高溫液態水介質中煙腈無催化水解製備煙醯胺的方法

2023-11-11 07:48:32

專利名稱：高溫液態水介質中煙腈無催化水解製備煙醯胺的方法
技術領域：
本發明涉及醯胺類，尤其涉及一種高溫液態水介質中煙腈無催化水解製備 煙醯胺的方法。
技術背景煙醯胺(Nicotinamide，CASNo:98-92-0)，又名尼克醯胺，是B族維生素的一 種，俗，維生素B3，化學名稱為吡啶-3-甲醯胺(分子式為C6H6N20，化學結構 式為formula see original document page 3，外觀為白色結晶粉末，純品無臭，味苦。煙醯胺是人和動物生 長發育不可缺少的養分之一。煙醯胺作為一種重要的有機化工原料，在醫藥、化妝品、食品等行業中具 有廣泛的用途。在醫藥工業中，煙醯胺是輔酶I (煙醯胺腺嘌呤二核苷酸)和 輔酶II (煙醯胺腺嘧啶二核苷酸)的組成成分，在許多生物氧化還原反應中起 中間遞氫體的作用，對維持正常組織特別是皮膚、消化道和神經系統的完整性 具重要作用。藥理研究認為，煙醯胺作為維生素類藥，具有抗炎活性，可直接 作用於炎性介質，通過抑制嗜中性細胞的趨藥性，可用於皮膚病，並克服抗生 素耐藥性問題；煙醯胺還用於治療心血管病，用於抗癌。在化妝品工業中，煙 醯胺的應用涉及到美白、潤膚祛皺、祛痘和洗護髮產品等方面，煙醯胺能有效 抑制黑色素細胞向角質細胞傳遞，從而減少過度色素沉積，促進含黑色素的角 質細胞脫落；煙醯胺能促進表皮層蛋白質的合成，增強肌膚自身的防禦能力。 在食品工業中，煙醯胺作為一種重要的食品添加劑被廣泛用作糕點、乳製品、 玉米粉等的添加劑。此外，煙醯胺還可以用作生化劑、發色劑、電鍍光亮劑、 植物生長調節劑等。因此，隨著我國經濟的迅速發展以及人民生活水平的不斷 提高，對煙醯胺產品的需求迅速增加，研究煙醯胺系列化合物的合成具有重要 的現實意義。近年來，煙醯胺的合成一直受到重視，從反應原料看，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。工業上主要採用的方法主要是 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 使用大量強鹼催化劑而造成嚴重的環境汙染，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，生產成本高，已經逐漸被淘汰；微生物法雖汙染物 排放少，但工藝比較複雜，而且反應條件較苛刻，難以大規模工業生產。高溫液態水(high temperature liquid water, HTLW)，通常是指溫度在200 350。C之間的壓縮液態水。在這一區域，水通常擁有以下三個特性(l)自身具有 醯胺催化與鹼催化的功能。這使某些酸鹼催化反應不必加入酸鹼催化劑，從而 避免醯胺鹼的中和、鹽的處理等工序；(2)同時溶解有機物和無機物。這使許多 高溫液態水介質中的合成反應能在均相中進行，從而消除傳質阻力，提高反應 速度，同時反應後只需簡單降溫就可實現蠟水分離，水相可循環使用；(3)物性 可調性。這使作為反應介質的高溫液態水在不同的狀態具有不同的溶劑性質和 反應性能。此外高溫液態水還有可實現選擇性分解、能抑制由熱分解產生的焦 化等特性。利用高溫液態水無催化水解生物質資源生產化工原料，同時具有無 催化劑回收、水可循環利用、汙染少等優點，已在生物質資源化領域顯示出非 常廣闊的應用前景。同時，作為一種環境友好介質，高溫液態水在有機合成反 應中的應用研究得到了關注，高溫液態水中的有機合成反應已成為綠色有機合 成的方法之一。 發明內容本發明的目的是提供一種高溫液態水介質中煙腈的無催化、綠色、高效水 解製備煙醯胺的方法。 方法的步驟如下1) 在高壓反應釜中加入去離子水和煙腈，去離子水與煙腈的質量比為2:1 8:1，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥2 5min;2) 關閉排氣閥，繼續升溫至200 270'C水解30 300min;3) 水解產物經冷卻、調pH值至》7,結晶後得到粗煙醯胺；4) 粗煙醯胺再經活性碳脫色、二次結晶、真空乾燥後得煙醯胺產品。 本發明步驟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的氧氣，以減少副反應的發生，提高產物的收率；反應釜內 攪拌的轉速為400轉/min。步驟3)中若水解產物的pH值己經》7，那麼調pH步驟可以省去。調pH 值的原因是煙醯胺在水中的溶解度在酸性條件下大，在鹼性條件下小。本發明在反應過程中不需加入任何催化劑，利用高溫液態水的自身具有的 酸鹼催化能力與能溶解有機物的特性使煙腈在高溫液態水中水解生成煙醯胺， 解決了煙醯胺製備中鹼催化水解對環境造成的汙染難題，反應過程簡單，產物 純度和收率高，且實現了生產過程的綠色化。


附圖是高溫液態水介質中煙腈無催化水解製備煙醯胺的工藝流程簡圖。
具體實施方式
本發明將高溫液態水作為反應介質應用於煙腈(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結構式為:0』)的水解上，其反應過程中不用酸鹼催化，原料及 各產物均不會對環境造成汙染，利用高溫液態水的特性實現了煙醯胺的無催化、 高效、綠色製備。煙腈無催化水解製備煙醯胺，其反應式如下 眉 畫 r^^CONH2formula see original document page 5
本發明中，產品採用高效液相色譜法(AgilentllOOseries)進行分析，具體分 析條件如下色譜柱採用KNAUER-C18柱(4mmlDx250mm)，柱溫為35°C; 流動相為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。採用外標法定量。 實施例1在500mL間歇高壓反應釜中加入300g去離子水和150g煙腈(去離子水與 煙腈的質量比為2:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥4min，利用水 蒸氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至20(TC反應300min;反應產物冷 卻、加入NaOH溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品。粗品經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得107.7g煙醯胺產品，收率為71.83%。產品經HPLC分析 純度為97.2%(wt%)。 