專利名稱：一種合成順式－2，6－二甲基哌嗪的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成順式-2，6-二甲基哌嗪技術(shù)，具體地說是一種高選擇性、高純度合成順式-2，6-二甲基哌嗪方法。
背景技術(shù)：
2，6-二甲基哌嗪(2，6-dimethyl-piperizine)是一種重要的含氮雜環(huán)化合物，作為醫(yī)藥、農(nóng)藥等領(lǐng)域的一種有機(jī)合成中間體，其工業(yè)應(yīng)用價值很大。2，6-二甲基哌嗪在結(jié)構(gòu)上有順式、反式兩種立體異構(gòu)體，其中順式異構(gòu)體(Cis-DMP)用途較多，在醫(yī)藥和農(nóng)藥合成中非常重要。因此，工業(yè)上在努力開發(fā)高選擇性地生產(chǎn)順式2，6-二甲基哌嗪的方法。
GB-902570，US2911407，有機(jī)合成化學(xué)17(3)131(1959)等報道的合成2，6-二甲基哌嗪方法，特點在于使用水為溶劑或不使用溶劑，是在鎳基催化劑作用下，以二異丙醇胺與純氨為原料進(jìn)行合成的；但沒有給出反式和順式2，6-二甲基哌嗪的異構(gòu)體的相對含量和比例。
專利JP平8-34773以及CA124317215f(1996)等報道的合成方法中，使用Ranney鎳催化劑，反應(yīng)原料為二異丙醇胺和液態(tài)氨。該方法雖然可以高選擇性地合成順式-2，6-二甲基哌嗪，但催化劑的用量較大，約為原料質(zhì)量的50％左右。
對于上述的合成順式-2，6-二甲基哌嗪的方法，在實際應(yīng)用中還存在其它一些不足使用的氮源是液態(tài)純氨，工業(yè)上操作困難；有的用大量的有機(jī)化合物甲苯作反應(yīng)溶劑，增加了溶劑回收的負(fù)荷；還有的雖然用水作溶劑或不用溶劑，但順式產(chǎn)品的選擇性不明確；特別是采用的催化劑活性不夠高，反應(yīng)原料的轉(zhuǎn)化率不高，且需要催化劑的量較大，增加了生產(chǎn)成本和工業(yè)分離的難度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種原料轉(zhuǎn)化率高、目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性好、操作容易、成本低廉的工業(yè)合成順式-2，6-二甲基哌嗪方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在催化劑存在下，用二異丙醇胺與氨反應(yīng)(1)將原料二異丙醇胺、重量濃度為5～30％的氨水、及催化劑分別投入反應(yīng)釜中，以水、氨水或水和氨水混合物為反應(yīng)溶劑，其中按折百的氨量計，氨與二異丙醇胺的重量比為13～30∶100，催化劑與二異丙醇胺重量比為1～40∶100；(2)反應(yīng)條件反應(yīng)溫度控制在100～250℃范圍內(nèi)，反應(yīng)壓力控制在2.0～8.0MPa范圍內(nèi)，恒溫下保持1～5小時；(3)采用蒸餾、結(jié)晶的方法進(jìn)行結(jié)晶分離其中結(jié)晶所用溶劑為芳香族有機(jī)化合物中苯、甲苯或二甲苯，用量為產(chǎn)品質(zhì)量理論收率的0.4～10.0倍，結(jié)晶溫度在-10℃～10℃范圍內(nèi)，完成順式-2，6-二甲基哌嗪和反式-2，6-二甲基哌嗪的分離；其中所述催化劑的結(jié)構(gòu)形式為活性組分和助劑組成的骨架金屬結(jié)構(gòu)形式，其中所述活性組分為鎳或鈷，所述助劑為鐵(Fe)、鉬(Mo)、鋁(Al)、鈰(Ce)、釩(V)中