傅胜辉，张先龙，吴超，李宁，温兰兰，吴李瑞

（安徽国星生物化学有限公司，安徽 马鞍山 243100）

3-氨基吡啶是一种主要的氨基吡啶类化合物，分子式C5H6N2，其在医药方面用作生产胃溃疡和十二指肠溃疡药的中间体；在农药方面用作杀菌剂Buthiobate 的原料；作为重要的精细化工中间体，其下游产品2，3-二氯吡啶是合成杀虫剂氯虫苯甲酰胺的重要原料[1-2]。 3-氨基吡啶的主要合成方法大致可分三种：①由卤代吡啶化合物合成，但是卤代吡啶作为吡啶的重要衍生物之一，本身合成就比较困难，因而价格较贵，同时，该类反应多数要用到金属催化剂，成本高，也为废水处理带来了麻烦[3]；②由硝基吡啶合成，但该方法由于吡啶环的硝化反应难以进行，因此3-硝基吡啶的制备较为困难，可用发烟硫酸及硝酸钾或者硝酸钠混合物对吡啶进行硝化，反应温度300℃，也仅有5%的3-硝基吡啶生成，而且该反应使用浓硫酸，高温，因而不适合大规模生产[4]；③由烷基吡啶合成，该方法是目前大生产的主流工艺，以吡啶生产中的副产物3-甲基吡啶作为原料，经催化氧化、水解、霍夫曼降解制备3-氨基吡啶[5-7]，该方法反应条件较温和，原材料便宜易得，因而被广泛应用。

烟酰胺作为该合成方法的关键中间体，在3-氨基吡啶的工业化生产中具有重要作用。目前，常用3-氰基吡啶在碱性条件下水解制得烟酰胺，报道的文献中，该反应常伴有烟酸副产物，产物分离困难，收率不高；还有用微生物催化法，3-氰基吡啶在特定菌种产生的酶催化下生成烟酰胺，该方法虽然具有反应条件温和、环境污染小、产物纯度高等优点，但是由于菌种易变质，从而影响反应和烟酰胺的品质；文献中还有用氧化剂二氧化锰、双氧水等催化氧化制备烟酰胺，但都存在副反应多、转化率不高、后处理繁琐等不足[8-14]。因此，对烟酰胺的合成方法进行研究改进意义重大。本文主要针对以上问题，采用吡啶副产的3-甲基吡啶合成烟酰胺，得到满意结果。

1 实验部分

1.1 主要原料

3 -甲基吡啶，99%，自制；水蒸气，≥99.9%，自制；催化剂VPO/SiO2，自制；液氨，≥99.8%；磷酸，≥85%；乙二酸，98%；五氧化二钒，99%；二氧化硅，孔径300～425 μm；甲苯，99%；乙醇，99.5%；盐酸，30%；乙醚，≥99%；四丁基氯化铵，98%；四丁基溴化铵，≥99%；空气，≥99.99%；工艺水，自制。

1.2 催化剂VPO/SiO 2的制备

在圆底烧瓶中加入水，然后加入磷酸和乙二酸，加热至70℃，将五氧化二钒加入搅拌中的热酸混合液中，待五氧化二钒完全溶解，将二氧化硅（孔径300～425 μm）浸入烧瓶中，浸渍1 h 后，倒入坩埚，放入马弗炉在550℃下焙烧12 h，即得VPO/SiO2催化剂。

1.3 3-氰基吡啶的合成

将3-甲基吡啶汽化，与NH3、空气和水蒸汽混合，通入沸腾床反应器，以VPO/SiO2为催化剂，300℃下进行催化氧化反应，反应结束，经萃取、浓缩、精馏得3-氰基吡啶，用于烟酰胺的合成。反应方程式如下：

1.4 烟酰胺的合成

将3-氰基吡啶溶于乙醇中，加入30%盐酸和相转移催化剂，升温至70℃～90℃，保温进行水解反应，反应结束降至室温，往反应液中加入乙醚，析出固体，过滤，滤饼用乙醚洗涤得白色晶体烟酰胺。反应方程式如下：

