一种利用2-OP精馏残渣制备吡啶-2-甲酸铬的方法与流程

本发明所涉及的一种利用2-op精馏残渣制备吡啶-2-甲酸铬的方法，是有机合成领域精细有机化学品制备方面的一种新型的化工副产品资源化高效利用的方法。

背景技术：

2-op，化学名为2-氰基吡啶、吡啶-2-甲腈、2-吡啶甲腈，cas号为100-70-9，是一种熔点为24～27℃的白色至浅褐色针状结晶性固体。2-op作为一种重要的精细有机合成中间体在多种医药、农药和染料等精细有机化学品的制备中有广泛应用。以2-op为原料合成得到的这些典型精细有机化学品多能表现出众多突出的性能：如以2-op为原料合成的新型除草剂毒莠定具有用量少、选择性高、毒性低、在土壤和植物体中的残留量小且残留期短的特点，可用于小麦、玉米、高粱等农田中大多数双子叶杂草和灌木的防治；以2-op为原料可以制备新一代新型口服抗凝剂贝曲西班的重要中间体2-氨基-5-氯吡啶。

2-op的合成方法主要有以下几种：(1)2-甲基吡啶催化氨氧化法，即以氨气和氧气混合物为氧化剂，在高温及催化剂存在下使2-甲基吡啶直接催化氧化为2-op；(2)氰基取代法，即通过2-卤代吡啶与丙酮氰醇、无机碱金属氰化物等在一定条件下反应，实现氰基对卤原子的取代而使2-卤代吡啶转化为2-op；(3)吡啶-2-甲醛肟法，即以吡啶-2-甲醛肟为原料，通过脱水剂存在下的直接脱水或高温加热脱水得到2-op；(4)2-氨基吡啶法，即通过重氮化反应使2-氨基吡啶转化为吡啶重氮盐，再通过重氮盐与氰化亚铜进行sandmeyer反应得到2-op。在这些方法中，2-甲基吡啶催化氨氧化法由于原料来源充分、不涉及高毒的氰化物、制备工艺安全性高、产品制备成本相对较低而在实际生产中得到广泛应用。

在高温及催化剂存在下由2-甲基吡啶催化氨氧化法制备2-op过程中，其转化过程存在两种可能性，一是2-甲基吡啶在催化剂催化氧化下转化为吡啶-2-甲醛，然后吡啶-2-甲醛与氨作用转化为吡啶-2-甲亚胺，最后再经氧化脱氢生成2-op；二是2-甲基吡啶在催化剂催化氧化下转化为吡啶-2-甲醛后，再继续氧化生成吡啶-2-甲酸，然后吡啶-2-甲酸在高温下与氨反应转化为吡啶-2-甲酰胺，最后吡啶-2-甲酰胺再在高温下脱水生成2-op。实际以2-甲基吡啶为原料，通过催化氨氧化法制备2-op工艺中，一般都需对得到的氧化液进行精馏以得到高质量的2-op，而在这一精馏过程中都会有较大量的精馏残渣生成，其量约为2-op产量的10％～15％。对于这些精馏过程中生成的残渣，现有的处理方法都是作为危险固废而通过高温焚烧无害化后再进行填埋或矿化处理，而这种处理方法不但需要消耗大量的能源，且往往并不能真正实现精馏残渣的无害化。同时，根据对2-甲基吡啶催化氨氧化法制备2-op过程的分析，在这种精馏残渣中可能存在吡啶-2-甲酰胺、吡啶-2-甲醛等精细化学品，因此通过直接高温焚烧的方法处理这种精馏残渣也使资源未能得到有效利用。

吡啶-2-甲酸铬，又名吡啶-2-羧酸铬、2-吡啶羧酸铬、吡啶甲酸铬(iii)、2-甲酸吡啶铬(iii)，英文名为chromium(iii)picolinate、tris(picolinate)chromium(iii)、pyridine-2-carboxylicacidchromium(iii)salt、picolinicacidchromium(iii)salt、chromium(iii)pyridine-2-carboxylate，cas号为14639-25-9，是一种紫罗兰色至紫红色结晶粉末。吡啶-2-甲酸铬可顺利通过细胞膜直接作用于组织细胞，能增强胰岛素活性，改善人体糖代谢。

