непрерывные способы гидролиза цианопиридинов в адиабатических условиях

Формула изобретения

1. Непрерывный способ гидролиза цианопиридина, включающий непрерывное объединение двух или более подаваемых потоков с образованием реакционной смеси, содержащей цианопиридин, воду и основание, нагреванием ее до температуры, достаточной, чтобы инициировать гидролиз цианопиридина и взаимодействие реакционной смеси в практически адиабатических условиях.

2. Способ по п.1, в котором цианопиридин выбирают из группы, состоящей из 2-цианопиридина, 3-цианопиридина и 4-цианопиридина.

3. Способ по п.2, в котором указанное взаимодействие инициируют при температуре, по меньшей мере, примерно 20^oС, и указанное основание присутствует в количестве менее чем 50 эквивалентов основания на 100 эквивалентов цианопиридина.

4. Способ по п.3, который включает взаимодействие от примерно 0,01 до примерно 10 эквивалентов основания на 100 эквивалентов цианопиридина, и указанное взаимодействие инициируют при температуре от примерно 60 до примерно 140^oС, и образуется продукт, содержащий пиридинзамещенный амид.

5. Способ по п.4, в котором указанное основание представляет собой аммиак.

6. Способ по п.5, в котором указанный цианопиридин представляет собой 3-цианопиридин, а указанный пиридинзамещенный амид представляет собой ниацинамид.

7. Способ по п.4, в котором указанное основание представляет собой гидроксид щелочного металла.

8. Способ по п.7, в котором цианопиридин представляет собой 3-цианопиридин, гидроксид щелочного металла представляет собой гидроксид натрия или калия, а продукт содержит ниацинамид.

9. Способ по п.4, в котором указанное основание представляет собой карбонат щелочного металла.

10. Способ по п.9, в котором цианопиридин представляет собой 3-цианопиридин, карбонат щелочного металла представляет собой карбонат натрия или калия, а продукт содержит ниацинамид.

11. Способ по п.10, в котором указанный способ включает выделение ниацинамида.

12. Способ по п.11, в котором цианопиридин выбирают из группы, состоящей из 2-цианопиридина, 3-цианопиридина и 4-цианопиридина.

13. Способ по п.12, в котором указанное взаимодействие инициируют при температуре, по меньшей мере, примерно 20^oС, и указанное основание присутствует в количестве, по меньшей мере, 50 эквивалентов основания на 100 эквивалентов цианопиридина.

14. Способ по п.13, который включает взаимодействие от примерно 50 до примерно 200 эквивалентов основания на 100 эквивалентов цианопиридина, и указанное взаимодействие инициируют при температуре от примерно 60 до примерно 200^oС, и образуется продукт, содержащий пиридинзамещенную карбоновую кислоту.

15. Способ по п. 14, в котором указанное основание представляет собой аммиак.

16. Способ по п.15, в котором указанный цианопиридин представляет собой 3-цианопиридин, и продукт содержит ниацин.

17. Способ по п. 14, в котором указанное основание представляет собой гидроксид щелочного металла.

18. Способ по п.17, в котором цианопиридин представляет собой 3-цианопиридин, гидроксид щелочного металла представляет собой гидроксид натрия или калия, и продукт содержит ниацин.

19. Способ по п.14, в котором указанное основание представляет собой карбонат щелочного металла.

20. Способ по п.19, в котором цианопиридин представляет собой 3-цианопиридин, карбонат щелочного металла представляет собой карбонат натрия или калия, и продукт содержит ниацин.

21. Непрерывный способ гидролиза цианопиридина, включающий стадии:

объединения первого потока, содержащего указанный цианопиридин, со вторым потоком, содержащим воду и основание, причем, по меньшей мере, один из потоков нагревают до температуры, обеспечивающей объединенному потоку температуру, достаточную для инициирования гидролиза цианопиридина, и

пропускания потоков после указанного объединения через зону реакции и проведения реакции гидролиза в практически адиабатических условиях.

22. Способ по п.21, в котором первый поток содержит от примерно 20 до примерно 85% по массе цианопиридина, и второй поток содержит от примерно 5 до примерно 50% по массе указанного основания.

