背景及概述
烟酰胺（英语：Nicotinamide）是烟酸（维生素B3）的酰胺。主要用于防治糙皮并口炎、舌炎，病态窦房结综合征，房室传导阻滞等问题。烟酰胺是一种水溶性维生素且是维生素B族中的一员。烟酸可以在活体内被转变为烟酰胺，尽管这两种化合物都具有维生素效应，但烟酰胺较烟酸的药理学与毒性要小，这些效应会在烟酸的转变过程中产生。因此烟酰胺也不会像烟酸一样减少胆固醇或导致脸潮红。当成人每天摄入剂量多于3g时，会对肝脏产生毒性。在细胞中，烟酸被用于合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP），而对于烟酰胺来说转变途径与烟酸的途径非常相似。NAD+与NADP+是多种酶促氧化还原反应的辅酶。烟酰胺是常见的营养强化剂，发色助剂。对生物体内代谢有重要意义。也可由肠内细菌合成。又可由体内的色氨酸生成。一般不易引起缺乏症。但以玉米之类不含烟酸的食品，或以含烟酸代谢拮抗物质的食品为主食时，往往发生缺乏而导致糙皮病。烟酰胺英文名称：3-Pyridinecarboxamide，中文别名：维生素B3；3-吡啶甲酰胺，CAS号：98-92-0，分子式：C6H6N2O，分子量：122.125。
生产方法
烟酰胺的传统合成方法包括化学法和生物法。化学法主要分为两步，步是用3-甲基吡啶合成烟酸，第二步是用烟酸合成烟酰胺；β-甲基吡啶经空气氧化成烟酸，后者与氢氧化铵作用，再加热脱水制得烟酰胺。由烟酸与氨水成盐后再脱水而得烟酰胺。生物法主要是通过3-甲基吡啶在微生物的催化下反应生成3-氰基吡啶，3-氰基吡啶再水解得到烟酰胺。本文研究了从3-甲基吡啶一步法生成烟酰胺的方法，并对反应的条件进行了优化[1]。烟酰胺的合成反应式如下图：
图1 烟酰胺的合成反应式
实验操作：
方法一、
将烟酸、硼酸和氨水投入反应锅，搅拌下通入氨气，升温溶解；然后蒸馏回收氨，至120℃后移入脱水锅内继续浓缩；当温度达145℃后开始加入液氨，并在185～190℃下继续通氨反应20～30h。然后降温至130℃，加蒸馏水稀释，加入活性炭，并在70~80℃下通氨脱色2h；反应后趁热过滤，滤液在水中冷析24h，分离结晶，并用乙醇洗涤、干燥得成品，收率89%。
方法二、
在高压反应器中放入93g的3-甲基吡啶，再放入适量的二氧化锰和尿素。高温高压下通入氧气。反应结束后，降温过滤除去二氧化锰催化剂，并用乙醇进行洗涤。洗涤后将乙醇蒸出，再进行减压脱溶除去未反应的3-甲基吡啶，剩余的固体用乙醚洗涤得到纯的烟酰胺。
结果与讨论
反应温度的优化
取93g的3-甲基吡啶放入加压反应器中，再放入60g的尿素和8．79的二氧化锰，并在反应时保持氧气压力为0．1MPa，反应8h，对不同的反应温度进行了优化，温度升高对反应有着明显的促进作用，当反应温度大于150℃时，烟酰胺的产率并没有很大提高，所以适宜的温度为150℃。
对反应催化剂的优化
反应催化剂种类的选择
取93g的3-甲基吡啶放入加压反应器中，再放入60g的尿素和0．1mol的不同催化剂，升温至150℃，并保持氧气的压力为0．1MPa，反应8h，对不同的催化剂进行了选择，MnO2、Co3O4、Fe2O3，对反应均有促进作用，但是MnO2对反应的促进作用。
对催化剂的用量进行优化
取93g 3-甲基吡啶放入反应器中，再放入60g的尿素，加入与3-甲基吡啶不同摩尔比的MnO2，升温至150℃，并保持氧气的压力为0.1MPa，反应8h，对MnO2的用量进行了优化，随着催化剂用量的增加，产物的产率有所提高，但是当摩尔比为0．1以上时，产率没有很大的变化，所以93g的3-甲基吡啶加入8．79(0．1mol)的MnO2比较好。
反应压力的优化
取93g的3-甲基吡啶放入加压反应器中，再放入60g的尿素和0．1mol的MnO2，并升温至150℃，反应8h，在不同压力的氧气中进行反应，随着氧气的压力增加，烟酰胺的产率得到了很大的提高，当氧气压力大于0．5MPa以后，烟酰胺的产率则保持不变，所以氧气的压力确定为0．5MPa。
对反应胺的供体进行选择
对反应胺供体种类的选择
3-甲基吡啶合成烟酰胺的步骤中需要提供胺。取93g 3-甲基吡啶放入加压反应器中，再放入1mol不同胺的供体，0.1mol MnO2，并升温至150℃，氧气压力为0．5MPa，反应8h，我们选择了NH4Cl、NH4NO3、NH4HCO3、(NH4)2CO3、HCOONH4、(NH4)2HPO4、尿素作为胺的供体，结果可以看出，NH4Cl、NH4NO3的产率比较低，(NH4)2CO3、HCOONH4、(NH4)2HPO4的产率在47％～60％之间，尿素的产率最高达到89％，所以选择尿素作为胺的供体。
对反应胺供体用量的选择
确定了胺的供体为尿素以后，对尿素的用量进行了优化，增加尿素的用量对反应的产率几乎没有影响，所以确定尿素和3-甲基吡啶的摩尔比为1：1。
反应时间的优化
取93g 3-甲基吡啶放入加压反应器中，再放入60g的尿素和0．1mol MnO2，并升温至150℃，氧气压力为0．5MPa，当反应时间大于3h，反应产率没 有继续提高，所以反应时间定在3h。
结论
(1)一步法合成烟酰胺反应的条件为3-甲基吡啶：尿素：MnO2的摩尔比为1：1：0．1，温度为150℃，氧气的压力为0．5MPa，反应时间为3h。
(2)此反应的优点在于一步法从3-甲基吡啶直接生成烟酰胺，不需要经过3-氰基吡啶中间体，工艺路线短，催化剂易得，相对于多步反应产率较高。
参考文献
[1] Wang， Ye； Yamaguchi， Kazuya； Mizuno， Noritaka Angewandte Chemie - International Edition， 2012 ， vol. 51， # 29 p. 7250 - 7253