的一種或其組合；按重量比計，活性組分含量為50～100％，助劑含量為0～50％；所述催化劑的結(jié)構(gòu)形式為負(fù)載在活性炭、氧化硅或氧化鋁載體上，構(gòu)成負(fù)載型多元復(fù)合催化劑，其中所述活性組分與助劑之和與載體的重量比為10～100∶100；所述原料氨與二異丙醇胺投料重量比最好為15～25∶100；所述催化劑與二異丙醇胺用量的質(zhì)量百分比最好為1.0～30∶100；所述反應(yīng)溫度最好控制在160～220℃之間；反應(yīng)壓力最好控制在2.5～4.5MPa之間；考慮到過程的經(jīng)濟(jì)性和溶劑回收消耗，所述結(jié)晶用溶劑的用量最好為產(chǎn)品質(zhì)量理論收率的0.6～2.0倍之間；結(jié)晶溫度最好在-5℃～5℃范圍內(nèi)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.具有原料轉(zhuǎn)化率高、目標(biāo)產(chǎn)物選擇性好特點。本發(fā)明采用高效催化劑，可在減少催化劑用量情況下，提高反應(yīng)活性，提高原料轉(zhuǎn)化率和目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性，并有效地抑制副產(chǎn)物反式-2，6-二甲基哌嗪的生成；另外本發(fā)明采用反應(yīng)混合物在有機(jī)溶劑中結(jié)晶蒸餾步驟，使順式-2，6-二甲基哌嗪與其他化合物有效分離，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；其原料的轉(zhuǎn)化率高達(dá)到99％以上，收率可達(dá)80％以上，生成順式-2，6-二甲基哌嗪的選擇性好，分離產(chǎn)品的純度高表現(xiàn)在產(chǎn)品中順式-2，6-二甲基哌嗪的含量達(dá)到99.90％以上。
2.具有操作容易，成本低廉，減少污染特點。本發(fā)明反應(yīng)是用水和/或氨水代替有機(jī)溶劑，能夠減小污染；其氮源用氨水而不是液態(tài)純氨，不僅容易操作，又可降低成本，特別適合于工業(yè)上應(yīng)用。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步祥細(xì)說明。
實施例1在催化劑存在下，用二異丙醇胺與氨反應(yīng)，按如下步驟操作(1)在5升的不銹鋼反應(yīng)釜中，分別加入含量為98％的二異丙醇胺1200.0克、290.0克骨架鎳催化劑(活性組分為Ni，助劑為Mo、Al形成多元催化劑，其重量組成80％Ni-10％Mo-10％Al)、25％的氨水920.0克，去離子水400.0克作為反應(yīng)容劑；上好反應(yīng)釜蓋后，檢查反應(yīng)釜的氣密性；其中氨與二異丙醇胺的重量比為19.16∶100，催化劑與二異丙醇胺用量比為24.16∶100；(2)然后啟動攪拌器，并開始緩慢升溫至180℃，壓力達(dá)2.6Mpa，反應(yīng)5小時；(3)將反應(yīng)完畢后的混合物在反應(yīng)釜中冷卻到室溫，取出混合物抽濾分離掉催化劑；然后，向濾液中加入甲苯500ml進(jìn)行共沸蒸餾脫水，對脫水后的釜內(nèi)液體冷卻至0℃，并保持在該溫度下進(jìn)行結(jié)晶；將析出的結(jié)晶過濾后，將結(jié)晶物進(jìn)行減壓蒸餾，在100個毫米汞柱壓力下蒸干，蒸出的產(chǎn)物接收到盛有1000ml甲苯的容器中；加熱并使結(jié)晶完全溶解，冷卻至3℃，在該溫度下靜置進(jìn)行重結(jié)晶；將析出的結(jié)晶物過濾后，在過濾器中用適量的新鮮甲苯?jīng)_洗；將結(jié)晶物進(jìn)行減壓干燥，得到純度為99.95％的順式-2，6-二甲基哌嗪744.0克。將過濾的濾液合并，稱重得1586.8克，分析其中順式-2，6-二甲基哌嗪的含量為6.05％，反式-2，6-二甲基哌嗪的含量為8.06％，二異丙醇胺的含量為0.59％。
