本发明涉及精细化工合成领域，具体涉及一种利用3-甲基吡啶制备烟酰胺的方法。
背景技术：
烟酰胺属维生素B族化合物，主要作食品、饲料添加剂、医药、染料的中间体。人工合成的烟酰胺最大应用领域是作饲料添加剂，通过饲料喂养试验证明，人工合成的烟酸可以百分之百地被动物吸收利用，短期内就能取得明显的增重效果；在医药中主要用于治疗因体内烟酰胺缺乏影响细胞正常呼吸、代谢而导致的糙皮病；同时还可以添加到面粉等食品中来补充人体所需的维生素。烟酰胺下游产品也有很多，例如：6-甲基烟酰胺、2-甲基烟酰胺、N-羟甲基烟酰胺等非常重要的化工中间体。目前，常用3-氰基吡啶在碱性条件下水解制得烟酰胺，报道的文献中，该反应常伴有烟酸副产物，产物分离困难，而且收率不高；还有用微生物催化法，3-氰基吡啶在特定菌种产生的酶催化下生成烟酰胺，该方法虽然具有反应条件温和、环境污染小、产物纯度高等优点，但是由于菌种易变质，从而影响反应和烟酰胺的品质；文献中还有用氧化剂二氧化锰、双氧水等催化氧化制备烟酰胺，但都存在副反应多，转化率不高，后处理繁琐等不足。因此，对烟酰胺的合成方法进行研究改进具有重要意义。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高收率、易分离的由3-甲基吡啶制备烟酰胺的方法。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种利用3-甲基吡啶制备烟酰胺的方法，步骤如下：
1)催化氧化：将3-甲基吡啶汽化，与NH3、空气和水蒸汽混合，通入沸腾床反应器，以VPO/SiO2为催化剂，300℃下进行催化氧化反应，制3-氰基吡啶；
2)水解反应：将3-氰基吡啶溶于乙醇中，加入30％盐酸和相转移催化剂，升温至70-90℃，保温进行水解反应，降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺。
优选地，所述步骤1)中VPO/SiO2催化剂为SiO2负载钒磷氧化物催化剂，钒和磷的摩尔比是1：1。
优选地，所述步骤1)中3-甲基吡啶、NH3、空气、水蒸汽的摩尔比为1：(6-8)：20：6。
优选地，所述步骤1)中3-甲基吡啶汽化温度为200℃。
优选地，所述步骤2)中3-氰基吡啶、30％盐酸、相转移催化剂的摩尔比为1：(3-5)：(0.05-0.1)。
优选地，所述相转移催化剂为四乙基氯化铵或四丁基溴化铵。
优选地，所述步骤2)中水解反应时间为6-10h。
本发明有益效果：本发明以3-甲基吡啶为原料，以VPO/SiO2为催化剂，制得3-氰基吡啶的产率可达97％，3-氰基吡啶在酸性条件及相转移催化剂存在下，即可制得高含量和产率的烟酰胺，无需使用价格昂贵的催化剂，且本发明合成方法副反应少，反应条件温和，总收率达94％，烟酰胺含量达99％，易于工业化操作生产。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
VPO/SiO2催化剂的制备：
在25mL的圆底烧瓶中加入12mL水，然后加入1.359g磷酸和2.564g乙二酸，加热至70℃，将1.350g五氧化二钒加入搅拌中的热酸混合液中，待五氧化二钒完全溶解，将10g二氧化硅(孔径300–425μm)浸入烧瓶中，浸渍1h后，倒入坩埚，放入马弗炉在550℃下焙烧12h，即得。
实施例2：
烟酰胺制备:
1)催化氧化：氧化过程在沸腾床反应器中进行，将VPO/SiO2催化剂在300℃活化3h，将3-甲基吡啶93g(1mol)在200℃气化，与NH3119g(7mol)、空气580g(20mol)和水蒸汽108g(6mol)混合通入反应器，300℃下发生催化氧化反应，3-甲基吡啶转化率可达98％以上，制得3-氰基吡啶103g，产率达97％，含量98％。
2)水解反应：室温下，将3-氰基吡啶103g(0.97mol)加入反应烧瓶，加入少量乙醇使其溶解，然后加入30％盐酸480g(3.88mol)，将16g(0.05mol)四丁基溴化铵加入搅拌中的反应瓶中，升温至80℃，保温反应8h，降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺115g，收率96％，含量99％。
