CN104011030B - 制备烷氧基化哌嗪化合物的改进方法 - Google Patents

制备烷氧基化哌嗪化合物的改进方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及制备单‑和二‑烷氧基化的哌嗪化合物特别是二羟乙基哌嗪的改进方法。所述改进包括在向反应器中加入环氧烷前，向哌嗪化合物中加入酸，在所述反应器中制备所述烷氧基化的哌嗪化合物。所述改进减少了不想要的二醇醚副产物的浓度，所述副产物导致烷氧基化的哌嗪化合物不想要的颜色和发泡。

Description

制备烷氧基化哌嗪化合物的改进方法
技术领域
本发明涉及制备单-和二烷氧基化的哌嗪化合物、尤其是二羟乙基哌嗪的改进方法。所述改进减少了不需要的二醇醚副产物的浓度，所述副产物导致烷氧基化的哌嗪化合物颜色形成和发泡。
背景技术
本发明涉及由环氧烷和哌嗪化合物制备单-和/或二烷氧基化的哌嗪化合物。这些烷氧基化的哌嗪化合物的常见副产物包括二醇醚副产物。已知不期望二醇醚副产物，例如参见US5334763和5395973，其公开了通过加入二氧化碳而从单-、二-或三乙醇胺的生产中减少乙氧基化的或二醇醚胺副产物。这些副产物导致不想要的颜色和/或在使用期间产生泡沫，例如在如硬表面清洁、腐蚀抑制等等此类应用中。由于该副产物在单-和/或二烷氧基化的哌嗪化合物的某些商业用途中也是不想要的，所以需要一种方法以制备具有更好(例如，更少)的颜色和更低的发泡倾向的单-和/或二烷氧基化的哌嗪化合物。
发明概述
本发明是对由环氧烷和哌嗪化合物反应制备烷氧基化的哌嗪化合物的方法和条件的改进，其中形成了不需要的二醇醚副产物，所述改进包含在向反应器中加入环氧烷之前，将酸添加至包含哌嗪化合物的反应混合物、优选包含1到70％的哌嗪化合物的水溶液中，在所述反应器中制备烷氧基化的哌嗪化合物。
优选在上文限定的改进方法中，酸以0.001到5重量％的量存在，基于水溶液的总重量。
优选在上文限定的改进方法中，酸是pKa等于或小于13的无机酸或有机酸。
优选在上文限定的改进方法中，酸是磷酸、硫酸、盐酸、硼酸、硝酸、羧酸、酚、酚衍生物或醇。
优选在上文限定的改进方法中，环氧烷是环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷或环氧氯丙烷。
优选在上文限定的改进方法中，环氧烷以对每NH而言0.5至2.5mol当量环氧烷的量存在，基于哌嗪化合物的量。
优选在上文限定的改进方法中，该方法在小于250℃的反应温度下进行。
优选在上文限定的改进方法中，在制备二羟基乙基哌嗪化合物的方法中，将酸加入到反应器中。
发明详述
本发明基于如下发现：即在制备单-和/或二烷氧基化的哌嗪化合物的方法和条件下，其中二醇醚作为不想要的副产物而形成，通过向反应器中加入甚至很少量的酸，至少这些不想要的副产物的水平被降低或该副产物基本上被消除，在所述反应器中制备这些单-和/或二烷氧基化的哌嗪化合物。
在本发明中，哌嗪化合物可以由下式表示：
其中，R、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9各自独立地为氢、烷基、芳基、-(CH2-CH2-O)n-H(其中n是0到8的整数)、羟烷基、氨基烷基(其中氮可以为5或6元环的部分)、含季铵的亚烷基、羧酸和/或其盐、或磺酸和/或其盐，优选R1、R2、R3和R4全是氢，前提是R和R1中至少一个是氢。
合适的环氧烷是取代的氧杂环丙烷类化合物并由下式表示：
其中R10、R11、R12和R13独立地是氢、卤素、烷基、卤代烷基、苯基、卤代苯基、芳基、烷芳基、亚烷基连接的芳族醚部分、或杂环多价基团。优选的环氧烷是环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、环氧氯丙烷、氧化苯乙烯或苯基缩水甘油醚。
联系上述的发现，已经确定：相关于(由环氧烷和哌嗪化合物)生成烷氧基化的哌嗪化合物，我们认为，按照下述哌嗪与环氧乙烷反应的机制，通过季化哌嗪醇化物的离子对中间体形成了烷氧基化的哌嗪副产物。相应的季化哌嗪醇化物离子对被认为在制备其它烷氧基化的哌嗪化合物中形成(或能够在特定反应温度和条件下形成)，其中使用了除了环氧乙烷之外的环氧烷，例如环氧丙烷、环氧丁烷。
最优选的应用是用于制备二羟基乙基哌嗪，和在后文中，在该最优选的应用的范畴中描述和说明本发明，但是本领域技术人员能够将本发明应用于其它烷氧基化的哌嗪化合物的方法中。在二羟基乙基哌嗪的生产中，乙氧基化哌嗪副产物的季化哌嗪前体在不超过约150℃的反应温度下稳定，而且正是在该温度下进行的方法中本发明是最有用的。所述季铵前体对于涉及约150℃至约250℃的反应温度的方法而言是较不稳定的，并因此在形成乙氧基化的哌嗪方面是较少问题的。
然而本发明的主要优点是其允许环氧乙烷和哌嗪化合物反应进行，而显著地减少作为副产物的二醇醚的水平或基本上消除它们。
据信季化哌嗪前体基本上如下形成：
方案1
季化哌嗪离子对与环氧乙烷的反应导致形成各种二醇醚醇化物。在没有酸时，季化哌嗪前体可以形成一种或多种包括如下的乙二醇的二醇醚副产物(统称为重组分)。在方案2中的反应并不旨在将每个或所有可能的产生二醇醚副产物的反应包括在内。
