CN102872873A

CN102872873A - 合成1,2-二哌啶基乙烷的方法及所用催化剂

Info

Publication number: CN102872873A
Application number: CN2012103476171A
Authority: CN
Inventors: 陈新志; 黄佳民; 叶小明; 钱超
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: CN102872873B

Abstract

本发明公开了一种用于合成1,2-二哌啶基乙烷的负载型催化剂，以焙烧后γ-氧化铝为载体，在上述载体上负载活性组分，活性组分由Cu和Ni组成；铜、镍和焙烧后γ-氧化铝的重量之和称为总量，铜占总量的17.2～18.5%，镍占总量的9.2～10.6%。本发明还同时提供了利用上述负载型催化剂合成1,2-二哌啶基乙烷的方法，包括将哌啶和乙二醇的混合液作为原料液置于原料罐中，利用进样泵匀速进样，原料液汽化后通过含有活化后负载型催化剂的固定床反应器，与固定床反应器中的活化后负载型催化剂进行临氢醇的催化胺化反应，产物进行除水，再进行常压精馏，得到1,2-二哌啶基乙烷。

Description

合成1,2-二哌啶基乙烷的方法及所用催化剂

技术领域

本发明涉及一种用于合成1,2-二哌啶基乙烷的方法及所用的催化剂。

背景技术

1,2-二哌啶基乙烷（1,2-Dipiperidinoethane），其分子式为C₁₂H₂₄N₂，其结构式如下所示：

1,2-二哌啶基乙烷是一种重要的精细化学中间体，主要用于药品的合成；其合成方法主要有两种，具体如下：

1）、以二氯乙烷和哌啶为原料，在氢氧化钠水溶液中，80℃反应12小时，得到产品1,2-二哌啶基乙烷，收率为70%。虽然此方法在收率方面不错，但是会生成大量氯化钠，容易对设备造成腐蚀，对环境不友好。

2）、在钌作为催化剂，如Ru₃(CO)₁₂和RuCl₃，以哌啶和乙二醇为原料，合成1,2-二哌啶基乙烷。此反应条件温和，产品收率不错，但是催化剂价格高且回收再利用是个很大难题，从而造成了成本的升高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种合成1,2-二哌啶基乙烷的方法及所用催化剂，该催化剂具有成本低、活性高、选择性好和寿命长等特点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于合成1,2-二哌啶基乙烷的负载型催化剂（简称负载型催化剂），以焙烧后γ-氧化铝为载体，在上述载体上负载活性组分，活性组分由Cu和Ni组成：铜、镍和焙烧后γ-氧化铝的重量之和称为总量，铜占总量的17.2～18.5%，镍占总量的9.2～10.6%。

备注说明：焙烧后γ-氧化铝可采用以下方法制备而得：将γ-氧化铝先于400～500℃焙烧3.5～4.5h，然后于850～950℃焙烧4.5～5.5h，得到焙烧后γ-氧化铝。

经检测，该焙烧后γ-氧化铝的比表面积为180～210m²g^-1，孔径为14.8～15.6nm。γ-氧化铝（即焙烧前的γ-氧化铝）为普通市售产品，其颗粒直径为2～3mm，而且焙烧前后γ-氧化铝的颗粒直径基本不变。

本发明还同时提供了上述用于合成1,2-二哌啶基乙烷的负载型催化剂（简称负载型催化剂）的制备方法，包括以下步骤：

1）、初次焙烧：

将γ-氧化铝先于400～500℃焙烧3.5～4.5h，然后于850～950℃焙烧4.5～5.5h（较佳为先于450℃焙烧4h，然后于900℃焙烧5h）；得到焙烧后γ-氧化铝；

2）、溶液配制：

将硝酸铜和硝酸镍（例如为三水硝酸铜和六水硝酸镍）溶解于水中，得到混合溶液；

3）、浸渍：

将步骤1）所得的焙烧后γ-氧化铝浸渍于步骤2）配制的混合溶液中（浸渍时间一般至少36小时），过滤，得到滤液和滤饼，所述滤饼为催化剂；

4）、再次焙烧：

将步骤3）所得的催化剂于50～70℃干燥1.5～2.5h，然后于400～500℃焙烧5～7h（较佳为：将步骤3）所得的催化剂于60℃干燥2h，然后于450℃焙烧6h），再自然降温至室温，得焙烧后催化剂；

5）、将步骤4）所得的焙烧后催化剂反复的依次进行如步骤3）所述的浸渍（即浸渍等同于步骤3）的浸渍的工艺条件）和如步骤4）所述的再次焙烧（即，焙烧的工艺条件等同于步骤4）的再次焙烧的工艺条件），直至步骤2）中配制的混合溶液被吸收完毕及后续相对应的再次焙烧完毕后，结束上述反复，得到用于合成1,2-二哌啶基乙烷的负载型催化剂（简称负载型催化剂）。

备注说明：

硝酸铜和硝酸镍经上述高温焙烧后，会转化成氧化铜和氧化镍；再根据实际所需的铜占总量（铜、镍和焙烧后γ-氧化铝的重量之和称为总量）的百分比以及镍占总量的百分比，可换算出步骤1）所得的焙烧后γ-氧化铝和步骤2）的混合溶液中的硝酸铜、硝酸镍的用量比。

