[发明专利]一种N－甲基哌嗪的合成方法

说明书

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。

背景技术

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℃，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)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。

本发明单程收率可高达73～83％，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。其优点是使缩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80～800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(1mol)、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(1mol)，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℃，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℃馏分，得纯度≥99.95％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1。

实施例3：

分批加入113.5克37％甲醛(1.6mol)，其余条件同例1。

实施例4：

分批加入64.9克37％甲醛(0.8mol)，其余条件同例1。

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90-100℃，其余条件同例1。

实施例8：

氢化温度60-70℃，其余条件同例1。

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：