2,5-吡啶二甲酸的合成研究

王兴利，于洪艳

（1. 台州市万鑫化学工程技术开发有限公司， 浙江 台州 318000； 2. 浙江沙星医药化工有限公司， 浙江 台州 317021）

2,5-吡啶二甲酸的合成研究

王兴利1，于洪艳2

（1. 台州市万鑫化学工程技术开发有限公司， 浙江 台州 318000； 2. 浙江沙星医药化工有限公司， 浙江 台州 317021）

用6-甲基烟酸为原料，高锰酸钾为氧化剂，在水相的条件下合成了2,5-吡啶二甲酸。考察了氧化剂种类、原料与氧化剂配比、反应用水的量以及后处理对产品收率和纯度的影响。结果表明，用高锰酸钾为氧化剂，高锰酸钾与6-甲基烟酸的摩尔比为3；反应用水的质量为原料质量的6倍；用酸碱精制法对产品粗品进行精制，在此条件下产品的最终纯度达到99.5%以上，总收率达到70%以上。

6-甲基烟酸；高锰酸钾；2,5-吡啶二甲酸

吡啶二甲酸是合成医药、农药和颜料以及发光材料的中间体，广泛应用于医药、化工、食品及生产生活中，具有不可替代的作用与价值[1]。因此国内外的学者和专家对于吡啶甲酸系列的合成进行了大量的研究，并取得了很大的进展。文献报道的合成方法有硝酸氧化法、空气或氧气氧化法、臭氧氧化法、过氧化氢氧化法、高氯酸氧化法等[2-6]。硝酸氧化法产率较低；空气或氧气氧化法的缺点是反应温度较高；过氧化氢氧化法和高氯酸氧化法的缺点是反应温度较高，反应不容易控制，易发生爆炸；臭氧氧化法和电化学氧化法的缺点是反应需要特殊的装置，成本较高。上述众多氧化方法都存在着各自的缺点，因此开发一种对环境友好的、生产成本低且能实现工业化生产吡啶二甲酸的方法十分必要。

本工作将高锰酸钾作为氧化剂在水相条件下氧化6-甲基烟酸合成2,5-吡啶二甲酸，反应相对比较温和，反应温度较低且溶剂控制。反应完毕后生成的二氧化锰可以委托加工重新生成高锰酸钾后重复使用，反应生成的废水的COD值低，可以直接排放。

1 实验部分

1.1 实验原理

1.2 原料及仪器

6-甲基烟酸：工业级，纯度98%，河北达冠化工科技有限公司；高锰酸钾：工业级，曲阜市欣欣化工产品销售有限公司；盐酸：分析纯（30%~36%），天津开发区跨越工贸有限公司；氨水：分析纯，泰州蓝邦化工有限公司

W-O恒温油水浴锅：上海申顺生物科技有限公司；JJ-1精密增力电动搅拌器；岛津液相色谱仪；岛津高端质谱仪 LCMS-IT-TOF

1.3 实验步骤

1.3.1 产品的制备

在带有加热，搅拌，温度计，回流冷凝管的反应器中分别加入6-甲基烟酸，水，加热升温，加入KMnO4后反应数小时，反应毕冷却至室温，过滤，滤饼用水打浆，过滤，合并上述滤液，并用HCl调pH值，过滤，酸碱精制，干燥的2，5-吡啶二甲酸白色固体。

1.3.2 产品检测方法

用液相色谱仪和质谱仪测定产品的纯度。

2 结果与讨论

2.1 氧化剂种类的确定

在反应温度、反应时间及氧化剂与反应原料的摩尔比确定的条件下，研究氧化剂KMnO4，浓HNO3，K2Cr2O7对反应收率的影响。结果如表1。

表1 不同种类氧化剂对产品收率的影响Table 1 Effect of different catalysts on the result

由表1可知，用KMnO4作为反应用氧化剂，最后产品的收率比其他两种氧化剂的要高许多。用浓HNO3作为反应用氧化剂，随着反应温度升高，浓HNO3不断从反应器中会发出来使得实际参加氧化作用的氧化剂的量减少，而且浓HNO3具有较大的酸性腐蚀性，对环境造成一定的酸性污染；K2Cr2O虽然不挥发，但是随着反应的进行这种氧化剂的氧化能力急剧下降，到最后基本上停止了反应。故相比较而言，本项目选用KMnO4作为氧化剂较为适宜。

