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烟酸 编辑
烟酸,化学名称吡啶-3-甲酸,又名尼克酰胺、维生素B3、维生素PP或康莱皮病因子,是一种有机化合物,化学式为C6H5NO2,为白色或淡黄色的针状结晶,无臭或微臭,味道味苦,不溶于乙醚或酯类,微溶于水,溶于苛性碱,易溶于沸水及沸乙醇。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,也是所有维生素中结构最简单、理化性质最稳定的,不易受金属离子、酸碱及氧化剂等因素的影响。
烟酸在保持组织完整和调控基体内物质代谢方面扮演着重要角色。烟酸主要通过合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+,辅酶Ⅱ)参与糖类、脂质以及蛋白质的代谢过程,尤其在体内能量代谢的反应中起重要作用。也可以作为参与非氧化还原信号通路的酶的底物,从而调节基因表达、细胞周期进程、DNA修复和细胞死亡等生物功能。 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。
中文名:烟酸
外文名: Fat-soluble vitamin
别名:吡啶-3-甲酸
化学式: C6H5NO2
分子量: 123.11
CAS登录号:59-67-6
EINECS登录号:200-441-0
熔点:234 至 238 ℃
沸点:292.5 ℃
密度:1.473 g/cm³
外观:白色结晶性粉末
闪点:130.7 ℃
应用:饲料添加剂,医药中间体
安全性描述:S26;S36
危险性符号:Xi
危险性描述:R36/37/38
理化性质
密度 | 1.473 g/cm3 |
熔点 | 234-238 ºC |
沸点 | 292.5 ºC |
闪点 | 130.7 ºC |
折射率 | 1.571 |
外观 | 白色结晶性粉末 |
水溶液酸碱性 | 微酸性(20 °C饱和溶液pH 2.7) |
等电点 | 4.23~4.25 |
吸湿性 | 无 |
最大吸收波长 | 263 nm |
LD50 | 5000~7000 mg/kg |
生物学特性
烟酸是 B 族维生素中的一员,具有抗炎、抗氧化、改善肉品质、调节脂质代谢、缓解应激等多种生物学功能。 烟酸包括两种物质:烟酸(吡啶-3-羧酸)和烟酰胺(动物体内烟酸的主要存在形式),均具有烟酸活性。烟酸是最稳定的维生素,因其化学结构简单、理化性质稳定,不易被酸、碱和热破坏,烟酸在动物体内转变成烟酸酰胺(小肠粘膜上),然后在组织中与蛋白质结合,变成辅酶I和辅酶II,它们是动物体内不需要氧的脱氢酶的辅酶,作为烟酸在动物体内的活性形式参与动物体内氧化还原反应。烟酸可以影响造血过程,促进铁吸收和血细胞的生成;维持皮肤的正常功能和消化腺的分泌;提高中枢神经系统的兴奋性和心血管系统、内分泌腺与网状内皮系统的功能。另外还可提高畜禽的生产性能。烟酸可显著提高饲料转化率和产蛋率,缺乏时可影响糖的酵解、柠檬酸循环、 呼吸链以及脂肪酸的生物合成 ,从而引起烟酸缺乏症。另外,烟酸对机体脂肪代谢具有重要的药理作用,烟酸能够通过抑制去甲肾上腺素的释放,从而降低人血浆游离脂肪酸浓度。
分子结构数据
摩尔折射率 | 31.27 |
摩尔体积(cm3/mol) | 95.1 |
等张比容(90.2 K) | 263.5 |
表面张力(dyne/cm) | 58.7 |
极化率(10-24cm3) | 12.39 |
计算化学数据
疏水参数计算参考值(XlogP) | 无 |
氢键供体数量 | 1 |
氢键受体数量 | 3 |
可旋转化学键数量 | 1 |
互变异构体数量 | 0 |
拓扑分子极性表面积 | 50.2 |
重原子数量 | 9 |
表面电荷 | 0 |
复杂度 | 114 |
同位素原子数量 | 0 |
确定原子立构中心数量 | 0 |
不确定原子立构中心数量 | 0 |
确定化学键立构中心数量 | 0 |
不确定化学键立构中心数量 | 0 |
共价键单元数量 | 1 |
烟酸是一种重要的有机合成中间体,具有广泛的应用价值,关于获取烟酸的方法主要有三种:(1)提取法;(2)生物合成法;(3)化学合成法。 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、3-吡啶甲醛、3-甲基吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶,应用较广的是3-甲基吡啶路线。
