烟酰胺

烟酰胺概况一，烟酰胺的性质烟酰胺俗名VB3，又名尼克酰胺(Nicotinamide,Niacinamide)，化学名为3-毗吮甲酰胺，分子式C6H6N,0，分子量122.13，为白色针状结晶或粉末，熔点129-13190，比重1.4易溶于水、能溶于乙醇和甘油。无臭、略带苦味，微毒，LD50=2500-23500mg/kg.。它是生物体内脱氢辅酶的组成部分,参与碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢。因此,烟酰胺广泛应用于食品和饲料添加剂、药品及原料药、生化剂、发色剂、电镀光亮剂等等。医学上用于治疗糙皮病、口炎、舌炎、肝脏疾病及日光性皮炎等;大剂量可降低胆固醇和甘油三酯,其生理作用与烟酸相仿,但水溶性较好,无明显扩张血管作用。存在于肝,肾、肌肉、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范围内.它被广泛的应用在各个领.二，烟酰胺的发展我国生产烟酰胺起源于20世纪70年代,到80年代初期烟酰胺的产能仅为100t/a左右。生产厂家较少且生产技术落后,规模小、产量低、成本高,原料难以得到且质量不稳定。虽然国内有关科研单位如武汉大学、北京化工研究院、郑州大学化工学院等进行了开发研究,但目前规模仅限于实验室或单管模拟小试,并没有应用于工业化生产。到20世纪90年代后,通过引进、合资等方式,国内已经建成了几套产能500t/a以上的吡啶、烟酸生产装置,如南通醋酸化工股份有限公司、广州龙沙精细化工有限公司、山东潍坊一邦化工科技有限公司、浙江富阳胜大生化科技有限公司等。到2003年我国实际烟酰胺生产厂家有6家,生产能力约为8kt/a,实际产量为5kt/a[1],产品主要出口至东南亚。目前我国已成为烟酰胺主要生产国之一。烟酸胺是辅酶I(NAD)和辅酶I(NADP)的组成成份.烟酰胺用于防治糙皮病等维生家缺乏症,80年代以来又发现了许多新用途，如烟酰胺用于治疗心血管病，用于抗癌;烟酸用于降胆固醉.治疗高脂血症等.此外，维生素B:还是重要的饲料添加剂和食品添加剂，其用途日广.国内外市场需求量增长迅速。同时，它是人和动物生长发育不可缺少的养份之一,它参与形成重要的辅酶,促进新陈代谢,在医药、饲料和食品等方面具有广泛的用途,例如它可用作食品和饲料添加剂、药品及原料药、生化剂、发色剂、电镀光亮剂、植物生长调节剂、头发生长促进剂等。随着我国医药工业和饲料工业的迅速发展以及人民生活水平的不断提高,对烟酰胺产品的需求迅速增加。三，烟酰胺的合成简介1，氨氧化法以MPDA(2一甲基一1,5一戊二胺)为原料的氨氧化法，是指在催化剂的作用下，NIPDA环合、脱氢生成3_甲基毗PiE,然后与氨、空气和水蒸汽在适当的温度下反应，生成3一氰基毗吮(烟睛)，再经水解制得烟酞。MPDA在催化剂的作用下，进行环合、脱氢生成3-甲基毗Pt，再经氨氧化反应生成3一氰基毗P}(烟睛)，利用甲苯进行萃取、蒸馏、浓缩、纯化;最后在生化催化剂的作用下，生化水解而成烟酞胺水溶液。烟酞胺溶液经过进一步脱色、过滤、浓缩、干燥成产品.包装入库出厂。此法的优点：1以MPDA为最初原料，生产从3一甲基毗睫的合成开始，使生产工艺向前延伸厂一步，具有更好的经济性及生产管理的灵活性;2生产全过程采用先进的DCS计算机控制系统，使操作控制更方便、灵活、可靠，有利于生产控制的优化;3采用高效、耐用的催化剂，包括环合、脱氢、氨氧化的催化剂;4采用最先进的生化水解工艺，使转化率大于99%，且无副反应，远优于化学水解法，从而使后续分离过程大大简化，既减少了投资，又降低r原材料及动力消耗;5在浓缩工序采用一体二效蒸发器，并将二次蒸汽加压返回蒸发器使用.大大地节约了能源;6采用含氢废气燃烧炉，将原来放空的含氢尾气燃烧，利用燃烧热加热导热油洪工艺生产使用，并副产蒸汽，达到节能降耗目的。