2,5-吡啶二甲酸的合成研究

王興利，于洪艷

（1. 臺(tái)州市萬鑫化學(xué)工程技術(shù)開發(fā)有限公司， 浙江 臺(tái)州 318000； 2. 浙江沙星醫(yī)藥化工有限公司， 浙江 臺(tái)州 317021）

2,5-吡啶二甲酸的合成研究

王興利1，于洪艷2

（1. 臺(tái)州市萬鑫化學(xué)工程技術(shù)開發(fā)有限公司， 浙江 臺(tái)州 318000； 2. 浙江沙星醫(yī)藥化工有限公司， 浙江 臺(tái)州 317021）

用6-甲基煙酸為原料，高錳酸鉀為氧化劑，在水相的條件下合成了2,5-吡啶二甲酸。考察了氧化劑種類、原料與氧化劑配比、反應(yīng)用水的量以及后處理對(duì)產(chǎn)品收率和純度的影響。結(jié)果表明，用高錳酸鉀為氧化劑，高錳酸鉀與6-甲基煙酸的摩爾比為3；反應(yīng)用水的質(zhì)量為原料質(zhì)量的6倍；用酸堿精制法對(duì)產(chǎn)品粗品進(jìn)行精制，在此條件下產(chǎn)品的最終純度達(dá)到99.5%以上，總收率達(dá)到70%以上。

6-甲基煙酸；高錳酸鉀；2,5-吡啶二甲酸

吡啶二甲酸是合成醫(yī)藥、農(nóng)藥和顏料以及發(fā)光材料的中間體，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、食品及生產(chǎn)生活中，具有不可替代的作用與價(jià)值[1]。因此國(guó)內(nèi)外的學(xué)者和專家對(duì)于吡啶甲酸系列的合成進(jìn)行了大量的研究，并取得了很大的進(jìn)展。文獻(xiàn)報(bào)道的合成方法有硝酸氧化法、空氣或氧氣氧化法、臭氧氧化法、過氧化氫氧化法、高氯酸氧化法等[2-6]。硝酸氧化法產(chǎn)率較低；空氣或氧氣氧化法的缺點(diǎn)是反應(yīng)溫度較高；過氧化氫氧化法和高氯酸氧化法的缺點(diǎn)是反應(yīng)溫度較高，反應(yīng)不容易控制，易發(fā)生爆炸；臭氧氧化法和電化學(xué)氧化法的缺點(diǎn)是反應(yīng)需要特殊的裝置，成本較高。上述眾多氧化方法都存在著各自的缺點(diǎn)，因此開發(fā)一種對(duì)環(huán)境友好的、生產(chǎn)成本低且能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)吡啶二甲酸的方法十分必要。

本工作將高錳酸鉀作為氧化劑在水相條件下氧化6-甲基煙酸合成2,5-吡啶二甲酸，反應(yīng)相對(duì)比較溫和，反應(yīng)溫度較低且溶劑控制。反應(yīng)完畢后生成的二氧化錳可以委托加工重新生成高錳酸鉀后重復(fù)使用，反應(yīng)生成的廢水的COD值低，可以直接排放。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

1.2 原料及儀器

6-甲基煙酸：工業(yè)級(jí)，純度98%，河北達(dá)冠化工科技有限公司；高錳酸鉀：工業(yè)級(jí)，曲阜市欣欣化工產(chǎn)品銷售有限公司；鹽酸：分析純（30%~36%），天津開發(fā)區(qū)跨越工貿(mào)有限公司；氨水：分析純，泰州藍(lán)邦化工有限公司

W-O恒溫油水浴鍋：上海申順生物科技有限公司；JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器；島津液相色譜儀；島津高端質(zhì)譜儀 LCMS-IT-TOF