23. Способ по п.22, который включает взаимодействие от примерно 0,01 до примерно 10 эквивалентов основания на 100 эквивалентов цианопиридина, причем указанное взаимодействие инициируют при температуре от примерно 60 до примерно 140^oС, и образуется продукт, содержащий замещенный амид.

24. Способ по п.23, в котором цианопиридин представляет собой 3-цианопиридин, основание представляет собой гидроксид натрия или калия, и продукт содержит ниацинамид.

25. Способ по п.22, который включает взаимодействие, по меньшей мере, 50 эквивалентов основания на 100 эквивалентов цианопиридина, причем указанное взаимодействие инициируют при температуре от примерно 60 до примерно 200^oС, и образуется продукт, содержащий замещенную карбоновую кислоту.

26. Способ по п.25, в котором цианопиридин представляет собой 3-цианопиридин, основание представляет собой гидроксид натрия или калия, и продукт содержит ниацин.

27. Способ по п.21, в котором указанный первый поток содержит 3-цианопиридин, и указанную реакцию гидролиза проводят в проточном трубчатом реакторе.

28. Способ по п.27, в котором указанный первый поток содержит от примерно 20 до примерно 85% по массе 3-цианопиридина.

29. Способ по п.28, в котором указанное основание выбирают из группы, состоящей из аммиака, гидроксида натрия, карбоната натрия, гидроксида калия и карбоната калия.

30. Способ по п.29, в котором реакцию гидролиза инициируют при температуре от примерно 20 до примерно 300^oС, и основание является гидроксидом натрия или калия.

31. Способ по п.30, в котором указанное основание присутствует в количестве менее, чем примерно 50 эквивалентов основания на 100 эквивалентов 3-цианопиридина, реакцию гидролиза инициируют при температуре от примерно 60 до примерно 140^oС, и образуется продукт, содержащий ниацинамид.

32. Способ по п.30, в котором указанное основание присутствует в количестве, по меньшей мере, 50 эквивалентов основания на 100 эквивалентов 3-цианопиридина, реакцию гидролиза инициируют при температуре от примерно 60 до примерно 200^oС, и образуется продукт, содержащий ниацин.

33. Непрерывный способ гидролиза цианопиридина, включающий непрерывное взаимодействие реакционной смеси, содержащей цианопиридин, воду и основание, причем указанное взаимодействие инициируют при температуре, по меньшей мере, 100^oС и получают повышение температуры указанной реакционной смеси, по меньшей мере, на 20^oС в практически адиабатических условиях процесса.

34. Способ по п.33, в котором цианопиридин представляет собой 3-цианопиридин, и указанный способ включает взаимодействие от примерно 0,01 до примерно 10 эквивалентов основания на 100 эквивалентов 3-цианопиридина, и образуется продукт, содержащий ниацинамид.

35. Способ по п.34, в котором указанное основание выбирают из группы, состоящей из аммиака, гидроксида натрия, карбоната натрия, гидроксида калия и карбоната калия.

36. Способ по п.35, в котором цианопиридин представляет собой 3-цианопиридин, и указанный способ включает взаимодействие, по меньшей мере, 50 эквивалентов основания на 100 эквивалентов 3-цианопиридина, и продукт содержит ниацин.

37. Способ по п.36, в котором указанное основание выбирают из группы, состоящей из аммиака, гидроксида натрия, карбоната натрия, гидроксида калия и карбоната калия.

38. Способ по п.33, в котором указанное взаимодействие, по существу, завершается за время менее чем примерно 30 с, и за эти 30 с происходит повышение температуры указанной реакционной смеси, по меньшей мере, на примерно 20^oС.

39. Способ по п.33, в котором, по существу, все тепло, вырабатываемое указанным взаимодействием, удерживается в реакционной смеси во время указанного взаимодействия.

40. Непрерывный способ гидролиза цианопиридина, включающий стадии: непрерывного образования и пропускания через зону реакции реакционной смеси, содержащей цианопиридин, воду и основание; инициирования экзотермической реакции гидролиза реакционной смеси в зоне реакции путем нагревания указанной смеси до температуры, достаточной для инициирования гидролиза цианопиридина, и удерживания в указанной реакционной смеси во время реакции гидролиза, по существу, всего тепла, выделяемого в результате реакции гидролиза.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к непрерывному способу гидролиза цианопиридинов и, в частности, к такому способу, проводимому в по существу адиабатических условиях. Условия гидролиза могут регулироваться таким образом, чтобы получать в качестве главных продуктов амиды, карбоновые кислоты или их смеси.

