用於製備乙醯吡啶的方法和催化劑的製作方法

2023-12-05 15:06:06 1

專利名稱：用於製備乙醯吡啶的方法和催化劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及製備通式(I)所示乙醯吡啶，尤其是3-乙醯吡啶的方法，本發明還涉及適用於本發明方法的催化劑。
3-乙醯吡啶在醫藥和精細化工中被認為是日益重要的中間體和結構單元。到目前為止，常使用從煙酸或者其它不能方便獲得的原料(例如3-乙基吡啶)開始的多級工藝來製備3-乙醯吡啶。代替使用雜環芳香酸，可以使用其衍生物。當所述酸是不揮發和/或在更高溫度下會分解時，這尤其有用。因此，在520℃下，煙酸乙酯和乙酸進行縮合反應，可提供37％產率的3-乙醯吡啶(Houben-Weyl，第VI/2a卷，第632-633頁)。最近，製備3-乙醯吡啶的方法已經在EP-A-0352674中提到，所述方法使用以二氧化鈦和鹼金屬或鹼土金屬的氧化物或氫氧化物為基礎的催化劑。使用煙酸和乙酸的甲酯，以及包含98％二氧化鈦(銳鈦礦)和2％氧化鈉的催化劑，其選擇性為54-60％。作為煙酸酯脫羧反應的副產物，形成量為29-41％的吡啶。在EP-A-0352674中，已經提到了其它各種方法，這些方法均不能獲得滿意的效果。
本發明的目的是提高現階段製備3-乙醯吡啶方法的選擇性，這樣可以避免或者降低因形成大量不想要的副產物而導致的損失。
本發明中，通過權利要求1所述的方法已經達到這一目的。
已經發現，在通式(II)所示的吡啶羧酸酯和乙酸反應形成乙醯吡啶(I)的氣相反應中，EP-A-0352674中所述的二氧化鈦基催化劑的選擇性可以通過使用表觀孔隙度至少為50％的高孔隙度氧化鋁-二氧化矽載體充分提高，如通過Archimedes方法所確定的，在通式(II)中，R1是C1-6烷基。
本發明的方法宜使用煙酸C1-6烷基酯作為原料來進行，製得3-乙醯吡啶。
還發現通過使用沸點更高的吡啶羧酸酯(II)，可以使反應產物更容易分離。若所述轉化率低於100％，低級酯(例如煙酸的低級酯)具有和那些所需產物類似的沸點，導致在蒸餾過程中難於分離。使用更高沸點(更加穩定)的酯可以大大避免這種問題。這樣的例子為煙酸的丁酯、戊酯或者己酯(包括如異丁基、仲丁基、異戊基等的異構體)，來代替煙酸的甲酯、乙酯或者丙酯，其在大氣壓下的沸點分別僅和3-乙醯吡啶相差3-4K(乙基)和15-16K(甲基和丙基)。煙酸丁酯和3-乙醯吡啶在大氣壓下的沸點差為32K。
宜使用沸點(在大氣壓下)超過所述產物乙醯吡啶(I)20K以上的吡啶羧酸酯(II)作為原料。
所述優選的反應溫度為350-450℃。
有利的是，所述反應使用過量的乙酸且在水存在下進行。
在催化劑載體中氧化鋁和二氧化矽的重量比為70∶30至90∶10，宜為75∶25至85∶15。
所述催化劑載體的表觀孔隙度為60-70％。
所述催化劑載體的堆積密度宜低於1000kg/m3，更好是600-800kg/m3。
所述催化劑的二氧化鈦含量以所述載體的重量計宜為5-20重量％。
所述催化劑可以通過包括以下步驟的方法來製備(i)將表觀孔隙度至少為50％的氧化鋁-二氧化矽載體用四氯化鈦的鹽酸水溶液浸漬，製得第一催化劑前體；(ii)乾燥；(iii)煅燒；(iv)將所述煅燒後的第一催化劑前體用鹼金屬和/或鹼土金屬的氫氧化物和/或氧化物的溶液或懸浮液浸漬，製得第二催化劑前體；(v)乾燥，並(vi)煅燒所述乾燥的第二催化劑前體來製備所述最終催化劑。
