DE2435134C2 - Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Nicotinsäure durch Hydrolyse von 3-Cyanpyridin in Gegenwart von Ammoniak oder eines Ammoniumsalzes - Google Patents
Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Nicotinsäure durch Hydrolyse von 3-Cyanpyridin in Gegenwart von Ammoniak oder eines AmmoniumsalzesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Nicotinsäure durch Hydrolyse von
3-Cyanpyridin in Gegenwart von Ammoniak oder eines Ammoniumsalzes.
Nicotinsäure ist einer der Bestandteile des Vitamin-B-Komplexes und wird im allgemeinen dadurch hergestellt, daß man ein entsprechendes mono- oder di-niederes Aikyipyridin, wie beta-Ficoiin oder ^-Dimethylpyridin, mit Salpetersäure, Schwefelsäure, Dichromat oder katalytisch durch Luftoxidation oxidiert Nach anderen
Verfahren wird das Amid und nicht die Säure hergestellt; das Amid dient als Ausgangsmaterial für Vitamin B
verwandte Derivate und zahlreicher anderer als Pharmazeutika brauchbarer Verbindungen. Aus anderen Veröffentlichungen ist die Herstellung von 3-Cyanpyridin durch Ammoxidation eines entsprechenden mono- oder
di-niederen Aikyipyridin, wie beta-Picolin und 2-Methyl-5-äthylpyridin mit Sauerstoff in Gegenwart verschiedener Katalysatoren bekannt
Nicotinamid wird im allgemeinen durch Dehydratisierung der Nicotinsäure in Gegenwart von Ammoniak
oder durch eine partielle Hydrolyse von 3-Cyanpyridin in schwach alkalischen oder wäßrigen Lösungen hergestellt
Da die Nicoliisäure als ein Teil eines Vitamin-B-Komplexes verwendet wird, muß die Nicotinsäure von
äußerster Reinheit sein. Die Hers^llung von Nicotinsäure durch eine unmittelbare Oxidation von Alkylpyridinen führt zu einem Produkt das Oxidations-Nebenprodukte bzw. stickstoffhaltige Produkte enthält, wenn die
Oxidation unter Anwendung von Salpetersäure durchgeführt wird, und alle diese Nebenprodukte müssen aus
der Säure vor ihrer Anwendung als Zusatz für Nahrungsmittel entfernt werden. Wenn Nicotinsäure und/oder
ihre Derivate auf industrieller Basis hergestellt werden, macht die Reinigung einen erheblichen Teil der Herstellungskosten aus.
Zum nächstkommenden Stand der Technik sind zu nennen:
Chemical Abstracts 65 (1966), Sp. 5446a und
Die erstgenannte Literaturstelle Chemical Abstracts 65 (1966) beschreibt generell die Verwendung von
Ammoniak zur Hydrolyse von Cyanpyridinen in Nicctüisäuren. Weiter unten wird anhand von Vergleichsversuchsergebnissen der erfindungsgemäß erzielbare technische Fortschritt gegenüber dieser Literaturstelle zahlenmäßig belegt
Die zweitgenannte Literaturstelle Chemical Abstracts 72 (1970) beschreibt die Hydrolyse von Cyaniden
mittels wäßrigen Ammoniak-Lösungen, wobei im Autoklaven einer bestimmten Kapazität gearbeitet wird und
ein bestimmter Cyanidionen-Gehalt vorhanden ist Dabei besteht eine Abhängigkeit der Hydrolysegeschwindigkeit und des Hydrolysegrads der Cyanide von der Ammoniumhydroxid-Konzentration sowie von der Temperatür. Die Zeitdauer der Reaktion sowie die Wirkung der Zugabe von Kalilauge wird bei bestimmten Konzentra
tionen untersucht. Insbesondere wurde ferner die Wirkung der Temperaturerhöhung auf Ionenkonzentration
und Reaktionsdauer untersucht, wobei festgestellt wurde, daß bei einer Erhitzung im Autoklaven auf 200 bis
260° C Ammoniumcyanid und Kaliumcyanid völlig umgewandelt werden. Diese Literaturstelle beschreibt ferner
am Rande Experimente bezüglich der Hydrolyse von Cyanpyridin, wobei festgestellt wurde, daß 3-Cyanpyridin
langsam in Nicotinsäure umsetzbar ist, wobei das als Ausgangssubstanz verwendete Ammoniumcyanid durch
Erhitzen völlig zerstört würde.
