臭氧化製備煙酸的方法
2023-11-04 03:56:52 1
專利名稱：臭氧化製備煙酸的方法
技術領域：
本發明涉及一種臭氧化製備煙酸的方法，特別是在冰乙酸、乙酸乙酯和水的混合溶劑中臭氧化的方法。
背景技術：
煙酸(Nicotinic acid)，即3-吡啶甲酸，又名尼古丁酸，俗稱維生素pp，分子式C6H5NO2，分子量為123.11。白色針狀或淡黃色針狀結晶，無臭或微臭，味微苦，密度為1.473g/cm。熔點234-237℃。在水中略溶，易溶於沸水、沸乙醇，溶於苛性鹼，不溶於乙醚、酯類。煙酸存在於肝、腎、肌肉、酵母、乳汁、蛋黃、麥麩、米糠、花生、水果和蔬菜中，含量不等，約在0.7-490mg/kg之間。鼠口服LD50為7000mg/kg。人工合成的煙酸可100％被動物吸收。煙酸是所有維生素中結構最簡單、理化性質最穩定的一種維生素，不易被酸、鹼、水份、金屬離子、熱、光、氧化劑及加工貯存等因素所破壞。煙酸不僅是一種重要的有機化工原料.還可用作醫藥、食品和飼料添加劑等，是一種很有發展前景的精細化學品。
目前製備煙酸的方法主要有以下幾類1.試劑氧化法是發展最早的製備煙酸方法之一，使用的氧化劑有KMnO4、HNO3、濃H2SO4或SO3、H2SO4和HNO3、O3或H2O2等，其中以HNO3做氧化劑最為普遍。3-甲基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶、喹啉、6-羥基喹啉、萘和植物中的尼古丁或菸鹼的衍生物均可在上述氧化劑作用下生成煙酸。中國專利CN1141288A(1996)是用HNO3氧化3-甲基吡啶製備煙酸。這類方法成本高，產生大量廢液，汙染環境。
2.空氣氧化法是以空氣或富氧空氣作氧化劑，在催化劑作用下，一步氧化氣化的3-MP製得煙酸。
3.氨氧化法主要是以3-甲基吡啶(3-MP)為原料，用空氣、氨混合氣體進行高溫氣相催化氧化，得到吡啶腈(煙腈)，煙腈在氨氣或NaOH水溶液中水解，選擇合適的條件，控制水解深度，可得到煙酸。
其中氨氧化法是目前工業生產中最常用的方法。三類方法均以3-甲基吡啶為主要原料，但3-甲基吡啶主要靠進口，價格昂貴。而喹啉為石油下遊產品，價廉易得，因此用喹啉做原料可以降低煙酸成本。
中國專利CN96104748報導了喹啉混酸氧化法製備煙酸，但此法生成副產物多，煙酸分離困難。Miller；Paul E.(US5614635，March25，1997.)利用50％的H2O2在90-100℃下氧化取代喹啉生成取代喹啉酸或喹啉酸，其中提到喹啉氧化生成喹啉酸但未作說明。Emil J.Moriconi，Francis A.Spano(J.Am.Chem.Soc.；1964；86(1)；38-46.)闡述了臭氧氧化取代喹啉和喹啉的反應機理。
發明內容
本發明目的在於，提供一種在混合溶劑中用臭氧氧化喹啉製備煙酸的方法，該方法以喹啉為原料，用無機強酸硫酸與喹啉成硫酸鹽保護吡啶環，在冰乙酸溶劑或冰乙酸、乙酸乙酯和水的混合溶劑中以臭氧和雙氧水為氧化劑，在常壓和0-80℃溫度下將其氧化為2，3-吡啶二羧酸(即喹啉酸)，然後升華脫羧得到煙酸。本方法製備煙酸無汙染，能耗低，產品純度不低於95％。
本發明所述的臭氧化製備煙酸的方法，按下例步驟進行a、將喹啉置於反應器中，加入冰乙酸、乙酸乙酯和水混合溶液攪拌均勻，或在反應器中只加入冰乙酸，在攪拌下緩慢滴加濃硫酸，冷卻至室溫，置於-10-40℃的水/冰水浴中在強烈攪拌下通O3/O2的混合氣體，將喹啉氧化為喹啉臭氧化物；b、然後將水浴溫度調至20-80℃加入過量的30％的雙氧水反應3-15小時；c、減壓蒸去溶劑後在0-10℃下冷卻，析出白色或淺黃色顆粒狀結晶；d、抽濾，依次用水和甲醇各洗滌3-5次，用乙醇或甲醇重結晶後升華脫羧得到煙酸，產率可達65％，HPLC測得產品純度95％以上。
濃硫酸與喹啉的物質的量比為n(酸)∶n(喹啉)＝1∶1-2∶1。
