專利名稱：：一種n-甲基哌嗪的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種化工產(chǎn)品的化學合成方法，特別是以哌嗪和甲醛、氫氣為原料的N-甲基哌嗪的合成工藝。技術(shù)背景N-甲基哌嗪是哌嗪的衍生產(chǎn)品之一，是一種重要的精細化工產(chǎn)品，在醫(yī)藥上可用于合成氧氟沙星、左旋氧氟沙星、氟羅沙星等抗菌類藥物以及氯氮平、奧氮平等精神類藥物；在橡膠、塑料等高分子化工行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。目前該產(chǎn)品在國內(nèi)還處于開發(fā)發(fā)展階段，文獻記載的國內(nèi)開發(fā)的合成方法主要有兩種方法一將哌嗪和鹽酸在無水乙醇中先反應(yīng)生成哌嗪鹽酸鹽，蒸去乙醇分離出哌嗪鹽酸鹽后再與甲醛、甲酸反應(yīng)得N-甲基哌嗪鹽酸鹽，然后以氫氧化鈉中和，分離氯化鈉后，再經(jīng)過精餾得產(chǎn)品。該方法工藝過程長，生產(chǎn)中要使用腐蝕性很強的鹽酸和甲酸，污染嚴重，作業(yè)環(huán)境差，收率僅49%。方法二以甲醇作甲基化試劑和溶劑，將哌嗪和甲醇汽化后通過固定床催化劑層反應(yīng)，部分原料生成N-甲基哌嗪，高溫氣態(tài)反應(yīng)混合物經(jīng)冷凝收集，再經(jīng)精餾后得到產(chǎn)品。該方法反應(yīng)溫度高達300°C，能源消耗大，且單程轉(zhuǎn)化率也只能達到50%，副產(chǎn)物多，產(chǎn)品純度低；該生產(chǎn)方法使用的固定層催化劑不易更換，隨著催化劑活性下降，轉(zhuǎn)化率越來越低，能耗越來越高，到一定時候只能徹底更換，更換費用很高，生產(chǎn)成本難以下降。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服以上不足，提供一種對環(huán)境友好、原料轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)品選擇性好、流程簡單，適合工業(yè)化的N-甲基哌嗪的合成方法。本發(fā)明包括以下步驟1)縮合反應(yīng)以甲醇為溶劑，哌嗪和甲醛以摩爾比1:0.81.6投料，在反應(yīng)釜內(nèi)進行縮合反應(yīng)；2)縮合完成后，向同一反應(yīng)釜內(nèi)加入催化劑，并用氮氣和氫氣進行置換后，氫氣升壓至16Mpa，控制反應(yīng)釜內(nèi)物料溫度為70100°C，保持攪拌直至氫化反應(yīng)結(jié)束；其中，催化劑的加入量為哌嗪質(zhì)量的412%;3)冷卻物料至常溫，停止攪拌后，出料過濾，回收催化劑；4)將濾液精餾，回收甲醇和未反應(yīng)的哌嗪后，收取137"C餾分，得N-甲基哌嗪。本發(fā)明單程收率可高達7383%，較現(xiàn)有兩種方法能源消耗大幅度下降，因此生產(chǎn)成本也大幅度下降；現(xiàn)行方法工藝中需經(jīng)數(shù)次分離操作、設(shè)備數(shù)量多、流程長，本發(fā)明全部反應(yīng)在一個反應(yīng)器內(nèi)完成，設(shè)備投資、維護量小，具有十分明顯的工藝先進性；另，現(xiàn)行的方法一中產(chǎn)生大量廢水，對環(huán)境有一定影響，本發(fā)明生產(chǎn)過程基本無三廢產(chǎn)生；現(xiàn)行方法制成N-甲基哌嗪的純度只能達99.0%,本發(fā)明可使產(chǎn)品純度達99.95%。本發(fā)明所述催化劑可以選自雷尼鎳或含鈀5%的鈀/炭。本發(fā)明所述甲醛采用分批加入的方法加入反應(yīng)釜內(nèi)。其優(yōu)點是使縮合放熱過程易于控制。另，本發(fā)明反應(yīng)在帶高速攪拌器的高壓反應(yīng)釜中進行，攪拌轉(zhuǎn)速為80800轉(zhuǎn)/分，有利于氣液分布。具體實施方式實施例1:向容量為2升的高壓反應(yīng)釜中加入86克哌嗪(lmol)、800克甲醇，開動攪拌器，從加料孔分批加入81克濃度37%的甲醛(lmol)，然后加入4克雷尼鎳催化劑，封閉高壓釜。