方案2
已经显示哌嗪化合物的过度烷氧基化导致发泡。我们的研究已经确定了由烷氧基化物产生的重组分也显著地导致发泡，烷氧基化物的浓度越高，发泡越多。发泡引起各种工艺和最终使用问题，例如降低泵的效率(例如，空泡)、降低泵和存储槽的容量、细菌生长、污物漂浮、形成污物沉积、降低流体溶液的有效性、停工以清理槽、滤网和滤器的排放问题、由于缺陷导致的材料退回的成本等等。本发明的方法改进减少和/或消除了由于形成烷氧基化物导致的烷氧基化的哌嗪化合物的发泡。
在本发明的方法中，哌嗪化合物的烷氧基化可以在无水条件下通过熔融哌嗪化合物而完成，例如，反应混合物是净哌嗪化合物。优选地，哌嗪化合物的烷氧基化通过制备反应混合物而完成，所述反应混合物包含1-70重量％的哌嗪化合物在水中的水溶液，基于反应混合物总重量0.001-5重量％的酸，以及基于哌嗪化合物的量每NH0.5至2.5mol当量的环氧烷。优选酸在环氧烷加入之前被加入到哌嗪化合物中。
反应温度取决于所用的环氧烷。优选地，反应温度等于或小于250℃，优选等于或小于200℃，更优选等于或小于170℃，更优选等于或小于150℃。优选地，反应温度等于或大于40℃，优选等于或小于80℃，更优选等于或小于100℃，更优选等于或小于120℃。
允许烷氧基化反应进行直到期望水平的哌嗪化合物被转化为二羟基烷基哌嗪化合物，优选等于或大于50％的转化，更优选等于或大于60％的转化，更优选等于或大于70％的转化，更优选等于或大于80％的转化，更优选等于或大于90％的转化，和最优选等于或大于95％的哌嗪化合物转化为二羟基烷基哌嗪化合物。
如果反应混合物是水溶液，优选哌嗪化合物以基于反应混合物的总重量等于或小于70重量％的量存在，优选基于反应混合物的总重量等于或小于60重量％，更优选等于或小于50重量％。如果反应混合物是水溶液，优选哌嗪化合物以基于反应混合物的总重量等于或大于1重量％的量存在，优选基于反应混合物的总重量等于或大于10重量％，更优选等于或大于20重量％。
醇化物具有13-15的pKa值。哌嗪和羟乙基哌嗪分别具有9.7和9.1的pKa值。我们发现加入质子给体化合物(后文称为酸，例如有机酸或无机酸)通过质子化醇化物减少了二醇醚副产物的形成，所述醇化物比哌嗪和羟乙基哌嗪碱性高几个数量级。优选的酸是pKa等于或小于13的质子给体化合物，更优选pKa等于或小于11，更优选pKa等于或小于9，和更优选pKa等于或小于5。合适的无机酸的实例是磷酸、硫酸、盐酸、硼酸、硝酸等等。适合的有机酸的实例是羧酸、酚、酚衍生物、醇等等。
优选加入到反应混合物中的酸的量基于反应混合物的总重量等于或小于5重量％，优选基于反应混合物的总重量等于或小于2.5重量％，更优选等于或小于2重量％，甚至更优选等于或小于1.5重量％，和甚至更优选等于或小于1重量％。优选加入到反应混合物中的酸的量基于反应混合物的总重量等于或大于0.001重量％。优选基于反应混合物的总重量等于或大于0.01重量％，和更优选等于或大于0.1重量％。
优选加入到反应混合物中的环氧烷的量基于哌嗪化合物的量等于或小于每NH3mol当量，优选基于哌嗪化合物的量等于或小于每NH 2.5mol当量，更优选等于或小于2mol当量。优选加入到反应混合物中的环氧烷的量基于哌嗪化合物的量等于或大于每NH0.5mol当量，优选基于哌嗪化合物的量等于或大于每NH1mol当量，优选等于或大于1.5mol当量。
实施例
实施例和比较例在120℃在加热的9升(L)不锈钢搅拌反应器中运行。在实施例1和2和比较例A中，3千克(kg)33重量％的哌嗪在水中的溶液装载到反应器中。环氧乙烷(EO)在若干小时内在120℃下使用1.9∶1.0的摩尔比(EO∶哌嗪)计量加入到反应器中。在实施例1中，在加入环氧乙烷前加入0.5重量％的硫酸(98％，H2SO4)。在实施例2中，在加入环氧乙烷前加入5重量％的磷酸二氢钠(NaH2PO4)。在完成环氧乙烷的加入后，将反应在室温下搅拌若干小时以消耗残留的环氧乙烷。测试如此所制得的反应混合物。
泡沫测定如下：100毫升(ml)样品(例如，实施例X到Y和比较例Z到W的经反应的混合物)加入到500ml量筒中，其包含连接到干燥空气源的气泡扩散器。使反应混合物和没有空气通过其的扩散器进行平衡2分钟。测定合并后的高度(例如，100ml加上被扩散器占据的体积)并以毫升记录。2分钟的平衡时间后，空气以1000ml/min的速率穿过溶液1分钟，然后停止。以毫升立即测定所生成的最终泡沫体积。最终体积减去起始体积被报告为泡沫高度(ml)。测定泡沫崩溃直到液体的最初外观的时间并报告为破裂时间(秒(s))。结果列于表1中。
通过气相色谱使用装配有J&W Scientific DB-WAX柱的Agilent Technologies7890型GC分析二醇醚副产物(三聚和四聚乙氧基化的哌嗪化合物)的量。鉴别化合物使用质谱以正化学电离模式进行并且其量以重量％显示在表1中。在本文中使用时，三聚哌嗪化合物被定义为哌嗪与三个环氧乙烷的反应产物，并且四聚哌嗪化合物被定义为哌嗪与四个环氧乙烷的反应产物。
使用具有10.0mm光程的Lovibond PFX195色调计按照ASTM1544确定颜色。
表1

