Способ получения 3,5-диметилпиридина


 


Владельцы патента RU 2608734:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтехимии и катализа Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к способу получения 3,5-диметилпиридина. Способ заключается во взаимодействии пропанола-1, формальдегида и аммиака в присутствии гранулированного без связующих веществ цеолита Y-БС в Η-форме при 250-450°C и объемной скорости подачи сырья (w), равной 2-7 ч-1, мольное соотношение пропанол-1:формальдегид:аммиак составляет 1.0:0.2-2.0:1.5-5. Применение данного способа позволяет получать 3,5-лутидин при более высокой объемной скорости подачи сырья с высоким выходом. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения 3,5-диметилпиридина (3,5-лутидина).

3,5-Диметилпиридин является важным интермедиатом при синтезе противоязвенных препаратов (омепразол, лансопразол, рабепразол) [1. S. Shimizu, N. Watanabe, Т. Kataoka, Т. Shoji, N. Abe, S. Morishita, H. Ichimura. Pyridine and pyridine derivatives. Encyclopedia of industrial chemistry. 2012, vol. 30, p. 558-589; 2. Shinkichi Shimizua, Nobuyuki Abe, Akira Iguchi and Hiroshi Sato. Synthesis of pyridine bases: general methods and recent advances in gas phase synthesis over ZSM-5 zeolite // Catalysis Surveys from Japan, 1998, 2, p. 71-76], ингибиторов коррозии, как катализатор при реакциях сшивки эпоксидов, как высокотемпературный растворитель [3. Henry G.D. De novo synthesis of substituted pyridines // Tetrahedron, 2004, 60, p. 6043-6061; 4. Reddy K.S.K., Scrinivasa Kannan C., Raghavan K.V. Catalytic vapor phase pyridine synthesis: A process review // Catal. Surv. Asia, 2012, 16, p. 28-35; и др.].

Известны различные способы получения 3,5-лутидина. Один из первых способов получения 3,5-лутидина взаимодействием аммиака с пропиональдегидом и диэтоксиметаном упоминается в патенте [5. Пат. США №2,851,461]. К недостаткам этого способа относится низкий выход 3,5-лутидина, кроме того, исходные вещества являются труднодоступными.

Запатентован [6. Пат. США №3,803,152] способ получения 3,5-диметилпиридина реакцией 2-метиленпропан-1,3-диола или его сложных эфиров с аммиаком, метиламином или диметиламином в присутствии различных минеральных или органических кислот или аммонийных солей этих кислот. 3,5-диметилпиридин получали с выходом 10-58%. Реакцию проводили в титановом автоклаве при 210-250°C, давлении 50-55 атм, в течение 3-10 ч.

Известен способ получения диалкилпиридинов из триметилолалканов и аммиака (метиламина или диметиламина) в присутствии полярного растворителя и кислотных катализаторов при 180-600°C в течение 6-10 ч [7. Пат. США №3,689,496]. В качестве катализатора могут быть использованы органические и неорганические кислоты или аммонийные соли этих кислот. При взаимодействии 1,1,1-триметилолэтана с аммиаком в среде метанола под действием хлорида аммонии выход 3,5-лутидина достигает 45,7% (270°C, 10 ч).

Существенным недостатком указанных способов является применение в качестве катализаторов сильных минеральных или органических кислот, что приводит к образованию кислотных стоков и коррозии оборудования.

Известен способ получения 3,5-лутидина взаимодействием ацетилена, метанола и аммиака [8. Ishiguro and Kuboto, J. Pharm. Soc. Japan 72, 987 (1952)]. Выход 3,5-лутидина очень низкий.

Описан способ получения 3,5-лутидина и 3-пиколина [9. Пат. EP №0929523 B1] взаимодействием 2-метил-1,5-пентандиамина с водородом или со смесью водорода с инертным газом в присутствии оксидного катализатора (Al2O3, SiO2, γ-Αl2O3, Y-Al2O3/SiO2, TiO2, ZrO2) или смеси оксидов. Реакцию проводят в U-образном стеклянном реакторе, в котором одно колено большего диаметра содержит стеклянные шарики и работает как испарительная секция. Второе колено меньшего диаметра, и в него помешен катализатор. Реакцию проводят при 350-550°C. Выход 3,5-лутидина составляет 10-25 мас. % от выходного потока, остальное представляет собой 3-пиколин и/или непрореагировавший 2-метил-1,5-пентандиамин.