Некоторые продукты, образующиеся в результате гидролиза цианопиридинов, являются хорошо известными коммерческими продуктами. Например, пиридинзамещенные амиды и карбоновые кислоты являются важными витаминами, предшественниками медицинских и химических промежуточных соединений. Среди амидов наиболее хорошо известный пример включает ниацинамид (известный также как никотинамид и 3-пиридинкарбоксамид), а среди карбоновых кислот наиболее хорошо известный пример включает ниацин (известный также как никотиновая кислота и 3-пиридинкарбоновая кислота). Ниацинамид и ниацин, которые относятся к витамину B₃, являются членами комплекса витамина В и предшественниками коферментов I и II и представляют собой важные добавки к диете (рациону) людей и животных. Количество смертей от пеллагры в США, вызванных дефицитом витамина B₃, упало с 7358 в 1929 году до 70 в 1956 году, в первую очередь в результате того, что витамин B₃ стал более доступным. У животных, получающих рацион с добавкой витамина B₃, имеют место более высокие скорости роста, а в случае жвачных животных также имеет место более высокая выработка молока. В 1985 году рынок ниацинамида и ниацина в США оценивался в 6700 метрических тонн. Общее обсуждение витаминов B₃ см. в Kirk-Othmer, Encyclopedia of Cnemical technology, Third Edition, Vol. 24, pages 59-93. Путем гидролиза 4-цианопиридина может быть получена изоникотиновая кислота - предшественник гидразида изоникотиновой кислоты (изониазид) и связанные с ним лекарственные препараты, используемые при лечении туберкулеза.

Что касается способов получения этих соединений, часто проводят гидролиз цианопиридинов в периодических и непрерывных способах с избытком основания в количестве от каталитического до стехиометрического. Большинство описанных способов представляет собой периодические процессы. Например, сообщается, что 4-цианопиридин в присутствии гидроксида натрия при мольном соотношении 1: (0,03-0,075) и при 120-170^oC дает изоникотинамид (см. Патент СССР SU 1553531 (1990); CA:113:78174f (1990)). Аналогично, сообщается, что 2-цианопиридин взаимодействует с гидроксидом натрия при мольном соотношении 1: (0,03-0,20) и в интервале температур 100-130^oC с образованием 2-пиколинамида (см. Патент СССР SU 1553530 (1990); СА:113:78173е (1990)). Сообщалось, что при мольном отношении 4-цианопиридина к гидроксиду натрия, составляющем 1: (1,5-1,75) и температура гидролиза 50-80^oC продуктом гидролиза является изоникотиновая кислота (см. Патент СССР SU 1288183; CA:106:176187n (1987)). Сообщаюсь, что гидролиз 3-цианопиридина с избытком аммиака при 107-109^oC в течение 12 часов дает смеси никотинамида и ниацина (см. J. Am. Chem. Soc. 65, pp. 2256-7 (1943)). Еще в одном варианте сообщается о гидролизе 3-цианопиридина полимерным основанием Dowex 1Х4 (в гидроксидной форме) с образованием никотинамида (см. Заявку на патент Голландии N 7706612-А; CA:90: 186814e).

В Патенте США N 4314064 описывается непрерывный гидролиз 3-цианопиридина с гидроксидом щелочного металла в количестве от 0,3 до 3,0 молей на каждые 100 молей цианопиридина при давлениях от 0,3 до 2 МПа и при нагревании или охлаждении, чтобы поддерживать предписанную температуру реакции. Аналогично, сообщается, что 3-цианопиридин взаимодействует в непрерывном способе с нашатырным спиртом при мольном соотношении 1:0,5 и времени контакта 40-50 минут при 200-260^oC с образованием никотинамида см. Журнал прикладной химии, СССР (английский перевод: 45:2716-2718 (1972)).