實施例2在500rnL間歇高壓反應釜中加入320g去離子水和80g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為4:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥3min,利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至21(TC反應240min;反應產物冷卻、 加入Na2C03溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得57.65g煙醯胺產品，收率為72.06%。產品經HPLC分析 純度為98.4%(wt%)。 實施例3在500rnL間歇高壓反應釜中加入300g去離子水和50g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為6:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥5min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至22(TC反應195min;反應產物冷卻、加入NaHC03溶液調pH值至^7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得36.70g煙醯胺產品，收率為73.40%。產品經HPLC分析 純度為98.9%(wt%)。 實施例4在500rnL間歇高壓反應釜中加入320g去離子水和40g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為8:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥5min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至220'C反應180min;反應產物冷卻、 加入Ca(OH)2溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得28.10g煙醯胺產品，收率為70.25%。產品經HPLC分析 純度為99.0%(wt%)。 實施例5在500rnL間歇高壓反應釜中加入300g去離子水和100g煙腈(去離子水與 煙腈的質量比為3:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥3min，禾(J用水 蒸氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至22(TC反應165min;反應產物冷 卻、加入NaOH溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫 色、重結晶、真空乾燥後得72.89g煙醯胺產品，收率為72.89%。產品經HPLC 分析純度為97.9%(wt%)。 實施例6在500mL間歇高壓反應釜中加入300g去離子水和60g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為5:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥4min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至230。C反應120min;反應產物冷卻、 加入Na2C03溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得45.33§煙醯胺產品，收率為75.55%。產品經HPLC分析 純度為98.3%(wt%)。 實施例7在500rnL間歇高壓反應釜中加入280g去離子水和40g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為7:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥2min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至23(TC反應110min;反應產物冷卻、 加入NaHC03溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得29.65g煙醯胺產品，收率為74.13%。產品經HPLC分析 純度為98.8%(wt%)。 實施例8在500rnL間歇高壓反應釜中加入300g去離子水和100g煙腈(去離子水與 煙腈的質量比為3:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥3min，禾U用水 蒸氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至23(TC反應100min;反應產物冷 卻、加入Ca(OH)2溶液調pH值至》7,結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭 脫色、重結晶、真空乾燥後得73.89g煙醯胺產品，收率為73.89%。產品經HPLC 分析純度為98.0%(wt%)。 實施例9在500rnL間歇高壓反應釜中加入320g去離子水和80g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為4:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥4min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至240。C反應90min;反應產物冷卻、 加入NaOH溶液調pH值至^7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得62.16g煙醯胺產品，收率為77.70%。產品經HPLC分析 純度為98.7%(wt%)。 實施例10在500rnL間歇高壓反應釜中加入300g去離子水和60g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為5:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥5min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至24(TC反應80min;反應產物冷卻、 加入Na2C03溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得46.31g煙醯胺產品，收率為77.19%。產品經HPLC分析 純度為98.5%(wt%)。 