一步法合成煙酰胺

劉善和，張璐，張濤，梁錫臣，方紅新（安徽國星生物化學(xué)有限公司，安徽馬鞍山243000）

?

一步法合成煙酰胺

劉善和，張璐，張濤，梁錫臣，方紅新
（安徽國星生物化學(xué)有限公司，安徽馬鞍山243000）

摘要：二氧化錳作為催化劑催化3-甲基吡啶和尿素進(jìn)行反應(yīng)生成煙酰胺。反應(yīng)在高溫高壓下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)考查并優(yōu)化了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、反應(yīng)壓力等一系列條件，高選擇性生成煙酰胺，產(chǎn)率達(dá)到90%以上。

關(guān)鍵詞：煙酰胺；3-甲基吡啶；二氧化錳

煙酰胺是一種水溶性的維生素B3的衍生物，它為輔酶Ⅰ和輔酶Ⅱ的組成部分，在生物氧化呼吸鏈中起著傳遞氫原子的作用，可以促進(jìn)生物氧化過程和組織的新陳代謝，對維持皮膚、消化道和神經(jīng)系統(tǒng)的完整性具有重要作用。近年來，煙酰胺防止皮膚老化的功效越來越被重視，它可以減輕和預(yù)防皮膚在早期衰老過程中產(chǎn)生的膚色黯淡、發(fā)黃，修復(fù)受損的角質(zhì)層脂質(zhì)屏障，提高皮膚抵抗力和深層鎖水功效。此外，煙酰胺可作為飼料中的添加劑、醫(yī)藥中間體和在食品中作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑來預(yù)防糙皮病和心血管疾病。

煙酰胺的傳統(tǒng)合成方法包括化學(xué)法［1-2］和生物法［3-4］?；瘜W(xué)法主要分為兩步，第一步是用3-甲基吡啶合成煙酸，第二步是用煙酸合成煙酰胺；生物法主要是通過3-甲基吡啶在微生物的催化下反應(yīng)生成3-氰基吡啶，3-氰基吡啶再水解得到煙酰胺。

本文研究了從3-甲基吡啶一步法生成煙酰胺的方法，并對反應(yīng)的條件進(jìn)行了優(yōu)化。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

3-甲基吡啶、二氧化錳、氧氣、尿素。

1.2合成原理

將3-甲基吡啶直接進(jìn)行酰胺化，反應(yīng)式如下：

1.3合成方法

在高壓反應(yīng)器中放入93g的3-甲基吡啶，再放入適量的二氧化錳和尿素。高溫高壓下通入氧氣。反應(yīng)結(jié)束后，降溫過濾除去二氧化錳催化劑，并用乙醇進(jìn)行洗滌。洗滌后將乙醇蒸出，再進(jìn)行減壓脫溶除去未反應(yīng)的3-甲基吡啶，剩余的固體用乙醚洗滌得到純的煙酰胺。

2　結(jié)果與討論

2.1反應(yīng)溫度的優(yōu)化

取93g的3-甲基吡啶放入加壓反應(yīng)器中，再放入60g的尿素和8.7g的二氧化錳，并在反應(yīng)時保持氧氣壓力為0.1MPa，反應(yīng)8h，對不同的反應(yīng)溫度進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果如表1所示。

表1　對溫度的優(yōu)化結(jié)果

從表1可以看出，溫度升高對反應(yīng)有著明顯的促進(jìn)作用，當(dāng)反應(yīng)溫度大于150℃時，煙酰胺的產(chǎn)率并沒有很大提高，所以適宜的溫度為150℃。

2.2對反應(yīng)催化劑的優(yōu)化

2.2.1反應(yīng)催化劑種類的選擇

取93g的3-甲基吡啶放入加壓反應(yīng)器中，再放入60g的尿素和0.1mol的不同催化劑，升溫至150℃，并保持氧氣的壓力為0.1MPa，反應(yīng)8h，對不同的催化劑進(jìn)行了選擇，其結(jié)果如表2所示。

表2　對催化劑種類的選擇結(jié)果

從表2可以看出，MnO2、Co3O4、Fe2O3對反應(yīng)均有促進(jìn)作用，但是MnO2對反應(yīng)的促進(jìn)作用最大。

2.2.2對催化劑的用量進(jìn)行優(yōu)化

取93g3-甲基吡啶放入加壓反應(yīng)器中，再放入60g的尿素，加入與3-甲基吡啶不同摩爾比的MnO2，升溫至150℃，并保持氧氣的壓力為0.1MPa，反應(yīng)8h，對MnO2的用量進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果如表3所示。

表3　對催化劑MnO2用量的優(yōu)化結(jié)果

從表3可以看出，隨著催化劑用量的增加，產(chǎn)物的產(chǎn)率有所提高，但是當(dāng)摩爾比為0.1以上時，產(chǎn)率沒有很大的變化，所以93g的3-甲基吡啶加入8.7g（0.1mol）的MnO2比較好。

2.3反應(yīng)壓力的優(yōu)化

取93g的3-甲基吡啶放入加壓反應(yīng)器中，再放入60g的尿素和0.1mol的MnO2，并升溫至150℃，反應(yīng)8h，在不同壓力的氧氣中進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果如表4所示。

表4　對氧氣壓力的優(yōu)化結(jié)果

從表4可以看出，隨著氧氣的壓力增加，煙酰胺的產(chǎn)率得到了很大的提高，當(dāng)氧氣壓力大于0.5MPa以后，煙酰胺的產(chǎn)率則保持不變，所以氧氣的壓力確定為0.5MPa。