烷基吡啶直接氧化法
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。
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3h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,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。
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。
氰基吡啶水解法
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,已成为工业上制备烟酸应用最广泛的方法之一。
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。瑞士已有公司将酶催化法合成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Rhodococcasrhodochrous J1菌生产烟酸。
烟酸有3种商品规格,即食品级、饲料级和医药级。烟酸主要作为饲料的营养性添加剂(水溶性维生素),可以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;也用于食品、医药、染料的中间体,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。
应用情况 | |
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烟酸在医药合成领域的应用 | 烟酸作为药品,可防治皮肤病和类似的维生素缺乏症,具有扩张小血管、降低血脂、减少胆固醇合成、溶解纤维蛋白的作用。 用于医治末梢神经痉挛、动脉硬化等病症。烟酸被用作预防糙皮病和抗血脂的药物;烟酸还可以作为医药中间体,用于合成具有重要医药用途的多种酰胺类和酯类药物,如烟酰胺可用于治疗肠胃病,烟酸羟甲胺是保肝利胆抑菌的良药,烟酰苯甲胺作为高效灭螺药物,可用于防治血吸虫病;烟酸与氨丁三醇可合成用于治疗循环系统失调、维生素B缺乏症、舌炎、高血压等病的药物;烟酸和二乙胺合成的尼可刹米是中枢神经兴奋药,用于治疗中枢神经性呼吸及循环系统衰竭症;烟酸与醇反应生成的烟酸肌醇酯、灭脂灵,是治疗高血脂症、冠心病、偏头痛、末梢血管障碍性疾病等的药物。 |
烟酸作为助剂的应用 | 烟酸是人和动物生长发育不可缺少的食品、饲料添加剂。因此,烟酸被广泛用作糕点、乳制品、玉米粉等的添加剂;烟酸还可以与维生素合用,代替部分亚硝酸盐作为肉类制品的去味剂或防腐剂,此外,烟酸还可以作为蔬菜的保鲜剂。由于谷物饲料中,有很大一部分烟酸是以络合形式存在的,因此不能直接被动物吸收,所以,世界上普遍采用的方法是在饲料中添加入工合成的烟酸。通过饲料喂养试验证明,人工合成的烟酸可以百分之百地被动物吸收利用,在短期内就能取得明显的增重效果。根据我国饲养业的情况,我国添加烟酸的标准是:每kg猪饲料(干基)添加量为9-24 mg,每kg鸡饲料(干基)添加量为10-27 mg。 |
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。在食品中,烟酸主要作为抗氧化剂和营养强化剂使用,有助于延缓食品氧化过程,保持食品的新鲜度和口感,同时提高食品的营养价值。 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。 人体每日对烟酸的需求量为:成人10~20 mg,婴儿4~11 mg。在食品中的添加量为:改质奶粉40 mg/kg,面粉35~44 mg/kg,面条55~75 mg/kg,面包22 mg/kg,玉米粉33~53 mg/kg。 |
饲料添加剂 | 烟酸是猪、鸡等动物日粮中必须的营养素。 烟酸作为一种饲料添加剂,具有抗炎、抗氧化、调节脂质代谢和糖醇解、调控细胞能量状态、促进肌纤维类型转化等生理功能。 烟酸是动物生长发育中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。 在饲料中添加量为:猪、鸡饲料30 mg/kg,牛、羊、鱼饲料110~250 mg/kg。 |