Наиболее распространенные способы получения пиридинов основаны на взаимодействии карбонильных соединений (альдегидов и/или кетонов) с аммиаком.

Так, 3,5-лутидин может быть получен реакцией масляного альдегида с аммиаком [10. М. Prostenik, L. Filipovir. Arhiv. Khem. 21, 175-181 (1949)]. Недостатком этого способа является то, что основным продуктом реакции является 2-пропил-3,5-диэтилпиридин, а 3,5-лутидин образуется в качестве побочного продукта.

В реакции ацетальдегида, формальдегида, пропиональдегида и аммиака 3,5-лутидин образуется с выходом 9% при 440°C [11. Пат. США №4,481,361 A; 12. Пат. США №3,946,020]. Еще более низкий выход (0,5-3%) 3,5-лутидина наблюдали при взаимодействии ацетальдегида, формальдегида и аммиака.

Описан способ получения 3,5-диметилпиридина газофазной реакцией аммиака и метакролеина [13. Пат. Великобритании №654,443]. Выход 3,5-лутидина очень низкий.

Достичь более высокого выхода и селективности образования 3,5-диметилпиридина позволило применение кислотных катализаторов.

В патенте [14. Пат. США №4,429,131] описан способ получения 3,5-лутидина в присутствии анионов органических или неорганических кислот. Реакция пропиональдегида, формальдегида и этанола в присутствии водного раствора гидрофосфата аммония (ΝΗ4)2ΗΡO4 проходит с образованием 3,5-лутидина с выходом 38-48%. При использовании водного раствора ацетата аммония выход 3,5-лутидина составляет 44%, а гидрофосфата калия - 28,8%. Взаимодействие 1,1-диэтоксипропана и диметоксиметана в присутствии раствора гидрофосфата аммония приводит к образованию 3,5-лутидина с выходом 48,6%. Реакцию проводят в автоклаве при 230-232°C и давлении 210-470 кПа. К недостаткам способа относится повышенное давление, а также применение анионов органических или неорганических кислот в большом количестве, что приводит к образованию кислых стоков и коррозии оборудования.

3,5-Лутидин образуется при взаимодействии альдегидов (формальдегида, ацетальдегида или пропиональдегида) с аммиаком в присутствии алюмосиликатов, промотированных галогенидами аммония [12. Пат. США №3,946,020]. Максимального выхода 3,5-лутидина (54,7%) достигали при взаимодействии формальдегида, пропиональдегида и аммиака (мольное соотношение 1:2:3) при 440°C, объемной скорости подачи сырья 372 ч-1.

В ряде работ показана высокая каталитическая активность цеолитов для получения 3,5-лутидина. Авторы [15. S.J. Kulkarni, R. Ramachandra Rao, Y.V. Subba Rao. Synthesis of 3,5-lutidine from propionaldehyde over modified ZSM-5 catalysts // Applied Catalysis A: General, 1996, 136, p. 1-6] проводили синтез 3,5-диметилпиридина, используя в качестве сырья пропиональдегид, формальдегид и аммиак, на цеолите H-ZSM-5, модифицированном различными металлами: Pb, Pt, Pd, Sm, La, Ti/K, Fe/Cr. Выход 3,5-диметилпиридина составляет 55-59%. Максимальный выход (около 59%) и конверсия пропиональдегида (89,7%) в присутствии цеолита PbZSM-5 (400°C, объемная скорость подачи сырья 0.5 ч-1, мольное соотношение C2H5CHO:CH2O=1:1). Конверсия пропиональдегида в этих условиях достигала 68%.

