3-甲基吡啶的应用与合成

吡啶是苯环上一个碳原子被氮原子取代所形成的化合物，3-甲基吡啶(3-MP)则是吡啶所在的氮的间位上的氢被一甲基取代的结果。3-甲基吡啶在医药、农药以及化工等领域应用近年来也得到不断扩展，近年来也受到广泛关注。

3-甲基吡啶的属性

3-甲基吡啶(3-Methylpyridine)能与水、乙醚等混溶，又能溶解多种有机化合物，可作为溶剂使用。本品属有毒有害品，易燃，遇明火、高热或氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。受热分解放出有毒的氧化氮烟气，对人体健康有危害，接触本品后可出现疲乏、全身无力、嗜睡等，重者出现神经系统症状，如步态不稳、短暂意识丧失等。^[1]

3-甲基吡啶的应用^[2]

3-甲基吡啶主要用于合成抗糙皮病的维生素、烟酸和烟酰胺等，也可作溶剂、酒精变性剂、染料和树脂中间体，用于生产橡胶硫化促进剂、杀虫剂、吡虫啉和碇虫，吡氟禾草灵、除草剂、防水剂及胶片感光剂添加物等。B族维生素烟酸、烟酰胺以3-甲基吡啶为原料，而烟酸、烟酰胺可作医药、饲料添加剂，是合成吡啶类香料的中间体。烟酸后继产品很多，如VE烟酸酯、烟酸氟哌酸、烟酸肌醇酯等。以3-甲基吡啶及其衍生物开发的农药中，有超高效的杀虫剂、除草剂，还出现了高效的杀菌剂，并逐渐形成了一大类特有的农药系列。特别值得提及的是近年开发的与烟碱作用机理一致的以吡虫啉为代表的吡啶甲胺类化合物，此类化合物以其具有的内吸、广谱、高效等特点己成为国内外农药界研究开发的热点。

在农药工业中，3-甲基吡啶可以合成除草剂吡氟禾草灵、吡氟氯禾灵、吡氟草胺、烟嘧黄隆、淀嘧黄隆等.杀虫剂吡虫啉、定虫隆、T1-304等数十个品种，杀菌剂啶斑、氟啶胺等，杀鼠剂灭鼠安、灭鼠腊、灭鼠优等。其中，吡氟禾草灵是美国、日本等发达国家除草剂主导品种，吡虫啉是目前全球高效新型杀虫剂的代表品种之一。另外，许多农药已形成系列产品，如系列含吡啶拟除虫菊酯、含吡啶二芳醚类除草剂、含吡啶磺酰脲类除草剂、含苯甲酰脲类杀虫剂、含吡啶烟碱硝基烯类杀虫剂等新型农药。

在医药行业中，3-甲基吡啶用于合成烟酸、烟酰胺、维生素B、维生素PP类、尼可拉明和强心药等。烟酸反应式如下：

其他行业中，3-甲基吡啶还可用于合成香料、染料、日化用品等。3-甲基吡啶除上述用途外，可以合成多种系列化的衍生产品，这些产品多为高附加值、专用型的精细化工中间体，如2-氯-5吡啶甲胺、2-氯-5-氯甲基吡啶、2-氯-5三氟甲基吡啶、2-氯-3-三氯甲基吡啶、2、3-二氯-5-三氟甲基吡啶、2-氯烟酸、5-氯烟酸、3-吡啶甲腈、3-吡啶甲胺、3-吡啶甲醛、3-吡啶甲醇等。

3-甲基吡啶的合成^[1]

在工业化合成法出现以前，3-甲基吡啶主要从煤焦油中获得。以煤焦油中的粗吡啶先脱渣得水吡啶，然后在填料塔内常压蒸馏，并用纯苯与水共沸蒸馏脱水，截取138℃~145℃馏分，可得纯度约95%的3-甲基吡啶。由于焦化副产物中吡啶组分多、分离困难，产品及产率不高，提取装置复杂，现已基本被合成法所替代。根据反应方式的不同，合成法可分为固定床反应、流动床反应及釜式液相反应等。按反应原料的不同，3-甲基吡啶的制备又可分为甲醛乙醛氨法、三烯丙基胺法、2-甲基戊二胺(腈)法、吡啶甲基化法、丙烯醛法等。

以甲醛、乙醛及其衍生物和氨(胺、铵)为主要原料

这是合成3-甲基吡啶最基本的方法，也是目前应用比较广的。以甲醛、乙醛和氨为原料，可以把氨气换成铵盐，还可以把其中的乙醛换为乙醇，甲醛和氨用六次甲基四胺代替，如此就衍生出了3种方法:醛铵法、醇醛法、醛胺法。

醛氨法

以乙醛、甲醛和氨为原料，反应式如下：

这是目前国内生产3-甲基吡啶的主要方法。甲醛、乙醛和氨气在催化剂作用下，在流化床或固定床中反应，产物主要为3-甲基吡啶和吡啶。该路线在世界上应用也最为广泛，醛氨是基本化工原料，国内供应充足，价格低廉。

醛铵法

以乙醛、甲醛、铵盐为原料，反应式如下：

液相反应改变了反应产物组成，增大3-甲基吡啶的收率，使3-甲基吡啶成为主要的产物且产物中不含吡啶。此工艺还可选用乙醛和甲醛的聚合物如三聚乙醛和三氧杂环己烷进行反应，乙醛也可以用丙烯醛代替，铵盐还可以为醋酸铵、氯化铵、溴化铵、氟化铵、钼酸铵、苯甲酸铵、硫酸铵等。

醇醛法

以乙醇、甲醛和氨为原料，反应式如下：

此方法采用乙醇代替乙醛，类似醛氨法采用气固相接触催化反应。此工艺主要的产品为3-甲基吡啶和2-甲基吡啶，副产4-甲基吡啶。

醛胺法

以乙醛或三聚乙醛、六次甲基四胺为原料，反应式如下：

此工艺采用铵盐作为反应溶剂，以六次甲基四胺代替甲醛和氨，采用高压液相反应。

以三烯丙基胺为主要原料

以2-甲基戊二胺衍生物、3-甲基哌啶为主要原料

以2-甲基戊二胺为原料

以3-甲基哌啶为原料

以2-甲基戊二胺和3-甲基哌啶为原料

2-甲基戊二腈法

以吡啶、甲醇为原料

此合成方法又叫吡啶甲基化法。

以丙烯醛为主要原料

目前，采用固定床反应方式的甲醛乙醛氨法和2-甲基戊二胺(腈)法已成功实现了工业化。甲醛乙醛氨法虽然吡啶碱总收率可达到80%以上，但同时生成的4-甲基吡啶将对3-甲基吡啶的分离带来较大困难。而2-甲基戊二胺(腈)法原料国内尚不能解决原料自给问题。理论上，C₃原料应是高选择性制备3-甲基吡啶的理想选择。采用丙烯醛为原料制备3-甲基吡啶主要有液相釜式法、气相固定床法和气相流化床法。

参考文献

[1] 王开明. 温和液相反应制备3-甲基吡啶的研究[D]. 青岛科技大学, 2012, 1-3.

[2] 何仕国. 3-甲基吡啶及维生素PP的合成研究[D]. 浙江大学, 2004, 1-13.