В качестве альтернативы процессам гидратации цианопиридинов в присутствии оснований были исследованы процессы бактериального и ферментативного гидролиза. В Патенте США N 5395758, переданном фирме Sumitomo Chemical Company Ltd. описывается превращение 2-, 3- и 4-цианопиридина в их соответствующие амиды с использованием культуральных бульонов бактерий Agrobacterium. В Патенте Японии N 9300770000, переданном фирме Nitto Chemical Ind. Co. Ltd, описывается гидратация ароматических нитрилов, включая 3- и 4-цианопиридин, с использованием воздействия бактерий Corynebacterium или Nocardia bacteriuni с получением соответствующих ароматических амидов с высоким уровнем селективности.

Ввиду этих предпосылок сохраняется необходимость и потребность в непрерывном способе гидролиза цианопиридинов, который обеспечивает повышенную скорость получения продукта, обеспечивая в то же время высокие выходы и селективность по продукту. В дополнение к этому непрерывный способ должен быть таким, чтобы его можно было проводить с применением исходных веществ, которые являются легкодоступными, и в простом оборудовании, требующем минимального контроля. Настоящее изобретение призвано удовлетворить эти потребности.

Краткое изложение

Особенность настоящего изобретения состоит в том открытии, что непрерывный гидролиз цианопиридинов может проводиться в присутствии основания и в по существу адиабатических условиях для обеспечения энергично протекающей реакции, которая, к удивлению, приводит к повышенным скоростям образования продуктов с высокими выходами и селективностями. Таким образом, один предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения предусматривает непрерывный способ гидролиза цианопиридина (например, 2-, 3- или 4-цианопиридина) путем объединения двух или более поступающих потоков с образованием реакционной смеси, содержащей цианопиридин, воду и основание (например, аммиак, гидроксид щелочного металла или карбонат щелочного металла), и протекания реакции реакционной смеси в по существу адиабатических условиях. Способы согласно настоящему изобретению могут проводиться в ряде систем непрерывного действия, включая, например, простую проточную трубу, не требовать управления температурой, за исключением температуры инициирования реакции, и могут быть по существу завершены менее чем за минуту.

Для конкретного цианопиридина требуемая температура инициирования является функцией реакционной способности цианопиридина к гидролизу и его концентрации, а также применяемого основания и отношения количества этого основания к количеству цианопиридина. Отношение основания к цианопиридину влияет также на то, будет ли главным продуктом амид или карбоновая кислота. Можно управлять предпочтительным направлением гидролиза 2-цианопиридина, 3-цианопиридина и 4-цианопиридина, чтобы получать пиколинамид, пиколиновую кислоту, никотинамид, ниацин, изоникотинамид или изоникотиновую кислоту с удивительно высокими скоростями получения продуктов при неожиданной селективности и удивительно коротких временах реакции.

Другой предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения предусматривает способ, который включает стадии объединения первого потока, содержащего цианопиридин, со вторым потоком, содержащим воду и основание, причем по меньшей мере один из потоков нагревают до температуры от примерно 20^oC до примерно 300^oC, и пропускания потоков после их объединения через зону реакции, чтобы вызвать протекание гидролиза в по существу адиабатических условиях. Первый поток может содержать только цианопиридин в виде расплава или может дополнительно содержать воду и/или другой не вступающий во взаимодействие растворитель. Хотя обеспечить подходящую реакционную зону могут несколько конструкций реакторов, включая последовательность реакторов в каскаде, реакторы с циркуляцией или проточные трубчатые реакторы, предпочтительным является проточный трубчатый реактор. Предпочтительные реакции гидролиза включают гидролиз 3-цианопиридина гидроксидами щелочных металлов, такими как гидроксид натрия или калия, с получением никотинамида или ниацина с высокими выходами и степенями превращения при минимуме загрязнений.

Описание

С целью способствовать пониманию принципов настоящего изобретения будет сделана ссылка на некоторые из вариантов его реализации, и для их описания будет использоваться специальный язык. Тем не менее, следует понимать, что тем самым не предполагается какое-либо ограничение объема изобретения, и квалифицированным специалистам в данной области будут очевидны изменения, дополнительные модификации и приложения описанных здесь принципов согласно настоящему изобретению.

