專利名稱:高溫液態(tài)水介質(zhì)中煙腈無催化水解制備煙酰胺的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及酰胺類,尤其涉及一種高溫液態(tài)水介質(zhì)中煙腈無催化水解制備 煙酰胺的方法。
技術(shù)背景煙酰胺(Nicotinamide,CASNo:98-92-0),又名尼克酰胺,是B族維生素的一 種,俗,維生素B3,化學(xué)名稱為吡啶-3-甲酰胺(分子式為C6H6N20,化學(xué)結(jié)構(gòu) 式為<formula>formula see original document page 3</formula>,外觀為白色結(jié)晶粉末,純品無臭,味苦。煙酰胺是人和動(dòng)物生 長發(fā)育不可缺少的養(yǎng)分之一。煙酰胺作為一種重要的有機(jī)化工原料,在醫(yī)藥、化妝品、食品等行業(yè)中具 有廣泛的用途。在醫(yī)藥工業(yè)中,煙酰胺是輔酶I (煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)和 輔酶II (煙酰胺腺嘧啶二核苷酸)的組成成分,在許多生物氧化還原反應(yīng)中起 中間遞氫體的作用,對維持正常組織特別是皮膚、消化道和神經(jīng)系統(tǒng)的完整性 具重要作用。藥理研究認(rèn)為,煙酰胺作為維生素類藥,具有抗炎活性,可直接 作用于炎性介質(zhì),通過抑制嗜中性細(xì)胞的趨藥性,可用于皮膚病,并克服抗生 素耐藥性問題;煙酰胺還用于治療心血管病,用于抗癌。在化妝品工業(yè)中,煙 酰胺的應(yīng)用涉及到美白、潤膚祛皺、祛痘和洗護(hù)發(fā)產(chǎn)品等方面,煙酰胺能有效 抑制黑色素細(xì)胞向角質(zhì)細(xì)胞傳遞,從而減少過度色素沉積,促進(jìn)含黑色素的角 質(zhì)細(xì)胞脫落;煙酰胺能促進(jìn)表皮層蛋白質(zhì)的合成,增強(qiáng)肌膚自身的防御能力。 在食品工業(yè)中,煙酰胺作為一種重要的食品添加劑被廣泛用作糕點(diǎn)、乳制品、 玉米粉等的添加劑。此外,煙酰胺還可以用作生化劑、發(fā)色劑、電鍍光亮劑、 植物生長調(diào)節(jié)劑等。因此,隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及人民生活水平的不斷 提高,對煙酰胺產(chǎn)品的需求迅速增加,研究煙酰胺系列化合物的合成具有重要 的現(xiàn)實(shí)意義。近年來,煙酰胺的合成一直受到重視,從反應(yīng)原料看,可分為3-氰基吡啶水 解法、煙酸脫水法、甲基戊二胺法、2-甲基-l,5戊二胺法等。從合成方法看,可 分為試劑法、氨氧化水解法、微生物水解法等。工業(yè)上主要采用的方法主要是 3-氰基吡啶水解法、煙酸脫水法和微生物水解法。3-氰基吡啶水解法工藝過程因 使用大量強(qiáng)堿催化劑而造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,廢液處理和催化劑回收尚不完善; 煙酸脫水法工藝耗電量大,生產(chǎn)成本高,已經(jīng)逐漸被淘汰;微生物法雖污染物 排放少,但工藝比較復(fù)雜,而且反應(yīng)條件較苛刻,難以大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。高溫液態(tài)水(high temperature liquid water, HTLW),通常是指溫度在200 350。C之間的壓縮液態(tài)水。在這一區(qū)域,水通常擁有以下三個(gè)特性(l)自身具有 酰胺催化與堿催化的功能。這使某些酸堿催化反應(yīng)不必加入酸堿催化劑,從而 避免酰胺堿的中和、鹽的處理等工序;(2)同時(shí)溶解有機(jī)物和無機(jī)物。這使許多 高溫液態(tài)水介質(zhì)中的合成反應(yīng)能在均相中進(jìn)行,從而消除傳質(zhì)阻力,提高反應(yīng) 速度,同時(shí)反應(yīng)后只需簡單降溫就可實(shí)現(xiàn)蠟水分離,水相可循環(huán)使用;(3)物性 可調(diào)性。這使作為反應(yīng)介質(zhì)的高溫液態(tài)水在不同的狀態(tài)具有不同的溶劑性質(zhì)和 反應(yīng)性能。此外高溫液態(tài)水還有可實(shí)現(xiàn)選擇性分解、能抑制由熱分解產(chǎn)生的焦 化等特性。利用高溫液態(tài)水無催化水解生物質(zhì)資源生產(chǎn)化工原料,同時(shí)具有無 催化劑回收、水可循環(huán)利用、污染少等優(yōu)點(diǎn),已在生物質(zhì)資源化領(lǐng)域顯示出非 常廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí),作為一種環(huán)境友好介質(zhì),高溫液態(tài)水在有機(jī)合成反 應(yīng)中的應(yīng)用研究得到了關(guān)注,高溫液態(tài)水中的有機(jī)合成反應(yīng)已成為綠色有機(jī)合 成的方法之一。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高溫液態(tài)水介質(zhì)中煙腈的無催化、綠色、高效水 解制備煙酰胺的方法。 方法的步驟如下1) 在高壓反應(yīng)釜中加入去離子水和煙腈,去離子水與煙腈的質(zhì)量比為2:1 8:1,開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥2 5min;2) 關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至200 270'C水解30 300min;3) 水解產(chǎn)物經(jīng)冷卻、調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得到粗煙酰胺;4) 粗煙酰胺再經(jīng)活性碳脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得煙酰胺產(chǎn)品。 本發(fā)明步驟l)中"常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥2 5min"的目的是利用水蒸氣帶走釜內(nèi)的氧氣,以減少副反應(yīng)的發(fā)生,提高產(chǎn)物的收率;反應(yīng)釜內(nèi) 攪拌的轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/min。步驟3)中若水解產(chǎn)物的pH值己經(jīng)》7,那么調(diào)pH步驟可以省去。調(diào)pH 值的原因是煙酰胺在水中的溶解度在酸性條件下大,在堿性條件下小。本發(fā)明在反應(yīng)過程中不需加入任何催化劑,利用高溫液態(tài)水的自身具有的 酸堿催化能力與能溶解有機(jī)物的特性使煙腈在高溫液態(tài)水中水解生成煙酰胺, 解決了煙酰胺制備中堿催化水解對環(huán)境造成的污染難題,反應(yīng)過程簡單,產(chǎn)物 純度和收率高,且實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的綠色化。