先后用氮氣、氫氣置換合格后，然后，將釜內(nèi)氫壓升至2.0Mpa，關(guān)閉加氫閥，保持攪拌，并緩緩將料溫升至70-80°C，維持該溫度，保持釜壓2.0Mpa，進行氫化反應(yīng)，直至氫化反應(yīng)完成(不吸氫)。對反應(yīng)釜降溫、卸壓，取出反應(yīng)物。過濾，濾去催化劑雷尼鎳用于下批反應(yīng)。取濾液，蒸餾回收溶劑甲醇和未反應(yīng)哌嗪后，收取137"C餾分，得純度^99.95M的N-甲基哌嗪。實施例2:分批加入97.3克37%甲醛(1.2mol)，其余條件同例l。實施例3:分批加入113.5克37%甲醛(1.6mol)，其余條件同例l。實施例4:分批加入64.9克37%甲醛(0.8mol)，其余條件同例l。實施例5氫化壓力3.0Mpa，其余條件同例1。實施例6:氫化壓力6.0Mpa，其余條件同例1。實施例7:氫化溫度90-10(TC，其余條件同例l。實施例8:氫化溫度60-7(TC，其余條件同例l。實施例9:催化劑用量8克，其余條件同例1。實施例10:催化劑用量12克，其余條件同例1。以上各例有關(guān)數(shù)據(jù)見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注所有實施例中哌嗪為無水哌嗪，也可以使用各種規(guī)格含水哌嗪折算成無水哌嗪后投料。甲醛為37%工業(yè)甲醛，溶劑甲醇數(shù)量均為800克。本發(fā)明的催化劑可以是雷尼鎳(鋁鎳合金粉經(jīng)活化后得到的多孔狀金屬鎳)，也可以使用同樣數(shù)量的5%鈀/炭催化劑(含鈀5%的鈀/炭)。根據(jù)上表數(shù)據(jù)分析當哌嗪數(shù)量一定時，隨著甲醛配比的增加，副產(chǎn)物N，N-二甲基哌嗪數(shù)量上升；氫氣壓力上升，反應(yīng)時間縮短；控制較高的氫化溫度，反應(yīng)時間縮短，但副產(chǎn)物增加，反之控制較低的氫化溫度，反應(yīng)時間延長，主產(chǎn)物收率提高；增加催化劑用量，反應(yīng)時間明顯縮短，對副產(chǎn)物也有一定抑制作用。權(quán)利要求1、一種N-甲基哌嗪的合成方法，其特征在于包括以下步驟1)縮合反應(yīng)以甲醇為溶劑，哌嗪和甲醛以摩爾比1∶0.8～1.6投料，在反應(yīng)釜內(nèi)進行縮合反應(yīng)；2)縮合完成后，向同一反應(yīng)釜內(nèi)加入催化劑，并用氮氣和氫氣進行置換后，氫氣升壓至1～6Mpa，控制反應(yīng)釜內(nèi)物料溫度為70～100℃，保持攪拌直至氫化反應(yīng)結(jié)束；其中，催化劑的加入量為哌嗪質(zhì)量的4～12％；3)冷卻物料至常溫，停止攪拌后，出料過濾，回收催化劑；4)將濾液精餾，回收甲醇和未反應(yīng)的哌嗪后，收取137℃餾分，得N-甲基哌嗪。2、根據(jù)權(quán)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劑為雷尼鎳或5%鈀/炭。3、根據(jù)權(quán)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應(yīng)釜內(nèi)。4、根據(jù)權(quán)利要求l或2或3所述的N-甲基哌嗪合成方法，其特征在于反應(yīng)在帶高速攪拌器的高壓反應(yīng)釜中進行，攪拌轉(zhuǎn)速為80800轉(zhuǎn)/分。全文摘要一種N-甲基哌嗪的合成方法，涉及化工產(chǎn)品的化學合成方法，特別是以哌嗪和甲醛、氫氣為原料的N-甲基哌嗪的合成工藝。先將哌嗪和甲醛在常壓下反應(yīng)生成縮合物，然后在同一反應(yīng)器內(nèi)和氫氣在雷尼鎳催化劑催化下，生成N-甲基哌嗪。氫化壓力1.0-6.0MPa，氫化溫度70-100℃，催化劑用量為哌嗪投料量的4％-12％，反應(yīng)溶劑為甲醇。該方法具有工藝流程短，設(shè)備投資省，單程收率高，無污染物排放等優(yōu)點。文檔編號C07D295/03GK101239957SQ20081001973公開日2008年8月13日申請日期2008年3月13日優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日發(fā)明者仲高華申請人:江都市新華化工有限公司