Как указано выше, в настоящем изобретении предлагаются уникальные способы непрерывного гидролиза цианопиридинов в присутствии основания в по существу адиабатических условиях, которые, к удивлению, приводят к повышенным скоростям образования продуктов с высокими выходами и селективностями. В этом отношении термин "по существу адиабатические условия", как подразумевается, включает условия, в которых, по существу, все тепло, выделяющееся при реакции гидролиза, удерживается в реакционной смеси во время периода взаимодействия. Иными словами, по существу не делается попыток охладить объединенные реагенты внутри зоны реакции в течение периода взаимодействия. В результате этого тепло, выделяемое при реакции гидролиза, обычно вырабатывается быстрее, чем оно может рассеиваться в окружающую среду, и температура реакционной смеси внутри зоны реакции достигает, по существу, значения температуры, вызванной неконтролируемой экзотермической реакцией гидролиза. Обычно температура реакционной смеси повышается по меньшей мере приблизительно на 20^oC. Подразумевается, что понятие "зона реакции" включает область внутри реактора непрерывного действия, в которой цианопиридин, объединенный с основанием, подвергается быстрой экзотермической реакции с получением продукта гидролиза. Предпочтительный с точки зрения заявителя способ может проводиться в ряде систем непрерывного действия, требует лишь управления скоростями потоков и температурой инициирования и завершается за время менее чем тридцать секунд после того, как проведено инициирование.

Непрерывный гидролиз цианопиридинов, согласно вариантам реализации предпочтительного способа, дает главным образом амиды, карбоновые кислоты или их смеси. 2-, 3- и 4-цианопиридины гидролизуются при помощи предпочтительного с точки зрения заявителя способа с образованием пиколинамида, пиколиновой кислоты, никотинамида, ниацина, изоникотинамида и изоникотиновой кислоты. Кроме того, широкий ряд замещенных и незамещенных цианопиридинов также является пригодным для использования в данном изобретении. Характерные заместители включают группы, такие как алкил, содержащий вплоть до примерно 9 атомов углерода, арил, циано, амино, алкиламино, гидрокси и галоген (например, -Cl, -Br) и т.п. Подходящие заместители могут в результате реакции гидролиза оставаться неизменными или могут в процессе гидролиза преобразовываться в новый заместитель. Предпочтительные цианопиридины для использования в способе гидролиза включают незамещенные цианопиридины (2-цианопиридин, 3-цианопиридин и 4-цианопиридин) и замещенные цианопиридины, которые содержат до четырех дополнительных групп, не являющихся нежелательной помехой для реакции гидролиза, и либо коммерчески доступны, либо могут быть получены при помощи способов, известных в области техники и литературе. Более предпочтительными цианопиридинами являются незамещенные 2-цианопиридин, 3-цианопиридин и 4-цианопиридин, например, выпускаемые компаниями Reilly Industries, Inc., of Indianapolis, Indiana и Cambrex Corporation, East Rutherford, New Jersey. Хотя это и не является необходимым для настоящего изобретения, является предпочтительным, чтобы используемые цианопиридины имели высокую чистоту, например, от примерно 95 до примерно 99,9% или более чистые.

Известен ряд оснований, которые облегчают реакции гидролиза, и выбор конкретного применяемого основания не является критичным в широких аспектах настоящего изобретения. Подходящие основания для использования в настоящем изобретении обычно включают те основания, совместимые с водной системой гидролиза, которые ускоряют гидролиз цианопиридинов. Предпочтительными основаниями для использования в настоящем изобретении являются аммиак, гидроксиды щелочных металлов, такие как гидроксид натрия или калия, и карбонаты щелочных металлов, такие как карбонат натрия или калия. Хотя это и не требуется, основания обычно используются в растворе, более предпочтительно в воде. Предпочтительные водные растворы оснований содержат от примерно 5 до примерно 50% по массе основания.

