专利名称：一种烟酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及吡啶甲酸的制备方法，特别是一种在液相中，催化含氧气体氧化3-烷基吡啶获得烟酸的方法。
背景技术：
烟酸又称3-吡啶甲酸，是医药、农药和染料的中间体。烟酸在生物体内与蛋白质结合形成辅酶，参与机体的氧化-还原作用，促进新陈代谢过程。动物得不到足够的烟酸不能很好制造辅酶，会影响糖、蛋白质、脂肪的吸收和能量的供应，会导致糙皮病。烟酸大量的用作食品和饲料的添加剂，在饲料中添加少量的烟酸，短期内可使家畜取得明显的增重效果。烟酸和烟酰胺是维生素B5-抗癞皮病药。许多烟酸的衍生物是性能优良的医药烟酰羟甲胺是保肝、利胆、抑菌药；二乙基烟酰胺(尼可刹米)是呼吸障碍的兴奋药；烟酰苯甲胺是防治血吸虫病，消灭钉螺的高效药；烟酸肌醇是治疗高血脂症、冠心病、毛细血管障碍病的药物。烟酸还可以制成烟酸三嗪型活性染料和偶氮染料。
烟酸一般由氧化3-烷基吡啶来制备，已经用于工业生产的方法有以下几种。化学试剂氧化法，包括高锰酸钾、重铬酸钾、二氧化硒、过氧化氢和硝酸做氧化剂氧化。中国专利CN1141288A(1996)，是用硝酸氧化3-甲基吡啶制备烟酸。这类方法成本高，产生大量废液，污染环境。电解氧化法，其耗电量高，电流效率只有60％，产率只有65％，电解液中的副产物不好处理。美国专利US 4482439(1989)，欧洲专利EP253439(1988)和波兰专利PL 167985(1995)做了报道。气相催化氧化法和氨氧化法是世界上使用最多的方法。其优点是可在常压或低压下大规模连续化生产，空气为氧化剂，成本低。其缺点是要求原料纯度高，反应温度高且不好控制，易产生焦油，有毒气体污染环境，原料转化率85％～90％，烟酸的选择性90％左右。这方面的文献有世界专利WO 9520577(1995)和俄国文献Kinet Katal 1993 34(2)296～300。96年以后，中国引进了气相催化氧化法和氨氧化法的生产设备和技术，烟酸的产率在70％～80％。
20世纪90年世界各国开始研究液相氧化法制备吡啶甲酸。它是在小分子有机酸中，由过渡金属钴盐、锰盐和溴化物催化，氧气或者含氧气体氧化3-烷基吡啶制备烟酸。例如日本专利JP 07233150(1995)。此法无三废排放友好环境，催化剂对原料纯度要求不高利于控制，产品纯度高，后处理工艺简单，反应液可以循环使用。但是由于吡啶环是强吸电子基团，烷基吡啶难于氧化。当有机酸作为溶剂，烷基吡啶与有机酸形成盐，吸电子作用进一步加强，使烷基吡啶的氧化更加困难。所以液相氧化法制备烟酸，反应要在高温、高压(210℃，100大气压)下进行，产率低(60％左右)。另外，小分子羧酸在反应温度下，对设备腐蚀严重。
为了解决上述问题，化学工作者进行了许多努力。世界专利WO 9305022(1993)，在钴-锰-溴催化剂体系中加入了氯化氢气体，使反应在180℃、10.0MPa下进行，3-甲基吡啶的转化率98.7％，烟酸的选择性97.1％，提高了烟酸的产率。但是，氯化氢气体的加入加剧了溶剂对不绣钢设备的腐蚀。
日本化学株式会社申请的中国专利CN 1112921A(1995)，在钴-锰-溴催化剂体系中加入铈盐，以过量的3-甲基吡啶为溶剂，在210℃、10.0MPa下反应，3-甲基吡啶的转化率为32％，烟酸的收率29.6％。解决了溶剂腐蚀设备和回收利用问题，但是烟酸产率太低。
日本化学株式会社申请的中国专利CN 1140166A(1995)，将催化剂体系中的普通溴化物换成四丙基溴化铵，在溶剂乙酸中加入5％的水，反应在2.5MPa、210℃进行，烟酸的产率80.1％。此法降低了反应压力，提高了烟酸产率。