活性染料 | 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。 |
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。 烟酸酰胺类衍生物作为烟酸的存在形式之一,被证实具有抗氧化、美白、抗炎、抑菌等功效,因此在化妆品中被广泛应用。 |
其他应用 | 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。 烟酸在感光材料中作抗氧化剂和抗灰雾剂。将0.1%的烟酸水溶液加入感光乳液中,能增加感光材料对光的稳定性;在每毫升的感光乳液中加入5-20 mL 0.1%的烟酸水溶液,可降低感光材料的灰雾。 烟酸可作为催化剂,表现出高度的催化性,具有绿色、高效的优点,同时还减少了无机酸催化剂和固体酸催化剂的使用。 烟酸在食品工业中,可作为去味剂或保色剂,在蔬菜保存中做保鲜剂。 |
烟酸广泛存在于动植物食物中,良好的来源为动物肝、肾、瘦肉、全谷、豆类等。此外,烟酸和烟酰胺在肝、肾、瘦畜肉、鱼以及坚果类中含量丰富;乳、蛋中的含量虽然不高,但色氨酸较多,可转化为烟酸。谷物中的烟酸80%~90%存在于种皮中,故加工影响较大。 烟酸在动物肝肾、牛奶、鸡蛋、糠麸及新鲜蔬菜中含量较多。
食物来源
来源
本品为吡啶-3-羧酸,按干燥品计算,含C6H5NO2应不少于99.0%。
性状
本品为白色结晶或结晶性粉末,无臭或有微臭。
本品在沸水或沸乙醇中溶解,在水中略溶,在乙醇中微溶,在乙醚中几乎不溶,在碳酸钠试液或氢氧化钠试液中易溶。
吸收系数
取本品,精密称定,加0.1 mol/L氢氧化钠溶液溶解并定量稀释制成每1 mL中约含20 µg的溶液,照紫外-可见分光光度法(通则0401),在263 nm的波长处测定吸光度,吸收系数(E1%1cm)为248~264。
鉴别
1、取本品约4 mg,加2,4-二硝基氯苯8 mg,研匀,置试管中,缓缓加热熔化后,再加热数秒钟,放冷,加乙醇制氢氧化钾试液3 mL,即显紫红色。
2、取本品约50 mg,加水20 mL溶解后,滴加0.4%氢氧化钠溶液至遇石蕊试纸显中性反应,加硫酸铜试液3 mL,即缓缓析出淡蓝色沉淀。
3、取本品,加水溶解并稀释制成每1mL中约含20µg的溶液,照紫外-可见分光光度法(通则0401)测定,在262 nm的波长处有最大吸收,在237 nm的波长处有最小吸收,237 nm波长处的吸光度与262 nm波长处的吸光度的比值应为0.35~0.39。
4、本品的红外光吸收图谱应与对照的图谱(光谱集422图)一致。
检查
检查项目 | 方法 |
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溶液的颜色 | 取本品1.0 g,加氢氧化钠试液10 mL溶解后,如显色,与同体积的对照液(取比色用氯化钴液1.5 mL、比色用重铬酸钾液17 mL与比色用硫酸铜液1.5 mL,用水稀释至1000 mL)比较,不得更深。 |
取本品0.25 g,依法检查(通则0801),与标准氯化钠溶液5.0 mL制成的对照液比较,不得更浓(0.02%)。 | |
硫酸盐 | 取本品0.50 g,依法检查(通则0802),与标准硫酸钾溶液1.0 mL制成的对照液比较,不得更浓(0.02%)。 |
干燥失重 | 取本品,置五氧化二磷干燥器中,减压干燥至恒重,减失重量不得过0.5%(通则0831)。 |
炽灼残渣 | 不得过0.1%(通则0841)。 |
重金属 | 取本品1.0 g,加稀盐酸1.5 mL与水使成25 mL,缓缓加温使完全溶解,放冷,依法检查(通则0821第一法),含重金属不得过百万分之二十。 |
含量测定
取本品约0.3 g,精密称定,加新沸过的冷水50 mL溶解后,加酚酞指示液3滴,用氢氧化钠滴定液(0.1 mol/L)滴定。每1 mL氢氧化钠滴定液(0.1 mol/L)相当于12.31 mg的C6H5NO2。
类别
维生素类药。
贮藏
密封保存。
1、烟酸片。
2、烟酸注射液。
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