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化工中間體，在醫藥與農藥領域應用廣泛。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特性，更是在精細化學品、醫藥合成、農藥、功能性材料制備以及染料中間體等領域應用非常廣泛。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：369.5ºC at 760mmHg，熔點：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在吡啶雜環上引入硝基得到，常用的方法是在濃硫酸中用硝酸進行硝化，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，則反應條件就比較苛刻或所用試劑價值較高。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過預硝化反應、硝化反應、結晶分離純化等步驟得到高純度的產物5- 硝基煙酸[1]，其反應式見下圖。

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8小時再分離、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、成本低的特點近年來備受關注。這一方法最早是在加有催化劑的烷基吡啶中通人空氣進行氧化反應，后來改進為以3-Methylpyridine為原料，在固定床反應器中，在350℃-400℃下氣固相催化氧化反應3小時合成煙酸。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

在反應瓶中依次加入濃硫酸和濃硝酸，攪拌均勻，得到反應溶液 A, 其中濃硫酸與濃硝酸的摩爾比為 1 : 6 , 所用的濃硫酸的質量分數為 68 % , 濃硝酸的質量分數為 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，得到反應原料B ;在攪拌的條件下，將反應原料 B 加入反應溶液 A, 然后加熱至 60 °C 進行預硝化反應 4小時, 其中反應溶液A 中的硝酸與反應原料B 中的煙酸的摩爾比為 1. 5: 1 ;將濃硫酸與濃硝酸（濃硫酸的質量分數為 68 % , 濃硝酸的質量分數為 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溶液 C, 其中濃硝酸與硫酸氫銨的摩爾比為 80 : 1;預硝化反應結束后，在攪拌的條件下將反應溶液C 滴加入反應瓶中，加熱至 80 °C 進行硝化反應 12小時, 得到硝化反應液，硝化反應液置于 0 °C，進行結晶24小時 , 抽濾分離后得到的固體物為粗產品甲。粗產品甲然后真空干燥，得到粗產品乙；用pH值為 4 的酸性水溶液溶解粗產品乙，然后用降溫結晶法進行分離純化，降溫速度為 1 °C /min, 結晶溫度為 0 °C' 結晶時間為 12小時 , 最后得到產品5-硝基煙酸。

結論

本文簡述5-硝基煙酸的合成方法及其分離提純方法，屬于精細化工領域。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過預硝化反應、硝化反應、結晶分離純化等步驟得到高純度的產物5- 硝基煙酸，以滿足醫藥合成領域對中間體的純度要求。此合成方法具有合成工藝簡單、條件溫和、產率高、得到的產物純度高、易于操作等優點，適合產業化生產。

參考文獻

[1] CN201410640447.5