附圖是高溫液態(tài)水介質(zhì)中煙腈無催化水解制備煙酰胺的工藝流程簡圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明將高溫液態(tài)水作為反應(yīng)介質(zhì)應(yīng)用于煙腈(又稱3-氰基吡啶,尼古丁腈, 英文3-Cyanopyridine、 Nicotinic acid nitrile、 Nicotinonitrile,分子式為C6H4N2, CAS: 100-54-9結(jié)構(gòu)式為:0』)的水解上,其反應(yīng)過程中不用酸堿催化,原料及 各產(chǎn)物均不會(huì)對環(huán)境造成污染,利用高溫液態(tài)水的特性實(shí)現(xiàn)了煙酰胺的無催化、 高效、綠色制備。煙腈無催化水解制備煙酰胺,其反應(yīng)式如下 眉 畫 r^^CONH2<formula>formula see original document page 5</formula>
本發(fā)明中,產(chǎn)品采用高效液相色譜法(AgilentllOOseries)進(jìn)行分析,具體分 析條件如下色譜柱采用KNAUER-C18柱(4mmlDx250mm),柱溫為35°C; 流動(dòng)相為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 速為0.4mL/min;檢測波長為210nm。采用外標(biāo)法定量。 實(shí)施例1在500mL間歇高壓反應(yīng)釜中加入300g去離子水和150g煙腈(去離子水與 煙腈的質(zhì)量比為2:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥4min,利用水 蒸氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至20(TC反應(yīng)300min;反應(yīng)產(chǎn)物冷 卻、加入NaOH溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品。粗品經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得107.7g煙酰胺產(chǎn)品,收率為71.83%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為97.2%(wt%)。 實(shí)施例2在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入320g去離子水和80g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為4:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥3min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至21(TC反應(yīng)240min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入Na2C03溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得57.65g煙酰胺產(chǎn)品,收率為72.06%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為98.4%(wt%)。 實(shí)施例3在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入300g去離子水和50g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為6:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥5min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至22(TC反應(yīng)195min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、加入NaHC03溶液調(diào)pH值至^7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得36.70g煙酰胺產(chǎn)品,收率為73.40%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為98.9%(wt%)。 實(shí)施例4在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入320g去離子水和40g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為8:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥5min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至220'C反應(yīng)180min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入Ca(OH)2溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得28.10g煙酰胺產(chǎn)品,收率為70.25%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為99.0%(wt%)。 實(shí)施例5在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入300g去離子水和100g煙腈(去離子水與 煙腈的質(zhì)量比為3:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥3min,禾(J用水 蒸氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至22(TC反應(yīng)165min;反應(yīng)產(chǎn)物冷 卻、加入NaOH溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫 色、重結(jié)晶、真空干燥后得72.89g煙酰胺產(chǎn)品,收率為72.89%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC 分析純度為97.9%(wt%)。 實(shí)施例6在500mL間歇高壓反應(yīng)釜中加入300g去離子水和60g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為5:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥4min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至230。