专利名称：哌嗪及其衍生物的合成方法
技术领域：
本发明涉及的是化合物的合成方法，尤其是一种哌嗪及其衍生物的合成方法。
众所周知，哌嗪及其衍生物为重要的医药中间体，同时也作为多种化工产品的原料，在医药，高分子，表面活性剂等多种精细化工工业上有广泛应用，具有重要的市场价值。鉴于该类产品的重要性，目前国际上发达国家对其制备方法的研究仍十分活跃。国内目前生产哌嗪，均用一乙醇胺作原料，在液氨，氢气及高温高压下环合，或制得其盐酸盐，在高温下环合，经碱中和，提纯后得到六水哌嗪，再经苯带水制得无水哌嗪。该制作工艺繁琐，收率低，反应周期长，环境污染严重，设备复杂，投资大，能耗高，同时产生大量理化性质相近的副产物，分离纯化困难，产品品质低，故已相继停产。国外除以一乙醇胺为原料外，也有用乙二胺，二乙醇胺，羟乙基乙二胺，二亚乙基三胺为原料进行催化加氢反应制备的，催化剂一般为稀有金属，价格高，流失严重。国外哌嗪类的合成，多采用高压反应，如美国专利4647701的方法，压力达940公斤/厘米2，同时采用较高的温度和高压氢气或有毒的液氨，一般温度达300-450℃，为满足工艺中的高温，高压的条件，所配备的设备技术高，投资大，稍有差错易产生爆炸造成事故。另外，在上述条件下合成哌嗪类化合物，往往发生缩合，裂解，聚合等副反应，如西德专利3543228报导，在合成哌嗪的同时有八种副产物同时产生，分离纯化困难，既影响收率，又增加了成本。
美国专利2,345,237和，2,345,236曾报导一种新的制造哌嗪及其衍生物的方法，是以乙二醛与乙二胺或取代乙二胺为原料，在水或醇类中缩合反应，提纯后得到并哌嗪或并哌嗪衍生物，再在146个大气压的压力下于90℃至125℃用氢气催化氢解，其催化剂为铂，镍或铜，得到哌嗪或其衍生物，比如N-甲基哌嗪。该方法虽反应温度低，但收率不稳定，而且使用高压氢气，设备复杂，操作繁琐，成本高，乙二胺或取代乙二胺单程转化率低。
本发明的目的是针对上述哌嗪及其衍生物制造工艺中存在的不足，提供一种哌嗪及其衍生物的合成方法，这种合成方法制备工艺简单，反应条件温和，副产物少，生产成本低，易于工业化生产。
本发明的目的是这样实现的，哌嗪及其衍生物的合成方法，包括使以下式(1)表示的邻二羰基化合物 其中R5,R6=H或其它碳氢基团，如烷基，芳基或芳烷基与下式(2)表示的邻二胺基化合物 其中，R1,R2,R3,R4=H或其它碳氢基团，如烷基，芳基或芳烷基所述邻二羰基化合物与邻二胺基化合物的摩尔比为1∶1～4，在水或醇类溶剂中，于温度低于42℃，常压状态下搅拌反应获得含有下式(3)表示的2,3-二羟基哌嗪类 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳氢基团如烷基，芳基或芳烷基有下式(4)表示的2,3-二氢吡嗪类 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳氢基团，如烷基，芳基或芳烷基有下式(5)表示的并哌嗪类 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳氢基团R，如烷基，芳基或芳烷基有下式(6)表示的1,4,6,9-四氮杂-5,10-二氧杂蒽烷类 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳氢基团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碱，调制成相对于邻二羰基化合物的终浓度为0.1-0.5摩尔/升、碱终浓度为0.2-0.5摩尔/升的电解液，在低析氢超电压电催化活性电极存在下的密闭隔膜电解槽中，以电解温度为60-140℃、电流密度为20-80安培/分米2进行电解，电解完成液经浓缩蒸馏，蒸出含水哌嗪及其衍生物，然后加入苯分水剂脱水，再蒸馏出如下式(7)的哌嗪及其衍生物 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳氢基团，烷基，芳基或芳烷基等不同碳氢基团。