吡啶-2-甲酸铬常温下化学性质稳定，微溶于水，不溶于乙醇，整个分子结构呈电中性，且具有疏水特性，可以以完整的结构进行跨膜吸收。吡啶-2-甲酸铬的类gtf结构决定了自身较好的吸收率，并能更有效地发挥自身的生物学功能。吡啶-2-甲酸铬是一种加强肌肉和促进减肥的增补剂，能提高骨骼肌细胞中与新陈代谢途径相关的活性amp蛋白激酶(ampk)的量，从而改进能量平衡和胰岛素功能。作为饲料添加剂，吡啶-2-甲酸铬能提高动物瘦肉比例、降低脂肪含量和改善胴体品质，同时还能提高动物抗应激能力和机体免疫力，从而提高动物产品的产量。2005年8月，美国食品与药物管理局(fda)批准了吡啶-2-甲酸铬的生产，并确认吡啶-2-甲酸铬可以安全用于人类抗胰岛素和ii型糖尿病治疗。

吡啶-2-甲酸铬的制备方法有多种，其中主要的有：(1)通过吡啶-2-甲酸在乙醇中先与氢氧化钾作用生成吡啶-2-甲酸钾后，再与溶于乙醇的三氯化铬反应制备得到吡啶-2-甲酸铬；(2)吡啶-2-甲酸在水中先与氢氧化钠反应生成吡啶-2-甲酸钠后，再与硝酸铬反应得到吡啶-2-甲酸铬；(3)通过铬酐在硫酸存在下使2-甲基吡啶氧化为吡啶-2-甲酸后，再经乙醇还原除铬酐、碱化除三价铬和酸性条件下络合制备得到主要是通过氧化方法使2-甲基吡啶结构中的甲基转化为羧酸而制备得到吡啶-2-甲酸铬；(4)通过高锰酸钾使2-甲基吡啶氧化成吡啶-2-甲酸后，再经过滤分离除去mno2和络合过程得到吡啶-2-甲酸铬。

本发明涉及的利用2-op精馏残渣为原料制备吡啶-2-甲酸铬的方法，属于化工危险固体废弃物资源化高值利用和减量化领域的一种清洁生产技术方法。

在一种利用2-op精馏残渣制备吡啶-2-甲酸铬的方法的研究开发过程中，接触了很多有关吡啶-2-甲腈和吡啶-2-甲酸及吡啶-2-甲酸铬制备、应用与分析方面的技术资料，其中具有一定参考价值的主要包括：《transitionmetal-freesynthesisofprimaryamidesfromaldehydesandhydroxylaminehydrochloride》(tetrahedronletters，2014，vol.55，no.20)，《吡啶甲酸的制备研究进展》(化学研究与应用，2003，vol.15，no.2)，《3，6-二氯吡啶甲酸合成方法进展》(化工学报，2011，vol.62，no.9)，《3，6-二氯吡啶甲酸电化学合成及其工业化生产》(化工学报，2010，vol.61，no.3)，《室温固相法合成2-吡啶甲酸钴、镍配合物》(精细化工，2013，vol.30，no.3)，《吡啶甲酸的合成及其用途》(应用化工，2010，vol.39，no.10)，《v-ti-o-mo催化剂气-固相催化氨氧化合成2-氰基吡啶的研究》(高校化学工程学报，2016，vol.30，no.4)，《一种合成2-吡啶甲酸的新方法》(湖北化工，2001，，no.2)，《高锰酸钾氧化法合成2-甲酸吡啶》(化学研究，2010，vol.21，no.1)，《.重铬酸钾氧化法合成2-吡啶甲酸的研究》(分子科学学报，2007，vol.23，no.2)，《2-吡啶甲酸铬的工艺改进》(河北工业科技，2015，vol.32，no.6)，《吡啶-2-甲酸铬的改进合成法》(饲料工为，2001，vol.22，no.5)，《吡啶羧酸铬配合物的合成及其生物活性》(化学试剂，2001，vol.23，no.6)，《铬酐氧化连续生产吡啶甲酸铬新工艺》(化学工程师，2005，no.9)，《ammoniaoxidationcatalyticsynthesisof2-cyanopyrazine》(journalofchemistryandchemicalengineering，2005，vol.19，no.6)，《ammoxidationof2-picolinecatalyzedbymodifiedv2o5/tio2》(monatsheftefürchemie-chemicalmonthly，2014，vol.145，no.8)，《连续法合成2-吡啶甲酸铬的工艺研究》(化学工程师，2004，no.1)，《thepreparationofisonicotinicandpicolinicacids》(journalofamericanchemistrysociety，1952，vol.74，no.21)，《studiesontheconditionsofsynthesisofpicolinicacidbyheterogeneouscatalyticoxidationof2-picoline》(.catalysisletters，1998，vol.54，no.1)，《饲料添加剂吡啶甲酸铬》(中华人民共和国农业行业标准，ny/t916-2004)。

