专利名称：近临界水介质中烟腈无催化水解制备烟酸的方法
技术领域：
本发明涉及羧酸类，尤其涉及一种近临界水介质中烟腈无催化水解制备烟 酸的方法。
技术背景烟酸(Nicotinic acid, CAS No:59-67-6 )，又名尼古丁酸，俗称维生素B5，化 学名称为吡啶-3-甲酸(prriin-3-Carloxylio acid)，分子式C6H5N02，结构式为0「°°H)，无色针状结晶体，属于维生素B族。烟酸是人体和动物体不可缺少的 营养成分，是构成辅酶的重要成分，主要存在于肝、肾、肌肉、酵母、乳汁、 蛋黄、麦麸、米糠、花生、水果和蔬菜中。烟酸作为一种重要的有机化工原料，在医药、食品、饲料业中具有广泛的用 途。在医药工业中，烟酸作为一种常用维生素可以预防和治疗各种皮肤性疾病和 类似的维生素缺乏症具有扩张血管的作用，用于医治末梢神经痉挛、动脉硬化 等病症。烟酸还可以作为医药中间体，用于合成具有重要医药用途的多种酰胺 类和酯类药物，如尼克杀米、烟酸肌醇酯片、灭酯灵等。在食品工业中，烟酸 被广泛用作糕点、乳制品、玉米粉等的添加剂；烟酸还可以与维生素合用，代 替部分亚硝酸盐作为肉类制品的去味剂和防腐剂，此外烟酸可以作去味剂或保 色剂，在蔬菜保存中作保鲜剂。在饲料工业中，饲料中添加人工合成的烟酸， 可以提高饲料蛋白的利用率，提高奶牛产奶量及鱼、鸡、鸭、牛、羊等家畜肉 的产量和质量。此外，烟酸还可以用作染料助剂、染发助剂、聚合物稳定剂、 光亮添加剂，在感光材料中作抗氧化剂和抗灰雾剂等。因此，烟酸在国内外有 着广泛的市场前景，是一种很有发展前途的重要精细化学品，研究烟酸系列化 合物的合成具有重要的现实意义。烟酸最初是通过氧化尼古丁得到的。近年来，烟酸的合成一直受到重视， 从反应原料看，可分为3-氰基吡啶法、3-甲基吡啶法、2-甲基-5-乙基吡啶法、喹 啉法等。从合成方法看，可分为试剂氧化法(硝酸、高锰酸钾等)、氨氧化法、电 解氧化法、空气直接氧化法、液相催化氧化法、生物氧化法和吡啶羟基化法等。 氨氧化法是目前世界上采用较多的一种工艺，美国Lumus公司、德国Degussa公 司和日本的Yuki Gosei公司等均采用该工艺进行生产。氨氧化法主要是以3-甲基吡啶或2-甲基-5-乙基吡啶为原料，在催化剂的作用 下，与氨和空气的混合物进行高温氧化制得烟腈，烟腈经氢氧化钠水解后，再用盐酸中和得到烟酸。该法所采用的催化剂多为钒的氧化物。该工艺过程明显 的缺点是独立的反应步骤加大了设备投资；产品分离过程复杂；反应过程使用 大量强碱催化剂和副产物含氯化钠的废水都造成严重的环境污染；副产物微量 的剧毒氢氰酸，处理要求严格；金属催化剂的制备、选择和回收上尚不完善。近临界水(near-critical water, NCW)通常是指温度在250 35(TC之间的压縮 液态水。水在这一区域拥有以下三个重要特性1) 自身具有酸催化与碱催化的功能。在饱和蒸气压下，近临界水的电离常 数在275。C附近有一极大值约为10,moHcg)2，其值是常温常压水的1000倍， 且电离常数随压力的增加而增大，近临界水中的[H30+]和[OH—]已接近弱酸或弱 碱，自身具有酸催化与碱催化的功能，因此可使某些酸碱催化反应不必加入酸 碱催化剂，从而避免酸碱的中和、盐的处理等工序；2) 同时溶解有机物和无机物。在饱和蒸气压下，20。C水的介电常数为80.1， 而275t时只有23.5。尽管近临界水的介电常数仍较大，可溶解甚至电离盐，但 已足够小以溶解有机物，加上近临界水的密度大(275i:饱和蒸气压下水的密度为 0.76g《m3，近临界水的介电常数、密度与丙酮相近)，因此近临界水具有非常好 的溶解性能，具有能同时溶解有机物和无机物的特性。这使许多近临界水介质 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。近临界水的介电常数、离子积常数、密度、粘度、扩散系 数、溶解度等物理化学性质随温度、压力在较宽的范围内连续可调，即近临界 水的物性具有可调节性，因此作为反应介质，近临界水在不同的状态具有不同 的溶剂性质和反应性能。近临界水中反应的应用研究包括废弃物处理、高分子材料循环利用、无机 材料合成、煤液化以及生物质资源化等。在对近临界水三大特性深入认识的基 础上，本发明将近临界水作为反应介质应用于烟腈的(又称3-氰基吡啶，尼古丁 月青，英文名3隱Cyanopyridine、 3-Pyridinecarbonitrile、 Nicotinonitrile， CAS No: 100-54-9,分子式为C6H4N2，结构式为:0』沐解上，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，从而实现烟腈的无催化、快速、绿 色水解，制备高纯度烟酸。使近临界水的应用领域不断得到扩大。近临界水中 烟腈无催化水解制备烟酸的反应式如下<formula>formula see original document page 4</formula>发明内容本发明的目的是提供一种绿色、高效的近临界水介质中烟腈无催化水解制 备烟酸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 5分钟；2) 关闭排气阀，继续升温至250 32(TC水解60 480min;3) 水解产物经冷却、调pH值至3 4，结晶后得到粗烟酸； 4)粗烟酸经活性碳脱色、二次结晶、真空干燥后得烟酸产品。本发明步骤l)中"常压下升温至沸腾，打开排气阀2-5分钟"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值已在3 4之间，那么调pH步骤可以省去。 调pH值的原因是烟酸在水中的溶解度在碱性条件下大，在酸性条件下小，而反 应中间产物烟酰胺在水中的溶解度在碱性条件下小，在酸性条件下大。本发明在反应过程中不需加入任何催化剂，利用近临界水的自身酸碱催化 特性与能溶解有机物的特性使烟腈在近临界水中水解生成烟酸，解决了酸碱催 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。
附图是近临界水介质中烟腈无催化水解制备烟酸的工艺流程图。