2.2 反应溶剂水量的确定

本研究是在水中用KMnO4氧化6-甲基烟酸反应来合成产品的，水的质量与原料6-甲基烟酸的质量比对氧化剂KMnO4的用量有极大的影响，具体见表2。

表2 溶剂体积比的影响Table 2 Effect of solvent volume ratio on the result

由表2可以看出，随着水与6-甲基烟酸的质量比增加，产品的收率随着减少。这是因为产品2，5-吡啶二甲酸有一定的溶解度，随着水量的增加，产品在水中的溶解的量也随着增加而使得最后产品的收率随之降低。而且随之水量增加，氧化剂KMnO4的用量也随之增加，因为KMnO4要氧化水中部分有机物。但是水量太少，影响反应的搅拌功能，综合考虑，水与6-甲基烟酸的质量比为6为宜。

2.3 氧化剂与原料摩尔比对产品收率和纯度的影响

本研究在选定反应用水量与6-甲基烟酸的质量比为6的条件下考察KMnO4与6-甲基烟酸摩尔比对产品的纯度和收率的影响，结果见表3。

表3 KMnO4与6-甲基烟酸摩尔比的影响Table 3 Effect of n(potassium permanganate)/n(6-methylnicotinic acid) on the result

由表3可以看出，随着氧化剂KMnO4与原料6-甲基烟酸的摩尔比的增大，产品的收率先是增大而后却慢慢减少，产品纯度是程增大趋势最后趋于平缓。当氧化剂KMnO4与原料6-甲基烟酸的摩尔比摩尔比为2时，氧化剂不足以将原料全部氧化，故产品的收率和纯度相对较低；但是随着其摩尔比的增加，多余的氧化剂不仅将原料全部氧化完毕，而且也将产品氧化开环产生副产物。因此相比较而言氧化剂KMnO4与原料6-甲基烟酸的摩尔比以3为宜。

2.4 反应后处理对产品的影响

2，5-吡啶二甲酸粗品由于含有微量的二氧化锰使得其熔点升高，熔程变宽，故必须除去粗品中的二氧化锰。本研究用酸碱精制法（氨水+盐酸）对粗品进行精制。先用氨水对粗品进行完全溶解，过滤后用盐酸调节滤液的pH值，使之析出产品，冷冻后过滤。这样出来的产品色泽、熔点等物理特性均与文献吻合，而且产品的纯度较高（图1-2）。

图1 产品质谱图Fig.1 MS spectrum of 2,5-pyridine dicarboxylic acid

图2 产品液相色谱图Fig.2 LC spectrum of 2,5-pyridine dicarboxylic acid

3 结 论

（1）通过一系列试验得出合成2，5-吡啶二甲酸的优选方案如下：用KMnO4作为反应用氧化剂；氧化剂KMnO4与原料6-甲基烟酸的摩尔比为3；在水里面反应且水与6-甲基烟酸的质量比为6；用酸碱精制法（氨水+盐酸）对粗品进行精制。

（3）根据以上配方和工艺可以制得色泽好，熔程短，产品的纯度达到99.6%。以下是用质谱和液相色谱对实验所得产品的分析结果。

［1］徐克勋.精细有机化工原料及中间体手册[M].北京:化学工业出版社，1999:4;57;68.

［2］初文毅，孙志忠，田永梅.连续法合成22吡啶甲酸铬的工艺研究[J].化学工程师，2004（1）:1-3.

［3］化工百科全书[M].北京：化学工业出版社，1990:557-584.

［4］李克昌，曹学静，张恒彬，等.重铬酸钾氧化法合成22吡啶甲酸的研究[J].分子科学学报，2007,23（2）：82-86.

［5］李克昌，张恒彬，刘佳，等.22甲基吡啶的电氧化研究[J].分子科学学报，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

王兴利（1980-），男，浙江临海人，工程师，硕士研究生，研究方向：化工安全及管理。E-mail：wangxingli_80@163.com。