技术实现要素：

一种利用2-op精馏残渣制备吡啶-2-甲酸的方法的发明，主要是为了解决通过催化氨氧化法制备吡啶-2-甲腈生产工艺中对氧化产物进行精馏以得到符合质量要求的吡啶-2-甲腈产品时产生的精馏残渣高值化利用，以实现2-op精馏残渣减量化和无害化的问题，并期望通过一种利用2-op精馏残渣制备吡啶-2-甲酸的方法的发明，推动吡啶-2-甲腈的清洁生产和生产工艺的绿色化，促进资源的高效利用。

通过磷酸化沸石和/或磷酸化硅胶对2-op精馏残渣中高沸物的催化裂解作用，使高沸物解聚并转化为沸点相对较低的吡啶-2-甲酰胺，并利用吡啶-2-甲酰胺与未裂解高沸物的沸点差异，通过减压蒸馏方法实现吡啶-2-甲酰胺与2-op精馏残渣中高沸物的初步分离；初步分离得到的含吡啶-2-甲酰胺的减压蒸馏馏出液经室温下冷却结晶和离心分离或过滤分离，实现吡啶-2-甲酰胺和低熔点有机物的分离，并得到吡啶-2-甲酰胺粗品；利用吡啶-2-甲酰胺在水溶液中的溶解度随温度的变化及活性炭对有机杂质的吸附作用，以水为重结晶溶剂和活性炭为吸附除杂剂，通过重结晶的方法实现吡啶-2-甲酰胺粗品的精制和纯化，得到精制吡啶-2-甲酰胺；将精制吡啶-2-甲酰胺与氢氧化钠水溶液混合并加热回流，得到含吡啶-2-甲酸钠的水溶液；用稀硫酸或盐酸调节含吡啶-2-甲酸钠的水溶液的ph至3.0～8.5，再加入氯化铬、硝酸铬或硫酸铬以完成络合反应并得到含吡啶-2-甲酸铬的浆料，最后经离心分离或过滤分离、水洗涤、丙酮洗涤、干燥并得到吡啶-2-甲酸铬。

通过发明中的方法，可得到吡啶-2-甲酸铬质量百分含量大于等于98.5％的吡啶-2-甲酸铬产品，且吡啶-2-甲酸铬产品相对于2-op精馏残渣的质量百分收率大于等于50％。

附图说明

图1为发明中涉及的吡啶-2-甲酸铬的结构式图。

图2为吡啶-2-甲酸铬的ftir图。

图3为吡啶-2-甲酸铬的¹hnmr图。

具体实施方法

发明中涉及的一种利用2-op精馏残渣制备吡啶-2-甲酸铬的方法，其特征在于一种具有图1所示结构的吡啶-2-甲酸铬，通过以2-op精馏残渣为原料，磷酸化沸石和/或磷酸化硅胶为催化剂，经在位催化裂解和减压蒸馏工艺、室温结晶与分离工艺、重结晶和脱水工艺、碱催化水解、酸化与络合、分离和洗涤及干燥工艺过程在内的工艺被制备得到。

