[发明专利]一种制备吡啶羧酸的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种制备吡啶羧酸(pyridine carboxylic acid)的改进方法。更特别地，本发明提供了一种用于大规模工业生产高产率高纯度吡啶羧酸的具有改进成本效益且生态友好的方法。

发明背景

吡啶羧酸是医药、农用化学品和食品添加剂的重要中间体。特别是3-吡啶羧酸，也称作烟酸或烟碱酸(niacin)，在商业上最重要且用作维生素B₃的前体。4-吡啶羧酸也称作异烟酸，用作抗结核药物的原料。它也被认为是腐蚀抑制剂、电镀添加剂、感光树脂稳定剂和有色金属浮剂(nonferrous metals floating agent)。2-吡啶羧酸用作抗痤疮药和几种药物的中间体。

现有技术文献中报道了几种制备吡啶羧酸的方法。已知方法之间的区别在于其化学方法过程不同。

制备3-吡啶羧酸(也称作烟酸)的方法主要为液相反应、蒸气相反应、电化学氧化以及生物氧化。

美国专利No.2,586,555报道了在75-300℃的温度使用硝酸和硫酸的液相直接氧化反应，产率达77％。美国专利No.2,905,688报道了在压力条件下使用硝酸的方法。

GB757958公开了使用B₂O₃和SeO₂作为催化剂，在蒸气相中利用硝酸氧化烷基吡啶制备烟酸和异烟酸。

日本专利No.07,233,150公开了一种通过涉及液相氧化β-甲基吡啶的方法制备烟酸的方法。因此，将β-甲基吡啶、Co(OAc)₂·4H₂O、Mn(OAc)₄·4H₂O和47％的HBr水溶液加入到高压釜中，用空气加压至100atm，并在210℃反应3小时。冷却高压釜，减压并冷却至5℃，将析出的结晶过滤，用甲苯洗涤，干燥，得到烟酸，其中总共转化了32％的β-甲基吡啶，且19％的烟酸转化成β-甲基吡啶。在滤液中加入β-甲基吡啶、Co(OAc)₂·4H₂O、Mn(OAc)₄·4H₂O和47％的HBr水溶液，将所得混合物加入至高压釜中，用空气加压至100atm，在210℃反应3小时，处理得到烟酸，β-甲基吡啶的转化率(conversion ration)为34％，20.8％的β-甲基吡啶转化成烟酸。

美国专利No.7,560,566报道了一种生产烟酸的方法，其包括在催化剂溴化锰的存在下，在作为溶剂的水的存在下，在接近超临界点的超临界条件下，使3-甲基吡啶与过氧化氢接触。结果显示对于烟酸具有良好的选择性，约为95％，转化率约为30％。检测到3-吡啶甲醛的产率为1-2％。

中国专利No.CN1090618公开了通过液相氧化反应制备不含溴的吡啶羧酸的方法。将3-甲基吡啶和乙酸钴、乙酸锰、溴化氢以及乙酸水溶液一起在210℃通入空气高压处理，然后将反应混合物在130℃通过Pd/C和6kg/m²的氢气氢化2小时，得到烟酸，含有17ppm溴。

这些方法的缺点是产生大量的盐以及大量的废水。这些方法的产率和选择性都非常低，有大量的副产物形成。在某些涉及溴化物的方法中，需要进一步纯化以除去溴，这使得所述方法复杂，增加了方法步骤，从而增加了生产成本。此外，由于高温、高压条件和多步方法，现有技术中报道的方法是资本密集型的。

美国专利No.5,002,64l报道了烟碱酸和其它N-杂环化合物的电化学合成。制备含有85重量份水、10重量份α-甲基吡啶和5重量份皮考啉酸(picolinic acid)的电解液介质。将溶液加入到无隔膜电解槽(undivided cell)中，使用阳极氧化锡作为阳极、铂作为阴极在0.1-1.0A(10-100mAcm^-2)的恒定电流下电解。对电解液的分析表明对应83％电流效率时皮考啉酸增加。该方法也可用于氧化喹啉和其它甲基吡啶化合物。

欧洲专利No.442430公开了一种将β-甲基吡啶氧化成烟酸的微生物方法，反应16小时后的产率是50％。不令人满意的空时收率(space-time yield)和从烟酸中分离生物物质的昂贵成本使该方法不利于工业应用。

蒸气相氧化反应可以通过将3-甲基吡啶氨氧化成3-氰基吡啶然后将3-氰基吡啶液相水解成烟碱酸，或直接通过2-甲基-5-乙基吡啶的氧化反应来完成。