專利名稱：哌嗪及其衍生物的合成方法
技術領域：
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化工工業(yè)上有廣泛應用，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，反應周期長，環(huán)境污染嚴重，設備復雜，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行催化加氫反應制備的，催化劑一般為稀有金屬，價格高，流失嚴重。國外哌嗪類的合成，多采用高壓反應，如美國專利4647701的方法，壓力達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300-450℃，為滿足工藝中的高溫，高壓的條件，所配備的設備技術高，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，如西德專利3543228報導，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，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。該方法雖反應溫度低，但收率不穩(wěn)定，而且使用高壓氫氣，設備復雜，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或其它碳氫基團，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或其它碳氫基團，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或其它碳氫基團如烷基，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或其它碳氫基團，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或其它碳氫基團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或其它碳氫基團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或其它碳氫基團，烷基，芳基或芳烷基等不同碳氫基團。
本發(fā)明的化學反應式如下 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳氫基團，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，通常反應速度很慢，不能得到所需的產(chǎn)品；而當反應溫度過高時，則易發(fā)生副反應，也不利于實現(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，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，反應速度又太低，適當?shù)臏囟仁?20～42℃。
為使電解在更簡單的條件下運行，混合反應后的混合物先經(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，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備和操作帶來的特殊要求和安全隱患。具有反應條件溫和，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。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)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例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，保持反應溫度38℃和強烈攪拌，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。
實施例2將含4摩爾量乙二胺的70％乙二胺水溶液置于反應瓶中，攪拌下滴加含1摩爾量乙二醛的40％乙二醛溶液，保持反應溫度34～38℃和強烈攪拌，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進行電解，電解完成液經(jīng)濃縮蒸餾，蒸出相應的哌嗪或其衍生物，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，再配成電解液進行電解。
5.根據(jù)權利要求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。
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)先權日2001年4月2日
發(fā)明者傅天天 申請人:深圳市?？祦砜萍紝崢I(yè)有限公司