实施例3：
烟酰胺制备:
1)催化氧化：氧化过程在沸腾床反应器中进行，将VPO/SiO2催化剂在300℃活化3h后，将3-甲基吡啶93g(1mol)在200℃气化，与NH3102g(6mol)、空气580g(20mol)和水蒸汽108g(6mol)混合通入反应器，300℃条件下发生催化氧化反应，3-甲基吡啶转化率可达95％以上，制得3-氰基吡啶98g，产率达92％，含量98％。
2)水解反应：室温下，将3-氰基吡啶103g(0.97mol)加入反应烧瓶，加入少量乙醇使其溶解，然后加入30％盐酸359g(2.91mol)，将16g(0.05mol)四丁基溴化铵加入搅拌中的反应瓶中，升温至80℃，保温反应8h，降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺110g，收率91％，含量98％。
实施例4：
烟酰胺制备:
1)催化氧化：氧化过程在沸腾床反应器中进行，将VPO/SiO2催化剂在300℃活化3h，将3-甲基吡啶93g(1mol)在200℃气化，与NH3136g(8mol)、空气580g(20mol)和水蒸汽108g(6mol)混合通入反应器，300℃条件下发生催化氧化反应，3-甲基吡啶转化率可达96％，制得3-氰基吡啶102g，产率达95％，含量97％。
2)水解反应：室温下，将3-氰基吡啶103g(0.97mol)加入反应烧瓶，加入少量乙醇使其溶解，然后加入30％盐酸600g(4.85mol)，将16g(0.05mol)四丁基溴化铵加入搅拌中的反应瓶中，升温至80℃，保温反应8h，降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺115g，收率93％，含量96％。
实施例5：
烟酰胺制备:
1)催化氧化：氧化过程在沸腾床反应器中进行，将VPO/SiO2催化剂在300℃活化3h，将3-甲基吡啶93g(1mol)在200℃气化，与NH3119g(7mol)、空气580g(20mol)和水蒸汽108g(6mol)混合通入反应器，300℃下发生催化氧化反应，3-甲基吡啶转化率可达98％以上，制得3-氰基吡啶103g，产率达97％，含量98％。
2)水解反应：室温下，将3-氰基吡啶103g(0.97mol)加入反应烧瓶，加入少量乙醇使其溶解，然后加入30％盐酸480g(3.88mol)，将7g(0.02mol)四丁基溴化铵加入搅拌中的反应瓶中，升温至80℃，保温反应8h，降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺109g，收率90％，含量98％。
实施例6：
1)催化氧化：氧化过程在沸腾床反应器中进行，将VPO/SiO2催化剂在300℃活化3h，将3-甲基吡啶93g(1mol)在200℃气化，与NH3119g(7mol)、空气580g(20mol)和水蒸汽108g(6mol)混合通入反应器，300℃下发生催化氧化反应，3-甲基吡啶转化率可达98％以上，制得3-氰基吡啶103g，产率达97％，含量98％。
2)水解反应：室温下，将3-氰基吡啶103g(0.97mol)加入反应烧瓶，加入少量乙醇使其溶解，然后加入30％盐酸480g(3.88mol)，将31g(0.097mol)四丁基溴化铵加入搅拌中的反应瓶中，升温至70℃，保温反应8h，降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺108g，收率89％，含量98％。
实施例7：
1)催化氧化：氧化过程在沸腾床反应器中进行，将VPO/SiO2催化剂在300℃活化3h，将3-甲基吡啶93g(1mol)在200℃气化，与NH3119g(7mol)、空气580g(20mol)和水蒸汽108g(6mol)混合通入反应器，300℃下发生催化氧化反应，3-甲基吡啶转化率可达98％以上，制得3-氰基吡啶103g，产率达97％，含量98％。
2)水解反应：室温下，将3-氰基吡啶103g(0.97mol)加入反应烧瓶，加入少量乙醇使其溶解，然后加入30％盐酸480g(3.88mol)，将16g(0.05mol)四丁基溴化铵加入搅拌中的反应瓶中，升温至90℃，保温反应8h，降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺102g，收率85％，含量99％。