所述載體的浸漬不限於使用四氯化鈦。因此，可以使用鈦的其它可溶性鹽或均勻分散的二氧化鈦漿液。也可以使用合適的前體來代替鹼金屬或鹼土金屬的氫氧化物或氧化物，例如所述在加熱時會分解的金屬鹽。
在載體中氧化鋁和二氧化矽的比為70∶30至90∶10，宜為75∶25至85∶15。
所述催化劑載體的表觀孔隙度宜為60-70％。
所述催化劑中二氧化鈦含量以所述載體的重量計宜為5-20重量％。
以下非限制性的例子將說明本發明的方法和本發明催化劑的製備。
實施例1催化劑的製備為了製備所述催化劑，可以使用多孔二氧化矽-氧化鋁球體作為載體。合適的材料由Norton Chemical Process Products Corporation of Akron，0hio提供，典型描述如下大小和形狀4mmφ球體表面積12m2/g表觀孔隙度65％堆積密度 710kg/m3總孔體積(Hg porosimetry)0.5ml/gAl2O379-81％SiO2；17-19％通過往15ml濃鹽酸和60ml去離子水的混合物中加入23ml(40g，0.21mo1)TiCl4，來製備四氯化鈦水溶液(用TiO2表示為22％，0.21mol，16g)。將所述最終溶液攪拌幾分鐘，並冷卻。
使用初期潤溼技術在25-30℃下噴塗所述TiCl4，將上述二氧化矽-氧化鋁球體(250g)浸漬在旋轉玻璃容器或者金屬圓桶中。之後在真空(環境溫度90-95℃)中乾燥所述催化劑前體1小時，然後，在120℃下乾燥12小時，最後在400℃下在空氣流(500ml/min)中煅燒12小時。分析可知有7％的Ti。
將煅燒的球體再次置於旋轉圓桶中，並用稀釋的氫氧化鈉溶液(1.5g NaOH的5％水溶液)噴塗。
在120℃下乾燥所述催化劑12小時，然後在500℃下煅燒1小時。
實施例23-乙醯吡啶的製備將15ml(12g)實施例1中製備的催化劑填充到內徑為12mm的電加熱管式反應器中。在12小時內，使用精密泵將17.9g煙酸丁酯、32g水和125g乙酸的混合物計量加入在410℃下操作的反應器中。從所述反應混合物中獲得8.993-乙醯吡啶、0.9g吡啶和1.3g煙酸丁酯。煙酸丁酯轉化率93％(選擇性78％)，3-乙醯吡啶對應產率為73％。所述吡啶形成的選擇性為11％。
對比例1使用EP-A-0352674中所述的催化劑製備3-乙醯吡啶將15ml(≈15g)EP-A-0352674的實施例1中製備的催化劑填充到內徑為12mm的電加熱管式反應器中。在60小時內，使用精密泵將78g煙酸丁酯、149g水和523g乙酸的混合物計量加入在410℃下操作的反應器中。從所述反應混合物中獲得30.5g 3-乙醯吡啶、8.5g吡啶和9.0g煙酸甲酯。煙酸丁酯轉化率為88％(選擇性50％)，3-乙醯吡啶對應產率為45％。所述吡啶形成的選擇性為19％。
對比例2使用EP-A-0352674中所述的催化劑製備3-乙醯吡啶將15ml(≈15g)EP-A-0352674的實施例1中製備的催化劑填充到內徑為12mm的電加熱管式反應器中。在63小時內，使用精密泵將104g煙酸丁酯、162g水和606g乙酸的混合物計量加入在405℃下操作的反應器中。從所述反應混合物中獲得30g 3-乙醯吡啶、3g吡啶和26g煙酸丁酯。煙酸丁酯轉化率為75％(選擇性58％)，3-乙醯吡啶對應產率為43％。所述吡啶形成的選擇性為5％。