日本专利JP 2001253838(2001)，使用N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)代替催化剂体系中的溴化物，反应可以在常压下进行，当在100℃反应15h，3-甲基吡啶的转化率78％，烟酸的收率73％。如果在2.0MPa、150℃反应5h，3-甲基吡啶的转化率91％，烟酸的收率89％。该法中作为催化剂的NHPI，用量是原料的10％，不容易从溶剂和产物中除去，给生产带来新的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在液相中催化含氧气体氧化3-烷基吡啶获得烟酸的方法。本方法使用活性高、选择性好的复合催化剂，混合溶剂和自由基引发剂，使氧化反应可以在较低的温度和较低的压力下进行，获得好的产率，同时解决溶剂腐蚀设备的问题。
本发明烟酸的制备方法包括以3-烷基吡啶为原料，在芳香性卤代烃和有机酸的溶剂中，在含有钴盐、锰盐及溴化物的复合催化剂的催化下，由自由基引发剂引发，在150℃～180℃温度及1.0～2.0MPa压力的条件下，含氧气体为氧化剂氧化3-烷基吡啶获得烟酸。
其中，所述3-烷基吡啶的烷基可以是甲基-CH3、乙基-CH2CH3、丙基-CH2CH2CH3、异丙基-CH(CH3)2、丁基-CH2CH2CH2CH3和异丁基-CH2CH(CH3)2。
所述含氧气体可为空气、富氧空气或氧气；气体中氧的含量为25～100％。制备烟酸时，可以采用鼓泡法压入含氧气体，也可以在密闭的反应釜中进行，压力为1.0～2.0MPa，优选的压力为1.3～1.6MPa。
所述芳香性卤代烃包括氯苯、溴苯、二氯苯、二溴苯、三氯苯；所述有机酸包括乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸或己酸，有机酸在反应液中的含量为5～80％；溶剂的沸点范围在110～220℃。
所述复合催化剂，其中钴盐做主催化剂，锰盐和溴化物做助催化剂。钴盐可以是癸酸钴、环烷酸钴、乙酸钴、溴化钴或氯化钴。锰盐可以是乙酸锰、硫酸锰或氯化锰。溴化物可以是溴化钠、溴化钾，溴化钴、溴化锂、溴化铵或氢溴酸。钴盐与锰盐的配比是1∶0.02～1.00(mol)，最好是1∶0.2～0.6(mol)。钴盐与溴化物的配比是1∶0.05～1.00(mol)，催化剂的总加入量是3-烷基吡啶质量的2.0％～6.0％。
所述自由基引发剂包括过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过碳酸钠、过硼酸钠、过硫酸钠。自由基引发剂的用量是3-烷基吡啶质量的0.1％～1.0％。
本发明的烟酸的制备方法还可以包括在反应体系中引入少量水，可促进氧化反应的发生，它可以是加入的，也可以是催化剂、反应物或者溶剂携带的，体系中水的含量在0～1.5％。
本发明的烟酸的制备方法具有如下优点1.与气相氧化法相比，反应温度低，能耗少。
2.用钴盐、锰盐、溴化物做催化剂，氧气做氧化剂，原料易得，成本低。
3.使用芳香性卤代烃与低级脂肪酸的混合溶剂，可以减弱有机酸与烷基吡啶的成盐作用，利于氧化反应的进行；当溶剂中有机酸的含量＜20％，它对不锈钢反应釜无腐蚀作用；这种混合溶剂利于产品以晶体析出，分离容易，产品纯度达98％以上。
4.溶剂中含水量＜1.5％时，不影响反应产率，可以使用工业级溶剂。
5.反应所需压力1.3～1.6MPa，可以在低压容器中操作，设备投资少。
6.反应液经过活性白土脱色或者蒸馏处理可以重复使用。此法不污染环境，是一种适合工业化生产的方法。
具体实施例方式
下面以非限定性实施例进一步说明本发明。
实施例1在装有电磁搅拌器、温度控制器和气体导入管的反应釜中加入氯苯80ml，乙酸20ml，乙酸钴0.3g，乙酸锰0.06g，40％氢溴酸0.07g，3-甲基吡啶9.3g，过氧化二苯甲酰0.05g，搅拌、加热，使物料溶解，通人氧气，使釜内压力控制在1.5MPa，反应在170℃引发，然后控制反应温度在160～170℃，反应至压力不降为止，约6小时。冷却、过滤、烘干得到白色晶体烟酸10g，产率81.3％。