Синтез 3,5-диметилпиридина реакцией пропанола-1, формальдегида, метанола и аммиака в присутствии модифицированного катионами металлов цеолита H-ZSM-5 описан в работе [16. R. Ramachandra Rao, N. Srinivas, S.J. Kulkarni, M. Subrahmanyam, K.V. Raghavan. A new route for the synthesis of 3,5-lutidine over modified ZSN-5 catalysts // Applied Catalysis A: General, 1997, 161, р. 37-42]. Показано, что 3,5-диметилпиридин образуется с селективностью 90.5% (при конверсии н-пропанола 97.6%) при 400°C, объемной скорости подачи сырья 0.25 ч-1, мольном соотношении н-C3H7OH:CH2O:CH3OH=1:0.9:0.9 в присутствии цеолита LaZSM-5. В случае использования 2-пропанола селективность образования 3,5-диметилпиридина снижается до 20%.

Следует отметить, что синтез пентасилов ZSM-5 довольно сложен, требует использования дорогостоящих темплатов. Кроме того, в способах [9, 12] в качестве растворителя используется метанол, который, как известно, является сильным нервным и сосудистым ядом с резко выраженным кумулятивным эффектом.

Кроме цеолита H-ZSM-5 для получения 3,5-лутидина реакцией альдегидов и кетонов с аммиаком использовали цеолит H-Beta [17. Пат. США №5,780,635]. При взаимодействии пропиональдегида и формальдегида с аммиаком выход 3,5-лутидина составляет 44,6% при 450°C, объемной скорости подачи сырья 0.6 ч-1, мольном соотношении C2H5CHO:CH2O=1:2. Конверсия пропиональдегида в этих условиях достигает 99%.

Наиболее близким к заявляемому способу получения 3,5-лутидина является способ, описанный в патенте [5. Пат. США №2,851,461], согласно которому 3,5-лутидин синтезируют реакцией формальдегида, пропанола-1 и аммиака в присутствии аморфного алюмосиликатного катализатора при 250-500°C и атмосферном давлении. Выход 3,5-лутидина составляет 3,5-39% при конверсии пропанола 15-29% (350-400°C).

Недостатками данного способа является низкая конверсия и невысокий выход 3,5-лутидина.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения 3,5-диметилпиридина с более высоким выходом и селективностью.

Решение поставленной задачи достигается тем, что способ получения 3,5-диметилпиридина осуществляют путем газофазной конденсации пропанола-1 с формальдегидом и аммиаком в присутствии кристаллического алюмосиликата - гранулированного без связующих веществ цеолитного катализатора Y в Η-форме (цеолит HY-БС). Реакцию проводят при температуре 250-450°C и объемной скорости подачи сырья (w), равной 2-7 ч-1 атмосферном давлении. Мольное соотношение пропанол:формальдегид:аммиак составляет 1,0:0,2-2,0:1,5-5,0. Формальдегид и аммиак используют в виде водных растворов 37% и 28% соответственно.

Катализатор имеет кристаллическую решетку цеолита Y (структурный тип FAU). Особенностью предлагаемого катализатора является его пористая структура, которая состоит из микропористой структуры самого цеолита Y и мезопористой структуры, сформировавшейся между сростками кристаллов цеолита. Благодаря присутствию мезо- и макропор в кристаллической решетке катализатора облегчен доступ реагирующих молекул к активным центрам цеолита, локализованным внутри пор, и транспорт продуктов реакции из катализатора в объем реакционной массы.

Применение цеолита Y-БС в синтезе 3,5-лутидина неизвестно.

Сравнительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от прототипа тем, что в процессе синтеза 3,5-диметилпиридина реакцией пропанола-1 с формальдегидом и аммиаком используют гранулированный без связующих веществ цеолитный катализатор HY-БС. Синтез осуществляют при 250-450°C, преимущественно при 400°C, атмосферном давлении, с объемной скоростью подачи сырья 2-7 ч-1. Конверсия пропанола-1 составляет - 31-76%, селективность образования 3,5-лутидина достигает 90%.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В качестве катализатора используют гранулированный без связующих веществ цеолит Y-БС, синтезированный в Na-форме по методу, приведенному в [18. Патент РФ №2456238]. Декатионированием из раствора ΝΗ4ΝΟ3 и последующим прокаливанием при 540°C цеолит NaY-БС переводят в Η-форму со степенью декатионирования ионов Na+ на Η+ - 95%. В процессе ионного обмена с промежуточными термообработками аморфизация кристаллического каркаса цеолита не происходит. Удельная поверхность образцов, определяемая методом ртутной порометрии, составляет 4-7,5 м2/г, а объем пор 0,21-0,32 см2/г. Транспортные поры, в основном, представлены порами с радиусом 50-100 нм и 100-1000 нм.