具体实施方式
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丄"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2min,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480min;反应产物冷却、 加入HCl溶液调pH值至3，结晶后得烟酸粗品。烟酸粗品经活性炭脱色、重结 晶、真空干燥后得32.53g烟酸产品，收率为81.32%。产品经HPLC分析纯度为99.2%(wt%)。实施例2在500mL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4min，利用水 蒸气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至250。C反应450min;反应产物冷 却、加入HCl溶液调pH值至4，结晶后得烟酸粗品。烟酸粗品经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得82.67g烟酸产品，收率为82.67%。产品经HPLC分析纯 度为98.7%(wt%)。 实施例3在500mL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26(TC反应420min;反应产物冷却、 加入H2S04溶液调pH值至3.5，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、重 结晶、真空干燥后得70.21g烟酸产品，收率为87.76%。产品经HPLC分析纯度 为99.1%(wt%)。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26(TC反应390min;反应产物冷却、 加入HC1溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品。烟酸粗品经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得51.73g烟酸产品，收率为86.22%。产品经HPLC分析纯 度为99.4%(wt0/o)。 实施例5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4min，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360min;反应产物冷却、 加入HC1溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、重 结晶、真空干燥后得42.90g烟酸产品，收率为85.79%。产品经HPLC分析纯度 为99.3%(wt%)。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5min,禾U用水蒸气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至270。C反应300min;反应产物冷 却、加入H2S04溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱 色、重结晶、真空干燥后得132.9g烟酸产品，收率为88.60%。产品经HPLC分 析纯度为98.3%(wt%)。 实施例7在500mL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2min，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270min;反应产物冷却、 加入HCl溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、重 结晶、真空干燥后得70.30g烟酸产品，收率为87.88%。产品经HPLC分析纯度 为99.0%(wt%)。 实施例8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27(TC反应240min;反应产物冷却、 加入H2S04溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得42.69g烟酸产品，收率为85.38%。产品经HPLC分析纯 度为99.3%(wt%)。 实施例9在500mL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4min，禾U用水 蒸气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至280'C反应225min;反应产物冷 却、加入HCl溶液调pH值至3 4,结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得90.62g烟酸产品，收率为90.62%。产品经HPLC分析纯 度为98.6%(wt0/o)。 实施例10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5min,利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至28(TC反应210min;反应产物冷却、 加入H2S(V溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得53.99g烟酸产品，收率为89.99%。产品经HPLC分析纯 度为99.3%(wt%)。实施例11在500mL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28(TC反应195min;反应产物冷却、 加入HC1溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、重 结晶、真空干燥后得35.21g烟酸产品，收率为88.03%。