7干燥工序采用先进的喷雾干燥热处理工艺，使产品具有更好的流动性而无结块;2，催化法在催化剂的作用下，NIPDA环合、脱氢生成3_甲基毗PiE,然后与氨、空气和水蒸汽在适当的温度下反应，生成3一氰基毗吮(烟睛)，再经水解制得烟酞。3，生产起点推进1，生产起,点向前推进了一步,也使生产更具灵活性,降低生产成本。2，原料路线的优化，以往合成3-甲基吡啶所采用的方法主要有两种。一种是以甲醛、乙醛和氨经气相催化合成生成3-甲基吡啶。此法原料易得,但副反应产物(吡啶)比率高,3-甲基吡啶收率低于30%,而且目前尚未有成熟的大规模生产技术。另一种是用丙烯醇、丙醛与六次甲基四胺反应生成3-甲基吡啶。此法3-甲基吡啶的收率在60%左右,但两种原料价格昂贵,供应不稳定,不适合大规模生产。本项目的生产则以2-甲基-1,5戊二胺为原料,经环合脱氢反应合成3-甲基吡啶,反应收率在80%以上,无副产物,污染物排放少,成本低,且原料来源有保证。3，水解技术的改进该工艺采用了生化水解新技术,使水解转化,率几乎达到100%,同时又具有较高的选择性。传统的水解反应技术是化学水解法。以碱性物质作为催化剂,主要有碱土金属氧化物、碳酸盐、二氧化锰、烧碱过氧化氢溶液、烧碱或氨等物质,由不同的催化剂和不同的回收分离方法而产生多种水解工艺。但是,在化学水解中,转化反应的单一性和转化率是相互矛盾的,当反应条件使转化率高时,副反应产物亦高;相反,当选择副反应产物转化率低的反应条件时,反应产物的转化率也低。而生化水解技术则解决了这一矛盾,使水解转化率及单向选择性均接近100%。相比之下,生化水解工艺的物料损耗少,能耗低,循环分离设备少,投资相对减少。经联机检索,目前国内外均未发现有同类的专利技术。4生产灵活性的提高该生产流程采用连续生产方式,但各主要工序之间具有一定的独立性,可在一定的时间内独立运行,因而使生产具有较大的灵活性。如生产可以从2-甲基-1,5戊二胺合成3-甲基吡啶开始,也可以直接以3-甲基吡啶为原料进行氨氧化反应开始。5注重环境保护在工艺技术上充分考虑了污染物的回收利用。例如3-甲基吡啶合成反应所产生的含氢和氨的混合气体在氨吸收塔内用水进行多级吸收除氨达标后才将剩余的氢气送去热油炉燃烧。副产品氨水则用储罐贮存供农药厂使用。又如氨氧化反应所产生的废气也经过催化氧化和催化除氧处理后才排空。各生产阶段所产生的有机废液和焦油等也贮存于罐中,然后用泵送至锅炉与重油混合燃烧。6能源的充分利用我们在该工艺流程的设计中特别注重能源的回收利用,采取了一系列的节能措施,这是该生产流程的最大特点。(1)对从蒸发器蒸发出来的低压工艺水蒸汽不直接排放掉,而是将其用喷射器增压后返回蒸发器作为加热热源,仅此一项即为工厂节约了大量的能源。(2)将加热介质冷凝下来的冷凝水进行二次蒸发,形成洁净蒸汽后通过喷射器再返回系统作为加热热源。这样既充分利用了冷凝水所含热量,也使蒸发所用的供热介质更为洁净。(3)为充分利用热油炉的剩余热量,我们设计了一台废热锅炉,将其与热油炉串联,利用剩余热量将锅炉中软水蒸发为水蒸汽,并入主蒸汽管网供生产使用。,，4，3-氮基毗睫水解法5，烟酸铵脱氧法此法因耗电大.成本高.现已淘汰。6，生物催化7,二氧化锰催化水解3-氰基吡啶生成烟酰胺1,催化剂的制备高锰酸钾分别与无机盐及有机物在中性环境中经氧化还原反应制得两种二氧化锰催化剂其中一种为高锰酸钾与氯化锰在水溶液中经氧化还原反应生成的二氧化锰;另一种为锰酸钾将2,4-二溴-5-氯甲苯氧化为2,4-二溴-5-氯苯甲酸的反应中得到的副产物二氧化锰。1无机反应制备二氧化锰称取52.5g高锰酸钾加入225mL蒸馏水,溶解完全后冷却至室温;称取141.75g氯化锰溶于100mL蒸馏水中;将高锰酸钾溶液缓慢滴入氯化锰溶液中,反应温度控制在50以下,搅拌,滴毕,得到产物二氧化锰,用蒸馏水洗涤至无氯离子,过滤,将二氧化锰沉淀于110干燥3~4h,得二氧化锰69.38g,产率为96.08%。