混合溶劑中各成分含量按體積分別為乙酸乙酯0-55％，冰乙酸30-100％，水0-15％。
通入的O3的物質的量為n(臭氧)∶n(喹啉)＝2-4∶1。
所有反應過程均在常壓下進行。
本發明中加入無機強酸濃硫酸的目的是與喹啉結合成喹啉硫酸鹽保護喹啉中的吡啶環不被臭氧氧化；採用無汙染的臭氧和雙氧水作為氧化劑，反應條件溫和；還包括在反應體系中加入少量水使溶液形成均一的液相，有助於氣液氧化反應的進行。
本發明製備煙酸的方法具有以下優點1、氧化反應使用臭氧和雙氧水兩種綠色氧化劑，無汙染。
2、反應條件溫和。整個氧化反應過程可以在室溫下進行，無須加熱。
3、主要原料喹啉為石油下遊產品，價廉易得。
4、整個反應過程中不用任何催化劑。
5、反應所用溶劑均可用工業級。
6、所有反應均在常壓下進行，無需高壓反應裝置。
具體實施例方式
實施例1a、稱取97％的喹啉6.6g(0.05mol)置於500ml的反應器中，加入冰乙酸300ml攪拌均勻，在攪拌下緩慢滴加98％的濃硫酸5g(0.05mol)，冷卻至室溫置於-10-5℃的鹽水浴中在強烈攪拌下通入流量為0.12m3/h，臭氧濃度為45mg/L的O3/O2混合氣體1.5h；b、然後將水浴溫度調至20℃加入過量的30％的雙氧水50ml反應15小時；c、65℃減壓蒸去溶劑後在0℃下冷卻，析出淺黃色顆粒狀結晶；d、抽濾，依次用水和甲醇各洗滌3次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重結晶後升華脫羧得到煙酸2.46g，產率40.5％，熔點235-237.3℃，HPLC測得純度95.3％。
實施例2a、稱取97％的喹啉6.6g(0.05mol)置於500ml的反應器中，加入冰乙酸200ml、乙酸乙酯50ml和水10ml的混合溶劑，在攪拌下緩慢滴加98％的濃硫酸6g(0.06mol)，冷卻至室溫後置於0-5℃水浴中在強烈攪拌下通O3/O2的混合氣體2h，流量0.1m3/h，臭氧濃度為45mg/L；b、然後將水浴溫度調至30℃加入過量的30％的雙氧水50ml反應10小時；c、65℃減壓蒸去溶劑後在2℃下冷卻，析出淺黃色顆粒狀結晶；d、抽濾，依次用水和甲醇各洗滌4次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重結晶後升華脫羧得到煙酸3.69g，收率60％，HPLC測得純度95.7％。
實施例3a、稱取97％的喹啉6.6g(0.05mol)置於500ml的反應器中，加入冰乙酸150ml、乙酸乙酯70ml和水20ml的混合溶劑，在攪拌下緩慢滴加98％的濃硫酸7g(0.07mol)，冷卻至室溫置於5-10℃水浴中在強烈攪拌下通O3/O2的混合氣體1.2h，流量0.16m3/h，臭氧濃度為45mg/L；b、然後將水浴溫度調至45℃加入過量的30％的雙氧水50ml反應8小時；c、65℃減壓蒸去溶劑後在4℃下冷卻，析出白色顆粒狀結晶；d、抽濾，依次用水和甲醇各洗滌5次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重結晶後升華脫羧得到煙酸3.06g，收率49.8％，HPLC測得純度96.8％。
實施例4a、稱取97％的喹啉6.6g(0.05mol)置於500ml的反應器中，加入冰乙酸100ml、乙酸乙酯100ml和水35ml的混合溶劑，在攪拌下緩慢滴加98％的濃硫酸8g(0.08mol)，冷卻至室溫置於20-25℃水浴中在強烈攪拌下通O3/O2的混合氣體2.2h，流量0.1m3/h，臭氧濃度為45mg/L；b、然後將水浴溫度調至60℃加入過量的30％的雙氧水50ml反應6小時；c、65℃減壓蒸去溶劑後在5℃下冷卻，析出白色顆粒狀結晶；d、抽濾，依次用水和甲醇各洗滌3次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重結晶後升華脫羧得到煙酸2.47g，收率40.1％，HPLC測得純度96.5％。