(1)2-op精馏残渣在位催化裂解和减压蒸馏工艺：沸石或硅胶经用质量百分浓度为10％～80％的磷酸水溶液浸渍2～48小时后过滤除去液相，并将得到的固体物置于300℃～800℃的马弗炉中灼烧2～12小时，然后对高温灼烧后的固体物料进行粉碎，即得到磷酸化沸石或磷酸化硅胶；将磷酸化沸石和/或磷酸化硅胶与2-op精馏残渣按质量比1～10∶10～1000加入到裂解反应器中，并在搅拌和240℃～400℃温度及真空度为0.01mpa～0.1mpa的条件下进行在位催化裂解和减压蒸馏，即以相对于2-op精馏残渣质量60％～90％的收率得到含吡啶-2-甲酰胺的减压蒸馏馏出液。

(2)室温结晶与分离工艺：含吡啶-2-甲酰胺的减压蒸馏馏出液在室温下搅拌并逐渐冷却结晶，待物料温度已经达到30℃左右并结晶充分时对物料进行离心分离或过滤分离，得到含吡啶-2-甲酰胺的固体粗品和少量的离心液或滤液，其中含吡啶-2-甲酰胺的固体粗品用于制备吡啶-2-甲酰胺产品，离心液或滤液用于制备吡啶-2-甲腈。

(3)重结晶和脱水工艺：将前述室温结晶与分离过程中得到的含吡啶-2-甲酰胺的固体粗品与蒸馏水或去离子水按质量比1.0∶1.0～50混合并加热至沸腾后，再按活性炭与含吡啶-2-甲酰胺的固体粗品的质量比为1.0∶1.0～100加入计量的活性炭，再次加热至微沸后对物料进行趁热过滤，并对得到的滤液进行冷却至其温度低于20℃，以使溶液中的吡啶-2-甲酰胺结晶完全；对结晶完全的物料进行离心分离或过滤分离，并用少量冰水洗涤固体物料2～3次后再充分离心脱水或过滤脱水，得到吡啶-2-甲酰胺湿物料。

(4)碱催化水解：将前述重结晶和脱水工艺得到的吡啶-2-甲酰胺湿物料与氢氧化钠水溶液按吡啶-2-甲酰胺湿物料与氢氧化钠的质量比为1.0∶0.2～2.0充分混合后，再加热回流0.5～5.0小时，得到含吡啶-2-甲酸钠的水溶液。

(5)酸化与络合工艺：使前述碱催化水解工艺得到的含吡啶-2-甲酸钠的水溶液冷却至50℃以下后，再向其中逐渐加入稀硫酸或盐酸并调节其ph至3.0～8.5，然后分批加入氯化铬、硝酸铬或硫酸铬并在20℃～70℃完成络合反应，得到含吡啶-2-甲酸铬的浆料。

(6)分离和洗涤及干燥工艺：对酸化及络合工艺得到的含吡啶-2-甲酸铬的浆料进行离心分离或过滤分离，并依次用ph为5.0～6.8的水溶液和丙酮洗涤得到的固体物料，最后将洗涤后的固体湿物料置于50℃～80℃的环境中干燥2～12小时，即得吡啶-2-甲酸铬产品。

发明中涉及的一种利用2-op精馏残渣制备吡啶-2-甲酸铬的方法，其制备工艺过程中包含的在位催化裂解和减压蒸馏工艺、室温结晶与分离工艺、重结晶和脱水工艺、碱催化水解工艺、酸化与络合工艺、分离和洗涤及干燥工艺过程的各自相关工艺参数如下：