其中有機(jī)化合物甲苯用量為產(chǎn)品質(zhì)量理論收率的1.29倍；將結(jié)晶和濾液的結(jié)果合并，計算后得到二異丙醇胺的轉(zhuǎn)化率99.20％；順式-2，6-二甲基哌嗪合成的選擇性83.95％；順式-2，6-二甲基哌嗪的摩爾收率83.28％；反式-2，6-二甲基哌嗪合成的選擇性12.78％；反式-2，6-二甲基哌嗪的摩爾收率12.68％。
實施例2與實施例1不同之處在于反應(yīng)溫度為165℃，結(jié)晶溫度為5℃，其中有機(jī)化合物甲苯用量為產(chǎn)品質(zhì)量理論收率的1.0倍；結(jié)果得到純度為99.50％順式-2，6-二甲基哌嗪的結(jié)晶物663.5克；將過濾的濾液合并，稱重得1694.5克，分析其中順式-2，6-二甲基哌嗪的含量為7.16％，反式-2，6-二甲基哌嗪的含量為8.89％，二異丙醇胺的含量為3.19％。
將結(jié)晶和濾液的結(jié)果合并，計算后得到二異丙醇胺的轉(zhuǎn)化率95.40％；順式-2，6-二甲基哌嗪合成的選擇性81.25％；順式-2，6-二甲基哌嗪的摩爾收率77.51％；反式-2，6-二甲基哌嗪合成的選擇性15.66％；反式-2，6-二甲基哌嗪的摩爾收率14.94％。
實施例3與實施例1不同之處在于所述催化劑用量為120.0克，催化劑與二異丙醇胺用量比為10.0∶100；結(jié)果得到純度為99.65％順式-2，6-二甲基哌嗪的結(jié)晶物526.0克；將過濾的濾液合并，稱重得1733.8克，分析其中順式-2，6-二甲基哌嗪的含量為7.04％，反式-2，6-二甲基哌嗪的含量為7.96％，二異丙醇胺的含量為6.85％。
將結(jié)晶和濾液的結(jié)果合并，計算后得到二異丙醇胺的轉(zhuǎn)化率89.90％；順式-2，6-二甲基哌嗪合成的選擇性71.29％；順式-2，6-二甲基哌嗪的摩爾收率64.09％；
反式-2，6-二甲基哌嗪合成的選擇性15.23％；反式-2，6-二甲基哌嗪的摩爾收率13.69％。
實施例4～9更換實施例1中的催化劑，其它操作條件和步驟與實施例1完全相同所得結(jié)果如下表。
表1不同催化劑反應(yīng)結(jié)果

本發(fā)明所述助劑可為鈰、釩等；所述催化劑還可為Raney Co、RaneyCo-Mo、Raney Ni-Mo等；也可是活性組分和助劑擔(dān)載在活性炭上構(gòu)成負(fù)載型多元復(fù)合催化劑；所述原料氨水與二異丙醇胺投料重量比最好為12～25∶100；所述催化劑與二異丙醇胺用量質(zhì)量百分比為1.0～30∶100；所述反應(yīng)溫度最好控制在160～220℃之間；反應(yīng)壓力最好控制在2.5～4.5MPa之間；考慮到過程的經(jīng)濟(jì)性和溶劑回收消耗，溶劑還可以為苯、二甲苯等，其用量最好為產(chǎn)品質(zhì)量理論收率的0.6～2.0倍之間；結(jié)晶溫度最好在-5℃～5℃范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種合成順式-2，6-二甲基哌嗪的方法，在催化劑存在下，用二異丙醇胺與氨反應(yīng)，其特征在于(1)將原料二異丙醇胺、重量濃度為5～30％的氨水、及催化劑分別投入反應(yīng)釜中，以水、氨水或水和氨水混合物為反應(yīng)溶劑，其中按折百的氨量計，氨與二異丙醇胺的重量比