Способы согласно настоящему изобретению могут проводиться с различным количеством воды по отношению к цианопиридину таким образом, чтобы контролировать продукт реакции, чтобы улучшить поток продуктов через реактор и влиять на величину повышения температуры, вызываемого неконтролируемой экзотермической реакцией гидролиза. Предпочтительное количество воды для управления продуктом реакции зависит от количества цианогрупп в цианопиридине, подвергающемся гидролизу, и от того, являются ли желательными амидные группы или группы карбоновой кислоты. В случае гидратации каждая цианогруппа реагирует с одной (1) молекулой воды с образованием амидной группы и с двумя (2) молекулами воды с образованием группы карбоновой кислоты. В результате этого предпочтительное количество молей воды на моль цианопиридина, используемое для контроля продукта, может определяться для каждого цианопиридина путем добавления (а) количества цианогрупп, которые необходимо гидролизовать до амидных групп, умноженного на один (1), и (b) количества цианогрупп, которые необходимо гидролизовать до групп карбоновой кислоты, умноженного на два (2). В случае предпочтительных способов обычно используется по меньшей мере небольшой избыток воды. Вода может добавляться отдельно, с цианопиридином, с основанием или с их некоторым сочетанием. Как правило, вода добавляется как с цианопиридином, так и с основанием для подачи в способы, согласно настоящему изобретению. Предпочтительные растворы цианопиридина содержат от примерно 20% до примерно 85% по массе цианопиридина в воде, при этом более предпочтительные растворы содержат от примерно 35% до примерно 70% по массе цианопиридина для образования амида и карбоновой кислоты.

В предпочтительных способах цианопиридин по меньшей мере одно основание и достаточное количество воды соединяются в непрерывном режиме с получением реакционной смеси при начальной температуре, достаточной для инициирования и поддержания гидролиза без дополнительного нагревания и достаточной, чтобы вызвать быстрый гидролиз цианопиридина. Эта начальная температура называется в данном описании температурой инициирования. Чтобы инициировать гидролиз, когда необходимо нагревание, по меньшей мере один поток реагента может быть предварительно нагрет до температуры, достаточной, чтобы добиться, чтобы реакционная смесь достигла температуры инициирования, и гидролиз начался немедленно после объединения потоков реагентов. Величина требуемого нагрева является функцией количеств и теплоемкостей различных объединяемых потоков, а также концентраций реагентов. Установлено, что для водных растворов цианопиридина, находящихся в интервале от примерно 20% до примерно 85% по массе цианопиридина, достаточными оказываются температуры инициирования от примерно 20^oC до примерно 300^oC.

Для образования амида наиболее предпочтительными являются температуры инициирования от примерно 60^oC до примерно 140^oC, тогда как для образования карбоновой кислоты наиболее предпочтительными являются температуры инициирования от примерно 60^oC до примерно 200^oC. В благоприятных способах гидролиз является быстрым и экзотермическим, что вызывает быстрое повышение температуры объединенных потоков реагентов в зоне реакции. Например, в более благоприятных способах реакция гидролиза приводила к повышению температуры реакционной смеси на величину по меньшей мере примерно 20^oC, и реакция завершалась за время менее чем примерно 30 с и обычно за время менее чем примерно 5 с.

Выбор основания и его количества по отношению к цианопиридину может регулироваться таким образом, чтобы вызвать получение продукта, который содержит, главным образом, предпочтительный амид или предпочтительную карбоновую кислоту. При использовании более сильных оснований, таких как гидроксид натрия и калия, достаточными являются меньшие количества основания, тогда как в случае более слабых оснований, таких как аммиак, требуются большие количества основания. Контроль этих параметров для достижения желаемых продуктов или смесей продуктов будет полностью в компетенции квалифицированного специалиста, руководствующегося положениями настоящего описания. Поскольку основания могут быть либо одноосновными, либо двухосновными, а цианопиридины могут иметь более чем одну цианогруппу, относительные количества этих реагентов могут быть успешно определены в терминах эквивалентов. Число эквивалентов основания может быть определено путем умножения числа молей основания (определяемого обычным образом) на число протонов, с которыми будет реагировать моль этого основания. Число эквивалентов цианопиридина может быть определено путем умножения числа молей цианопиридина (определяемого обычным образом) на число имеющихся цианогрупп. Отношение основания к цианопиридину будет представлять собой отношение числа эквивалентов основания к числу эквивалентов цианопиридина. В предпочтительном способе отношение основания к цианопиридину будет изменяться в зависимости от желаемого продукта гидролиза, силы применяемого основания и количества присутствующей воды. В целом, образованию амида благоприятствует отношение числа эквивалентов основания к числу эквивалентов цианопиридина, составляющее примерно (от 0,01 до 50): 100, а образованию кислоты благоприятствует отношение числа эквивалентов основания к числу эквивалентов цианопиридина, составляющее примерно (от 50 до 200): 100.

