烟酸合成及应用研究进展

王 佳，吴李瑞，史玉龙，汪娇，刘典典

（安徽国星生物化学有限公司，安徽省杂环化学实验室，安徽马鞍山243100）

烟酸属于维生素B3，又称为尼克酸、抗癞皮病因子，分子式：C6H5NO2，化学名称3-吡啶甲酸，热稳定性好，能升华，工业上常采用升华法提纯烟酸。烟酸外观为白色或微黄色晶体，可溶于水，主要存在于动物内脏、肌肉组织，水果、蛋黄中也有微量存在，是人体必需的13种维生素之一，属于维生素B族。

目前，烟酸主要用于饲料添加剂，可提高饲料蛋白的利用率，提高奶牛产奶量及鱼、鸡、鸭、牛、羊等禽畜肉产量和质量。烟酸还是一种应用广泛的医药中间体，以其为原料，可以合成多种医药，如尼可刹米和烟酸肌醇酯等。此外，烟酸还在发光材料、染料、电镀行业等领域发挥着不可替代的作用[1-3]。

1 烟酸合成方法

1867年第一次在实验室里合成烟酸，但直到二十世纪30年代烟酸才真正实现工业化。最初工业化通过氧化尼古丁合成烟酸，后大多采用喹啉、2-甲基-5乙基吡啶和3-甲基吡啶等烷基吡啶为原料，经化学或电化学氧化合成烟酸。

从合成方法分类，一般分为以硝酸、高锰酸钾等作为氧化剂的试剂氧化法，以氨气和空气作为氧化剂的氨氧化法，空气直接氧化法，电解氧化法，生物转化法和吡啶羟基化法等。从主要原料分类，有尼古丁、6-羟基喹啉、萘、吡啶、吡啶-3-甲醛、3-甲基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶，目前应用较广的是3-甲基吡啶路线。

1.1 烷基吡啶直接氧化方法

1.1.1 硝酸氧化法

以硝酸为氧化剂，在钛材管式反应器中通入硝酸水溶液和MEP的混合物，在330℃、29 MPa反应8 h再分离、精制得到烟酸纯品。

该法由于氧化剂来源广泛、操作灵活、容易控制、一次性投资少等优点在早期得到发展。但由于其存在氧化剂耗量大，反应条件苛刻，设备机械性能和耐腐蚀性能要求高，“三废”产量较大，收率较低，产品外观和质量较差，成本高等缺点，不适于大规模工业生产。美国、西欧、日本等工业发达国家已淘汰此法。

1.1.2 空气氧化法

空气氧化法以空气作为氧化剂直接氧化3-甲基吡啶合成烟酸，因其效率高、成本低的特点近年来备受关注。这一方法最早是在加有催化剂的烷基吡啶中通入空气进行氧化反应，后来改进为以3-甲基吡啶为原料，在固定床反应器中，在350℃～400℃下气固相催化氧化反应3 h合成烟酸。催化剂可以长期套用，通过空气直接氧化3-甲基吡啶得到烟酸，经济性较好，如果能提高单程转化率，将成为一种成本低、效率高的生产工艺，其核心在于高效、低成本、寿命长的催化剂开发，目前大都停留在实验室研究阶段，尚未有成功实施产业化的报道[4]。

1.1.3 电解氧化法

电解氧化法因其条件温和、氧化剂价格低廉、毒性及污染小、生产成本低等优点，在生产上应用较为广泛。与化学氧化法相似，常以烷基吡啶类化合物为原料，经电化学氧化合成烟酸，但不足之处在于电解效率低，主要是因为电解槽所用隔离膜选择渗透性差，使该法工业生产受到较大限制[5]。

1.2.3 氰基吡啶水解法

1.2.1 氨氧化法

该法以3-甲基吡啶或MEP为原料，在催化剂床层中与氨和氧气按一定比例进行气固相催化氧化，生成3-氰基吡啶，水解纯化得到烟酸。该工艺使3-甲基吡啶的单程转化率提高到99%，3-氰基吡啶水解制备烟酸的选择性也提高到99%。

氨氧化法原料是吡啶碱生产过程中产出比例最高的副产物——3-甲基吡啶，价格低廉，来源广泛，且反应条件相对温和，在常压或低压条件下即可进行，生产安全可靠，现有技术单程转化率较高，选择性较好，得到的产品纯度高，可实现连续化合成，适合大规模工业化生产，已成为目前工业上制备烟酸应用最广泛的方法之一。其不足之处在于需要在300℃以上的温度下反应，且包含氨氧化和水解两个步骤，在一定程度上提高了设备投资和生产成本[6]，见图1。

图1 氨氧化法工艺流程

1.2.2 生物合成法

腈的酶法水解有着化学方法无可比拟的优越性，具有效率高、选择性好、反应条件温和、环境污染小、成本低、产物光学纯度高等优点，符合绿色化学的发展方向。

瑞士Lonza公司已将酶催化法合成B族维生素烟酸实现工业化生产。日本京都大学山田秀明等以Rhodococcas rhodochrous J1菌生产烟酸（Mathewet al.,1988）。随着生物工程技术的发展和日益严峻的环境形势，以生物转化法生产化学品成为当今绿色化学发展趋势，因此，采用生物法生产烟酸具有良好的发展前景[7]。