Zu dieser Literaturstelle Chemical Abstracts 72 (1970) ist festzustellen, daß lediglich chemische, aber keine
verfahrenstechnische Angaben gemacht sind.
Vorliegender Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu
schaffen, das in der Lage ist, eine Ausbeute an Nicotinsäure von 100% zu erreichen, was mit den Verfahren des
Standes der Technik nicht möglich ist, das mit wesentlich höheren Konzentrationen an Reaktamen durchgeführt
werden kann und sich zur Durchführung im industriellen Rahmen gut eignet.
Die oben aufgeführte, vorliegender Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird beim Verfahren der eingangs
genannten Gattung zur Herstellung von Nicotinsäure erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die 3-Cyanpyridin und wäßriges Ammoniak oder eine wäßrige Ammoniumsalzlösung aufweisende Beschickung bei Tempera
turen von 93 bis 230°C unter dem autogenen Druck des Systems fortlaufend in den oberen Teil eines Hydrolyse-Reaktors einführt, Dampf oder ein anderes Abtreibgas fortlaufend in einen unteren Teil des Hydrolyse-Reaktors
einführt, das Ammoniak durch das Abtreibgas fortlaufend oben aus dem Reaktor entfernt und den die Nicotin-
säure enthaltenden Strom fortlaufend aus dem unteren Teil des Reaktors abzieht, worauf die Nicotinsäure durch
Kühlen der Hydrolyse-Produkte abgetrennt und die Mutterlauge zur Hydrolyse zurückgeführt wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Abtreibgas Dampf
verwendet
I m folgenden sei die Erfindung näher erläutert:
Zur Herstellung von Nicotinsäure wird das 3-Cyanpyridin in einen Hydrolyse-Reaktor geleitet und in Gegenwart
eines aus Ammoniak oder Ammonium-Salzen bestehenden Katalysators zu dem Ammonium-Salz der
Nicotinsäure hydrolysiert Die Hydrolyse wird bei Temperaturen von 93 bis 230°C und unter dem autogenen
Druck des Systems durchgeführt Das Ammoniumnicotinat wird dann in der Weise in Nicotinsäure übergeführt,
daß man das Ammoniak mit einem inerten Gas, wie Dampf, abtreibt Eine zur Durchführung dieses Herstellungsverfahrens
geeignete Vorrichtung ist in der DE-OS 24 23 755 beschrieben.
Die Hydrolyse und das Abtreiben werden kontinuierlich durchgeführt, wobei das Nitril und Ammoniak bzw.
Ammonium-Salz kontinuierlich in einen oberen Teil eines Hydrolyse-Reaktors eingeleitet werden, Dampf oder
ein anderes Abtreibgas wird kontinuierlich in einen unteren Teil des Hydrolyse-Reaktors eingeleitet; Ammoniak
zugleich mit dem Abtreibgas wird kontinuierlich oben aus dem Reaktor entnommen und der die Nicotinsäure
oder eine andere Carbonsäure enthaltende Strom wird kontinuierlich aus einem unteren Teil des Reaktors
entnommen, der bei dieser Ausführung vertikal angeordnet ist
Das bevorzugte Abtreibgas ist Dampf; es kann jedoch jedes Gas für diesen Zweck verwendet werden, das
inert hinsichtlich der in dem Hydrolyse-Reaktor vorliegenden Reaktionsteilnehmer und Materialien ist und nicht
unter den Betriebstemperaturen und Drücken kondensiert Geeignete Gase sind zum Beispiel Stickstoff, Kohien%vassersioife,
wie Methan und Propan, ijnd Fluorkohlenstoffe.
Die nach dem Verfahren hergestellte Nicotinsäure wird durch Kühlen der Hydrolyseprodukte gewonnen,
derart daß die freie Säure ausfällt Die Säure wird dann durch Filtration, Waschen, Zentrifugieren oder dergleichen
Maßnahmen gereinigt Wiedergewonnene Ammoniumnicotinat und Zwischenprodukte der Hydrolyse, v.'ie
Nicotinamid, enthaltende Mutterlaugen können zur Hydrolyse zurückgeleitet werden.