本发明的化学反应式如下 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6=H或其它碳氢基团，如烷基，芳基或芳烷基本发明所用的低析氢超电压电催化活性电极，是以镍、铜、钴中取一种或两种成分或三种成分作第一成分，从铝或锌中取一种成分，用电解方法或热渗透或扩散方法制得合金，然后用碱溶去易熔成分制得的，或以铂为基板，在其上面镀上高分散度铂黑制得的，这样制得的电极对本发明的工艺有良好的催化作用。
本发明所述的电解温度低于60℃时，通常反应速度很慢，不能得到所需的产品；而当反应温度过高时，则易发生副反应，也不利于实现本发明的工艺。
本发明所述的电流密度太小时，电解液在此温度下长期维持易于增加副反应，减少产率，过高的电流密度，大大降低了其电流效率。
本发明所述混合过程中，当温度高于42℃时，通常不能得到有用的混合物；而温度过低时，反应速度又太低，适当的温度是-20～42℃。
为使电解在更简单的条件下运行，混合反应后的混合物先经分离，得到并哌嗪类，2,3-二羟基哌嗪类，2,3-二氢吡嗪类，或1,4,6,9-四氮杂5,10，-二氧杂蒽烷类的纯品，再配成电解液进行电解还原也是可行的。
本发明以邻二羰基化合物和邻二胺基化合物为原料，在水或醇溶液中直接常温常压反应，混合物不经分离加入碱配成电解液，电解时温度，压力要求低，所以工艺大为简化。有效的克服了现有工艺高温高压甚至超高压对设备和操作带来的特殊要求和安全隐患。具有反应条件温和，操作安全、原料来源方便、生产成本低、操作方便、易于控制和工业化生产等到优点。采用本发明合成方法获得的哌嗪及其衍生物产品，其哌嗪含量高达99.29％；产品的碱度(mmolHCL/100mg)为1.09×103；产品性状呈白色。其测试结果优于现有工艺获得的产品。
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1将含0.5摩尔量乙二胺的70％乙二胺水溶液滴加到含0.5摩尔量乙二醛40％乙二醛溶液中，保持反应温度38℃和强烈搅拌，15分钟内加完后继续搅拌40分钟，获得含有并哌嗪类，2,3-二羟基哌嗪类，2,3-二氢吡嗪类，或1,4,6,9-四氮杂5,10，-二氧杂蒽烷类的混合物；然后加入0.5摩尔量氢氧化钠的30％氢氧化钠溶液和水稀析到1000毫升，配成电解液，此时相对于乙二醛的终浓度为0.5摩尔/升。隔膜电解池以镍为阳极，0.5摩尔/升氢氧化钠为阳极液，超高分散度雷尼镍板为阴极，Nafion425膜为隔膜，电流密度为40安培/分米2，温度为80℃，电解时间为120％理论电量，电解完成液经浓缩蒸馏，蒸出相应的哌嗪或其衍生物，收集125-150℃馏分得到六水哌嗪，然后加入苯作分水剂，以苯带水共沸蒸馏，无水产生后收集140～150℃馏分，即可获哌嗪产品。