Хотя настоящий непрерывный гидролиз может проводиться в ряде обычных аппаратов непрерывного процесса, таких как каскады реакционных сосудов, реакторы с циркуляцией или проточные трубы, предпочтительным является проточный трубчатый реактор. В предпочтительном способе по меньшей мере два потока реагентов, содержащих вместе цианопиридин, воду и основание, подаются в реактор при достаточном количестве тепла, поданного по меньшей мере к одному из потоков реагентов, что приводит к тому, что объединенные потоки достигают температуры инициирования. Хотя это и не требуется, потоки реагентов могут пропускаться через область смешивания, находящуюся непосредственно перед входом в реактор или представляющую собой начальную стадию реактора. Область смешивания может включать статический смеситель, область, содержащую насадки или другие механические формы, известные в технике. Реактор может также быть снабжен оборудованием для работы при давлении окружающей среды или при заранее установленном давлении выше атмосферного давления. Вследствие неконтролируемой экзотермической природы гидролиза реакторы, сконструированные для работы при давлении выше атмосферного, в общем случае оборудованы предохранительным клапаном давления, отводящим жидкость в ловушку и установленным ниже предельного давления в реакторе. После гидролиза продукты реакции выходят из реактора и могут проходить в приемный резервуар для дальнейшей обработки или могут быть направлены непосредственно в систему выделения продукта.

Для предпочтительных непрерывных способов обычно достигаются высокие скорости образования продуктов, селективности и выходы. Например, при получении никотинамида путем гидролиза 3-цианопиридина могут быть достигнуты скорости получения, изменяющиеся от примерно 200 до нескольких тысяч кг в час на литр объема реактора, причем в работах заявителя, проведенных на сегодняшний день, в системах легко достигались скорости от примерно 200 до примерно 1000 кг в час на литр и, чаще, от примерно 400 до примерно 900 кг в час на литр. Аналогичные скорости получения могут быть и были получены для гидролиза 3-цианопиридина до ниацина. Выходы амидов и карбоновых кислот при использовании предпочтительного непрерывного способа обычно изменялись в интервале от примерно 95% до примерно 99,5% с остатком непрореагировавшего нитрила, обычно составляющем от примерно 0 до примерно 0,2%. Количество побочных продуктов - либо амида, либо карбоновой кислоты - обычно находилось в интервале от примерно 1 до примерно 5%.

Продукты непрерывного способа гидролиза могут быть выделены при помощи стандартных способов. Эти способы включают известные методы периодической или непрерывной кристаллизации, периодические или непрерывные испарительные методики или их сочетания. Ниацинамид, подходящий для пищевых качественных применений, может быть получен посредством непрерывной дегидратации или сушки гидролизной смеси с применением испарителя с падающей пленкой и технологии охлаждающей ленты, например, как описано в Патенте США N 434064. Продукты карбоновой кислоты могут быть выделены путем сначала взаимодействия основной соли с кислотой и выделения свободной карбоновой кислоты при помощи стандартных способов, таких как кристаллизация. Продукты гидролиза, полученные при помощи способа согласно настоящему изобретению, полезны в качестве витаминов (а именно, ниацинамид и ниацин), в качестве химических промежуточных соединений в производстве, например, продуктов, используемых в сельскохозяйственной и фармацевтической отраслях.

С целью способствовать дальнейшему пониманию настоящего изобретения и его предпочтительных признаков и вариантов реализации представляются следующие примеры. Следует понимать, однако, что данные примеры являются по своей природе иллюстративными, а не ограничивающими.

Примеры 1-10 проводились в автоклаве объемом 1 литр, чтобы смоделировать первую стадию каскада реакционных сосудов. Примеры 11-14 проводились в проточном трубчатом реакторе. Реакции гидролиза с получением пиридинзамещенных карбоновых кислот дали аналогичные результаты в обоих реакторах. Однако, лучшая селективность для получения амида была достигнута в проточном трубчатом реакторе. Для всех примеров составы растворов даны в массовых процентах.

