专利名称：高温液态水介质中烟腈无催化水解制备烟酰胺的方法
技术领域：
本发明涉及酰胺类，尤其涉及一种高温液态水介质中烟腈无催化水解制备 烟酰胺的方法。
技术背景烟酰胺(Nicotinamide，CASNo:98-92-0)，又名尼克酰胺，是B族维生素的一 种，俗，维生素B3，化学名称为吡啶-3-甲酰胺(分子式为C6H6N20，化学结构 式为<formula>formula see original document page 3</formula>，外观为白色结晶粉末，纯品无臭，味苦。烟酰胺是人和动物生 长发育不可缺少的养分之一。烟酰胺作为一种重要的有机化工原料，在医药、化妆品、食品等行业中具 有广泛的用途。在医药工业中，烟酰胺是辅酶I (烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)和 辅酶II (烟酰胺腺嘧啶二核苷酸)的组成成分，在许多生物氧化还原反应中起 中间递氢体的作用，对维持正常组织特别是皮肤、消化道和神经系统的完整性 具重要作用。药理研究认为，烟酰胺作为维生素类药，具有抗炎活性，可直接 作用于炎性介质，通过抑制嗜中性细胞的趋药性，可用于皮肤病，并克服抗生 素耐药性问题；烟酰胺还用于治疗心血管病，用于抗癌。在化妆品工业中，烟 酰胺的应用涉及到美白、润肤祛皱、祛痘和洗护发产品等方面，烟酰胺能有效 抑制黑色素细胞向角质细胞传递，从而减少过度色素沉积，促进含黑色素的角 质细胞脱落；烟酰胺能促进表皮层蛋白质的合成，增强肌肤自身的防御能力。 在食品工业中，烟酰胺作为一种重要的食品添加剂被广泛用作糕点、乳制品、 玉米粉等的添加剂。此外，烟酰胺还可以用作生化剂、发色剂、电镀光亮剂、 植物生长调节剂等。因此，随着我国经济的迅速发展以及人民生活水平的不断 提高，对烟酰胺产品的需求迅速增加，研究烟酰胺系列化合物的合成具有重要 的现实意义。近年来，烟酰胺的合成一直受到重视，从反应原料看，可分为3-氰基吡啶水 解法、烟酸脱水法、甲基戊二胺法、2-甲基-l，5戊二胺法等。从合成方法看，可 分为试剂法、氨氧化水解法、微生物水解法等。工业上主要采用的方法主要是 3-氰基吡啶水解法、烟酸脱水法和微生物水解法。3-氰基吡啶水解法工艺过程因 使用大量强碱催化剂而造成严重的环境污染，废液处理和催化剂回收尚不完善; 烟酸脱水法工艺耗电量大，生产成本高，已经逐渐被淘汰；微生物法虽污染物 排放少，但工艺比较复杂，而且反应条件较苛刻，难以大规模工业生产。高温液态水(high temperature liquid water, HTLW)，通常是指温度在200 350。C之间的压缩液态水。在这一区域，水通常拥有以下三个特性(l)自身具有 酰胺催化与碱催化的功能。这使某些酸碱催化反应不必加入酸碱催化剂，从而 避免酰胺碱的中和、盐的处理等工序；(2)同时溶解有机物和无机物。这使许多 高温液态水介质中的合成反应能在均相中进行，从而消除传质阻力，提高反应 速度，同时反应后只需简单降温就可实现蜡水分离，水相可循环使用；(3)物性 可调性。这使作为反应介质的高温液态水在不同的状态具有不同的溶剂性质和 反应性能。此外高温液态水还有可实现选择性分解、能抑制由热分解产生的焦 化等特性。利用高温液态水无催化水解生物质资源生产化工原料，同时具有无 催化剂回收、水可循环利用、污染少等优点，已在生物质资源化领域显示出非 常广阔的应用前景。同时，作为一种环境友好介质，高温液态水在有机合成反 应中的应用研究得到了关注，高温液态水中的有机合成反应已成为绿色有机合 成的方法之一。 发明内容本发明的目的是提供一种高温液态水介质中烟腈的无催化、绿色、高效水 解制备烟酰胺的方法。 方法的步骤如下1) 在高压反应釜中加入去离子水和烟腈，去离子水与烟腈的质量比为2:1 8:1，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀2 5min;2) 关闭排气阀，继续升温至200 270'C水解30 300min;3) 水解产物经冷却、调pH值至》7,结晶后得到粗烟酰胺；4) 粗烟酰胺再经活性碳脱色、二次结晶、真空干燥后得烟酰胺产品。 本发明步骤l)中"常压下升温至沸腾，打开排气阀2 5min"的目的是利用水蒸气带走釜内的氧气，以减少副反应的发生，提高产物的收率；反应釜内 搅拌的转速为400转/min。步骤3)中若水解产物的pH值己经》7，那么调pH步骤可以省去。调pH 值的原因是烟酰胺在水中的溶解度在酸性条件下大，在碱性条件下小。本发明在反应过程中不需加入任何催化剂，利用高温液态水的自身具有的 酸碱催化能力与能溶解有机物的特性使烟腈在高温液态水中水解生成烟酰胺， 解决了烟酰胺制备中碱催化水解对环境造成的污染难题，反应过程简单，产物 纯度和收率高，且实现了生产过程的绿色化。
附图是高温液态水介质中烟腈无催化水解制备烟酰胺的工艺流程简图。
具体实施方式
本发明将高温液态水作为反应介质应用于烟腈(又称3-氰基吡啶，尼古丁腈， 英文3-Cyanopyridine、 Nicotinic acid nitrile、 Nicotinonitrile，分子式为C6H4N2， CAS: 100-54-9结构式为:0』)的水解上，其反应过程中不用酸碱催化，原料及 各产物均不会对环境造成污染，利用高温液态水的特性实现了烟酰胺的无催化、 高效、绿色制备。烟腈无催化水解制备烟酰胺，其反应式如下 眉 画 r^^CONH2<formula>formula see original document page 5</formula>
本发明中，产品采用高效液相色谱法(AgilentllOOseries)进行分析，具体分 析条件如下色谱柱采用KNAUER-C18柱(4mmlDx250mm)，柱温为35°C; 流动相为0.05mol.L"磷酸水溶液(含0.2。/。三乙胺)-甲醇-乙腈(47:50:3， v/v/v)，流 速为0.4mL/min;检测波长为210nm。采用外标法定量。 实施例1在500mL间歇高压反应釜中加入300g去离子水和150g烟腈(去离子水与 烟腈的质量比为2:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀4min，利用水 蒸气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至20(TC反应300min;反应产物冷 却、加入NaOH溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品。粗品经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得107.7g烟酰胺产品，收率为71.83%。产品经HPLC分析 纯度为97.2%(wt%)。 