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(yī)藥與農(nóng)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(yī)藥合成、農(nóng)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(huán)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(jīng)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(chǎn)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(shù)為 68 % , 濃硝酸的質量分數(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(shù)為 68 % , 濃硝酸的質量分數(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(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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)物5- 硝基煙酸，以滿足醫(yī)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(chǎn)率高、得到的產(chǎn)物純度高、易于操作等優(yōu)點，適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

參考文獻

[1] CN201410640447.5