專利名稱：哌嗪及其衍生物的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是化合物的合成方法，尤其是一種哌嗪及其衍生物的合成方法。
眾所周知，哌嗪及其衍生物為重要的醫(yī)藥中間體，同時也作為多種化工產(chǎn)品的原料，在醫(yī)藥，高分子，表面活性劑等多種精細(xì)化工工業(yè)上有廣泛應(yīng)用，具有重要的市場價值。鑒于該類產(chǎn)品的重要性，目前國際上發(fā)達(dá)國家對其制備方法的研究仍十分活躍。國內(nèi)目前生產(chǎn)哌嗪，均用一乙醇胺作原料，在液氨，氫氣及高溫高壓下環(huán)合，或制得其鹽酸鹽，在高溫下環(huán)合，經(jīng)堿中和，提純后得到六水哌嗪，再經(jīng)苯帶水制得無水哌嗪。該制作工藝繁瑣，收率低，反應(yīng)周期長，環(huán)境污染嚴(yán)重，設(shè)備復(fù)雜，投資大，能耗高，同時產(chǎn)生大量理化性質(zhì)相近的副產(chǎn)物，分離純化困難，產(chǎn)品品質(zhì)低，故已相繼停產(chǎn)。國外除以一乙醇胺為原料外，也有用乙二胺，二乙醇胺，羥乙基乙二胺，二亞乙基三胺為原料進(jìn)行催化加氫反應(yīng)制備的，催化劑一般為稀有金屬，價格高，流失嚴(yán)重。國外哌嗪類的合成，多采用高壓反應(yīng)，如美國專利4647701的方法，壓力達(dá)940公斤/厘米2，同時采用較高的溫度和高壓氫氣或有毒的液氨，一般溫度達(dá)300-450℃，為滿足工藝中的高溫，高壓的條件，所配備的設(shè)備技術(shù)高，投資大，稍有差錯易產(chǎn)生爆炸造成事故。另外，在上述條件下合成哌嗪類化合物，往往發(fā)生縮合，裂解，聚合等副反應(yīng)，如西德專利3543228報導(dǎo)，在合成哌嗪的同時有八種副產(chǎn)物同時產(chǎn)生，分離純化困難，既影響收率，又增加了成本。
美國專利2,345,237和，2,345,236曾報導(dǎo)一種新的制造哌嗪及其衍生物的方法，是以乙二醛與乙二胺或取代乙二胺為原料，在水或醇類中縮合反應(yīng)，提純后得到并哌嗪或并哌嗪衍生物，再在146個大氣壓的壓力下于90℃至125℃用氫氣催化氫解，其催化劑為鉑，鎳或銅，得到哌嗪或其衍生物，比如N-甲基哌嗪。該方法雖反應(yīng)溫度低，但收率不穩(wěn)定，而且使用高壓氫氣，設(shè)備復(fù)雜，操作繁瑣，成本高，乙二胺或取代乙二胺單程轉(zhuǎn)化率低。
本發(fā)明的目的是針對上述哌嗪及其衍生物制造工藝中存在的不足，提供一種哌嗪及其衍生物的合成方法，這種合成方法制備工藝簡單，反應(yīng)條件溫和，副產(chǎn)物少，生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，哌嗪及其衍生物的合成方法，包括使以下式(1)表示的鄰二羰基化合物 其中R5,R6=H或其它碳?xì)浠鶊F(tuán)，如烷基，芳基或芳烷基與下式(2)表示的鄰二胺基化合物 其中，R1,R2,R3,R4=H或其它碳?xì)浠鶊F(tuán)，如烷基，芳基或芳烷基所述鄰二羰基化合物與鄰二胺基化合物的摩爾比為1∶1～4，在水或醇類溶劑中，于溫度低于42℃，常壓狀態(tài)下攪拌反應(yīng)獲得含有下式(3)表示的2,3-二羥基哌嗪類 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳?xì)浠鶊F(tuán)如烷基，芳基或芳烷基有下式(4)表示的2,3-二氫吡嗪類 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳?xì)浠鶊F(tuán)，如烷基，芳基或芳烷基有下式(5)表示的并哌嗪類 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳?xì)浠鶊F(tuán)R，如烷基，芳基或芳烷基有下式(6)表示的1,4,6,9-四氮雜-5,10-二氧雜蒽烷類 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳?xì)浠鶊F(tuán)R，如烷基芳基或芳烷基的混合物，其特征在于在所得混合物中加入堿，調(diào)制成相對于鄰二羰基化合物的終濃度為0.1-0.5摩爾/升、堿終濃度為0.2-0.5摩爾/升的電解液，在低析氫超電壓電催化活性電極存在下的密閉隔膜電解槽中，以電解溫度為60-140℃、電流密度為20-80安培/分米2進(jìn)行電解，電解完成液經(jīng)濃縮蒸餾，蒸出含水哌嗪及其衍生物，然后加入苯分水劑脫水，再蒸餾出如下式(7)的哌嗪及其衍生物 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳?xì)浠鶊F(tuán)，烷基，芳基或芳烷基等不同碳?xì)浠鶊F(tuán)。