为了控制上述反复浸渍和焙烧的次数，在步骤2）中的混合溶液中，控制硝酸铜的质量浓度为≥17%（最大至硝酸铜的饱和浓度），同理，控制硝酸镍的质量浓度为≥9%（最大至硝酸镍的饱和浓度）。

本发明还同时提供了利用上述负载型催化剂合成1,2-二哌啶基乙烷的方法，包括以下步骤：

1）、将负载型催化剂进行活化，得到活化后负载型催化剂，活化后负载型催化剂被置于固定床反应器中；

2）、将哌啶和乙二醇的混合液作为原料液置于原料罐中，利用进样泵匀速进样，原料液汽化后通过含有活化后负载型催化剂的固定床反应器，与固定床反应器中的活化后负载型催化剂进行临氢醇的催化胺化反应，原料液中哌啶与乙二醇的物质的量比为2.5～3.5：1，原料液的体积空速为0.1～0.25h^-1，调节氢压使固定床反应器内的压力为0.9～1.2MPa，固定床反应器内的温度为120～160℃；

3）、收集步骤2）所得的产物进行除水，再进行常压精馏（收集265～266℃收集的馏分），得到1,2-二哌啶基乙烷。

备注说明：汽化室内的温度只需能使哌啶和乙二醇汽化即可。

作为本发明的合成1,2-二哌啶基乙烷的方法的改进：活化后负载型催化剂的制备方法如下：

1）、先将负载型催化剂进行初步活化，初步活化时在不同活化时间段的通气时间、通气流量和加热温度如下表1所示：

表1

2）、将初步活化后的负载型催化剂在氢气作用下于160～240℃进行再次活化，直至无冷凝水产生；得到活化后的负载型催化剂。

备注说明：上述步骤1）的将用于合成1,2-二哌啶基乙烷的负载型催化剂（简称负载型催化剂）进行初步活化，可以在本发明的固定床反应器内进行，也可以在本发明的装置外完成活化后再置于固定床反应器内。

在本发明的合成1,2-二哌啶基乙烷的方法中，

；

备注说明：上述催化剂指的是负载型催化剂，负载型催化剂在活化前后的体积改变量几乎没有，所以此微乎其微的变量可忽略不计。

本发明的1,2-二哌啶基乙烷的合成方法，找到了一条乙二醇与哌啶进行醇的催化胺化反应得到1,2-二哌啶基乙烷的方法，反应式如下：

本发明的1,2-二哌啶基乙烷的合成方法的优点是：

1）、使用铜镍负载型催化剂，在气固相中进行反应，产物与催化剂的分离简单方便；而且催化剂廉价，活性高，选择好，寿命长。

2）、反应原料来源广泛，价格低廉，反应过程绿色清洁，污染少，反应结果收率高，适合工业化生产。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的1,2-二哌啶基乙烷的合成方法中所用装置的示意图。

备注说明：图中的代表流量计，起监测的作用。

具体实施方式

实施例1、负载型催化剂的制备方法，依次进行以下步骤：

1）、初次焙烧：

准确称取1000g颗粒直径2～3mm的γ-氧化铝，将γ-氧化铝先于450℃焙烧4h，然后于900℃焙烧5h，得到焙烧后γ-氧化铝；

2）、溶液配制：

准确称取888.5g三水硝酸铜和619.2g六水硝酸镍，将三水硝酸铜和六水硝酸镍溶解于水中，并且定容到2500mL，得混合溶液；

3）、浸渍：

将步骤1）所得的焙烧后γ-氧化铝浸渍于步骤2）配制的混合溶液中，浸渍至少36小时，过滤，得到滤液和滤饼，所述滤饼为催化剂；

4）、再次焙烧：

将步骤3）所得的催化剂于60℃干燥2h，然后于450℃焙烧6h，再自然降温至室温（一般指5~35℃），得焙烧后催化剂；

5）、将步骤4）所得的焙烧后催化剂反复的依次进行如步骤3）所述的浸渍和如步骤4）所述的再次焙烧，直至步骤2）中配制的混合溶液被吸收完毕及后续相对应的再次焙烧完毕后，结束上述反复（反复约4次，即浸渍→再次焙烧共约5次），得到用于合成1,2-二哌啶基乙烷的负载型催化剂。

该负载型催化剂中，铜占总重量的17.2%，镍占总重量的9.2%，铜、镍和焙烧后γ-氧化铝的重量之和称为总重量。

实施例2、一种1,2-二哌啶基乙烷的合成方法，依次进行以下步骤：

1）、将制备好的负载型催化剂（实施例1所得的用于合成1,2-二哌啶基乙烷的负载型催化剂）进行活化：

①、先将负载型催化剂进行初步活化，初步活化时在不同活化时间段的通气时间、通气流量和加热温度如上文中的表1所示，此步骤可在固定床反应器外进行，也可利用固定床反应器（但需要加N₂连接管道）。②、将初步活化后的负载型催化剂装填到固定床反应器中，在氢气作用下于160℃进行再次活化，直至活化完成(即固定床反应器下部无冷凝水产生)；得活化后负载型催化剂。