2,有机反应副产物二氧化锰的制备称取2,4-二溴-5-氯甲苯28.4g,溶解200mL-吡啶中;称取39.4g高锰酸钾加入150mL蒸馏水,于50连续搅拌,溶解完全后冷却至室温;室温下,将高锰酸钾水溶液滴加至2,4-二溴-5-氯甲苯吡啶溶液中,搅拌,使2,4-二溴-5-氯甲苯全部转化为2,4-二溴-5-氯苯甲酸,过滤,得到的沉淀为二氧化锰副产物,用蒸馏水洗涤10次,将二氧化锰沉淀于110干燥3~4h,得二氧化锰15.8g,产率为90.80%。2,催化反应称取10.0g3-氰基吡啶加入到250mL的三颈瓶中,再加入100mL蒸馏水,然后加入0.8g自制的二氧化锰,于100下反应8h,点板跟踪反应,发现反应完毕,冷却至室温,过滤,减压除水,于50下进行真空干燥,得到白色粉末11.65g,产率为99.32%,产品纯度99.24%。m.p129~130(文[11]129-131)。1HNMR(400MHz,D2O,TMS,20):9.08(s,1H),8.73(d,J=4.9Hz,1H),8.25(d,J=7.9Hz,1H),7.52~7.54(dd,J1=4.9Hz,J2=7.9Hz,1H)。四，烟酰胺的重结晶1,将55g烟酰胺溶解于40oC的20mL蒸馏水中，立即用热滤漏斗过滤。滤液冷却至室温时，有结晶析出。用布氏漏斗抽滤，母液中加入6g(NH4)2SO4，充分搅拌后置于低温浴或冰箱中冷却至于5oC左右。待结晶完全后，取出，迅速用布氏漏斗抽滤。合并两部分结晶自然晾干后，在20～30oC下的真空烘箱中干燥24h以上。收率可达70％。2,烟酰胺的重结晶：将烟酰胺溶于50℃氯仿中（70g/L）热过滤。将滤液冷至室温，置20℃冰箱中过夜重结晶，用冷的布氏漏斗过滤回收结晶。用冷氯仿淋洗，真空干燥。五，烟酰胺的前景烟酰胺主要用于饲料添加剂，约占70％左右，其余30％用在食品添加剂和医药领域。根据添加量和饲料产量计算，中国饲料对烟酰胺需求约5000吨，世界饲料对烟酰胺需求约45000吨。世界上烟酰胺的生产商主要以瑞士Lonza公司、美国的Nepeya公司和Reilly公司，欧洲的EvonicDegussa、Antwerpen公司和Li—司为主。而最大的生产商是瑞士Lonza公司，其生产能力约占全球生产能力的35．0％。美国的Nepeya、Reilly公司生产能力位居其次。目前烟酰胺生产工艺多采用3一甲基吡啶经氨氧化生成3一氰基吡啶，然后盐酸水解生产烟酰胺的方法，此法受制于3一甲基吡啶的价格和市场供应量。因此，3一甲基吡啶是烟酰胺生产的关键，此前的3一甲基吡啶基本控制在龙沙、德固赛、美国瑞利等集团手中。也有采用其他工艺路线的，然而生产成本较高、质量也难与龙沙相比。我国烟酰胺的产量相对较少，大多用于制药工业，因生产工艺水平较落后，饲料工业中大量所需的烟酰胺仍然需要进口。爱迪亚、天方药业及崴尼达等企业采取的工艺同传统路线不同，全新工艺并不受3一甲基吡啶供应量的限制，有望获得成本更低的产品。参考文献：【1】，苏星,广东省石油化工设院，《氨氧化法生产烟酞胺》。【2】何志谦.人类营养学[M].北京:人民出版社,2000:180-196.【3】李忠玉,李临生.烟酸、烟酰胺的研究进展[J].化工纵横,2003,17(2):7-9.【4】WOLFGANGF,Hoelderich.EnvironmentaliyBenignManufacturingoffineandIntermediateChemicals[J].CatalysisToday,2000,62:115-130.【5】FRANKB.ImprovementsinProcessesforPreparingNicotinicAcidAmide[P].GB563184(A),1944-08-02.[6]BESCHKEH,FRIEDRICHH,MUELLERKP,etal.ProcessfortheProductionofNicotinamide[P].US4314064(A),1982-02-02.【6】BRENOKL,PLUTHMD,TYLERDR.Organome-tallicChemistryinAqueous