Примеры 1-10

Примеры 1-10, представленные в табл. 1, проводились с использованием следующей процедуры. Водный раствор указанного цианопиридина (сокращенно обозначенного CN) нагревали в перемешиваемом автоклаве из нержавеющей стали, оборудованном нагревательным кожухом, до температуры инициирования, нагревание прекращали и быстро инжектировали водный раствор указанного основания (обычно за время менее чем 5 секунд). Когда температура реакционной смеси начинала падать, отмечали максимальную температуру, сбрасывали нагревательный кожух и автоклав быстро охлаждали в холодной воде. Реакционную смесь анализировали при помощи HPLC (жидкостной хроматографии высокого разрешения) с определением количества соответствующего амида, карбоновой кислоты и цианопиридина. Как показывают примеры 1-10, в процессе гидролиза цианопиридинов в по существу адиабатических условиях можно регулировать концентрации цианопиридина, выбор основания, количество основания и температуру инициирювания, чтобы получить пиридинзамещенные амиды и карбоновые кислоты. Выбор условий дает высокие выходы пиридинзамещенного амида или карбоновой кислоты.

Примеры 11-14

Непрерывный гидролиз 3-цианопиридина проводили в изолированном проточном трубчатом реакторе, имеющем длину 1,68 м и внутренний диаметр 26,64 мм и не имеющем средств охлаждения. С одного конца реактор был последовательно соединен со статическим смесителем, нагревателем и насосом для введения раствора 3-цианопиридина. Между статическим смесителем и насосом имелся входной трубопровод для введения водного раствора гидроксида натрия. Термопары были размещены: (a) между нагревателем и статическим смесителем, (b) у входа в реактор и (c) вблизи выхода из реактора. Со стороны выхода реактор соединялся с приемным резервуаром, оборудованным конденсатором воды. Между реактором и приемным резервуаром размещались: (a) ближе к реактору предохранительный клапан давления и (b) ближе к приемному резервуару регулятор обратного давления, установленный на давление приблизительно 200 psi (1379 кПа), или в альтернативном варианте, шаровой клапан, ограниченный для создания желаемого давления.

В примере 11 водный раствор, содержащий 60% по массе 3-цианопиридина, подавали через нагреватель с постоянной скоростью 537,5 литра в час, повышая его температуру до 115^oC. 7%-ный Водный раствор гидроксида натрия дозированно вводили в поток 3-цианопиридина с постоянной скоростью 18,9 литра в час и объединенные потоки подавали в реактор через статический смеситель. Соединенные реагенты входили в проточный трубчатый реактор при температуре 116^oC, достигали температуры в 156,9^oC за время примерно 4 секунды и немедленно выходили из реактора и направлялись в резервуар для хранения. Отношение гидроксида натрия к цианопиридину составляло 1,1: 100. Образец продукта гидролиза был проанализирован, и было установлено, что он содержит в расчете на сухую основу, a) 96,04% никотинамида; b) 0,23% 3-цианопиридина и с) 3,73% никотината натрия. В таблице 2 суммированы результаты из примеров 11-14, проводившихся в проточном трубчатом реакторе с использованием описанного выше способа. Другие замещенные цианопиридины, включая 2-цианопиридин и 4-цианопиридин, могут гидролизоваться в проточных трубчатых реакторах с получением амидов, карбоновых кислот или смесей. В случае гидролиза 2-цианопиридина или его производных с получением карбоновой кислоты следует избегать максимальных температур выше приблизительно 135^oC, чтобы предотвратить декарбоксилирование первоначально образующейся карбоновой кислоты.

Хотя изобретение проиллюстрировано и подробно описано в предшествующем описании, последнее следует рассматривать как иллюстративное, а не ограничивающее по своему характеру, причем понятно, что был проиллюстрирован и описан только предпочтительный вариант реализации, и что является желательным, чтобы были защищены все изменения и модификации, которые находятся в пределах сути изобретения.

Все цитируемые здесь публикации являются показательными для уровня квалифицированных специалистов и, таким образом, введены в качестве ссылки, как если бы каждая публикация была в отдельности введена в качестве ссылки, и это было бы полностью изложено.