1.5 3-氰基吡啶精馏底料的回收利用

高粘度的3-氰基吡啶精馏底料，经负压刮板薄膜蒸发器闪蒸，气相进入3-氰基吡啶精馏塔精馏得到3-氰基吡啶，负压刮板薄膜蒸发器底部采出的蒸馏底液热值高，可直接作为固废焚烧炉的燃料。分离回收过程无需溶剂，是一种环保的分离回收方法。

1.6 烟酰胺的检测方法

3-甲基吡啶的检测方法参见GB/T 27715。

3-氰基吡啶、烟酰胺采用高效液相色谱检测，检测条件：1.0 g 庚烷磺酸钠溶于800 mL 水，加入0.2 mL 三乙胺、1.0 mL 冰乙酸、100 mL 乙腈；进样体积：5 μL；流速：1.0 mL/min；色谱柱：C18 4.6 mm*250 mm，5 μm；保留时间：烟酰胺5.0 min，3-氰基吡啶8.4 min。

2 分析与讨论

2.1 不同钒、磷摩尔比的VPO/SiO2催化剂对3 -氰基吡啶收率的影响

在25 mL 的圆底烧瓶中加入12 mL 水，然后加入1.359 g 磷酸和2.564 g 乙二酸，加热至70℃，将1.350 g五氧化二钒加入搅拌中的热酸混合液中，待五氧化二钒完全溶解，将10 g二氧化硅（孔径300～425 μm）浸入烧瓶中，浸渍1 h 后，倒入坩埚，放入马弗炉在550℃下焙烧12 h，即得钒、磷摩尔比为1∶1 的VPO/SiO2催化剂备用。采用相同方法投入不同质量的磷酸和五氧化二钒分别制备钒、磷摩尔比为1∶0，2∶1，1∶2，0∶1的VPO/SiO2催化剂备用。

将上述1∶0，2∶1，1∶1，1∶2 和0∶1 的VPO/SiO2催化剂在300℃活化3 h 后分别用于3-氰基吡啶的合成，3-甲基吡啶∶NH3∶空气∶水蒸汽的摩尔比为1∶7∶20∶6，3-甲基吡啶的气化温度为200℃，反应温度300℃，得到的实验数据如表1 所示：VPO/SiO2催化剂的钒、磷摩尔比为1∶1 时，3-氰基吡啶收率较高，达97%；单独使用钒系和磷系催化剂，3-氰基吡啶的收率都有所下降，主要是由于V2O5晶相容易将合成3-氰基吡啶的中间产物甲醛吡啶或羧酸吡啶深度氧化，同时钒系催化剂在氨氧化反应中易导致氨的燃烧，使氨耗增大，同时产生大量热，易使固定床反应器局部过热，从而使催化剂活性下降[15]。

表1 不同钒、磷摩尔比的VPO/SiO2催化剂对3-氰基吡啶收率的影响

2.2 不同3-甲基吡啶、NH3、空气、水蒸汽的摩尔比对3-氰基吡啶收率的影响

采用钒、磷摩尔比为1∶1 的VPO/SiO2催化剂，3-甲基吡啶的气化温度为200℃，反应温度300℃，不同摩尔比的3-甲基吡啶∶NH3∶空气∶水蒸汽合成3-氰基吡啶，得到的实验数据如表2所示：3-甲基吡啶、NH3、空气、水蒸汽的摩尔比为1∶7∶20∶6 时，3-氰基吡啶收率达97%；氨气浓度增加，3-氰基吡啶收率没有明显增加，反而有下降趋势。

