氨氧化催化合成2-氰基吡嗪的研究

前言

2-氰基吡嗪(2-cyanopyrazine)，无色无味，熔点20℃，沸点198℃，是合成吡嗪酰胺类抗结核病专用医药的基本原料。随着吡嗪酰胺在抗结核药中的应用越来越普遍，2-氰基吡嗪的开发也越来越重要。而我国氨氧化合成氰基吡嗪只有小试报告，一直未见中试和工业化的报告四，当前工业所需的氰基吡嗪主要依赖进口。因此开发此工艺越来越紧迫，而此工艺的关键是研制一种高转化率、高选择性的催化剂。

2-氰基吡嗪的反应机理推测

2-甲基吡嗪经催化剂吸附后多步脱氢和氧化,生成甲醛吡嗪或羧酸吡嗪，然后进行氰化反应生成产物的。在氧化反应中参与反应的氧不是气相氧而是催化剂表面上的晶格氧：在氰化反应中参与反应的氨不是气相氨而是吸附在催化剂表面上NH或-NH。而据实验事实氰化速度比氧化速度快得多，故控制反应速度的步骤是脱氢和氧化，又由于合成氰基吡嗪的中间产物容易被深度氧化，故要求催化剂有合理的脱氢中心数和供[O]中心数及合适的供[O]活性[1]。

图1 2-氰基吡嗪反应机理推测图

催化剂制备

将Sb2O3、V2O5、TiO2、蒙脱土和硅胶悬浮于一定量的水中，加入硝酸然后慢慢加热至沸腾，保持1h后，调节pH值为4.6，冷却后再放入马弗炉中300℃下烘干，加入石墨和尿素水溶液，压片成型，在120℃下烘干15h后，再在650℃下烘1h，770℃下烘3h，得到实验用的催化剂。

结论

本文提出了 2-甲基吡嗪氨氧化催化合成 2-氰基吡嗪的催化反应机理，并在分析各种氨氧化催化剂的基础上，配制了Sb₂O3-V2O5-TiO2/SiO2，型催化剂。通过实验发现该催化剂是用于2-甲基吡嗪氨氧化催化合成2-氰基吡嗪的高选择性的催化剂,其实验条件是在催化剂装填量40mL，进料为质量百分比为40%的2-甲基吡嗪的水溶液0.2mL·min~1，2-甲基吡嗪：氨气：氧气=1：3：8.5(摩尔比)时，反应温度为380℃。在上述条件下其选择性在70%以上，收率在55%以上。所研制的Sb₂O3-V2O5-TiO2/SiO2,型催化剂与国内外所报道的同类催化剂相比，具有反应温度低，空速大等优点，更适合工业化。

参考文献

[1]Journal of Chemical Research, Miniprint, , # 10 p. 2860 - 2875