Mit dem in der Zeichnung dargestellten Fließbild wird die Hydrolyse des 3-Cyanpyridin gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht Es sei indes darauf hingewiesen, daß es sich hierbei nur um eine beispielsweise
Ausführung der Erfindung handelt
Durch Leitung 55 wird 3-Cyanpyridin in einem Mischtank 60 geleitet, in welchem es mit durch Leitung 57
eingeführtem Ammoniak und einer zurückgeführten wäßrigen Lösung von Ammoniumnicotinat und anderen
durch Leitung 59 zugeführten Zwischenprodukten der Hydrolyse gemischt wird. Die vereinigte Beschickung
gelangt durch Leitung 61 in den oberen Teil eines Hydiolyse-Reaktors 70. Dampf wird durch Leitung 65 in den
unteren Teil des Reaktors 70 eingeleitet, um als Abtreibgas zu dienen. In dem Reaktor wird die durch die Leitung
61 kommende Beschickung gleichzeitig einer Hydrolyse und einem Abtreiben durch Dampf unterworfen. Das
hauptsächlich aus Ammoniak und Abtreibgas bestehende Destillat wird durch die Leitungen 67 und 69 entfernt
Das Ammoniak kann zu einer Ammoniakdestillationskolonne geleitet, gereinigt und ein Teil durch die Leitung
57 zurückgeführt werden.
Der Rest kann auf andere Weise verwendet werden. Nicotinsäure ist flüchtig und ein Teil kann auch mit dem
Destillat abgeführt werden und dieser Teil kann in dem Rücklaufkondensator 68 gewonnen und durch Leitung
71 in den "Tleaktor zurückgeführt werden. Ein Produktstrom wird aus dem unteren Teil des Reaktors durch
Leitung 73 entnommen. Dieser Froduktstrom kommt in die Reinigungsanlage 72, in welcher in bekannter Weise
zum Beispiel durch Kühlen des Produktstromes zwecks Fällung der Säure Nicotinsäure gewonnen wird, worauf
Zentrifugieren, Filtrieren, Trocknen und dergleichen folgt Die Nicotinsäure wird aus der Reinigungsvorrichtung
durch Leitung 75 genommen. Ein Filtrat bzw. eine Mutterlauge kann durch Leitung 59 entnommen und 7.u dem
Mischtank 60 zurückgeleitet werden. Das Filtrat oder die Mutterlauge kann brauchbar für die Hydrolyse sein, da
es Zwischenprodukte der Hydrolyse wie Nicotinamid und Ammoniumnicotinat enthält, die entweder zu zusätzlicher
Nicotinsäure hydrolysiert oder im Falle von Ammoniumnicotinat die Katalyse der Hydrolyse unterstützen.
Wie oben vorgetragen, kann die Hydrolyse in einem vertikal angeordneten Reaktor unter gleichzeitiger
Hydrolyse und Dampfabtreibung durchgeführt werden. Eine für diesen Zweck geeignete Vorrichtung ist in der
bereits oben angegebewin DE-OS 24 23 755 beschrieben.
Im folgenden Beispiel ist die Erfindung weiter beschrieben.
Beispie! 1
Die Herstellung von Nicotinsäure aus 3-Cyanpyridin wurde in einer kontinuierlichen Hydrolyse-Pilotanlage
durchgeführt und wird durch das folgende Beispiel beschrieben.
Frisches 3-Cyanpyridin, Wasser, Ammoniak und recyklisiertes Filtrat vom Kristallisator werden mit der in
Tabelle 1 gezeigten Geschwindigkeit zum Hydrolysereaktor (Außendurchmesser 7,6 cm, Länge 86,4 cm) gepumpt.
Es wurde von außen Wärme zugeführt Der Hydrolyse-Reaktor wuMe bei einer Einlaßtemperatur von
179°C und bei 192°C am oberen Ende gehalten. Die Verweilzeit betrug 5,5 Stunden und die 3-Cyanpyridin-Um-Wandlung
war vollständig.
