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吡啶甲酸类化合物是重要精细化工中间体，在医药与农药领域应用广泛。含羟基和硝基的吡啶甲酸类化合物由于羟基和硝基的反应特性，更是在精细化学品、医药合成、农药、功能性材料制备以及染料中间体等领域应用非常广泛。5-硝基烟酸，英文名称：5-nitropyridine-3-carboxylic acid，CAS：2047-49-6，分子式：C6H4N2O4，分子量：168.107，密度：1.57g/cm3，沸点：369.5ºC at 760mmHg，熔点：171-173ºC，是烟酰胺合成中具有潜在抗球虫活性的中间体。
一般合成这类化合物的方法主要是利用硝化反应在吡啶杂环上引入硝基得到，常用的方法是在浓硫酸中用硝酸进行硝化，但主要得到的是 4 位或 2 位为硝基的吡啶或者是 2 位和 5 位均为硝基的吡啶，如果要得到5 位为硝基的单取代吡啶化合物，则反应条件就比较苛刻或所用试剂价值较高。本文以烟酸为原料，在浓硫酸和浓硝酸以及催化剂硫酸氢铵的作用下经过预硝化反应、硝化反应、结晶分离纯化等步骤得到高纯度的产物5- 硝基烟酸[1]，其反应式见下图。
图1 以烟酸为起始物料制备5- 硝基烟酸合成反应式
以硝酸为氧化剂，在钛材管式反应器中通入硝酸水溶液和2-甲基5-乙基吡啶的混合物，在330℃、29MPa反应8小时再分离、精制得到烟酸纯品。
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人空气进行氧化反应，后来改进为以3-Methylpyridine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小时合成烟酸。催化剂可以长期套用，通过空气直接氧化3-Methylpyridine得到烟酸。
在反应瓶中依次加入浓硫酸和浓硝酸，搅拌均匀，得到反应溶液 A, 其中浓硫酸与浓硝酸的摩尔比为 1 : 6 , 所用的浓硫酸的质量分数为 68 % , 浓硝酸的质量分数为 86 % ;将原料烟酸和催化剂硫酸氢铵按照摩尔比 50 : 1 混合均匀，得到反应原料B ;在搅拌的条件下，将反应原料 B 加入反应溶液 A, 然后加热至 60 °C 进行预硝化反应 4小时, 其中反应溶液A 中的硝酸与反应原料B 中的烟酸的摩尔比为 1. 5: 1 ;将浓硫酸与浓硝酸（浓硫酸的质量分数为 68 % , 浓硝酸的质量分数为 86 % ) 按摩尔比 1 : 6 混合均匀，然后加入催化剂硫酸氢铵搅拌均匀得到反应溶液 C, 其中浓硝酸与硫酸氢铵的摩尔比为 80 : 1;预硝化反应结束后，在搅拌的条件下将反应溶液C 滴加入反应瓶中，加热至 80 °C 进行硝化反应 12小时, 得到硝化反应液，硝化反应液置于 0 °C，进行结晶24小时 , 抽滤分离后得到的固体物为粗产品甲。粗产品甲然后真空干燥，得到粗产品乙；用pH值为 4 的酸性水溶液溶解粗产品乙，然后用降温结晶法进行分离纯化，降温速度为 1 °C /min, 结晶温度为 0 °C' 结晶时间为 12小时 , 最后得到产品5-硝基烟酸。
本文简述5-硝基烟酸的合成方法及其分离提纯方法，属于精细化工领域。该方法以烟酸为原料，在浓硫酸和浓硝酸以及催化剂硫酸氢铵的作用下经过预硝化反应、硝化反应、结晶分离纯化等步骤得到高纯度的产物5- 硝基烟酸，以满足医药合成领域对中间体的纯度要求。此合成方法具有合成工艺简单、条件温和、产率高、得到的产物纯度高、易于操作等优点，适合产业化生产。
[1] CN201410640447.5