实施例2在500rnL间歇高压反应釜中加入320g去离子水和80g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为4:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀3min,利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至21(TC反应240min;反应产物冷却、 加入Na2C03溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得57.65g烟酰胺产品，收率为72.06%。产品经HPLC分析 纯度为98.4%(wt%)。 实施例3在500rnL间歇高压反应釜中加入300g去离子水和50g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为6:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀5min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至22(TC反应195min;反应产物冷却、加入NaHC03溶液调pH值至^7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得36.70g烟酰胺产品，收率为73.40%。产品经HPLC分析 纯度为98.9%(wt%)。 实施例4在500rnL间歇高压反应釜中加入320g去离子水和40g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为8:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀5min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至220'C反应180min;反应产物冷却、 加入Ca(OH)2溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得28.10g烟酰胺产品，收率为70.25%。产品经HPLC分析 纯度为99.0%(wt%)。 实施例5在500rnL间歇高压反应釜中加入300g去离子水和100g烟腈(去离子水与 烟腈的质量比为3:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀3min，禾(J用水 蒸气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至22(TC反应165min;反应产物冷 却、加入NaOH溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱 色、重结晶、真空干燥后得72.89g烟酰胺产品，收率为72.89%。产品经HPLC 分析纯度为97.9%(wt%)。 实施例6在500mL间歇高压反应釜中加入300g去离子水和60g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为5:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀4min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至230。C反应120min;反应产物冷却、 加入Na2C03溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得45.33§烟酰胺产品，收率为75.55%。产品经HPLC分析 纯度为98.3%(wt%)。 实施例7在500rnL间歇高压反应釜中加入280g去离子水和40g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为7:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀2min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至23(TC反应110min;反应产物冷却、 加入NaHC03溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得29.65g烟酰胺产品，收率为74.13%。产品经HPLC分析 纯度为98.8%(wt%)。 实施例8在500rnL间歇高压反应釜中加入300g去离子水和100g烟腈(去离子水与 烟腈的质量比为3:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀3min，禾U用水 蒸气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至23(TC反应100min;反应产物冷 却、加入Ca(OH)2溶液调pH值至》7,结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭 脱色、重结晶、真空干燥后得73.89g烟酰胺产品，收率为73.89%。产品经HPLC 分析纯度为98.0%(wt%)。 实施例9在500rnL间歇高压反应釜中加入320g去离子水和80g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为4:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀4min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至240。C反应90min;反应产物冷却、 加入NaOH溶液调pH值至^7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得62.16g烟酰胺产品，收率为77.70%。产品经HPLC分析 纯度为98.7%(wt%)。 实施例10在500rnL间歇高压反应釜中加入300g去离子水和60g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为5:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀5min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至24(TC反应80min;反应产物冷却、 加入Na2C03溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得46.31g烟酰胺产品，收率为77.19%。产品经HPLC分析 纯度为98.5%(wt%)。 