综上所述，试剂氧化法因“三废”高、能耗大、成本高，成为趋于淘汰的工艺；液相氧化法虽然减少了“三废”排放，但单程转化率过低，不适合工业化生产；氨氧化法是应用较广泛的方法，但随着技术革新，这一工艺竞争力逐渐下降；空气氧化法如果能开发高效、寿命长、价格低廉的催化剂，有望取代氨氧化法；电解氧化法是较为前沿的烟酸合成技术，但距离实现工业化目标还有很长的路要走；生物转化法目前应用逐渐增加,具有一定的市场竞争力。

2 烟酸的应用

尼可刹米化学名称是N,N-二乙基烟酰胺，用于中枢性呼吸及循环衰竭、麻醉药以及其他中枢抑制类药物的中毒，合成路线见图2。

图2 尼可刹米合成路线

烟酸先与二乙胺成盐，再在三氯氧磷作用下脱水生成盐酸尼可刹米，经氢氧化钠中和，有机溶剂萃取，减压蒸馏，得到尼可刹米，产品总收率82%。

2.1.2 烟酸肌醇酯

烟酸肌醇酯化学名称为六烟酸-顺-1，2，3，5-反-4，6-环己烷，又被称为肌醇烟酸酯、烟肌酯、烟酸肌醇、肌醇六烟酸酯、心血通注射液等，具有降低胆固醇、扩张末梢血管作用，可用于治疗高胆固醇血症及动脉粥样硬化症。临床上现用于高脂血症、冠心病、各类末梢血管障碍性疾病（如闭塞性动脉硬化症、肢端动脉痉挛症、冻伤、血管性偏头痛等）的辅助治疗。合成路线见图3。

图3 烟酸肌醇酯的合成路线

烟酸肌醇酯以烟酸、三氯氧磷、肌醇为原料，先将烟酸与三氯氧磷反应制得烟酸酰氯,然后再与肌醇反应，得到粗品。粗品精制后得到产品[8]。

2.1.3 灭脂灵

灭脂灵化学名称为1,1,1-三甲醇基代庚烷三烟酸酯，具有降低胆固醇、甘油三酯，治疗动脉硬化和闭塞以及高血压等功能，同时对治疗冻疮、耳鸣、重听、美尼尔氏症以及各种末梢血管障碍症等具有十分良好的辅助作用[9]，合成路线见图4。

2.1 烟酸在医药合成领域的应用

2.1.1 尼可刹米

2.2 烟酸作为助剂的应用

2.2.1 食品添加剂

烟酸属于维生素B族，参与人体的脂质代谢、氧化过程和无氧分解过程。烟酸可以由体内的色氨酸转化生成，人体一般不易发生烟酸缺乏症，但是当主食不含烟酸，或是主食中存在分解烟酸的物质时，易引发由于缺乏烟酸而造成的粗皮肤病。因此，烟酸被广泛应用于面食加工、乳制品和玉米粉的制作。在食品中加入一定量的烟酸可以有效预防缺乏该类病症的发生。

2.2.2 饲料添加剂

烟酸是动物生长发育不可缺少的一种物质，谷物类饲料中的烟酸主要以结合态的形式存在，动物很难将其吸收，所以需要人工向饲料中添加合成烟酸。

向饲料中加入适量的烟酸，喂养仔猪（鸡）能使其迅速增加重量。给产蛋鸡喂养烟酸类饲料，能提高其产蛋率，并且使鸡蛋中也含有一定的烟酸，营养价值有所提高[9]。

2.2.3 活性染料

近年来，因为烟酸能使纤维的染色持久、适用范围广、均匀性好，所以烟酸在染料行业表现突出，成为多种活性染料的中间体。1984年，日本化药公司推出了一款弱碱性的烟酸三嗪活性染料，染色效果极佳，市场反响非常好。

2.2.4 日用化学工业品

在日用化学品工业中，烟酸能与其他日用化工原料一起配制成性能优异的产品，如染发助剂、洗涤剂等[10]。

2.2.5 烟酸的其他用途

烟酸是重要的化工助剂和缓蚀抑制剂，在感光材料中可以作为抗氧化剂和抗灰雾剂。在电镀时，烟酸也是极佳的光亮添加剂，在每升电镀液中只要添加1～10 g烟酸就有显著的效果。

3 结束语

随着烟酸合成技术研究及其下游产品开发的不断深入，烟酸及其衍生物在医药和精细化工领域的应用日渐增长，其重要性也逐渐凸显出来。只有不断扩大烟酸的生产规模，改进其生产工艺，才能使我国的烟酸行业在激烈的市场竞争中处于优势地位。