實施例11在500rnL間歇高壓反應釜中加入300g去離子水和50g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為6:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥2min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至24(TC反應70min;反應產物冷卻、 加入NaHC03溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得38.22g煙醯胺產品，收率為76.43%。產品經HPLC分析 純度為99.0%(wt%)。 實施例12在500rnL間歇高壓反應釜中加入300g去離子水和150g煙腈(去離子水與 煙腈的質量比為2:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥3min，禾擁水 蒸氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至25(TC反應50min;反應產物冷卻、 加入Ca(OH)2溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、重結晶、真空乾燥後得116.6g煙醯胺產品，收率為77.74%。產品經HPLC分析 純度為97.5%(wt%)。 實施例13在500rnL間歇高壓反應釜中加入320g去離子水和80g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為4:1),開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥4min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至25(TC反應60min;反應產物冷卻、 加入NaOH溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得64.42g煙醯胺產品，收率為80.52%。產品經HPLC分析 純度為98.6%(wt%)。 實施例14在500rnL間歇高壓反應釜中加入300g去離子水和50g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為6:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥4min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至25(TC反應55min;反應產物冷卻、 加入Na2C03溶液調pH值至》7,結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得39.14g煙醯胺產品，收率為78.27%。產品經HPLC分析 純度為98.8%(wt%)。 實施例15在500rnL間歇高壓反應釜中加入280g去離子水和40g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為7:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥3min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至26(TC反應50min;反應產物冷卻、 加入NaHC03溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得30.97g煙醯胺產品，收率為77.43%。產品經HPLC分析 純度為99.1%(wt%)。 實施例16在500mL間歇高壓反應釜中加入300g去離子水和50g煙腈(去離子水與煙 腈的質量比為6:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥3min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至26(TC反應45min;反應產物冷卻、 加入Na2C(V溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得41.10g煙醯胺產品，收率為80.19%。產品經HPLC分析 純度為98.9%(wt%)。 實施例17在500rnL間歇高壓反應釜中加入300g去離子水和60g煙腈(去離子水與煙腈的質量比為5:1)，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥5min，利用水蒸 氣排除釜內空氣；關閉排氣閥，繼續升溫至27(TC反應30min;反應產物冷卻、 加入NaOH溶液調pH值至》7，結晶後得煙醯胺粗品，粗品用經活性炭脫色、 重結晶、真空乾燥後得48.20g煙醯胺產品，收率為80.33%。產品經HPLC分析 純度為99.0%(wt%)。
權利要求
1. 一種高溫液態水介質中煙腈無催化劑水解製備煙醯胺的方法，其特徵在於包括如下步驟1)在高壓反應釜中加入去離子水和煙腈，去離子水與煙腈的質量比為2∶1～8∶1，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥2～5min；2)關閉排氣閥，繼續升溫至200～270℃水解30～300min；3)水解產物經冷卻、調pH值至≥7，結晶後得到粗煙醯胺；4)粗煙醯胺再經活性碳脫色、二次結晶、真空乾燥後得煙醯胺產品。
2. 根據權利要求1所述的一種高溫液態水介質中煙腈無催化水解製備煙醯 胺的方法，其特徵在於步驟l)中所述的去離子水與煙腈的質量比為4:1 6:1。
3. 根據權利要求1所述的一種高溫液態水介質中煙腈無催化水解製備煙醯 胺的方法，其特徵在於步驟2)中所述的水解溫度為220 26(TC。
4. 根據權利要求1所述的一種高溫液態水介質中煙腈無催化水解製備煙醯 胺的方法，其特徵在於步驟3)中所述的調pH值所用的試劑為NaOH、 Na2C03、 NaHC03或Ca(OH)2溶液。
全文摘要
本發明公開了一種高溫液態水介質中煙腈無催化水解製備煙醯胺的方法。方法的步驟如下1)在高壓反應釜中加入去離子水和煙腈，去離子水與煙腈的質量比為2∶1～8∶1，開攪拌，常壓下升溫至沸騰，打開排氣閥2～5min；2)關閉排氣閥，繼續升溫至200～270℃水解30～300min；3)水解產物經冷卻、調pH值至≥7，結晶後得到粗煙醯胺；4)粗煙醯胺再經活性碳脫色、二次結晶、真空乾燥後得煙醯胺產品。本發明在反應過程中不需加入任何催化劑，解決了煙醯胺鹼催化水解的汙染難題，過程簡單、綠色，產物純度和收率高。
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 優先權日2008年4月18日
發明者呂秀陽, 石超君 申請人:浙江大學