Der Hydrolyse-Reaktor-Ausstrom wurde zu einer gepackten Kolonne (Durchmesser 2,5 cm, Länge 266,'/ cm)
gepumpt, welche als Abstreifer fungierte. In dieser wurde der Ausstrom im unteren Teil des Apparates mit
Dampf in Kontakt gebracht. Der obere Abstreifer-Ausstrom, welcher kontinuierlich von dem Apparat abgezogen
wurde, enthielt Ammoniak und Wasser. Der untere Abstreifer-Ausstrori enthielt Wasser, Nicotinsäure,
Nicotinsäureamid und etwas Ammoniumnicotinat. Kein» weiteren Produkte wurden erhalten.
Nicotinsäure wurde ius ihrer Lösung erhalten durch rasches Kühlen auf 0°C, Zentrifugieren, Waschen des
Zentrifueen-Sedimentes mit Wasser bei unter 4°C, und anschließendes Trocknen. Die Nicotinsäure wurde in
100% Ausbeute erhalten, basierend auf der Zufuhr an frischem 3-Cyanpyridin, wie in Tabelle 1 gezeigt. Das
Filtrat und die Waschwässer, die etwas Nicotinsäure und das Ammoniumnicotinat enthalten, wurden zum
Hydrolyse-Reaktor zurückgeführt, um Produktverluste zu vermeiden.
Zufuhr-Menge | 3-Cyanpyridin | Nicotin- | Ammonium | Nicotinsäure | Wasser |
g/min | säureamid | nicotinat | gehalt | ||
ing | |||||
3-Cyanpyridin | 2,4 | 0 | 0 | 0 | |
Unterer Abstreifer-Ausstrom | 0 | 2,7 | 4,5 | 10,0 | 10,0 |
Rückgeführte Filtrate und Waschwässer | 0 | 2,7 | 4,5 | 7.2 | 19,0 |
Produkt Nicotinsäure | 0 | 0 | 0 | 2.8 | 0 |
(100%) |
Der sprunghafte Fortschritt, der gemäß vorliegender Erfindung erzielbar ist, wird im folgenden anhand von
zahlenmäßig gehaltenen Vergleichsversuchsergebnissen belegt:
Vergleichsversuche
Die Literaturstelle Chemical Abstracts, Band 65, 1966, Spalte 5446, beschreibt ein Verfahren zur Durchführung
der Hydrolyse von Nicotinnitrilen zu Nicotinsäure.
Es wurde das in der eben genannten Literaturstelle angegebene Verfahren sorgfältig nachgearbeitet, wobei
20 g 3-Cyanpyridin und 163 ml an 7%iger Ammoniaklösung in Wasser in einem Schüttelautoklaven bei sich
selbst einstellendem Druck 3,5 Stunden bei einer Temperatur von 1800C umgesetzt wurden.
Eine Analyse des Reaktionsprodukts, durchgeführt mit hochempfindlicher Flüssigkeits-Chromatographie,
ergab folgende Resultate:
Der Umwandlungsgrad bezüglich 3-Cyanpyridin betrug 96,1 Mot-%; die Ausbeute an Nicotinsäure betrug
92,2%; die Ausbeute an Nicotinamid betrug 7,8%. Es wurde ferner das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung
zur Überprüfung nochmals durchgeführt, wobei festgestellt wurde, daß die Ausbeute an Nicotinsäure hierbei
100% beträgt
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Nicotinsäure durch Hydrolyse von 3-Cyanpyridin in
Gegenwart von Ammoniak oder eines Ammoniumsalzes, dadurch gekennzeichnet, daß man die
3-Cyanpyridin und wäßriges Ammoniak oder eine wäßrige Ammoniumsalzlösung aufweisende Beschickung
bei Temperaturen von 93 bis 2300C unter dem autogenen Druck des Systems fortlaufend in den oberen Teil
eines Hydrolyse-Reaktors einführt, Dampf oder ein anderes Abtreibgas fortlaufend in einen unteren Teil des
Hydrolyse-Reaktors einführt, das Ammoniak durch das Abtreibgas fortlaufend oben aus dem Reaktor
entfernt und den die Nicotinsäure enthaltenden Strom fortlaufend aus dem unteren Teil des Reaktors
abzieht, worauf die Nicotinsäure durch Kühlen der Hydrolyseprodukte abgetrennt und die Mutterlauge zur
Hydrolyse zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Abtreibgas Dampf verwendet
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