CN1962637A - 臭氧化制备烟酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种臭氧化制备烟酸的方法，该方法以喹啉为原料，用无机强酸硫酸与喹啉成盐保护吡啶环，在冰乙酸或冰乙酸、乙酸乙酯和水的混合溶剂中以臭氧和双氧水为氧化剂，在常压和0－80℃温度下将其氧化为2，3－吡啶二羧酸，然后升华脱羧得到烟酸。本发明中加入无机强酸浓硫酸的目的是与喹啉结合成喹啉硫酸盐保护喹啉中的吡啶环不被臭氧氧化；采用无污染的臭氧和双氧水作为氧化剂，反应条件温和；还包括在反应体系中加入少量水使溶液形成均一的液相，有助于氧化反应的进行。本发明制备烟酸无污染，能耗低，产品纯度不低于95％。
Description
技术领域
本发明涉及一种臭氧化制备烟酸的方法，特别是在冰乙酸、乙酸乙酯和水的混合溶剂中臭氧化的方法。
背景技术
烟酸(Nicotinic acid)，即3-吡啶甲酸，又名尼古丁酸，俗称维生素pp，分子式C6H5NO2，分子量为123.11。白色针状或淡黄色针状结晶，无臭或微臭，味微苦，密度为1.473g/cm。熔点234-237℃。在水中略溶，易溶于沸水、沸乙醇，溶于苛性碱，不溶于乙醚、酯类。烟酸存在于肝、肾、肌肉、酵母、乳汁、蛋黄、麦麸、米糠、花生、水果和蔬菜中，含量不等，约在0.7-490mg/kg之间。鼠口服LD50为7000mg/kg。人工合成的烟酸可100％被动物吸收。烟酸是所有维生素中结构最简单、理化性质最稳定的一种维生素，不易被酸、碱、水份、金属离子、热、光、氧化剂及加工贮存等因素所破坏。烟酸不仅是一种重要的有机化工原料.还可用作医药、食品和饲料添加剂等，是一种很有发展前景的精细化学品。
目前制备烟酸的方法主要有以下几类：
1.试剂氧化法是发展最早的制备烟酸方法之一，使用的氧化剂有KMnO4、HNO3、浓H2SO4或SO3、H2SO4和HNO3、O3或H2O2等，其中以HNO3做氧化剂最为普遍。3-甲基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶、喹啉、6-羟基喹啉、萘和植物中的尼古丁或烟碱的衍生物均可在上述氧化剂作用下生成烟酸。中国专利CN1141288A(1996)是用HNO3氧化3-甲基吡啶制备烟酸。这类方法成本高，产生大量废液，污染环境。
2.空气氧化法是以空气或富氧空气作氧化剂，在催化剂作用下，一步氧化气化的3-MP制得烟酸。
3.氨氧化法主要是以3-甲基吡啶(3-MP)为原料，用空气、氨混合气体进行高温气相催化氧化，得到吡啶腈(烟腈)，烟腈在氨气或NaOH水溶液中水解，选择合适的条件，控制水解深度，可得到烟酸。
其中氨氧化法是目前工业生产中最常用的方法。三类方法均以3-甲基吡啶为主要原料，但3-甲基吡啶主要靠进口，价格昂贵。而喹啉为石油下游产品，价廉易得，因此用喹啉做原料可以降低烟酸成本。
中国专利CN96104748报道了喹啉混酸氧化法制备烟酸，但此法生成副产物多，烟酸分离困难。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说明。Emil J.Moriconi，Francis A.Spano(J.Am.Chem.Soc.；1964；86(1)；38-46.)阐述了臭氧氧化取代喹啉和喹啉的反应机理。
发明内容
本发明目的在于，提供一种在混合溶剂中用臭氧氧化喹啉制备烟酸的方法，该方法以喹啉为原料，用无机强酸硫酸与喹啉成硫酸盐保护吡啶环，在冰乙酸溶剂或冰乙酸、乙酸乙酯和水的混合溶剂中以臭氧和双氧水为氧化剂，在常压和0-80℃温度下将其氧化为2，3-吡啶二羧酸(即喹啉酸)，然后升华脱羧得到烟酸。本方法制备烟酸无污染，能耗低，产品纯度不低于95％。
本发明所述的臭氧化制备烟酸的方法，按下例步骤进行：