Реакцию взаимодействия пропанола-1, формальдегида и аммиака проводят в проточном реакторе с неподвижным слоем катализатора HY-БС при температуре 250-450°C, атмосферном давлении, с объемной скоростью подачи сырья (w) 2-7 ч-1, в токе азота. Мольное соотношение пропанол-1:CH2O:NH3 изменяют в пределах 1,0:0,2-2,0:1,5-5,0. Продукты собирают в охлаждаемый льдом приемник. Из реакционной массы продукты экстрагируют диэтиловым эфиром и анализируют.

Количественный анализ реакционной массы осуществляют методом газожидкостной хроматографии на хроматографе с пламенно-ионизационным детектором. Условия анализа: стальная насадочная колонка длиной 3 м, неподвижная фаза - 15% полиэтиленгликоля на хроматоне HMDS, температура анализа 50-180°C с программированным нагревом 8°C/мин, температура детектора 200°C, температура испарителя 200°C, газ-носитель - гелий - 30 мл/мин.

Идентификацию продуктов осуществляют сравнением хромато-масс-спектров и хроматографического поведения выделенных и эталонных соединений (пиколинов и лутидинов).

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

ПРИМЕР 1. Сырье (10 мл смеси пропанола-1, водных растворов формальдегида (37%) и аммиака (28%) в мольном соотношении пропанол-1:CH2O:NH3=1.0:0.2:1.5) подают в проточный реактор с неподвижным слоем цеолитного катализатора HY-БС (1 см3) с помощью шприцевого микронасоса при 400°C, атмосферном давлении, объемной скорости подачи сырья 7 ч-1, в токе азота. Продукты собирают в охлаждаемый льдом приемник, расположенный в нижней части установки. По окончании синтеза реактор продувают азотом в течение 30 минут. Из реакционной массы, состоящей из водного и органического слоев, продукты экстрагируют диэтиловым эфиром, после чего анализируют методом газожидкостной хроматографии.

ПРИМЕР 2-10. Аналогично примеру 1.

Условия и результаты примеров представлены в таблице 1. «Легкие» - соединения, пики которых на хроматограмме выходят до пиридина; «тяжелые» - соединения с температурой кипения 180°C.

Таблица 1
Синтез 3,5-диметилпиридина взаимодействием пропанола-1 с формальдегидом и аммиаком в присутствии
цеолитного катализатора HY-БС
Условия реакции Конверсия пропанола, % Селективность образования, %
Мольное соотношение C3H7OH:CH2O:NH3 T, °C w, ч-1 Легкие α-Пиколин β-Пиколин 2,6-Лутидин 3,5-Лутидин 3,4-Лутидин Другие лутидины Тяжелые
1 1:0,2:1,5 400 7 32 1 0,5 6 1 70 6 5.5 11
2 1:0,4:1,5 400 7 35 5 1 8,5 1 59 7 6 12,5
3 1:1,2:1,5 400 7 40 9 0,5 10 2 46 11 6 15,5
4 1:2:1,5 400 7 56 14 0,5 11,5 1,5 43 10 2 17,5
5 1:0,8:5 450 7 76 - - 5,5 - 65 15 0,5 14
6 1:0,8:5 400 7 50 0,5 0,5 7 0,5 69 14 - 8,5
7 1:0,8:5 350 7 39 0,5 0,5 5 0,5 74 11,5 1,5 6,5
8 1:0,8:5 300 7 35 0,5 2 2 2,5 90 2 - 1
9 1:0,8:5 300 2 35 1 0,5 3 - 84 4 4 3,5
10 1:0,8:5 250 2 31 0,5 2 6,5 - 73 - 18 -

