2047-49-6 / 5-硝基煙酸的制備

背景及概況

吡啶甲酸類化合物是重要精細(xì)化工中間體，在醫(yī)藥與農(nóng)藥領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。含羥基和硝基的吡啶甲酸類化合物由于羥基和硝基的反應(yīng)特性，更是在精細(xì)化學(xué)品、醫(yī)藥合成、農(nóng)藥、功能性材料制備以及染料中間體等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。5-硝基煙酸，英文名稱：5-nitropyridine-3-carboxylic acid，CAS：2047-49-6，分子式：C6H4N2O4，分子量：168.107，密度：1.57g/cm3，沸點(diǎn)：369.5ºC at 760mmHg，熔點(diǎn)：171-173ºC，是煙酰胺合成中具有潛在抗球蟲活性的中間體。

制備

一般合成這類化合物的方法主要是利用硝化反應(yīng)在吡啶雜環(huán)上引入硝基得到，常用的方法是在濃硫酸中用硝酸進(jìn)行硝化，但主要得到的是 4 位或 2 位為硝基的吡啶或者是 2 位和 5 位均為硝基的吡啶，如果要得到5 位為硝基的單取代吡啶化合物，則反應(yīng)條件就比較苛刻或所用試劑價(jià)值較高。本文以煙酸為原料，在濃硫酸和濃硝酸以及催化劑硫酸氫銨的作用下經(jīng)過預(yù)硝化反應(yīng)、硝化反應(yīng)、結(jié)晶分離純化等步驟得到高純度的產(chǎn)物5- 硝基煙酸[1]，其反應(yīng)式見下圖。

圖1 以煙酸為起始物料制備5- 硝基煙酸合成反應(yīng)式

煙酸的制備方法

硝酸氧化法：

以硝酸為氧化劑，在鈦材管式反應(yīng)器中通入硝酸水溶液和2-甲基5-乙基吡啶的混合物，在330℃、29MPa反應(yīng)8小時(shí)再分離、精制得到煙酸純品。

空氣氧化法：

空氣氧化法以空氣作為氧化劑直接氧化3-甲基吡啶合成煙酸，因其效率高、成本低的特點(diǎn)近年來備受關(guān)注。這一方法最早是在加有催化劑的烷基吡啶中通人空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，后來改進(jìn)為以3-Methylpyridine為原料，在固定床反應(yīng)器中，在350℃-400℃下氣固相催化氧化反應(yīng)3小時(shí)合成煙酸。催化劑可以長期套用，通過空氣直接氧化3-Methylpyridine得到煙酸。

5- 硝基煙酸的制備

在反應(yīng)瓶中依次加入濃硫酸和濃硝酸，攪拌均勻，得到反應(yīng)溶液 A, 其中濃硫酸與濃硝酸的摩爾比為 1 : 6 , 所用的濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 68 % , 濃硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 86 % ;將原料煙酸和催化劑硫酸氫銨按照摩爾比 50 : 1 混合均勻，得到反應(yīng)原料B ;在攪拌的條件下，將反應(yīng)原料 B 加入反應(yīng)溶液 A, 然后加熱至 60 °C 進(jìn)行預(yù)硝化反應(yīng) 4小時(shí), 其中反應(yīng)溶液A 中的硝酸與反應(yīng)原料B 中的煙酸的摩爾比為 1. 5: 1 ;將濃硫酸與濃硝酸（濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 68 % , 濃硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 86 % ) 按摩爾比 1 : 6 混合均勻，然后加入催化劑硫酸氫銨攪拌均勻得到反應(yīng)溶液 C, 其中濃硝酸與硫酸氫銨的摩爾比為 80 : 1;預(yù)硝化反應(yīng)結(jié)束后，在攪拌的條件下將反應(yīng)溶液C 滴加入反應(yīng)瓶中，加熱至 80 °C 進(jìn)行硝化反應(yīng) 12小時(shí), 得到硝化反應(yīng)液，硝化反應(yīng)液置于 0 °C，進(jìn)行結(jié)晶24小時(shí) , 抽濾分離后得到的固體物為粗產(chǎn)品甲。粗產(chǎn)品甲然后真空干燥，得到粗產(chǎn)品乙；用pH值為 4 的酸性水溶液溶解粗產(chǎn)品乙，然后用降溫結(jié)晶法進(jìn)行分離純化，降溫速度為 1 °C /min, 結(jié)晶溫度為 0 °C' 結(jié)晶時(shí)間為 12小時(shí) , 最后得到產(chǎn)品5-硝基煙酸。

結(jié)論

本文簡述5-硝基煙酸的合成方法及其分離提純方法，屬于精細(xì)化工領(lǐng)域。該方法以煙酸為原料，在濃硫酸和濃硝酸以及催化劑硫酸氫銨的作用下經(jīng)過預(yù)硝化反應(yīng)、硝化反應(yīng)、結(jié)晶分離純化等步驟得到高純度的產(chǎn)物5- 硝基煙酸，以滿足醫(yī)藥合成領(lǐng)域?qū)χ虚g體的純度要求。此合成方法具有合成工藝簡單、條件溫和、產(chǎn)率高、得到的產(chǎn)物純度高、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] CN201410640447.5