实施例11在500rnL间歇高压反应釜中加入300g去离子水和50g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为6:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀2min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至24(TC反应70min;反应产物冷却、 加入NaHC03溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得38.22g烟酰胺产品，收率为76.43%。产品经HPLC分析 纯度为99.0%(wt%)。 实施例12在500rnL间歇高压反应釜中加入300g去离子水和150g烟腈(去离子水与 烟腈的质量比为2:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀3min，禾拥水 蒸气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至25(TC反应50min;反应产物冷却、 加入Ca(OH)2溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、重结晶、真空干燥后得116.6g烟酰胺产品，收率为77.74%。产品经HPLC分析 纯度为97.5%(wt%)。 实施例13在500rnL间歇高压反应釜中加入320g去离子水和80g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为4:1),开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀4min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至25(TC反应60min;反应产物冷却、 加入NaOH溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得64.42g烟酰胺产品，收率为80.52%。产品经HPLC分析 纯度为98.6%(wt%)。 实施例14在500rnL间歇高压反应釜中加入300g去离子水和50g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为6:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀4min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至25(TC反应55min;反应产物冷却、 加入Na2C03溶液调pH值至》7,结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得39.14g烟酰胺产品，收率为78.27%。产品经HPLC分析 纯度为98.8%(wt%)。 实施例15在500rnL间歇高压反应釜中加入280g去离子水和40g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为7:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀3min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至26(TC反应50min;反应产物冷却、 加入NaHC03溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得30.97g烟酰胺产品，收率为77.43%。产品经HPLC分析 纯度为99.1%(wt%)。 实施例16在500mL间歇高压反应釜中加入300g去离子水和50g烟腈(去离子水与烟 腈的质量比为6:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀3min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至26(TC反应45min;反应产物冷却、 加入Na2C(V溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得41.10g烟酰胺产品，收率为80.19%。产品经HPLC分析 纯度为98.9%(wt%)。 实施例17在500rnL间歇高压反应釜中加入300g去离子水和60g烟腈(去离子水与烟腈的质量比为5:1)，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀5min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至27(TC反应30min;反应产物冷却、 加入NaOH溶液调pH值至》7，结晶后得烟酰胺粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得48.20g烟酰胺产品，收率为80.33%。产品经HPLC分析 纯度为99.0%(wt%)。
权利要求
1. 一种高温液态水介质中烟腈无催化剂水解制备烟酰胺的方法，其特征在于包括如下步骤1)在高压反应釜中加入去离子水和烟腈，去离子水与烟腈的质量比为2∶1～8∶1，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀2～5min；2)关闭排气阀，继续升温至200～270℃水解30～300min；3)水解产物经冷却、调pH值至≥7，结晶后得到粗烟酰胺；4)粗烟酰胺再经活性碳脱色、二次结晶、真空干燥后得烟酰胺产品。
2. 根据权利要求1所述的一种高温液态水介质中烟腈无催化水解制备烟酰 胺的方法，其特征在于步骤l)中所述的去离子水与烟腈的质量比为4:1 6:1。
3. 根据权利要求1所述的一种高温液态水介质中烟腈无催化水解制备烟酰 胺的方法，其特征在于步骤2)中所述的水解温度为220 26(TC。
4. 根据权利要求1所述的一种高温液态水介质中烟腈无催化水解制备烟酰 胺的方法，其特征在于步骤3)中所述的调pH值所用的试剂为NaOH、 Na2C03、 NaHC03或Ca(OH)2溶液。
全文摘要
本发明公开了一种高温液态水介质中烟腈无催化水解制备烟酰胺的方法。方法的步骤如下1)在高压反应釜中加入去离子水和烟腈，去离子水与烟腈的质量比为2∶1～8∶1，开搅拌，常压下升温至沸腾，打开排气阀2～5min；2)关闭排气阀，继续升温至200～270℃水解30～300min；3)水解产物经冷却、调pH值至≥7，结晶后得到粗烟酰胺；4)粗烟酰胺再经活性碳脱色、二次结晶、真空干燥后得烟酰胺产品。本发明在反应过程中不需加入任何催化剂，解决了烟酰胺碱催化水解的污染难题，过程简单、绿色，产物纯度和收率高。
文档编号C07D213/87GK101270083SQ200810060769
公开日2008年9月24日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者吕秀阳, 石超君 申请人:浙江大学