Способ получения 3,5-диметилпиридина взаимодействием пропанола-1 с формальдегидом и аммиаком в присутствии алюмосиликатного катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют кристаллический алюмосиликат - гранулированный без связующих веществ цеолит HY-БС, реакцию проводят при 250-450°С и объемной скорости подачи сырья (w), равной 2-7 ч-1, мольное соотношение пропанол-1 : формальдегид : аммиак составляет 1:0.2-2.0:1.5-5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу превращения группы >C=O (I) в соединении в группу >C=S (II) или в таутомерную форму группы (II) в реакции, дающей тионированный продукт реакции, при использовании кристаллического P2S5·2C5H5N в качестве тионирующего реагента, а также к тионирующему агенту, который является кристаллическим P2S5·2C5H5N и имеет температуру плавления 167-169°С.

Изобретение относится к химическим соединениям и композициям, применимым в качестве модуляторов фототоксичности клеток кожи. .

Изобретение относится к производным -аланина общей формулы I: в которой Q1 или Q3 независимо от друг от друга обозначают СН либо N, при этом они не могут одновременно означать N; R1 представляет собой Н, А, Ar или Hal, R2 обозначает Н или А, каждый из R4 и R5 независимо от другого обозначает Н, А или Hal, R6 представляет собой Н или А, А обозначает алкил с 1-6 атомами углерода, Ar представляет собой незамещенный арил, Hal обозначает F, Cl, Br или I, n равно 2, 3, 4, 5 либо 6, m равно 1, 2, 3 или 4, а также их физиологически приемлемые соли и сольваты; двум способам их получения и фармацевтическому препарату, обладающему свойствами ингиботора интегринов.

Изобретение относится к соединениям формулы (I), где R1 и R2 представляют собой циклоалкильную группу, арильную группу, гетероциклическую группу; R3 и R4 - атом водорода или алкоксигруппу; R5 - атом водорода, алкил; R6 - гидроксигруппу, алкоксигруппу, алкилтиогруппу или остаток амина, Х и Y - атом кислорода; Z представляет собой одинарную связь между указанным атомом азота и бензольным кольцом или алкиленовую группу, G - прямую связь, алкил, алкилен, пунктирная линия обозначает одинарную или двойную связь, D - атом углерода; Е - =N-O-группу.

Изобретение относится к способу получения 3-метилпиперидина циклизацией 2-метил-1,5-диаминопентана в газовой фазе при 300-400oС и давлении на 0-10 бар выше атмосферного в присутствии катализатора, такого как активированный оксид алюминия, смешанный оксид алюминия и кремния или природный или синтетический цеолит, которые имеют отношение кислых к основным центрам на поверхности выше 2 и удельная поверхность которых выше 40 м2/г.

Изобретение относится к соединениям формулы и их фармацевтически приемлемым солям, в котором: R обозначает фенил, замещенный 1-2 заместителями, каждый из которых независимо друг от друга выбирают из галоида; R1 обозначает C1-4 алкил; R2 обозначает H или C1-4 алкил; и "Het", который прикреплен к смежному атому углерода кольцевым атомом углерода, выбирают из пиридинила, пиридазинила, пиримидинила или пиразинила, при этом "Het" необязательно замещается C1-4 алкилом, C1-4 алкокси, галоидом, CN, NH2, или -NHCO2(C1-C4) алкилом.

Изобретение относится к новым сериям тетрациклических соединений, обладающих двумя или тремя атомами азота, включенными в кольцо, которые обладают значительной антиаллергической и антиастматической активностями, содержит методики и композиции их использования, также как и технологии их получения.

Изобретение относится к новым производным алкеновой кислоты, содержащим пиридин, точнее к новым 1,3-диоксан-5-илалкеновым кислотам, содержащим остаток пиридина в положении 4 1,3-диоксанового кольца.

Изобретение относится к ряду рацемических и оптически активных производных пиридо[1,2-a] пиразина, которые используются в качестве антидепрессантов и анксиолитиков, а также к интермедиатам этих производных.
Наверх