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 產(chǎn)品的制備

在帶有加熱，攪拌，溫度計(jì)，回流冷凝管的反應(yīng)器中分別加入6-甲基煙酸，水，加熱升溫，加入KMnO4后反應(yīng)數(shù)小時(shí)，反應(yīng)畢冷卻至室溫，過濾，濾餅用水打漿，過濾，合并上述濾液，并用HCl調(diào)pH值，過濾，酸堿精制，干燥的2，5-吡啶二甲酸白色固體。

1.3.2 產(chǎn)品檢測(cè)方法

用液相色譜儀和質(zhì)譜儀測(cè)定產(chǎn)品的純度。

2 結(jié)果與討論

2.1 氧化劑種類的確定

在反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間及氧化劑與反應(yīng)原料的摩爾比確定的條件下，研究氧化劑KMnO4，濃HNO3，K2Cr2O7對(duì)反應(yīng)收率的影響。結(jié)果如表1。

表1 不同種類氧化劑對(duì)產(chǎn)品收率的影響Table 1 Effect of different catalysts on the result

由表1可知，用KMnO4作為反應(yīng)用氧化劑，最后產(chǎn)品的收率比其他兩種氧化劑的要高許多。用濃HNO3作為反應(yīng)用氧化劑，隨著反應(yīng)溫度升高，濃HNO3不斷從反應(yīng)器中會(huì)發(fā)出來使得實(shí)際參加氧化作用的氧化劑的量減少，而且濃HNO3具有較大的酸性腐蝕性，對(duì)環(huán)境造成一定的酸性污染；K2Cr2O雖然不揮發(fā)，但是隨著反應(yīng)的進(jìn)行這種氧化劑的氧化能力急劇下降，到最后基本上停止了反應(yīng)。故相比較而言，本項(xiàng)目選用KMnO4作為氧化劑較為適宜。

2.2 反應(yīng)溶劑水量的確定

本研究是在水中用KMnO4氧化6-甲基煙酸反應(yīng)來合成產(chǎn)品的，水的質(zhì)量與原料6-甲基煙酸的質(zhì)量比對(duì)氧化劑KMnO4的用量有極大的影響，具體見表2。

表2 溶劑體積比的影響Table 2 Effect of solvent volume ratio on the result

由表2可以看出，隨著水與6-甲基煙酸的質(zhì)量比增加，產(chǎn)品的收率隨著減少。這是因?yàn)楫a(chǎn)品2，5-吡啶二甲酸有一定的溶解度，隨著水量的增加，產(chǎn)品在水中的溶解的量也隨著增加而使得最后產(chǎn)品的收率隨之降低。而且隨之水量增加，氧化劑KMnO4的用量也隨之增加，因?yàn)镵MnO4要氧化水中部分有機(jī)物。但是水量太少，影響反應(yīng)的攪拌功能，綜合考慮，水與6-甲基煙酸的質(zhì)量比為6為宜。

2.3 氧化劑與原料摩爾比對(duì)產(chǎn)品收率和純度的影響

本研究在選定反應(yīng)用水量與6-甲基煙酸的質(zhì)量比為6的條件下考察KMnO4與6-甲基煙酸摩爾比對(duì)產(chǎn)品的純度和收率的影響，結(jié)果見表3。

表3 KMnO4與6-甲基煙酸摩爾比的影響Table 3 Effect of n(potassium permanganate)/n(6-methylnicotinic acid) on the result

由表3可以看出，隨著氧化劑KMnO4與原料6-甲基煙酸的摩爾比的增大，產(chǎn)品的收率先是增大而后卻慢慢減少，產(chǎn)品純度是程增大趨勢(shì)最后趨于平緩。當(dāng)氧化劑KMnO4與原料6-甲基煙酸的摩爾比摩爾比為2時(shí)，氧化劑不足以將原料全部氧化，故產(chǎn)品的收率和純度相對(duì)較低；但是隨著其摩爾比的增加，多余的氧化劑不僅將原料全部氧化完畢，而且也將產(chǎn)品氧化開環(huán)產(chǎn)生副產(chǎn)物。因此相比較而言氧化劑KMnO4與原料6-甲基煙酸的摩爾比以3為宜。