实施例8：
1)催化氧化：氧化过程在沸腾床反应器中进行，将VPO/SiO2催化剂在300℃活化3h，将3-甲基吡啶93g(1mol)在200℃气化，与NH3119g(7mol)、空气580g(20mol)和水蒸汽108g(6mol)混合通入反应器，300℃下发生催化氧化反应，3-甲基吡啶转化率可达98％以上，制得3-氰基吡啶103g，产率达97％，含量98％。
2)水解反应：室温下，将3-氰基吡啶103g(0.97mol)加入反应烧瓶，加入少量乙醇使其溶解，然后加入30％盐酸480g(3.88mol)，将16g(0.05mol)四丁基溴化铵加入搅拌中的反应瓶中，升温至80℃，保温反应6h，降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺99g，收率83％，含量99％。
实施例9：
1)催化氧化：氧化过程在沸腾床反应器中进行，将VPO/SiO2催化剂在300℃活化3h，将3-甲基吡啶93g(1mol)在200℃气化，与NH3119g(7mol)、空气580g(20mol)和水蒸汽108g(6mol)混合通入反应器，300℃下发生催化氧化反应，3-甲基吡啶转化率可达98％以上，制得3-氰基吡啶103g，产率达97％，含量98％。
2)水解反应：室温下，将3-氰基吡啶103g(0.97mol)加入反应烧瓶，加入少量乙醇使其溶解，然后加入30％盐酸480g(3.88mol)，将16g(0.05mol)四丁基溴化铵加入搅拌中的反应瓶中，升温至80℃，保温反应10h，降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺104g，收率86％，含量98％。
实施例10：
1)催化氧化：氧化过程在沸腾床反应器中进行，将VPO/SiO2催化剂在300℃活化3h，将3-甲基吡啶93g(1mol)在200℃气化，与NH3119g(7mol)、空气580g(20mol)和水蒸汽108g(6mol)混合通入反应器，300℃下发生催化氧化反应，3-甲基吡啶转化率可达98％以上，制得3-氰基吡啶103g，产率达97％，含量98％。
2)水解反应：室温下，将3-氰基吡啶103g(0.97mol)加入反应烧瓶，加入少量乙醇使其溶解，然后加入30％盐酸480g(3.88mol)，将8g(0.05mol)四乙基氯化铵加入搅拌中的反应瓶中，升温至80℃，保温反应8h，降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺97g，收率79％，含量97％。
实施例11：
催化氧化：氧化过程在沸腾床反应器中进行，将3-甲基吡啶93g(1mol)在200℃气化，与NH3119g(7mol)、空气580g(20mol)和水蒸汽108g(6mol)混合通入反应器，300℃条件下发生氧化反应,3-甲基吡啶转化率仅30％，但没有得到3-氰基吡啶。
实施例12：
1)催化氧化：氧化过程在沸腾床反应器中进行，将VPO/SiO2催化剂在300℃活化3h，将3-甲基吡啶93g(1mol)在200℃气化，与NH3119g(7mol)、空气580g(20mol)和水蒸汽108g(6mol)混合通入反应器，300℃下发生催化氧化反应，3-甲基吡啶转化率可达98％以上，制得3-氰基吡啶103g，产率达97％，含量98％。
2)水解反应：室温下，将3-氰基吡啶103g(0.97mol)加入反应烧瓶，加入少量乙醇使其溶解，然后加入30％盐酸480g(3.88mol)，升温至80℃，保温反应8h，降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺70g，收率50％，含量85％。
综上所述，由实施例1-10和实施例11-12的对比，可以看出，VPO/SiO2催化剂的存在保证了催化氧化反应的进行，相转移催化剂的存在则明显提高了产物的收率和含量。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。