实施例2将含4摩尔量乙二胺的70％乙二胺水溶液置于反应瓶中，搅拌下滴加含1摩尔量乙二醛的40％乙二醛溶液，保持反应温度34～38℃和强烈搅拌，15分钟内加完后继续搅拌40分钟，获得含有并哌嗪类，2,3-二羟基哌嗪类，2,3-二氢吡嗪类，或1,4,6,9-四氮杂5,10，-二氧杂蒽烷类的混合物，将混合物升温至80℃后保温搅拌6小时；然后对上述混合物进行分离，即将混合物冷却至室温后过滤，乙醇洗涤后气流干燥，得到并哌嗪约120克(约合0.84摩尔)，然后将上述固体并哌嗪溶于4000毫升0.2摩尔/升氢氧化钾溶液中，配成并哌嗪终浓度约0.21摩尔/升的电解液。隔膜电解池以镍为阳极，0.2摩尔/升氢氧化钾为阳极液，超高分散度雷尼镍板为阴极，玻璃垂熔板为隔膜的密闭式电解池，电流密度为40安培/分米2，温度为120℃，电解时间为120％理论电量，电解完成液经浓缩蒸馏，蒸出相应的哌嗪或其衍生物，收集125-150℃馏分得到六水哌嗪，然后加入苯作分水剂，以苯带水共沸蒸馏，无水产生后收集140～150℃馏分，即可获哌嗪产品。
权利要求
1.一种哌嗪及其衍生物的合成方法，包括使以下式(1)表示的邻二羰基化合物 与下式(2)表示的邻二胺基化合物 邻二羰基化合物与邻二胺基化合物的摩尔比为1∶1～4，在水或醇类溶剂中，以温度低于42℃的常压状态下搅拌反应获得含有下式(3)表示的2、3二羟基哌嗪衍生物 以下式(4)表示的2、3二氢吡嗪衍生物 以下式(5)表示的并哌嗪衍生物 以下式(6)表示的1,4,6,9-四氮杂-5,10-二氧杂蒽烷 的混合物，其特征在于在所得混合物中加入碱，调制成相对于邻二羰基化合物的终浓度为0.1-0.5摩尔/升、碱终浓度为0.2-0.5摩尔/升的电解液，在低析氢超电压电催化活性电极存在下的密闭隔膜电解槽中，以电解温度为60-140℃、电流密度为20-80安培/分米2进行电解，电解完成液经浓缩蒸馏，蒸出相应的哌嗪或其衍生物，然后加入苯作分水剂脱水，再蒸馏出如下式(7)的哌嗪及其衍生物
2.根据权利要求1所述的哌嗪及其衍生物的合成方法，其特征在于碱为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)或其它碱金属或碱土金属氢氧化物。
3.根据权利要求1或2所述的哌嗪及其衍生物的合成方法，其特征在于低析氢超电压电催化活性电极为由铂、镍、铜、钴或它们组成的合金所制成的具海绵状金属表面的电极。
4.根据权利要求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类，2,3-二羟基哌嗪类，2,3-二氢吡嗪类，或1,4,6,9-四氮杂5,10，-二氧杂蒽烷类的混合物先经分离，得到并哌嗪类，2,3-二羟基哌嗪类，2,3-二氢吡嗪类，或1,4,6,9-四氮杂5,10，-二氧杂蒽烷类的纯品，再配成电解液进行电解。
5.根据权利要求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类，2,3-二羟基哌嗪类，2,3-二氢吡嗪类，或1,4,6,9-四氮杂5,10，-二氧杂蒽烷类的混合物先经分离，得到并哌嗪类，2,3-二羟基哌嗪类，2,3-二氢吡嗪类，或1,4,6,9-四氮杂5,10，-二氧杂蒽烷类的纯品，再配成电解液进行电解。
全文摘要
本发明哌嗪及其衍生物的合成方法,是由邻二羰基化合物和邻二胺基化合物,以水或醇类作溶剂,常压下合成含有:2、3二羟基哌嗪,2、3二氢吡嗪,并哌嗪和1,4,6,9－四氮杂－5,10－二氧杂蒽烷等衍生物的混合物,直接加入碱,在隔膜电解槽中及活性电极上电解,产物经蒸馏,分离出含水哌嗪,以苯作分水剂共沸脱水制造无水哌嗪。本发明具有反应条件温和,操作安全、原料来源方便、生产成本低、操作方便、易于控制和工业化生产等到优点。
文档编号C07D491/14GK1318542SQ01107689
公开日2001年10月24日 申请日期2001年4月2日 优先权日2001年4月2日
发明者傅天天 申请人:深圳市福康来科技实业有限公司