2）将哌啶1021.8g（12.0mol）与乙二醇248.3g（4.0mol）混合后置于原料罐中（哌啶与乙二醇物质的量比为3:1），所得的混合液作为原料液（即反应物），利用进样泵匀速地将混合液打入位于固定床反应器顶部的汽化室（汽化室内的温度要求能够使哌啶和乙二醇汽化），经汽化后与氢气共同进入含有活化后负载型催化剂的固定床反应器，进行临氢醇的催化胺化反应，原料液的体积空速为0.25h^-1，调节氢压使固定床反应器的压力为0.9MPa，固定床反应器温度控制为120℃；产物从固定床反应器的底部流出，随着反应进行，产物经过冷凝器后以液态形式收集。

3）收集步骤2）收集所得的产物（即反应液）进行除水（向反应液中加入足够的固碱，直至反应液分成液固相，取液相即为除完水的反应液），再进行常压精馏，收集106℃的馏分为过量的哌啶，可再次循环使用。265～266℃收集的馏分为产物1,2-二哌啶基乙烷，得到产物624.3g，收率为79.5%，纯度为99%，所得产物经表征结构正确。

改变实施例1中的三水硝酸铜和六水硝酸镍的用量，从而改变了铜镍在载体（即焙烧后γ-氧化铝）上的负载量以及改变实施例2中负载型催化剂再次活化的温度、哌啶与乙二醇的物质的量之比，反应温度（即固定床反应器内的温度）、反应压力和原料液的体积空速；其余步骤均同实施例1和2，分别得到实施例3～13，所得的1,2-二哌啶基乙烷收率如表2所示（纯度均为99%）：

表2

实施例14、相对于实施例2作如下改动：

将步骤1）中固定床反应器内放置的“活化后负载型催化剂”改成“按照实施例2所述合成方法已经使用了35000分钟后所得的活化后负载型催化剂”，其余同实施例2。最终所得的1,2-二哌啶基乙烷纯度99%，收率为78.9%。

对比例1~4、

改变实施例2中所用的催化剂（即，改变实施例1中的六水硝酸镍、三水硝酸铜的用量，从而改变了镍、铜在γ-氧化铝上的负载量，其余步骤均实施例1），其余同实施例2，分别得到对比例1~4，所得的1,2-二哌啶基乙烷收率如表3所示：

表3

对比例5~6、

改变实施例2中反应温度，其余内容均同实施例2，分别得到对比例5～6，所得的1,2-二哌啶基乙烷的收率如表4所示：

表4

对比例7~8、

改变实施例2中反应压力，其余内容均同实施例2，分别得到对比例7～8，所得的1,2-二哌啶基乙烷的收率如表5所示：

表5

对比例9~10、

改变实施例2中体积空速，其余步骤均同实施例2，分别得到对比例9～10，所得的1,2-二哌啶基乙烷的收率如表6所示：

表6

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.用于合成1,2-二哌啶基乙烷的负载型催化剂，其特征在于：以焙烧后γ-氧化铝为载体，在上述载体上负载活性组分，所述活性组分由Cu和Ni组成；所述铜、镍和焙烧后γ-氧化铝的重量之和称为总量，所述铜占总量的17.2～18.5%，镍占总量的9.2～10.6%。

2.如权利要求1所述的用于合成1,2-二哌啶基乙烷的负载型催化剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：

1）、初次焙烧：

将γ-氧化铝先于400～500℃焙烧3.5～4.5h，然后于850～950℃焙烧4.5～5.5h，得到焙烧后γ-氧化铝；

2）、溶液配制：

将硝酸铜和硝酸镍溶解于水中，得到混合溶液；

3）、浸渍：

将步骤1）所得的焙烧后γ-氧化铝浸渍于步骤2）配制的混合溶液中，过滤，得到滤液和滤饼；所述滤饼为催化剂；

4）、再次焙烧：

将步骤3）所得的催化剂于50～70℃干燥1.5～2.5h，然后于400～500℃焙烧5～7h，再自然降温至室温；得焙烧后催化剂；

5）、将步骤4）所得的焙烧后催化剂反复的依次进行如步骤3）所述的浸渍和如步骤4）所述的再次焙烧，直至步骤2）中配制的混合溶液被吸收完毕及相对应的再次焙烧完毕后，得到用于合成1,2-二哌啶基乙烷的负载型催化剂。

3.利用如权利要求1所述的负载型催化剂合成1,2-二哌啶基乙烷的方法，其特征是包括以下步骤：

3）、收集步骤2）所得的产物进行除水，再进行常压精馏，得到1,2-二哌啶基乙烷。

4.根据权利要求3所述的合成1,2-二哌啶基乙烷的方法，其特征是：将负载型催化剂进行活化的步骤如下：

A）、先将负载型催化剂进行初步活化，所述初步活化时在不同活化时间段的通气时间、通气流量和加热温度如下表所示：

B）、将初步活化后的负载型催化剂在氢气作用下于160～240℃进行再次活化，直至无冷凝水产生；得到活化后的负载型催化剂。