a、将喹啉置于反应器中，加入冰乙酸、乙酸乙酯和水混合溶液搅拌均匀，或在反应器中只加入冰乙酸，在搅拌下缓慢滴加浓硫酸，冷却至室温，置于-10-40℃的水/冰水浴中在强烈搅拌下通O3/O2的混合气体，将喹啉氧化为喹啉臭氧化物；
b、然后将水浴温度调至20-80℃加入过量的30％的双氧水反应3-15小时；
c、减压蒸去溶剂后在0-10℃下冷却，析出白色或浅黄色颗粒状结晶；
d、抽滤，依次用水和甲醇各洗涤3-5次，用乙醇或甲醇重结晶后升华脱羧得到烟酸，产率可达65％，HPLC测得产品纯度95％以上。
浓硫酸与喹啉的物质的量比为：n(酸)∶n(喹啉)＝1∶1-2∶1。
混合溶剂中各成分含量按体积分别为：乙酸乙酯0-55％，冰乙酸30-100％，水0-15％。
通入的O3的物质的量为：n(臭氧)∶n(喹啉)＝2-4∶1。
所有反应过程均在常压下进行。
本发明中加入无机强酸浓硫酸的目的是与喹啉结合成喹啉硫酸盐保护喹啉中的吡啶环不被臭氧氧化；采用无污染的臭氧和双氧水作为氧化剂，反应条件温和；还包括在反应体系中加入少量水使溶液形成均一的液相，有助于气液氧化反应的进行。
本发明制备烟酸的方法具有以下优点：
1、氧化反应使用臭氧和双氧水两种绿色氧化剂，无污染。
2、反应条件温和。整个氧化反应过程可以在室温下进行，无须加热。
3、主要原料喹啉为石油下游产品，价廉易得。
4、整个反应过程中不用任何催化剂。
5、反应所用溶剂均可用工业级。
6、所有反应均在常压下进行，无需高压反应装置。
具体实施方式
实施例1
a、称取97％的喹啉6.6g(0.05mol)置于500ml的反应器中，加入冰乙酸300ml搅拌均匀，在搅拌下缓慢滴加98％的浓硫酸5g(0.05mol)，冷却至室温置于-10-5℃的盐水浴中在强烈搅拌下通入流量为0.12m3/h，臭氧浓度为45mg/L的O3/O2混合气体1.5h；
b、然后将水浴温度调至20℃加入过量的30％的双氧水50ml反应15小时；
c、65℃减压蒸去溶剂后在0℃下冷却，析出浅黄色颗粒状结晶；
d、抽滤，依次用水和甲醇各洗涤3次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重结晶后升华脱羧得到烟酸2.46g，产率40.5％，熔点235-237.3℃，HPLC测得纯度95.3％。
实施例2
a、称取97％的喹啉6.6g(0.05mol)置于500ml的反应器中，加入冰乙酸200ml、乙酸乙酯50ml和水10ml的混合溶剂，在搅拌下缓慢滴加98％的浓硫酸6g(0.06mol)，冷却至室温后置于0-5℃水浴中在强烈搅拌下通O3/O2的混合气体2h，流量0.1m3/h，臭氧浓度为45mg/L；
b、然后将水浴温度调至30℃加入过量的30％的双氧水50ml反应10小时；
c、65℃减压蒸去溶剂后在2℃下冷却，析出浅黄色颗粒状结晶；
d、抽滤，依次用水和甲醇各洗涤4次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重结晶后升华脱羧得到烟酸3.69g，收率60％，HPLC测得纯度95.7％。
实施例3
a、称取97％的喹啉6.6g(0.05mol)置于500ml的反应器中，加入冰乙酸150ml、乙酸乙酯70ml和水20ml的混合溶剂，在搅拌下缓慢滴加98％的浓硫酸7g(0.07mol)，冷却至室温置于5-10℃水浴中在强烈搅拌下通O3/O2的混合气体1.2h，流量0.16m3/h，臭氧浓度为45mg/L；
b、然后将水浴温度调至45℃加入过量的30％的双氧水50ml反应8小时；
c、65℃减压蒸去溶剂后在4℃下冷却，析出白色颗粒状结晶；
d、抽滤，依次用水和甲醇各洗涤5次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重结晶后升华脱羧得到烟酸3.06g，收率49.8％，HPLC测得纯度96.8％。
