶羧酸时，溴化合物减少。
在本发明2的方法中，可以省略分离粗制吡啶羧酸的步骤，从而可以避免用于纯化的溶解于溶解内的吡啶羧酸的损失，而且反应步骤简单。由于避免了上述的问题，提高了终产物吡啶羧酸的产率。
在本发明2的方法中，可以将含催化剂的氧化反应混合物循环到把烷基吡啶液相氧化成吡啶羧酸的步骤，而不比改变催化剂的条件或者加入大量的溴组分作为催化剂。结果，反应混合物可被再循环，在溶解内不会出现催化剂溴组分的积累，而这种积累在常规方法中是常见的，而且工业上可以非常大量地生产吡啶羧酸。
本发明1和本发明2中，同样经过工业方法高产率地生产大量地吡啶羧酸。本发明方法工业上容易实施，具有重要的工业化意义。
实施例以下将结合实施例非限定性地详细描述本发明。
按以下方法测定由实施例得到的烟酸的溴含量以及颜色。
母液中得到的溴化物离子黏附到烟酸结晶上。从乙酸中再结晶出由氧化反应得到的粗制烟酸，该乙酸的水含量为5％，而且是粗制烟酸重量的4倍，然后分析烟酸。
用荧光X线分析法检测烟酸内的溴。溶解的b值表示在10重量份的1N氢氧化钠水溶液内溶解1重量份的烟酸，并用色差仪用穿透光在10mm测定管内测定该溶液，而得到的亨特平衡b值(HUNTER SCALE B VALUE)并显示烟酸的颜色。实施例一选一压热器，它具有一搅拌器，气体导入管和一生成出的蒸汽的回流器，装入50重量份的3-甲基吡啶，0.76重量份的乙酸钴，0.54重量份的乙酸锰，2重量份的四丙基溴铵和150重量份的含5％重量份水的作为溶剂的乙酸，然后在210摄氏度下连续搅拌混合物，压力为25kg/cm2G，供气率为60升(NORMALLITER)/小时。使混合物反应约3小时，直至发现无氧气吸收，然后将该反应物冷却至0摄氏度。过滤回收沉淀的烟酸结晶，用乙酸洗涤并干燥，得43.4重量份的粗制烟酸。用气相色谱分析母液，可见它含6.5重量份的原材料3-甲基吡啶和9.5重量份的烟酸。3-甲基吡啶的转化率为87.0mol％，烟酸的选择率为92.1mol％，烟酸的产率为80.1％。粗制烟酸的溴浓度为470ppm，显示溶解b值为5.10。
比较例一重复实施例一的步骤，不同的只是用150重量份的无水乙酸代替含水量为5wt％的乙酸，从而得到42.6重量份的烟酸结晶。滤液含13.4重量份的3-甲基吡啶和7.4重量份的烟酸。3-甲基吡啶的转化率为73.3mol％，而烟酸的产率为72.1mol％。与采用含水溶剂的实施例一相比，比较例一的产率和转化率都低。
实施例二使用与实施例一中使用的相同的压热器，装入25重量份的3-甲基吡啶，0.38重量份的乙酸钴，0.27重量份的乙酸锰，1重量份的四丙基溴铵，150重量份的含水量为5wt％的乙酸，然后使该混合物以实施例一相同的方式反应，得21.7重量份的粗制烟酸结晶。3-甲基吡啶转化率为93.7mol％，对烟酸的选择率为99.0mol％，烟酸的产率为92.8mol％。由于在实施例2中使用了大量的溶剂，实施例2比实施例1的转化率和产率提高。粗制烟酸的溴浓度为608ppm，表示溶解b值为5.44。
比较例二重复实施例二的步骤，不同的只是用150重量份的无水乙酸代替含水量为5wt％的乙酸，从而得到21.2重量份的烟酸结晶。滤液含0.75重量份的3-甲基吡啶和7.2重量份的烟酸。3-甲基吡啶的转化率为97.0mol％，对烟酸的选择率为87.7mol％，而烟酸的产率为85.9mol％。与采用含水溶剂的实施例二相比，比较例二的的产率和转化率都低。