C反應(yīng)120min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入Na2C03溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得45.33§煙酰胺產(chǎn)品,收率為75.55%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為98.3%(wt%)。 實(shí)施例7在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入280g去離子水和40g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為7:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥2min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至23(TC反應(yīng)110min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入NaHC03溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得29.65g煙酰胺產(chǎn)品,收率為74.13%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為98.8%(wt%)。 實(shí)施例8在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入300g去離子水和100g煙腈(去離子水與 煙腈的質(zhì)量比為3:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥3min,禾U用水 蒸氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至23(TC反應(yīng)100min;反應(yīng)產(chǎn)物冷 卻、加入Ca(OH)2溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭 脫色、重結(jié)晶、真空干燥后得73.89g煙酰胺產(chǎn)品,收率為73.89%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC 分析純度為98.0%(wt%)。 實(shí)施例9在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入320g去離子水和80g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為4:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥4min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至240。C反應(yīng)90min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入NaOH溶液調(diào)pH值至^7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得62.16g煙酰胺產(chǎn)品,收率為77.70%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為98.7%(wt%)。 實(shí)施例10在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入300g去離子水和60g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為5:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥5min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至24(TC反應(yīng)80min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入Na2C03溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得46.31g煙酰胺產(chǎn)品,收率為77.19%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為98.5%(wt%)。 實(shí)施例11在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入300g去離子水和50g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為6:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥2min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至24(TC反應(yīng)70min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入NaHC03溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得38.22g煙酰胺產(chǎn)品,收率為76.43%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為99.0%(wt%)。 實(shí)施例12在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入300g去離子水和150g煙腈(去離子水與 煙腈的質(zhì)量比為2:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥3min,禾擁水 蒸氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至25(TC反應(yīng)50min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入Ca(OH)2溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、重結(jié)晶、真空干燥后得116.6g煙酰胺產(chǎn)品,收率為77.74%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為97.5%(wt%)。 實(shí)施例13在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入320g去離子水和80g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為4:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥4min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至25(TC反應(yīng)60min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入NaOH溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得64.42g煙酰胺產(chǎn)品,收率為80.52%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為98.6%(wt%)。 