實施例33-乙醯吡啶的製備將270ml(≈227g)實施例1製備的催化劑填充到內徑為23.5mm的管式反應器中。使用精密泵將煙酸丁酯(30g/h)、水(54g/h)和乙酸(210g/h)的混合物經蒸發器加入用鹽浴加熱的管式反應器中。少量氮氣流(1l/h)確保蒸汽的傳送。所述鹽浴的溫度為410℃。所述反應蒸汽在水循環系統中冷凝。在總共運行35小時之後，收集反應溶液。將這種對應於710g煙酸丁酯的溶液部分進行分離。81％煙酸丁酯轉化成了293g 3-乙醯吡啶，對應選擇性為75％，產率為61％。吡啶形成的選擇性為4％。
權利要求
1.制各通式(I)所示乙醯吡啶的方法，所述乙醯吡啶通過在催化劑存在下，在氣相中通式(II)所示吡啶羧酸酯與乙酸反應來製備； 在通式(II)中，R1是C1-6烷基；所述催化劑的活性物質包含二氧化鈦和至少一種鹼金屬或鹼土金屬的氧化物，其中，所述催化劑包含表觀孔隙度至少為50％的氧化鋁-二氧化矽載體。
2.權利要求1所述的方法，其特徵在於，所製備的乙醯吡啶(I)為3-乙醯吡啶，所述吡啶羧酸酯(II)為煙酸C1-6烷基酯。
3.權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述吡啶羧酸酯(II)在大氣壓下的沸點比所述乙醯吡啶(I)的沸點高20K以上。
4.權利要求1-3任一項所述的方法，其特徵在於所述反應溫度為350-450℃。
5.權利要求1-4任一項所述的方法，其特徵在於，在所述催化劑載體中氧化鋁和二氧化矽的重量比為70∶30至90∶10，宜為75∶25至85∶15。
6.權利要求1-5任一項所述的方法，其特徵在於，所述催化劑載體的表觀孔隙度為60-70％。
7.權利要求1-6任-項所述的方法，其特徵在於，所述催化劑載體的堆積密度為600-1000kg/m3，宜為600-800kg/m3。
8.權利要求1-7任一項所述的方法，其特徵在於，以所述載體的重量計，所述催化劑的二氧化鈦含量為5-20重量％。
9.一種催化劑，所述催化劑由以下步驟製得(i)表觀孔隙度至少為50％的氧化鋁-二氧化矽載體用四氯化鈦的鹽酸水溶液浸漬，製得第一催化劑前體；(ii)乾燥；(iii)煅燒；(iv)所述煅燒後的第一催化劑前體用鹼金屬和/或鹼土金屬的氫氧化物和/或氧化物的溶液或懸浮液浸漬，製得第二催化劑前體；(v)乾燥，並(vi)煅燒所述乾燥的第二催化劑前體。
10.權利要求9所述的催化劑，其特徵在於，所述載體中氧化鋁和二氧化矽的重量比為70∶30至90∶10，宜為75∶25至85∶15。
11.權利要求9或10所述的催化劑，其特徵在於，所述催化劑載體的表觀孔隙度為60-70％。
12.權利要求9-11任一項所述的催化劑，其特徵在於，以所述載體的重量計，所述催化劑的二氧化鈦含量為5-20重量％。
13.權利要求1-4任一項所述的方法，其特徵在於，使用權利要求9-12任一項所述的催化劑作為催化劑。
全文摘要
揭示了在催化劑存在下，在氣相中反應通式(II)所示吡啶羧酸酯和乙酸來製備通式(I)所示乙醯吡啶的方法，通式(II)中，R
文檔編號C07D213/30GK1491214SQ02805144
公開日2004年4月21日 申請日期2002年2月14日 優先權日2001年2月19日
發明者R·J·丘克, R J 丘克 申請人:隆薩股份公司