实施例4
a、称取97％的喹啉6.6g(0.05mol)置于500ml的反应器中，加入冰乙酸100ml、乙酸乙酯100ml和水35ml的混合溶剂，在搅拌下缓慢滴加98％的浓硫酸8g(0.08mol)，冷却至室温置于20-25℃水浴中在强烈搅拌下通O3/O2的混合气体2.2h，流量0.1m3/h，臭氧浓度为45mg/L；
b、然后将水浴温度调至60℃加入过量的30％的双氧水50ml反应6小时；
c、65℃减压蒸去溶剂后在5℃下冷却，析出白色颗粒状结晶；
d、抽滤，依次用水和甲醇各洗涤3次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重结晶后升华脱羧得到烟酸2.47g，收率40.1％，HPLC测得纯度96.5％。
实施例5
a、称取97％的喹啉6.6g(0.05mol)置于500ml的反应器中，加入冰乙酸80ml、乙酸乙酯145ml和水40ml的混合溶剂，溶液为两相，喹啉生成臭氧化物后被水萃取，加入双氧水氧化后结晶并升华脱羧在搅拌下缓慢滴加98％的浓硫酸10g(0.1mol)，冷却至室温置于40-45℃水浴中在强烈搅拌下通O3/O2的混合气体3.5-4h，流量0.1m3/h，臭氧浓度为45mg/L；
b、然后将水浴温度调至35℃加入过量的30％的双氧水50ml反应14小时；
c、65℃减压蒸去溶剂后在8℃下冷却，析出浅黄色颗粒状结晶；
d、抽滤，依次用水和甲醇各洗涤5次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重结晶后升华脱羧得到烟酸1.22g，收率19.8％，HPLC测得纯度96.0％。
实施例6
a、称取97％的喹啉13.2g(0.1mol)置于500ml的反应器中，加入冰乙酸200ml、乙酸乙酯100ml和水20ml的混合溶剂，在搅拌下缓慢滴加98％的浓硫酸12g(0.12mol)，冷却至室温置于25-30℃水浴中在强烈搅拌下通O3/O2的混合气体3h，流量0.16m3/h，臭氧浓度为45mg/L；
b、然后将水浴温度调至45℃加入过量的30％的双氧水50ml反应8小时；
c、65℃减压蒸去溶剂后在10℃下冷却，析出浅黄色颗粒状结晶；
d、抽滤，依次用水和甲醇各洗涤4次，得到的2，3-吡啶二羧酸，用乙醇重结晶后升华脱羧得到烟酸2.87g，收率46.7％，HPLC测得纯度95.5％。
Claims (5)
1、一种臭氧化制备烟酸的方法，其特征是按下例步骤进行：
a、将喹啉置于反应器中，加入冰乙酸、乙酸乙酯和水混合溶液搅拌均匀，或在反应器中只加入冰乙酸，在搅拌下缓慢滴加浓硫酸，冷却至室温，置于-10-40℃的水/冰水浴中在强烈搅拌下通O3/O2的混合气体，将喹啉氧化为喹啉臭氧化物；
b、然后将水浴温度调至20-80℃加入过量的30％的双氧水反应3-15小时；
c、减压蒸去溶剂后在0-10℃下冷却，析出白色或浅黄色颗粒状结晶；
d、抽滤，依次用水和甲醇各洗涤3-5次，用乙醇或甲醇重结晶后升华脱羧得到烟酸，产率可达65％，HPLC测得产品纯度95％-97％。
2、根据权利要求1所述的臭氧化制备烟酸的方法，其特征是浓硫酸与喹啉的物质的量比为1∶1-2∶1。
3、根据权利要求1所述的臭氧化制备烟酸的方法，其特征是混合溶剂中各成分含量按体积分别为：乙酸乙酯0-55％，冰乙酸30-100％，水15-0％。
4、根据权利要求1所述的臭氧化制备烟酸的方法，其特征是通入的O3的物质的量为喹啉的物质的量的2-4倍。
5、根据权利要求1所述的臭氧化制备烟酸的方法，其特征是所有反应过程均在常压下进行。
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