专利名称：：一种n-甲基哌嗪的合成方法
技术领域：
：本发明涉及一种化工产品的化学合成方法，特别是以哌嗪和甲醛、氢气为原料的N-甲基哌嗪的合成工艺。技术背景N-甲基哌嗪是哌嗪的衍生产品之一，是一种重要的精细化工产品，在医药上可用于合成氧氟沙星、左旋氧氟沙星、氟罗沙星等抗菌类药物以及氯氮平、奥氮平等精神类药物；在橡胶、塑料等高分子化工行业也有广泛的应用。目前该产品在国内还处于开发发展阶段，文献记载的国内开发的合成方法主要有两种方法一将哌嗪和盐酸在无水乙醇中先反应生成哌嗪盐酸盐，蒸去乙醇分离出哌嗪盐酸盐后再与甲醛、甲酸反应得N-甲基哌嗪盐酸盐，然后以氢氧化钠中和，分离氯化钠后，再经过精馏得产品。该方法工艺过程长，生产中要使用腐蚀性很强的盐酸和甲酸，污染严重，作业环境差，收率仅49%。方法二以甲醇作甲基化试剂和溶剂，将哌嗪和甲醇汽化后通过固定床催化剂层反应，部分原料生成N-甲基哌嗪，高温气态反应混合物经冷凝收集，再经精馏后得到产品。该方法反应温度高达300°C，能源消耗大，且单程转化率也只能达到50%，副产物多，产品纯度低；该生产方法使用的固定层催化剂不易更换，随着催化剂活性下降，转化率越来越低，能耗越来越高，到一定时候只能彻底更换，更换费用很高，生产成本难以下降。
发明内容本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种对环境友好、原料转化率高、产品选择性好、流程简单，适合工业化的N-甲基哌嗪的合成方法。本发明包括以下步骤1)縮合反应以甲醇为溶剂，哌嗪和甲醛以摩尔比1:0.81.6投料，在反应釜内进行縮合反应；2)縮合完成后，向同一反应釜内加入催化剂，并用氮气和氢气进行置换后，氢气升压至16Mpa，控制反应釜内物料温度为70100°C，保持搅拌直至氢化反应结束；其中，催化剂的加入量为哌嗪质量的412%;3)冷却物料至常温，停止搅拌后，出料过滤，回收催化剂；4)将滤液精馏，回收甲醇和未反应的哌嗪后，收取137"C馏分，得N-甲基哌嗪。本发明单程收率可高达7383%，较现有两种方法能源消耗大幅度下降，因此生产成本也大幅度下降；现行方法工艺中需经数次分离操作、设备数量多、流程长，本发明全部反应在一个反应器内完成，设备投资、维护量小，具有十分明显的工艺先进性；另，现行的方法一中产生大量废水，对环境有一定影响，本发明生产过程基本无三废产生；现行方法制成N-甲基哌嗪的纯度只能达99.0%,本发明可使产品纯度达99.95%。本发明所述催化剂可以选自雷尼镍或含钯5%的钯/炭。本发明所述甲醛采用分批加入的方法加入反应釜内。其优点是使縮合放热过程易于控制。另，本发明反应在带高速搅拌器的高压反应釜中进行，搅拌转速为80800转/分，有利于气液分布。具体实施方式实施例1:向容量为2升的高压反应釜中加入86克哌嗪(lmol)、800克甲醇，开动搅拌器，从加料孔分批加入81克浓度37%的甲醛(lmol)，然后加入4克雷尼镍催化剂，封闭高压釜。先后用氮气、氢气置换合格后，然后，将釜内氢压升至2.0Mpa，关闭加氢阀，保持搅拌，并缓缓将料温升至70-80°C，维持该温度，保持釜压2.0Mpa，进行氢化反应，直至氢化反应完成(不吸氢)。对反应釜降温、卸压，取出反应物。过滤，滤去催化剂雷尼镍用于下批反应。取滤液，蒸馏回收溶剂甲醇和未反应哌嗪后，收取137"C馏分，得纯度^99.95M的N-甲基哌嗪。实施例2:分批加入97.3克37%甲醛(1.2mol)，其余条件同例l。实施例3:分批加入113.5克37%甲醛(1.6mol)，其余条件同例l。实施例4:分批加入64.9克37%甲醛(0.8mol)，其余条件同例l。实施例5氢化压力3.0Mpa，其余条件同例1。实施例6:氢化压力6.0Mpa，其余条件同例1。实施例7:氢化温度90-10(TC，其余条件同例l。实施例8:氢化温度60-7(TC，其余条件同例l。实施例9:催化剂用量8克，其余条件同例1。实施例10:催化剂用量12克，其余条件同例1。以上各例有关数据见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注所有实施例中哌嗪为无水哌嗪，也可以使用各种规格含水哌嗪折算成无水哌嗪后投料。甲醛为37%工业甲醛，溶剂甲醇数量均为800克。本发明的催化剂可以是雷尼镍(铝镍合金粉经活化后得到的多孔状金属镍)，也可以使用同样数量的5%钯/炭催化剂(含钯5%的钯/炭)。根据上表数据分析当哌嗪数量一定时，随着甲醛配比的增加，副产物N，N-二甲基哌嗪数量上升；氢气压力上升，反应时间縮短；控制较高的氢化温度，反应时间縮短，但副产物增加，反之控制较低的氢化温度，反应时间延长，主产物收率提高；增加催化剂用量，反应时间明显縮短，对副产物也有一定抑制作用。权利要求1、一种N-甲基哌嗪的合成方法，其特征在于包括以下步骤1)缩合反应以甲醇为溶剂，哌嗪和甲醛以摩尔比1∶0.8～1.6投料，在反应釜内进行缩合反应；2)缩合完成后，向同一反应釜内加入催化剂，并用氮气和氢气进行置换后，氢气升压至1～6Mpa，控制反应釜内物料温度为70～100℃，保持搅拌直至氢化反应结束；其中，催化剂的加入量为哌嗪质量的4～12％；3)冷却物料至常温，停止搅拌后，出料过滤，回收催化剂；4)将滤液精馏，回收甲醇和未反应的哌嗪后，收取137℃馏分，得N-甲基哌嗪。2、根据权利要求1所述的N-甲基哌嗪合成方法，其特征在于所述催化剂为雷尼镍或5%钯/炭。3、根据权利要求1所述的N-甲基哌嗪合成方法，其特征在于甲醛采用分批加入的方法加入反应釜内。4、根据权利要求l或2或3所述的N-甲基哌嗪合成方法，其特征在于反应在带高速搅拌器的高压反应釜中进行，搅拌转速为80800转/分。全文摘要一种N-甲基哌嗪的合成方法，涉及化工产品的化学合成方法，特别是以哌嗪和甲醛、氢气为原料的N-甲基哌嗪的合成工艺。先将哌嗪和甲醛在常压下反应生成缩合物，然后在同一反应器内和氢气在雷尼镍催化剂催化下，生成N-甲基哌嗪。氢化压力1.0-6.0MPa，氢化温度70-100℃，催化剂用量为哌嗪投料量的4％-12％，反应溶剂为甲醇。该方法具有工艺流程短，设备投资省，单程收率高，无污染物排放等优点。文档编号C07D295/03GK101239957SQ20081001973公开日2008年8月13日申请日期2008年3月13日优先权日2008年3月13日发明者仲高华申请人:江都市新华化工有限公司