比较例三重复实施例二的步骤，不同的只是用150重量份的含水量为20wt％乙酸代替含水量为5wt％的乙酸，从而得到9.3重量份的烟酸结晶。滤液含9.5重量份的3-甲基吡啶和9.5重量份的烟酸。3-甲基吡啶的转化率为60.8mol％，对烟酸的选择率为93.8mol％，而烟酸的产率为57.0mol％。由于溶解含大量的水，其产率和转化率都非常之低。
实施例三选一压热器，它具有一搅拌器，气体导入管和一生成出的蒸汽的回流器，装入20重量份的由实施例一得到的粗制烟酸(溴浓度为470ppm，溶解b值5.10)，1重量份的由1％重量份钯附载在活性炭上制成的催化剂。将氢气导入并在压力为6kg/cm2G密封，然后在130摄氏度下连续搅拌混合物。反应后，高温过滤反应混合物去除催化剂(活性炭承载钯)，然后将滤液冷却至室温。过滤回收沉淀的烟酸结晶，用水洗涤并干燥，得9.4重量份的纯烟酸。得到的烟酸含有5ppm的溴，可见其溶解b值为1.19。
实施例四使用与实施例30中使用的相同的压热器，装入实施例2中得到的20重量份的粗制烟酸(溴浓度为608ppm，溶解b值5.44)，0.5重量份由1％重量份钯附载在活性炭上制成的的催化剂以及100重量份的水作为溶剂。以实施例3相同的方式纯化粗制的烟酸，得11.2重量份的纯化的烟酸。分析如此得到的烟酸，可见其溴浓度为31ppm，溶解b值为2.03。
实施例五重复实施例4，不同的只是用100重量份的含水量20％乙酸代替溶剂(水)，得9.7重量份的纯乙酸。烟酸的溴含量为14ppm，溶解b值为1.55。
参考例一选一压热器，它具有一搅拌器，气体导入管和一生成出的蒸汽的回流器，装入40重量份的3-甲基吡啶，0.61重量份的乙酸钴，0.43重量份的乙酸锰，0.52重量份的氢溴酸水溶液和240重量份的含5％重量份水的乙酸，(钴，锰和溴的浓度按溶剂重量计为600ppm，400ppm和1,000ppm)。然后在210摄氏度下使混合物反应，压力为25kg/cm2G，供气率为60升(NORMAL LITER)/小时并伴有搅拌。使混合物反应约2.5小时，直至发现无氧气吸收，得296重量份的氧化反应混合物。该反应混合物经分析为3-甲基吡啶转化率为92.2％且烟酸产率为78.8mol％。
实施例六选一压热器，它具有一搅拌器，气体导入管和一生成出的蒸汽的回流器，装入145重量份的从参考例1得到的氧化反应混合物，1重量份由1％重量份钯附载在活性炭上制成的的催化剂，将氢气导入并在压力为6kg/cm2G密封，然后在130摄氏度下连续搅拌混合物。
经过滤从得到的反应混合物中分离出Pd-C催化剂，分馏出部分溶剂，制得80重量份的反应混合物。将反应混合物冷却到室温，过滤和用10重量份的水洗涤两次，用水来代替粘稠的溶剂，分离出沉淀的烟酸结晶。干燥结晶得16.8重量份的烟酸。用荧光X线分析结晶，其溴含量为17ppm。
比较例四将135重量份的由参考例一得到的氧化反应混合物冷却至室温，用10重量份的水洗涤沉淀的烟酸结晶两次，用水代替了粘稠溶剂。将得到的结晶干燥得13.9重量份的烟酸。荧光X线分析结晶，其溴含量为460ppm。
比较例五将比较例四得到的10重量份的烟酸加入到50重量份的含有5％重量份的乙酸内。得到的混合物连同1重量份由1％重量份钯附载在活性炭上制成的的催化剂再装入一压热器，它具有一搅拌器，气体导入管和一生成出的蒸汽的回流器，将氢气导入并在压力为6kg/cm2G密封，然后在130摄氏度下连续搅拌混合物2小时。
经过滤从得到的反应混合物中分离出Pd-C催化剂。剩余的反应混合物冷却至室温，过滤和用10重量份的水洗涤两次，用水来代替粘稠的溶剂来分离沉淀出的烟酸，干燥结晶得7.8重量份的烟酸。用荧光X线分析结晶，其溴含量为23ppm。