實(shí)施例14在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入300g去離子水和50g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為6:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥4min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至25(TC反應(yīng)55min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入Na2C03溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得39.14g煙酰胺產(chǎn)品,收率為78.27%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為98.8%(wt%)。 實(shí)施例15在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入280g去離子水和40g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為7:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥3min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至26(TC反應(yīng)50min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入NaHC03溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得30.97g煙酰胺產(chǎn)品,收率為77.43%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為99.1%(wt%)。 實(shí)施例16在500mL間歇高壓反應(yīng)釜中加入300g去離子水和50g煙腈(去離子水與煙 腈的質(zhì)量比為6:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥3min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至26(TC反應(yīng)45min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入Na2C(V溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得41.10g煙酰胺產(chǎn)品,收率為80.19%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為98.9%(wt%)。 實(shí)施例17在500rnL間歇高壓反應(yīng)釜中加入300g去離子水和60g煙腈(去離子水與煙腈的質(zhì)量比為5:1),開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥5min,利用水蒸 氣排除釜內(nèi)空氣;關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至27(TC反應(yīng)30min;反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、 加入NaOH溶液調(diào)pH值至》7,結(jié)晶后得煙酰胺粗品,粗品用經(jīng)活性炭脫色、 重結(jié)晶、真空干燥后得48.20g煙酰胺產(chǎn)品,收率為80.33%。產(chǎn)品經(jīng)HPLC分析 純度為99.0%(wt%)。
權(quán)利要求
1. 一種高溫液態(tài)水介質(zhì)中煙腈無催化劑水解制備煙酰胺的方法,其特征在于包括如下步驟1)在高壓反應(yīng)釜中加入去離子水和煙腈,去離子水與煙腈的質(zhì)量比為2∶1~8∶1,開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥2~5min;2)關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至200~270℃水解30~300min;3)水解產(chǎn)物經(jīng)冷卻、調(diào)pH值至≥7,結(jié)晶后得到粗煙酰胺;4)粗煙酰胺再經(jīng)活性碳脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得煙酰胺產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫液態(tài)水介質(zhì)中煙腈無催化水解制備煙酰 胺的方法,其特征在于步驟l)中所述的去離子水與煙腈的質(zhì)量比為4:1 6:1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫液態(tài)水介質(zhì)中煙腈無催化水解制備煙酰 胺的方法,其特征在于步驟2)中所述的水解溫度為220 26(TC。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫液態(tài)水介質(zhì)中煙腈無催化水解制備煙酰 胺的方法,其特征在于步驟3)中所述的調(diào)pH值所用的試劑為NaOH、 Na2C03、 NaHC03或Ca(OH)2溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫液態(tài)水介質(zhì)中煙腈無催化水解制備煙酰胺的方法。方法的步驟如下1)在高壓反應(yīng)釜中加入去離子水和煙腈,去離子水與煙腈的質(zhì)量比為2∶1~8∶1,開攪拌,常壓下升溫至沸騰,打開排氣閥2~5min;2)關(guān)閉排氣閥,繼續(xù)升溫至200~270℃水解30~300min;3)水解產(chǎn)物經(jīng)冷卻、調(diào)pH值至≥7,結(jié)晶后得到粗煙酰胺;4)粗煙酰胺再經(jīng)活性碳脫色、二次結(jié)晶、真空干燥后得煙酰胺產(chǎn)品。本發(fā)明在反應(yīng)過程中不需加入任何催化劑,解決了煙酰胺堿催化水解的污染難題,過程簡單、綠色,產(chǎn)物純度和收率高。
文檔編號C07D213/87GK101270083SQ200810060769
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日
發(fā)明者呂秀陽, 石超君 申請人:浙江大學(xué)