表2 不同3-甲基吡啶、NH3、空气、水蒸汽的摩尔比对3-氰基吡啶收率的影响

2.3 相转移催化剂对烟酰胺收率的影响

采用四丁基溴化铵或四乙基氯化铵作为催化剂，3-氰基吡啶∶30%盐酸∶相转移催化剂为1∶4∶0.5，反应温度80℃，反应时间8 h，实验结果如表3：相转移催化剂的加入促进3-氰基吡啶的水解反应，加快反应速度，相同条件下，四丁基溴化铵的效果优于四乙基氯化铵。

表3 相转移催化剂对烟酰胺收率的影响

2.4 3-氰基吡啶、30%盐酸、四丁基溴化铵的摩尔比对烟酰胺收率的影响

采用不同摩尔比的3-氰基吡啶、30%盐酸、四丁基溴化铵进行反应，反应温度80℃，反应时间8 h，实验结果如表4：3-氰基吡啶、30%盐酸、四丁基溴化铵摩尔比为1∶4∶0.05 时，烟酰胺水解收率较高，达96%；盐酸用量增加或降低，烟酰胺收率都降低；四丁基溴化铵用量达到0.05 以后，继续增加，烟酰胺收率没有明显变化。

表4 3-氰基吡啶、30%盐酸、四丁基溴化铵的摩尔比对烟酰胺收率的影响

2.5 反应温度对烟酰胺收率的影响

3-氰基吡啶、30%盐酸、四丁基溴化铵摩尔比为1∶4∶0.05，反应时间8 h，验证反应温度对烟酰胺收率的影响，实验结果如表5：水解温度为80℃时，烟酰胺收率较高，升高或降低温度对反应无正向促进作用。

表5 反应温度对烟酰胺收率的影响

2.6 反应时间对烟酰胺收率的影响

3-氰基吡啶、30%盐酸、四丁基溴化铵摩尔比为1∶4∶0.05，反应温度80℃，验证反应时间对烟酰胺收率的影响，实验结果如表6：反应时间为8 h 时，烟酰胺收率较高；反应时间缩短，水解不充分；反应时间延长，水解副反应增加，烟酰胺收率降低。

表6 反应时间对烟酰胺收率的影响

2.7 负压刮板薄膜蒸发器压力、温度对3-氰基吡啶底料回收收率的影响

3-氰基吡啶含量53.2%的精馏底料，经负压刮板薄膜蒸发器闪蒸，气相进入3-氰基吡啶精馏塔精馏得到3-氰基吡啶，负压刮板薄膜蒸发器压力、温度对3-氰基吡啶闪蒸效果如表7：当压力为-0.06 MPa、温度为175℃时，蒸出气相含量达90%；继续增加温度，蒸出气相含量降低；当压力为-0.07 MPa、温度为165℃时，蒸出效果与压力为-0.06 MPa、温度为175℃基本一致，但负压增加，不利于蒸出气相进后续负压精馏塔，蒸馏底液增多，效率下降。

表7 闪蒸压力、温度对3-氰基吡啶回收效率的影响

3 结论

以3-甲基吡啶为原料，3-甲基吡啶的气化温度为200℃，在钒、磷摩尔比1∶1 的VPO/SiO2催化剂作用下，反应温度300℃，3-甲基吡啶∶NH ∶3空气∶水蒸汽摩尔比为1∶7∶20∶6 的条件下合成3-氰基吡啶，精馏提纯3-氰基吡啶含量为98%，收率为97%，通过负压刮板薄膜蒸发器-0.06 MPa、175℃条件下回收精馏底料中的3-氰基吡啶；3-氰基吡啶在酸性条件下，加入相转移催化剂四丁基溴化铵，促进水解反应进行，得到3-氨基吡啶合成中间体烟酰胺，其中，3-氰基吡啶、30%盐酸、四丁基溴化铵摩尔比为1∶4∶0.05，反应温度80℃，反应时间8 h，可制得含量为99%和产率为96%的烟酰胺。该方法反应原料价廉易得，无需使用价格昂贵的催化剂，副反应少，后处理简单，适合工业化生产。