為13～30∶100，催化劑與二異丙醇胺重量比為1～40∶100；(2)反應(yīng)條件反應(yīng)溫度控制在100～250℃范圍內(nèi)，反應(yīng)壓力控制在2.0～8.0MPa范圍內(nèi)，恒溫下保持1～5小時；(3)采用蒸餾、結(jié)晶的方法進(jìn)行結(jié)晶分離其中結(jié)晶所用溶劑為芳香族有機(jī)化合物中苯、甲苯或二甲苯，用量為產(chǎn)品質(zhì)量理論收率的0.4～10.0倍，結(jié)晶溫度在-10℃～10℃范圍內(nèi)。
2.按照權(quán)利要求1所述合成順式-2，6-二甲基哌嗪的方法，其特征在于所述催化劑的結(jié)構(gòu)形式為活性組分和助劑組成的骨架金屬結(jié)構(gòu)形式，其中所述活性組分為鎳或鈷，所述助劑為鐵、鉬、鋁、鈰、釩中的一種或其組合；按重量比計，活性組分含量為50～100％，助劑含量為0～50％。
3.按照權(quán)利要求1所述合成順式-2，6-二甲基哌嗪的方法，其特征在于所述催化劑的結(jié)構(gòu)形式為負(fù)載在活性炭、氧化硅或氧化鋁載體上，構(gòu)成負(fù)載型多元復(fù)合催化劑，其中所述活性組分為鎳或鈷，所述助劑為鐵、鉬、鋁、鈰、釩中的一種或其組合；按重量比計，活性組分含量為50～100％，助劑含量為0～50％，活性組分與助劑之和與載體的重量比為10～100∶100。
4.按權(quán)利要求1所述合成順式-2，6-二甲基哌嗪的方法，其特征在于所述原料氨與二異丙醇胺投料重量比為15～25∶100；所述催化劑與二異丙醇胺用量質(zhì)量百分比為1.0～30∶100。
5.按權(quán)利要求1所述合成順式-2，6-二甲基哌嗪的方法，其特征在于所述反應(yīng)溫度控制在160～220℃之間；反應(yīng)壓力控制在2.5～4.5MPa之間。
6.按權(quán)利要求1所述合成順式-2，6-二甲基哌嗪的方法，其特征在于所述結(jié)晶用溶劑的用量為產(chǎn)品質(zhì)量理論收率的0.6～2.0倍之間；結(jié)晶溫度在-5℃～5℃范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種合成順式－2，6－二甲基哌嗪的方法，它在催化劑存在下，用二異丙醇胺與氨反應(yīng)1)將原料二異丙醇胺、重量濃度為5～30％的氨水、及催化劑分別投入反應(yīng)釜中，以水、氨水或水和氨水混合物為反應(yīng)溶劑，其中按折百的氨量計，氨與二異丙醇胺的重量比為13～30∶100，催化劑與二異丙醇胺重量比為1～40∶100；2)反應(yīng)條件反應(yīng)溫度控制在100～250℃范圍內(nèi)，反應(yīng)壓力控制在2.0～8.0MPa范圍內(nèi)，恒溫下保持1～5小時；3)采用蒸餾、結(jié)晶的方法進(jìn)行結(jié)晶分離；其中結(jié)晶所用溶劑為芳香族有機(jī)化合物中苯、甲苯或二甲苯，用量為產(chǎn)品質(zhì)量理論收率的0.4～10.0倍，結(jié)晶溫度在－10℃～10℃范圍內(nèi)。本發(fā)明原料轉(zhuǎn)化率高、目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性好、操作容易、成本低廉。
文檔編號C07D241/12GK1408710SQ0112817
公開日2003年4月9日 申請日期2001年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月17日
發(fā)明者張偉, 徐杰 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所