实施例2重复例1的操作，不加引发剂过氧化二苯甲酰，需要氧气压力2.5MPa，210℃引发，在200～210℃反应6小时，获得烟酸6.3g，产率51.2％。不加引发剂需要较高的氧气压力和较高的反应温度。
实施例3重复例1的操作，不同的是由氯苯50ml和乙酸50ml做为溶剂。获得烟酸8.1g，产率65.9％。
实施例4重复例1的操作，不同的是加入乙酸100ml做为溶剂，氧气压力1.5MPa，反应在190℃引发，控制在185～195℃反应6小时，获得烟酸3.7g，产率30.1％。溶剂中有机酸含量增加，反应温度升高，烟酸产率下降。
实施例5实施例1中的溶剂，变成20ml丙酸和80ml氯苯，氧气压力1.4MPa，反应在165℃引发，控制在160～170℃反应6小时，获得烟酸9.4g，产率76.4％。
实施例6实施例5中的溶剂，变成15ml丙酸和85ml氯苯，氧气压力1.4MPa，反应在172℃引发，控制在170～180℃反应6小时，获得烟酸7.6g，产率61.8％。
由实施例5和实施例6看出，在混合溶剂中，有机酸的含量较高或者较低时，烟酸的产率都低。
权利要求
1.一种烟酸的制备方法，其特征是包括以3-烷基吡啶为原料，在芳香性卤代烃和有机酸的溶剂中，在含有钴盐、锰盐及溴化物的复合催化剂的催化下，由少量自由基引发剂引发，在150℃～180℃温度及1.0～2.0MPa压力的条件下，以含氧气体为氧化剂反应得到烟酸。
2.如权利要求1所述的烟酸的制备方法，其特征是所述3-烷基吡啶的烷基可以是甲基-CH3、乙基-CH2CH3、丙基-CH2CH2CH3、异丙基-CH(CH3)2、丁基-CH2CH2CH2CH3和异丁基-CH2CH(CH3)2。
3.如权利要求1所述的烟酸的制备方法，其特征是所述含氧气体可为空气、富氧空气或氧气，气体中氧的含量为25～100％，制备烟酸时，可以采用鼓泡法压入含氧气体，也可以在密闭的反应釜中进行，其压力为1.0～2.0MPa，优选的压力为1.3～1.6MPa。
4.如权利要求1所述的烟酸的制备方法，其特征是所述芳香性卤代烃包括氯苯、溴苯、二氯苯、二溴苯、三氯苯；所述有机酸包括乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸或己酸，有机酸在反应液中的含量为5～80％；溶剂的沸点范围在110～220℃。
5.如权利要求1所述的烟酸的制备方法，其特征是所述钴盐是癸酸钴、环烷酸钴、乙酸钴、溴化钻或氯化钴；锰盐是乙酸锰、硫酸锰或氯化锰；溴化物是溴化钠、溴化钾、溴化钴、溴化锂、溴化铵或氢溴酸。
6.如权利要求1所述的烟酸的制备方法，其特征是所述钴盐与锰盐的配比是1∶0.02～1.00(mol)，最好是1∶0.2～0.6(mol)；钴盐与溴化物的配比是1∶0.05～1.00(mol)，催化剂的总加入量是3-烷基吡啶质量的2.0％～6.0％。
7.如权利要求1所述的烟酸的制备方法，其特征是所述自由基引发剂包括过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过碳酸钠、过硼酸钠、过硫酸钠，自由基引发剂的用量是3-烷基吡啶质量的0.1％～1.0％。
8.如权利要求1所述的烟酸的制备方法，其特征是还包括在反应体系中引入含量在0～1.5％的水，它或是加入的，或是催化剂、反应物及溶剂中携带的。
全文摘要
本发明是关于烟酸的一种制备方法。在液相中，由钴盐、锰盐和溴化物催化，含氧气体氧化3－烷基吡啶获得烟酸，产率81.％，纯度98％以上。体系中加入自由基引发剂，反应优选在温度170～180℃，1.5MPa的压力下进行。溶剂是含有少量小分子有机酸的芳香性卤代烃，反应中不腐蚀设备，反应后经过活性白土脱色或者蒸馏处理可以重复使用。本方法制备烟酸不污染环境，是一种适合工业化生产的方法。
文档编号C07D213/00GK1740159SQ200510105668
公开日2006年3月1日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者张永华 申请人:首都师范大学