比较例六将参考例一得到的氧化反应混合物冷却至室温得粗制烟酸结晶。把20重量份的粗制烟酸结晶连同0.5重量份的由1％重量份钯附载在活性炭上制成的的催化剂和水加入一个压热器内，该压热器具有一搅拌器，气体导入管和一生成出的蒸汽的回流器，将氢气导入并在压力为6kg/cm2G密封，然后在130摄氏度下连续搅拌混合物2小时。
经过滤从得到的反应混合物中分离出Pd-C催化剂。剩余的反应混合物冷却至室温，过滤和用10重量份的水洗涤两次，用水来代替粘稠的溶剂来分离沉淀出的烟酸，干燥结晶得11.2重量份的烟酸。用荧光X线分析结晶，其溴含量为31ppm。
当结晶和洗涤烟酸时，不必特别纯化氧化反应混合物，结晶含有大量的溴，如比较例四中示出的高达460ppm。相反，当在氢化处理氧化反应混合物之后，结晶内的溴浓度小，如实施例6所述的17ppm。
在比较例5和6中结晶烟酸并首先从反应混合物内分离它，然后再溶解和氢化之，结晶内的溴浓度分别为23ppm和31ppm，这与实施例6几乎无差别。
参考例二选一压热器，它具有一搅拌器，气体导入管和一生成出的蒸汽的回流器，装入40重量份的3-甲基吡啶，0.61重量份的乙酸钴，0.43重量份的乙酸锰，0.52重量份的氢溴酸水溶液和240重量份的含5％重量份水的乙酸，(钴，锰和溴的浓度按溶剂重量计分别为600ppm，400ppm和1,000ppm)。然后在210摄氏度下使混合物反应，压力为25kg/cm2G，供气率为60升(N0RMAL LITER)/小时并伴有搅拌。使混合物反应约2.5小时，直至发现无氧气吸收，得296重量份的氧化反应混合物。该反应混合物经分析为3-甲基吡啶转化率为92.2％且烟酸产率为78.8mol％。
把290重量份的上述的氧化反应混合物连同1重量份的由1％重量份钯附载在活性炭上制成的的催化剂装入一个压热器内，该压热器具有一搅拌器，气体导入管和一生成出的蒸汽的回流器，将氢气导入并在压力为6kg/cm2G密封，然后在130摄氏度下连续搅拌混合物2小时。
经过滤从得到的反应混合物中分离出Pd-C催化剂。把部分溶剂蒸馏掉制得160重量份的反应混合物。将反应混合物冷却至室温，过滤分离沉淀出的烟酸结晶，干燥后得36.9重量份的烟酸和105.9重量份的滤液。该滤液含有4.4重量份的烟酸，1.8重量份的3-甲基吡啶，0.11重量份的钴，0.11重量份的锰以及0.24重量份的溴化物离子。
实施例七把77.7重量份的含5％重量份水的乙酸，19.2重量份的3-甲基吡啶，0.1重量份的醋酸钴和0.04重量份的47％的氢溴酸水溶液加入45重量份的滤液内，该滤液是由参考例2的乙酸分离后得到的。这样，含催化剂的滤液的再循环比率约83％，将催化剂加入其中，加入量为所有催化剂的量要等于参考例2的催化剂的量(钴，锰和溴的浓度按溶剂重量计分别为600ppm，400ppm和1,000ppm)。
得到的反应混合物以参考例2相同的方式进行氧化，分析得到的氧化混合物可见3-甲基吡啶的转化率为82.9％，乙酸的产率是70.4mol％。
实施例八把77.7重量份的含5％重量份水的乙酸，19.2重量份的3-甲基吡啶，0.1重量份的醋酸钴和0.26重量份的45％的氢溴酸水溶液加入45重量份的滤液内，该滤液是由参考例2的乙酸分离后得到的。这样，含催化剂的滤液的再循环比率约83％，将催化剂加入其中，加入量为所有催化剂的量要等于参考例2的催化剂的量(钴，锰和溴的浓度按溶剂重量计分别为600ppm，400ppm和1,800ppm)。