产品经HPLC分析纯度 为99.4%(wt%)。 实施例12在500mL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29(TC反应160min;反应产物冷却、 加入H2S04溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得73.07g烟酸产品，收率为91.34%。产品经HPLC分析纯 度为99.1%(wt%)。 实施例13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4min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至29(TC反应150min;反应产物冷却、 加入HCl溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、重 结晶、真空干燥后得44.89g烟酸产品，收率为89.78%。产品经HPLC分析纯度 为99.3%(wt%)。^在500mL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29(TC反应140min;反应产物冷却、 加入H2S04溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得34.81g烟酸产品，收率为87.03%。产品经HPLC分析纯 度为99.5%(wt%)。 实施例15在500mL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2min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至30(TC反应130min;反应产物冷却、加入HC1溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、重 结晶、真空干燥后得70.05g烟酸产品，收率为87.56%。产品经HPLC分析纯度 为99.0%(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4min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至30(TC反应110min;反应产物冷却、 加入HCl溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、重 结晶、真空干燥后得42.92g烟酸产品，收率为85.83%。产品经HPLC分析纯度 为99.2%(wt%)。 实施例17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5min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至310。C反应90min;反应产物冷却、 加入H2S04溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得49.93g烟酸产品，收率为83.21%。产品经HPLC分析纯 度为99.1%(wt%)。 实施例18在500mL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310。C反应85min;反应产物冷却、 加入HC1溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、重 结晶、真空干燥后得32.84g烟酸产品，收率为82.10%。产品经HPLC分析纯度 为99.3%(wt%)。 实施例19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3min，利用水蒸 气排除釜内空气；关闭排气阀，继续升温至32(TC反应60min;反应产物冷却、 加入H2S04溶液调pH值至3 4，结晶后得烟酸粗品，粗品用经活性炭脱色、 重结晶、真空干燥后得48.25g烟酸产品，收率为80.42%。产品经HPLC分析纯 度为99.0%(wt%)。
权利要求
1. 一种近临界水介质中烟腈无催化剂水解制备烟酸的方法，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2～5分钟；2)关闭排气阀，继续升温至250～320℃水解60～480min；3)水解产物经冷却、调pH值至3～4，结晶后得到粗烟酸；4)粗烟酸经活性碳脱色、二次结晶、真空干燥后得烟酸产品。
2. 根据权利要求1所述的一种近临界水介质中烟腈无催化水解制备烟酸的 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所述的一种近临界水介质中烟腈无催化水解制备烟酸的 方法，其特征在于步骤2)中所述的水解温度为260 29(TC。
4. 根据权利要求1所述的一种近临界水介质中烟腈无催化水解制备烟酸的 方法，其特征在于步骤3)中所述的调pH值所用的试剂为HCl或H2S04溶液。
全文摘要
本发明公开了一种近临界水介质中烟腈无催化水解制备烟酸的方法。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2～5分钟；2)关闭排气阀，继续升温至250～320℃水解60～480min；3)水解产物经冷却、调pH值至3～4，结晶后得到粗烟酸；4)粗烟酸经活性炭脱色、二次结晶、真空干燥后得烟酸产品。本发明在反应过程中不需加入任何催化剂，解决了烟酸制备中酸、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C07D213/803GK101265230SQ20081006077
公开日2008年9月17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, 彭新文, 石超君 申请人:浙江大学