本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)式如下 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳?xì)浠鶊F(tuán)，如烷基，芳基或芳烷基本發(fā)明所用的低析氫超電壓電催化活性電極，是以鎳、銅、鈷中取一種或兩種成分或三種成分作第一成分，從鋁或鋅中取一種成分，用電解方法或熱滲透或擴(kuò)散方法制得合金，然后用堿溶去易熔成分制得的，或以鉑為基板，在其上面鍍上高分散度鉑黑制得的，這樣制得的電極對本發(fā)明的工藝有良好的催化作用。
本發(fā)明所述的電解溫度低于60℃時，通常反應(yīng)速度很慢，不能得到所需的產(chǎn)品；而當(dāng)反應(yīng)溫度過高時，則易發(fā)生副反應(yīng)，也不利于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的工藝。
本發(fā)明所述的電流密度太小時，電解液在此溫度下長期維持易于增加副反應(yīng)，減少產(chǎn)率，過高的電流密度，大大降低了其電流效率。
本發(fā)明所述混合過程中，當(dāng)溫度高于42℃時，通常不能得到有用的混合物；而溫度過低時，反應(yīng)速度又太低，適當(dāng)?shù)臏囟仁?20～42℃。
為使電解在更簡單的條件下運(yùn)行，混合反應(yīng)后的混合物先經(jīng)分離，得到并哌嗪類，2,3-二羥基哌嗪類，2,3-二氫吡嗪類，或1,4,6,9-四氮雜5,10，-二氧雜蒽烷類的純品，再配成電解液進(jìn)行電解還原也是可行的。
本發(fā)明以鄰二羰基化合物和鄰二胺基化合物為原料，在水或醇溶液中直接常溫常壓反應(yīng)，混合物不經(jīng)分離加入堿配成電解液，電解時溫度，壓力要求低，所以工藝大為簡化。有效的克服了現(xiàn)有工藝高溫高壓甚至超高壓對設(shè)備和操作帶來的特殊要求和安全隱患。具有反應(yīng)條件溫和，操作安全、原料來源方便、生產(chǎn)成本低、操作方便、易于控制和工業(yè)化生產(chǎn)等到優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明合成方法獲得的哌嗪及其衍生物產(chǎn)品，其哌嗪含量高達(dá)99.29％；產(chǎn)品的堿度(mmolHCL/100mg)為1.09×103；產(chǎn)品性狀呈白色。其測試結(jié)果優(yōu)于現(xiàn)有工藝獲得的產(chǎn)品。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1將含0.5摩爾量乙二胺的70％乙二胺水溶液滴加到含0.5摩爾量乙二醛40％乙二醛溶液中，保持反應(yīng)溫度38℃和強(qiáng)烈攪拌，15分鐘內(nèi)加完后繼續(xù)攪拌40分鐘，獲得含有并哌嗪類，2,3-二羥基哌嗪類，2,3-二氫吡嗪類，或1,4,6,9-四氮雜5,10，-二氧雜蒽烷類的混合物；然后加入0.5摩爾量氫氧化鈉的30％氫氧化鈉溶液和水稀析到1000毫升，配成電解液，此時相對于乙二醛的終濃度為0.5摩爾/升。隔膜電解池以鎳為陽極，0.5摩爾/升氫氧化鈉為陽極液，超高分散度雷尼鎳板為陰極，Nafion425膜為隔膜，電流密度為40安培/分米2，溫度為80℃，電解時間為120％理論電量，電解完成液經(jīng)濃縮蒸餾，蒸出相應(yīng)的哌嗪或其衍生物，收集125-150℃餾分得到六水哌嗪，然后加入苯作分水劑，以苯帶水共沸蒸餾，無水產(chǎn)生后收集140～150℃餾分，即可獲哌嗪產(chǎn)品。