得到的反应混合物以参考例2相同的方式进行氧化，分析得到的氧化混合物可见3-甲基吡啶的转化率为88.4％，乙酸的产率是83.2mol％。
比较例七选一压热器，它具有一搅拌器，气体导入管和一生成出的蒸汽的回流器，装入25重量份的3-甲基吡啶，0.38重量份的乙酸钴，0.27重量份的乙酸锰，0.32重量份的47％氢溴酸水溶液和150重量份的含5％重量份水的乙酸为溶剂，(钴，锰和溴的浓度按溶剂重量计分别为600ppm，400ppm和1,000ppm)。然后在210摄氏度下使混合物反应，压力为25kg/cm2G，供气率为60升(NORMAL LITER)/小时并伴有搅拌。使混合物反应约2.5小时，直至发现无氧气吸收，得181.2重量份的氧化反应混合物。该反应混合物经分析为3-甲基吡啶转化率为92.6％且烟酸产率为86.2mol％。
把由上述步骤得到的反应混合物冷却至室温，用过滤分离沉淀出烟酸结晶，干燥得19.6重量份的烟酸156.6重量份的滤液。该滤液含8.9重量份的烟酸，1.8重量份的3-甲基吡啶。
把23.2重量份的3-甲基吡啶加入分离烟酸后得到的上述的155重量份的滤液内，以首次反应相同的条件氧化该反应混合物。即含催化剂的滤液之再循环比率为100％，而再循环的滤液具有与首次氧化反应中使用的混合物相同的催化剂浓度。
分析得到的反应混合物，其3-甲基吡啶的转化率为65.6％，而烟酸的产率是47.5mol％。
比较例八选一压热器，它具有一搅拌器，气体导入管和一生成出的蒸汽的回流器，装入25重量份的3-甲基吡啶，0.38重量份的乙酸钴，0.27重量份的乙酸锰，0.32重量份的47％氢溴酸水溶液和150重量份的含5％重量份水的乙酸为溶剂，(钴，锰和溴的浓度按溶剂重量计分别为600ppm，400ppm和1,000ppm)。然后在210摄氏度下使混合物反应，压力为25kg/cm2G，供气率为6 0升(N0RRMAL LITER)/小时并伴有搅拌。使混合物反应约2.5小时，直至发现无氧气吸收，得181.9重量份的氧化反应混合物。该反应混合物经分析为3-甲基吡啶转化率为92.7％且烟酸产率为87.4mol％。
把由上述步骤得到的反应混合物冷却至室温，用过滤分离沉淀出烟酸结晶，干燥得19.1重量份的烟酸，162.8重量份的滤液。该滤液含9.4重量份的烟酸，1.8重量份的3-甲基吡啶。
把23.3重量份的3-甲基吡啶和0.32重量份的47％氢溴酸水溶液加入分离烟酸后得到的上述的163重量份的滤液内，该滤液是分离烟酸后得到的，以首次反应相同的条件氧化该反应混合物。即含催化剂的滤液之再循环比率为100％，催化剂的浓度如下按溶剂计，钴浓度是600ppm，锰浓度是400ppm，溴浓度为2,000ppm。这就是说，仅仅溴的浓度就高达首次氧化反应的两倍。
分析得到的反应混合物，其3-甲基吡啶的转化率为83.5％，而烟酸的产率是59.3mol％。
如比较例七所示，当再循环含有催化剂的滤液时，无催化氢化，以在如首次反应的相同条件进行氧化，烟酸的产率大大降低，烟酸产率和3-甲基吡啶的转化率与首次反应堆转化率相比并不大大降低。
进而，如比较例八和实施例八所示，当把催化剂溴加入再循环的滤液中时，烟酸的产率和3-甲基吡啶的转化率得以改善。而实施例八内的结果(烟酸的转化率和产率)，其中进行催化氢化非常理想，这是对比较例八相对而言的，其中催化氢化没有进行。即，比较例八的溴加入量为1,000ppm，而实施例八的溴加入量为800ppm。在实施例八中加入少量的溴，再循环滤液后的反应由于催化氢化的作用结果较佳。