2.4對反應(yīng)胺的供體進(jìn)行選擇

2.4.1對反應(yīng)胺供體種類的選擇

3-甲基吡啶合成煙酰胺的步驟中需要提供胺。取93g3-甲基吡啶放入加壓反應(yīng)器中，再放入1mol不同胺的供體，0.1mol MnO2，并升溫至150℃，氧氣壓力為0.5MPa，反應(yīng)8h，結(jié)果如表5所示。

表5　對胺的供體種類的優(yōu)化結(jié)果

我們選擇了NH4Cl、NH4NO3、NH4HCO3、（NH4）2CO3、HCOONH4、（NH4）2HPO4、尿素作為胺的供體，從表5的結(jié)果可以看出，NH4Cl、NH4NO3的產(chǎn)率比較低，NH4HCO3、（NH4）2CO3、HCOONH4、（NH4）2HPO4的產(chǎn)率在47%～60%之間，尿素的產(chǎn)率最高達(dá)到89%，所以選擇尿素作為胺的供體

2.4.2對反應(yīng)胺供體用量的選擇

確定了胺的供體為尿素以后，對尿素的用量進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果如表6所示。

表6　對胺的供體用量的優(yōu)化結(jié)果

從表6可以看出，增加尿素的用量對反應(yīng)的產(chǎn)率幾乎沒有影響，所以確定尿素和3-甲基吡啶的摩爾比為1∶1。

2.5反應(yīng)時間的優(yōu)化

取93g3-甲基吡啶放入加壓反應(yīng)器中，再放入60g的尿素和0.1mol MnO2，并升溫至150℃，氧氣壓力為0.5MPa，結(jié)果如表7所示。

表7　對反應(yīng)時間的優(yōu)化結(jié)果

從表7可以看出，當(dāng)反應(yīng)時間大于3h，反應(yīng)產(chǎn)率沒有繼續(xù)提高，所以反應(yīng)時間定在3h。

3　結(jié)論

（1）一步法合成煙酰胺反應(yīng)的最佳條件為3-甲基吡啶∶尿素∶MnO2的摩爾比為1∶1∶0.1，溫度為150℃，氧氣的壓力為0.5MPa，反應(yīng)時間為3h。

（2）此反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)在于一步法從3-甲基吡啶直接生成煙酰胺，不需要經(jīng)過3-氰基吡啶中間體，工藝路線短，催化劑易得，相對于多步反應(yīng)產(chǎn)率較高。

參考文獻(xiàn)

［1］E. P. Kyba，S. T. Liu，K. Chockalingam，et al. Org. Chem.，1988，53：3513.

［2］X. Li，J. Xu，L. Zhou，et al. Catal. Lett.，2006，110：149.

［3］R. L. Brutchey，I. J. Drake，A. T. Bell，et al. Chem. Commun，2005：3736.

［4］F. Wang，J. Xu，X. Li，et al. Zhou，R. Ohnishi，Adv. Synth. Catal， 2005，347：1987.

［5］J. S. Carey，D. Laffan，C.Thomson，et al. Org. Biomol. Chem.，2006 （4）：2337.

［6］E. Valeur，M. Bradley，Chem. Soc. Rev. 2009，38：606.

［7］盧金龍.煙酰胺生產(chǎn)技術(shù)國產(chǎn)化介紹［J］.現(xiàn)代化工，2008，28（7）：79- 83.

［8］余穗穎.生產(chǎn)煙酰胺新工藝技術(shù)［J］.化工設(shè)計，2000，10（5）：12- 13.

［9］R. A. Sheldon，M. Wallau，I. W. C. E. Arends，U. Schuchardt，Acc ［J］. Chem. Res.，1998，31：485.

［10］Y. Wang，H. Kobayashi，K. Yamaguchi，et al. Chem. Commun，2012，48：2642.

［11］J.W.Kim，K. Yamaguchi，N.Mizuno. Angew Chem.，2008，120：9389.

［12］K. Yamaguchi，H. Kobayashi，T.Oishi. Angew Chem.，2012，124：559.□

One-step Synthesis of Nicotinamide

LIU Shan-he，ZHANG Lu，ZHANG Tao，LIANG Xi-chen，F(xiàn)ANG Hong-xin
（Anhui Costar Biochemistry Co.，Ltd.，Maanshan 243000，China）

Abstract：The article describes that Manganese dioxide is used to synthesis nicotinamide as a raw material in 3- methyl pyridine and urea. 3- methyl pyridine can generate nicotinamide with high selectivity，and the yield is above 90%. The reaction is under high temperature and high pressure，experimental research the reaction temperature，time，pressure，and a series ofconditions.

Key words：nicotinamide；3- methylpyridine；Manganese dioxide

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2016.03.014

中圖分類號：TQ253

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008- 553X（2016）03- 0040- 03

收稿日期：2015- 11- 14

作者簡介：劉善和（1978-），男，工程師，從事企業(yè)管理及農(nóng)藥合成研究工作，18955512888，0555- 6755888，liushhe@yahoo.com.cn；通訊聯(lián)系人：梁錫臣（1986-），男，畢業(yè)于常州大學(xué)，碩士，從事化工優(yōu)化及有機(jī)合成研究工作，18726000930，0555- 6755990，lxc19861211@163.com。