實(shí)施例2將含4摩爾量乙二胺的70％乙二胺水溶液置于反應(yīng)瓶中，攪拌下滴加含1摩爾量乙二醛的40％乙二醛溶液，保持反應(yīng)溫度34～38℃和強(qiáng)烈攪拌，15分鐘內(nèi)加完后繼續(xù)攪拌40分鐘，獲得含有并哌嗪類，2,3-二羥基哌嗪類，2,3-二氫吡嗪類，或1,4,6,9-四氮雜5,10，-二氧雜蒽烷類的混合物，將混合物升溫至80℃后保溫攪拌6小時；然后對上述混合物進(jìn)行分離，即將混合物冷卻至室溫后過濾，乙醇洗滌后氣流干燥，得到并哌嗪約120克(約合0.84摩爾)，然后將上述固體并哌嗪溶于4000毫升0.2摩爾/升氫氧化鉀溶液中，配成并哌嗪終濃度約0.21摩爾/升的電解液。隔膜電解池以鎳為陽極，0.2摩爾/升氫氧化鉀為陽極液，超高分散度雷尼鎳板為陰極，玻璃垂熔板為隔膜的密閉式電解池，電流密度為40安培/分米2，溫度為120℃，電解時間為120％理論電量，電解完成液經(jīng)濃縮蒸餾，蒸出相應(yīng)的哌嗪或其衍生物，收集125-150℃餾分得到六水哌嗪，然后加入苯作分水劑，以苯帶水共沸蒸餾，無水產(chǎn)生后收集140～150℃餾分，即可獲哌嗪產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種哌嗪及其衍生物的合成方法，包括使以下式(1)表示的鄰二羰基化合物 與下式(2)表示的鄰二胺基化合物 鄰二羰基化合物與鄰二胺基化合物的摩爾比為1∶1～4，在水或醇類溶劑中，以溫度低于42℃的常壓狀態(tài)下攪拌反應(yīng)獲得含有下式(3)表示的2、3二羥基哌嗪衍生物 以下式(4)表示的2、3二氫吡嗪衍生物 以下式(5)表示的并哌嗪衍生物 以下式(6)表示的1,4,6,9-四氮雜-5,10-二氧雜蒽烷 的混合物，其特征在于在所得混合物中加入堿，調(diào)制成相對于鄰二羰基化合物的終濃度為0.1-0.5摩爾/升、堿終濃度為0.2-0.5摩爾/升的電解液，在低析氫超電壓電催化活性電極存在下的密閉隔膜電解槽中，以電解溫度為60-140℃、電流密度為20-80安培/分米2進(jìn)行電解，電解完成液經(jīng)濃縮蒸餾，蒸出相應(yīng)的哌嗪或其衍生物，然后加入苯作分水劑脫水，再蒸餾出如下式(7)的哌嗪及其衍生物
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的哌嗪及其衍生物的合成方法，其特征在于堿為氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)或其它堿金屬或堿土金屬氫氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的哌嗪及其衍生物的合成方法，其特征在于低析氫超電壓電催化活性電極為由鉑、鎳、銅、鈷或它們組成的合金所制成的具海綿狀金屬表面的電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的哌嗪及其衍生物的合成方法，其特征在于含有并哌嗪類，2,3-二羥基哌嗪類，2,3-二氫吡嗪類，或1,4,6,9-四氮雜5,10，-二氧雜蒽烷類的混合物先經(jīng)分離，得到并哌嗪類，2,3-二羥基哌嗪類，2,3-二氫吡嗪類，或1,4,6,9-四氮雜5,10，-二氧雜蒽烷類的純品，再配成電解液進(jìn)行電解。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的哌嗪及其衍生物的合成方法，其特征在于含有并哌嗪類，2,3-二羥基哌嗪類，2,3-二氫吡嗪類，或1,4,6,9-四氮雜5,10，-二氧雜蒽烷類的混合物先經(jīng)分離，得到并哌嗪類，2,3-二羥基哌嗪類，2,3-二氫吡嗪類，或1,4,6,9-四氮雜5,10，-二氧雜蒽烷類的純品，再配成電解液進(jìn)行電解。
全文摘要
本發(fā)明哌嗪及其衍生物的合成方法,是由鄰二羰基化合物和鄰二胺基化合物,以水或醇類作溶劑,常壓下合成含有:2、3二羥基哌嗪,2、3二氫吡嗪,并哌嗪和1,4,6,9－四氮雜－5,10－二氧雜蒽烷等衍生物的混合物,直接加入堿,在隔膜電解槽中及活性電極上電解,產(chǎn)物經(jīng)蒸餾,分離出含水哌嗪,以苯作分水劑共沸脫水制造無水哌嗪。本發(fā)明具有反應(yīng)條件溫和,操作安全、原料來源方便、生產(chǎn)成本低、操作方便、易于控制和工業(yè)化生產(chǎn)等到優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C07D491/14GK1318542SQ01107689
公開日2001年10月24日 申請日期2001年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月2日
發(fā)明者傅天天 申請人:深圳市福康來科技實(shí)業(yè)有限公司