(1)在位催化裂解和减压蒸馏过程工艺参数：在位催化裂解用催化剂是磷酸化沸石和/或磷酸化硅胶，涉及的沸石包括4a沸石、丝光沸石、hzsm-5沸石，涉及的硅胶包括原色硅胶、变色硅胶、硅胶h、硅胶g；在位催化裂解用磷酸化沸石或磷酸化硅胶催化剂是通过将沸石或硅胶用质量百分浓度为30％～80％的磷酸水溶液浸渍2～48小时后过滤除去液相，并将得到的固体物置于300℃～800℃的马弗炉中灼烧2～12小时，然后对高温灼烧后的固体物料进行粉碎至粒径为50～300目得到；在位催化裂解和减压蒸馏时是将磷酸化沸石和/或磷酸化硅胶与2-op精馏残渣按质量比1～10∶10～1000加入到裂解反应器中，并在搅拌和240℃～400℃温度及0.01mpa～0.1mpa真空度下进行；在位催化裂解和减压蒸馏过程中，含吡啶-2-甲酰胺的减压蒸馏馏出液相对于2-op精馏残渣质量的收率为60％～90％。

(2)室温结晶与分离过程工艺参数：前述在位催化裂解和减压蒸馏过程得到的含吡啶-2-甲酰胺的减压蒸馏馏出液在室温下搅拌并逐渐冷却结晶，待物料温度已经达到30℃左右并结晶充分时对物料进行离心分离或过滤分离，即以相对于2-op精馏残渣质量的55％～85％的收率得到可用于制备吡啶-2-甲酰胺产品的含吡啶-2-甲酰胺的固体粗品和相对于2-op精馏残渣质量的3％～15％的收率得到可用于制备吡啶-2-甲腈的离心液或滤液。

(3)重结晶和脱水过程工艺参数：前述室温结晶与分离过程中得到的含吡啶-2-甲酰胺的固体粗品与蒸馏水或去离子水按质量比1.0∶1.0～50混合并搅拌加热至沸腾后，再向沸腾后的物料中按活性炭与含吡啶-2-甲酰胺的固体粗品的质量比为1.0∶1.0～100加入计量的活性炭，再次加热至微沸并保持5～30分钟后对物料进行趁热过滤；得到的滤液以冰水或冷冻盐水为冷却介质进行冷却，直至其温度低于20℃，以使溶液中的吡啶-2-甲酰胺结晶完全；对结晶完全的物料进行离心分离或过滤分离，并用少量冰水洗涤得到的固体物料2～3次；洗涤后的物料经充分离心脱水或过滤脱水后，即以相对于2-op精馏残渣质量的70％～80％的收率得到吡啶-2-甲酰胺湿物料。

(4)碱催化水解工艺参数：前述重结晶和脱水工艺得到的吡啶-2-甲酰胺湿物料与质量百分浓度为5％～50％的氢氧化钠水溶液按吡啶-2-甲酰胺湿物料与氢氧化钠的质量比为1.0∶0.2～2.0充分混合后，再加热回流0.5～5.0小时，得到含吡啶-2-甲酸钠的水溶液。

(5)酸化与络合工艺参数：使前述碱催化水解工艺得到含吡啶-2-甲酸钠的水溶液冷却至50℃以下后，再向其中逐渐加入质量百分浓度为5％～50％的稀硫酸或质量百分浓度为3％～30％的稀盐酸，直至溶液的ph至3.0～8.5，然后分批加入氯化铬、硝酸铬或硫酸铬并在20℃～70℃完成络合反应，得到含吡啶-2-甲酸铬的浆料。

(6)分离和洗涤及干燥工艺参数：对酸化及络合工艺得到的含吡啶-2-甲酸铬的浆料进行离心分离或过滤分离，并依次用ph为5.0～6.8的水溶液和丙酮洗涤得到的固体物料，最后将洗涤后的固体湿物料置于50℃～80℃的环境中干燥2～12小时，即以相对于2-op精馏残渣的质量50％以上的质量百分收率得到吡啶-2-甲酸铬质量百分含量大于等于98.5％的吡啶-2-甲酸铬产品。