一步法合成烟酰胺

刘善和，张璐，张涛，梁锡臣，方红新（安徽国星生物化学有限公司，安徽马鞍山243000）



一步法合成烟酰胺

刘善和，张璐，张涛，梁锡臣，方红新
（安徽国星生物化学有限公司，安徽马鞍山243000）

摘要：二氧化锰作为催化剂催化3-甲基吡啶和尿素进行反应生成烟酰胺。反应在高温高压下进行，实验考查并优化了反应温度、反应时间、反应压力等一系列条件，高选择性生成烟酰胺，产率达到90%以上。

关键词：烟酰胺；3-甲基吡啶；二氧化锰

烟酰胺是一种水溶性的维生素B3的衍生物，它为辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的组成部分，在生物氧化呼吸链中起着传递氢原子的作用，可以促进生物氧化过程和组织的新陈代谢，对维持皮肤、消化道和神经系统的完整性具有重要作用。近年来，烟酰胺防止皮肤老化的功效越来越被重视，它可以减轻和预防皮肤在早期衰老过程中产生的肤色黯淡、发黄，修复受损的角质层脂质屏障，提高皮肤抵抗力和深层锁水功效。此外，烟酰胺可作为饲料中的添加剂、医药中间体和在食品中作为营养强化剂来预防糙皮病和心血管疾病。

烟酰胺的传统合成方法包括化学法［1-2］和生物法［3-4］。化学法主要分为两步，第一步是用3-甲基吡啶合成烟酸，第二步是用烟酸合成烟酰胺；生物法主要是通过3-甲基吡啶在微生物的催化下反应生成3-氰基吡啶，3-氰基吡啶再水解得到烟酰胺。

本文研究了从3-甲基吡啶一步法生成烟酰胺的方法，并对反应的条件进行了优化。

1　实验部分

1.1主要原料

3-甲基吡啶、二氧化锰、氧气、尿素。

1.2合成原理

将3-甲基吡啶直接进行酰胺化，反应式如下：

1.3合成方法

在高压反应器中放入93g的3-甲基吡啶，再放入适量的二氧化锰和尿素。高温高压下通入氧气。反应结束后，降温过滤除去二氧化锰催化剂，并用乙醇进行洗涤。洗涤后将乙醇蒸出，再进行减压脱溶除去未反应的3-甲基吡啶，剩余的固体用乙醚洗涤得到纯的烟酰胺。

2　结果与讨论

2.1反应温度的优化

取93g的3-甲基吡啶放入加压反应器中，再放入60g的尿素和8.7g的二氧化锰，并在反应时保持氧气压力为0.1MPa，反应8h，对不同的反应温度进行了优化，结果如表1所示。

表1　对温度的优化结果

从表1可以看出，温度升高对反应有着明显的促进作用，当反应温度大于150℃时，烟酰胺的产率并没有很大提高，所以适宜的温度为150℃。

2.2对反应催化剂的优化

2.2.1反应催化剂种类的选择

取93g的3-甲基吡啶放入加压反应器中，再放入60g的尿素和0.1mol的不同催化剂，升温至150℃，并保持氧气的压力为0.1MPa，反应8h，对不同的催化剂进行了选择，其结果如表2所示。

表2　对催化剂种类的选择结果

从表2可以看出，MnO2、Co3O4、Fe2O3对反应均有促进作用，但是MnO2对反应的促进作用最大。

2.2.2对催化剂的用量进行优化

取93g3-甲基吡啶放入加压反应器中，再放入60g的尿素，加入与3-甲基吡啶不同摩尔比的MnO2，升温至150℃，并保持氧气的压力为0.1MPa，反应8h，对MnO2的用量进行了优化，结果如表3所示。

表3　对催化剂MnO2用量的优化结果

从表3可以看出，随着催化剂用量的增加，产物的产率有所提高，但是当摩尔比为0.1以上时，产率没有很大的变化，所以93g的3-甲基吡啶加入8.7g（0.1mol）的MnO2比较好。

2.3反应压力的优化

取93g的3-甲基吡啶放入加压反应器中，再放入60g的尿素和0.1mol的MnO2，并升温至150℃，反应8h，在不同压力的氧气中进行反应，结果如表4所示。

表4　对氧气压力的优化结果

从表4可以看出，随着氧气的压力增加，烟酰胺的产率得到了很大的提高，当氧气压力大于0.5MPa以后，烟酰胺的产率则保持不变，所以氧气的压力确定为0.5MPa。

2.4对反应胺的供体进行选择

2.4.1对反应胺供体种类的选择

3-甲基吡啶合成烟酰胺的步骤中需要提供胺。取93g3-甲基吡啶放入加压反应器中，再放入1mol不同胺的供体，0.1mol MnO2，并升温至150℃，氧气压力为0.5MPa，反应8h，结果如表5所示。

表5　对胺的供体种类的优化结果

我们选择了NH4Cl、NH4NO3、NH4HCO3、（NH4）2CO3、HCOONH4、（NH4）2HPO4、尿素作为胺的供体，从表5的结果可以看出，NH4Cl、NH4NO3的产率比较低，NH4HCO3、（NH4）2CO3、HCOONH4、（NH4）2HPO4的产率在47%～60%之间，尿素的产率最高达到89%，所以选择尿素作为胺的供体

2.4.2对反应胺供体用量的选择

确定了胺的供体为尿素以后，对尿素的用量进行了优化，结果如表6所示。

表6　对胺的供体用量的优化结果

从表6可以看出，增加尿素的用量对反应的产率几乎没有影响，所以确定尿素和3-甲基吡啶的摩尔比为1∶1。

2.5反应时间的优化

取93g3-甲基吡啶放入加压反应器中，再放入60g的尿素和0.1mol MnO2，并升温至150℃，氧气压力为0.5MPa，结果如表7所示。

表7　对反应时间的优化结果

从表7可以看出，当反应时间大于3h，反应产率没有继续提高，所以反应时间定在3h。

3　结论

（1）一步法合成烟酰胺反应的最佳条件为3-甲基吡啶∶尿素∶MnO2的摩尔比为1∶1∶0.1，温度为150℃，氧气的压力为0.5MPa，反应时间为3h。

（2）此反应的优点在于一步法从3-甲基吡啶直接生成烟酰胺，不需要经过3-氰基吡啶中间体，工艺路线短，催化剂易得，相对于多步反应产率较高。

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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

中图分类号：TQ253

文献标识码：A

文章编号：1008- 553X（2016）03- 0040- 03

收稿日期：2015- 11- 14

作者简介：刘善和（1978-），男，工程师，从事企业管理及农药合成研究工作，18955512888，0555- 6755888，liushhe@yahoo.com.cn；通讯联系人：梁锡臣（1986-），男，毕业于常州大学，硕士，从事化工优化及有机合成研究工作，18726000930，0555- 6755990，lxc19861211@163.com。