實施例5a、稱取97％的喹啉6.6g(0.05mol)置於500ml的反應器中，加入冰乙酸80ml、乙酸乙酯145ml和水40ml的混合溶劑，溶液為兩相，喹啉生成臭氧化物後被水萃取，加入雙氧水氧化後結晶並升華脫羧在攪拌下緩慢滴加98％的濃硫酸10g(0.1mol)，冷卻至室溫置於40-45℃水浴中在強烈攪拌下通O3/O2的混合氣體3.5-4h，流量0.1m3/h，臭氧濃度為45mg/L；b、然後將水浴溫度調至35℃加入過量的30％的雙氧水50ml反應14小時；c、65℃減壓蒸去溶劑後在8℃下冷卻，析出淺黃色顆粒狀結晶；
d、抽濾，依次用水和甲醇各洗滌5次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重結晶後升華脫羧得到煙酸1.22g，收率19.8％，HPLC測得純度96.0％。
實施例6a、稱取97％的喹啉13.2g(0.1mol)置於500ml的反應器中，加入冰乙酸200ml、乙酸乙酯100ml和水20ml的混合溶劑，在攪拌下緩慢滴加98％的濃硫酸12g(0.12mol)，冷卻至室溫置於25-30℃水浴中在強烈攪拌下通O3/O2的混合氣體3h，流量0.16m3/h，臭氧濃度為45mg/L；b、然後將水浴溫度調至45℃加入過量的30％的雙氧水50ml反應8小時；c、65℃減壓蒸去溶劑後在10℃下冷卻，析出淺黃色顆粒狀結晶；d、抽濾，依次用水和甲醇各洗滌4次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重結晶後升華脫羧得到煙酸2.87g，收率46.7％，HPLC測得純度95.5％。
權利要求
1.一種臭氧化製備煙酸的方法，其特徵是按下例步驟進行a、將喹啉置於反應器中，加入冰乙酸、乙酸乙酯和水混合溶液攪拌均勻，或在反應器中只加入冰乙酸，在攪拌下緩慢滴加濃硫酸，冷卻至室溫，置於-10-40℃的水/冰水浴中在強烈攪拌下通O3/O2的混合氣體，將喹啉氧化為喹啉臭氧化物；b、然後將水浴溫度調至20-80℃加入過量的30％的雙氧水反應3-15小時；c、減壓蒸去溶劑後在0-10℃下冷卻，析出白色或淺黃色顆粒狀結晶；d、抽濾，依次用水和甲醇各洗滌3-5次，用乙醇或甲醇重結晶後升華脫羧得到煙酸，產率可達65％，HPLC測得產品純度95％-97％。
2.根據權利要求1所述的臭氧化製備煙酸的方法，其特徵是濃硫酸與喹啉的物質的量比為1∶1-2∶1。
3.根據權利要求1所述的臭氧化製備煙酸的方法，其特徵是混合溶劑中各成分含量按體積分別為乙酸乙酯0-55％，冰乙酸30-100％，水15-0％。
4.根據權利要求1所述的臭氧化製備煙酸的方法，其特徵是通入的O3的物質的量為喹啉的物質的量的2-4倍。
5.根據權利要求1所述的臭氧化製備煙酸的方法，其特徵是所有反應過程均在常壓下進行。
全文摘要
本發明涉及一種臭氧化製備煙酸的方法，該方法以喹啉為原料，用無機強酸硫酸與喹啉成鹽保護吡啶環，在冰乙酸或冰乙酸、乙酸乙酯和水的混合溶劑中以臭氧和雙氧水為氧化劑，在常壓和0－80℃溫度下將其氧化為2，3－吡啶二羧酸，然後升華脫羧得到煙酸。本發明中加入無機強酸濃硫酸的目的是與喹啉結合成喹啉硫酸鹽保護喹啉中的吡啶環不被臭氧氧化；採用無汙染的臭氧和雙氧水作為氧化劑，反應條件溫和；還包括在反應體系中加入少量水使溶液形成均一的液相，有助於氧化反應的進行。本發明製備煙酸無汙染，能耗低，產品純度不低於95％。
文檔編號C07D213/807GK1962637SQ20061014698
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月27日 優先權日2006年11月27日
發明者吾滿江·艾力, 黃成坤, 周聰曉, 董昕 申請人:中國科學院新疆理化技術研究所