劉善和,張璐,張濤,梁錫臣,方紅新(安徽國星生物化學有限公司,安徽馬鞍山243000)
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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-甲基吡啶和尿素進行反應生成煙酰胺。反應在高溫高壓下進行,實驗考查并優(yōu)化了反應溫度、反應時間、反應壓力等一系列條件,高選擇性生成煙酰胺,產率達到90%以上。
關鍵詞: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,它可以減輕和預防皮膚在早期衰老過程中產生的膚色黯淡、發(fā)黃,修復受損的角質層脂質屏障,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)強化劑來預防糙皮病和心血管疾病。
煙酰胺的傳統(tǒng)合成方法包括化學法[1-2]和生物法[3-4]?;瘜W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,并對反應的條件進行了優(yōu)化。
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-甲基吡啶直接進行酰胺化,反應式如下:
1.3合成方法
在高壓反應器中放入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。反應結束后,降溫過濾除去二氧化錳催化劑,并用乙醇進行洗滌。洗滌后將乙醇蒸出,再進行減壓脫溶除去未反應的3-甲基吡啶,剩余的固體用乙醚洗滌得到純的煙酰胺。
2.1反應溫度的優(yōu)化
取93g的3-甲基吡啶放入加壓反應器中,再放入60g的尿素和8.7g的二氧化錳,并在反應時保持氧氣壓力為0.1MPa,反應8h,對不同的反應溫度進行了優(yōu)化,結果如表1所示。
表1 對溫度的優(yōu)化結果
從表1可以看出,溫度升高對反應有著明顯的促進作用,當反應溫度大于150℃時,煙酰胺的產率并沒有很大提高,所以適宜的溫度為150℃。
2.2對反應催化劑的優(yōu)化
2.2.1反應催化劑種類的選擇
取93g的3-甲基吡啶放入加壓反應器中,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8h,對不同的催化劑進行了選擇,其結果如表2所示。
表2 對催化劑種類的選擇結果
從表2可以看出,MnO2、Co3O4、Fe2O3對反應均有促進作用,但是MnO2對反應的促進作用最大。
2.2.2對催化劑的用量進行優(yōu)化
取93g3-甲基吡啶放入加壓反應器中,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8h,對MnO2的用量進行了優(yōu)化,結果如表3所示。
表3 對催化劑MnO2用量的優(yōu)化結果
從表3可以看出,隨著催化劑用量的增加,產物的產率有所提高,但是當摩爾比為0.1以上時,產率沒有很大的變化,所以93g的3-甲基吡啶加入8.7g(0.1mol)的MnO2比較好。
2.3反應壓力的優(yōu)化
取93g的3-甲基吡啶放入加壓反應器中,再放入60g的尿素和0.1mol的MnO2,并升溫至150℃,反應8h,在不同壓力的氧氣中進行反應,結果如表4所示。
表4 對氧氣壓力的優(yōu)化結果
從表4可以看出,隨著氧氣的壓力增加,煙酰胺的產率得到了很大的提高,當氧氣壓力大于0.5MPa以后,煙酰胺的產率則保持不變,所以氧氣的壓力確定為0.5MPa。
2.4對反應胺的供體進行選擇
2.4.1對反應胺供體種類的選擇
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8h,結果如表5所示。
表5 對胺的供體種類的優(yōu)化結果
我們選擇了NH4Cl、NH4NO3、NH4HCO3、(NH4)2CO3、HCOONH4、(NH4)2HPO4、尿素作為胺的供體,從表5的結果可以看出,NH4Cl、NH4NO3的產率比較低,NH4HCO3、(NH4)2CO3、HCOONH4、(NH4)2HPO4的產率在47%~60%之間,尿素的產率最高達到89%,所以選擇尿素作為胺的供體
2.4.2對反應胺供體用量的選擇
確定了胺的供體為尿素以后,對尿素的用量進行了優(yōu)化,結果如表6所示。
表6 對胺的供體用量的優(yōu)化結果
從表6可以看出,增加尿素的用量對反應的產率幾乎沒有影響,所以確定尿素和3-甲基吡啶的摩爾比為1∶1。
2.5反應時間的優(yōu)化
取93g3-甲基吡啶放入加壓反應器中,再放入60g的尿素和0.1mol MnO2,并升溫至150℃,氧氣壓力為0.5MPa,結果如表7所示。
表7 對反應時間的優(yōu)化結果
從表7可以看出,當反應時間大于3h,反應產率沒有繼續(xù)提高,所以反應時間定在3h。
(1)一步法合成煙酰胺反應的最佳條件為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,反應時間為3h。
(2)此反應的優(yōu)點在于一步法從3-甲基吡啶直接生成煙酰胺,不需要經過3-氰基吡啶中間體,工藝路線短,催化劑易得,相對于多步反應產率較高。
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One-step Synthesis of Nicotinamide
LIU Shan-he,ZHANG Lu,ZHANG Tao,LIANG Xi-chen,FANG 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
文獻標識碼: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)管理及農藥合成研究工作,18955512888,0555- 6755888,liushhe@yahoo.com.cn;通訊聯系人:梁錫臣(1986-),男,畢業(yè)于常州大學,碩士,從事化工優(yōu)化及有機合成研究工作,18726000930,0555- 6755990,lxc19861211@163.com。