上述的结果可见作为催化剂的溴是由滤液的催化氢化反应激活的，因此再循环滤液后进行氧化反应不需要加入大量的溴。
权利要求
1.一种生产吡啶羧酸的方法，包括在由重金属盐和溴化合物形成的催化剂的存在下，用含氧气体在溶剂中氧化烷基吡啶，所述的溶剂是其水含量为2～15％重量的低分子脂族单羧酸。
2.如权利要求1所述的方法，其中烷基吡啶是具有至少1个1～10个碳原子的烷基侧链。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述的重金属盐至少选自钴盐和锰盐。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述的钴盐其加入量按烷基吡啶计为0.02～1.5％重量。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述的锰盐其加入量按烷基吡啶计为0.02～1.5％重量。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述的溴化合物至少选自溴化钠，氢溴酸，溴，溴化钴，溴化锰，溴化铵，溴化四丙铵，溴乙酸。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述的低级脂族单羧酸是具有2～7个碳原子的低级饱和脂族单羧酸。
8.如权利要求1所述的方法，其中含水量为2～15％重量的低级脂族单羧酸的加入量为烷基吡啶重量的3～15倍。
9.一种生产吡啶羧酸的方法，在由重金属盐和溴化合物形成的催化剂的存在下，用含氧气体在溶剂中氧化烷基吡啶，得到一个氧化反应混合物，从该反应混合物中分离吡啶羧酸，该方法包括的步骤为在属于元素周期表第VIII族的金属催化剂的存在下，催化氢化所述的氧化反应混合物或者分离出的吡啶羧酸。
10.如权利要求9所述的方法，其中在温度为100～250摄氏度下催化氢化所述的分离出的吡啶羧酸。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述的属于元素周期表第VIII族的金属至少选自由钴，镍，钌，铑，钯，锇，铱，铂组成的一种金属以及这些金属的任何一种氧化物。钯特别优选。
12.如权利要求9所述的方法，其中在含有水，乙酸或水和乙酸的混合物的溶剂的存在下，催化氢化所述的分离出的吡啶羧酸。
13.如权利要求12所述的方法，其中加入的所述溶剂的量为吡啶羧酸重量的2～20倍。
14.如权利要求9所述的方法，其中在温度为100～250摄氏度下催化氢化所述的氧化反应混合物。
15.如权利要求9所述的方法，其中在吡啶羧酸分离后将所述催化氢化的氧化反应混合物再循环至氧化烷基吡啶的步骤。
16.如权利要求9所述的方法，其中在分离吡啶羧酸后，催化氢化所述的氧化反应混合物，然后再将其分离，再循环至氧化烷基吡啶的步骤。
全文摘要
一种生产吡啶羧酸的方法，它经过液相下空气氧化烷基羧酸，烷基吡啶的转化率高，吡啶羧酸的产率高，产物中杂质含量低，无催化剂和溴组分的积聚的副作用，该方法包括在由重金属盐和溴化合物形成的催化剂的存在下，用含氧气体在溶剂中氧化烷基吡啶，所述溶剂是水含量为2～15％重量的低分子脂族单羧酸。或者该方法包括在属于元素周期表第VIII族的金属催化剂的存在下，催化氢化所述的氧化反应混合物或者分离出的吡啶羧酸。
文档编号C07D213/80GK1140166SQ96105129
公开日1997年1月15日 申请日期1996年5月20日 优先权日1995年5月19日
发明者桥本俊博, 中村健一, 高川实 申请人:三菱瓦斯化学株式会社