2.4 反應(yīng)后處理對(duì)產(chǎn)品的影響

2，5-吡啶二甲酸粗品由于含有微量的二氧化錳使得其熔點(diǎn)升高，熔程變寬，故必須除去粗品中的二氧化錳。本研究用酸堿精制法（氨水+鹽酸）對(duì)粗品進(jìn)行精制。先用氨水對(duì)粗品進(jìn)行完全溶解，過濾后用鹽酸調(diào)節(jié)濾液的pH值，使之析出產(chǎn)品，冷凍后過濾。這樣出來的產(chǎn)品色澤、熔點(diǎn)等物理特性均與文獻(xiàn)吻合，而且產(chǎn)品的純度較高（圖1-2）。

圖1 產(chǎn)品質(zhì)譜圖Fig.1 MS spectrum of 2,5-pyridine dicarboxylic acid

圖2 產(chǎn)品液相色譜圖Fig.2 LC spectrum of 2,5-pyridine dicarboxylic acid

3 結(jié) 論

（1）通過一系列試驗(yàn)得出合成2，5-吡啶二甲酸的優(yōu)選方案如下：用KMnO4作為反應(yīng)用氧化劑；氧化劑KMnO4與原料6-甲基煙酸的摩爾比為3；在水里面反應(yīng)且水與6-甲基煙酸的質(zhì)量比為6；用酸堿精制法（氨水+鹽酸）對(duì)粗品進(jìn)行精制。

（3）根據(jù)以上配方和工藝可以制得色澤好，熔程短，產(chǎn)品的純度達(dá)到99.6%。以下是用質(zhì)譜和液相色譜對(duì)實(shí)驗(yàn)所得產(chǎn)品的分析結(jié)果。

［1］徐克勛.精細(xì)有機(jī)化工原料及中間體手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999:4;57;68.

［2］初文毅，孫志忠，田永梅.連續(xù)法合成22吡啶甲酸鉻的工藝研究[J].化學(xué)工程師，2004（1）:1-3.

［3］化工百科全書[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990:557-584.

［4］李克昌，曹學(xué)靜，張恒彬，等.重鉻酸鉀氧化法合成22吡啶甲酸的研究[J].分子科學(xué)學(xué)報(bào)，2007,23（2）：82-86.

［5］李克昌，張恒彬，劉佳，等.22甲基吡啶的電氧化研究[J].分子科學(xué)學(xué)報(bào)，2005(3):6-10.

［6］CooK D J,Roland S.The preparation of isonicotinic and picolinic acids[J].J Am Chem Soc,1952,74(21):5515-5516.

Study on Synthesis of 2,5-Pyridine Dicarboxylic Acid

WANG Xing-li1，YU Hong-yan2
（1. Taizhou Wanxin Chemical Engineering Technology Development Co.,Ltd., Zhejiang Taizhou 318000，China；2. Zhejiang Shaxing Pharm. & Chem. Co., Ltd., Zhejiang Taizhou 317021，China）

2,5-Pyridine dicarboxylic acid was prepared by the reaction of 6-methylnicotinic acid with potassium permanganate in the presence of water. The effect of oxidant kinds，amount of water，ratio of 6-methylnicotinic acid to potassium permanganate on yield and purity of the product was investigated. The results show that when n(potassium permanganate):n(6-methylnicotinic acid) is 3:1, m(water):m(6-methylnicotinic acid) is 6:1,the acid-base refining method is used to purify crude product, final purity and total yield of 2,5-pyridine dicarboxylic acid can reach above 99.5% and 70% , respectively.

6-methylnicotinic acid; Potassium permanganate; 2,5-pyridine dicarboxylic acid

TQ 225.41

A

1671-0460（2012）11-1192-03

2012-09-06

王興利（1980-），男，浙江臨海人，工程師，碩士研究生，研究方向：化工安全及管理。E-mail：wangxingli_80@163.com。