Claims (8)

1.在哌嗪化合物与环氧烷反应的过程中减少不需要的二醇醚副产物的产生的方法，其中所述哌嗪化合物具有下式：
其中R、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9各自独立地为氢、烷基、芳基、其中n是0到8的整数的-(CH2-CH2-O)n-H、羟烷基、其中氮可以为5或6元环的部分的氨基烷基、含季铵的亚烷基、羧酸和/或其盐、或磺酸和/或其盐，前提是R和R1中至少一个是氢；
所述环氧烷是环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷或环氧氯丙烷；
所述方法包括在向反应器中加入所述环氧烷前，向包含所述哌嗪化合物的反应混合物加入酸，在所述反应器中制备烷氧基化的哌嗪化合物，其中所述酸是磷酸、硫酸、盐酸、硼酸、硝酸、或羧酸。
2.如权利要求1中所述的方法，其中所述反应混合物是1到70重量％的哌嗪化合物水溶液。
3.如权利要求1中所述的方法，其中所述酸以0.001到5重量％的量存在，基于所述反应混合物的总重量。
4.如权利要求1中所述的方法，其中所述酸是pKa等于或小于13的无机酸或有机酸。
5.如权利要求1中所述的方法，其中R1、R2、R3和R4全是氢。
6.如权利要求1中所述的方法，其中所述环氧烷基于哌嗪化合物的量以每NH0.5到2.5mol当量环氧烷的量存在。
7.如权利要求1中所述的方法，其中所述方法在小于250℃的反应温度下进行。
8.如权利要求1中所述的方法，其中在制备二羟基乙基哌嗪的方法中将酸加入到所述反应器中。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4757143A (en) * 1986-06-09 1988-07-12 Texaco Inc. Catalytic method for the manufacture of triethylenediamine
US5334763A (en) * 1993-04-22 1994-08-02 The Dow Chemical Company Processes for making ethanolamines
CN1111609A (zh) * 1994-01-31 1995-11-15 国际壳牌研究有限公司 烷氧基化方法
CN1660821A (zh) * 1998-02-02 2005-08-31 西巴特殊化学品控股有限公司 氧代哌嗪衍生物及光稳定化的组合物

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US846795A (en) * 1905-09-30 1907-03-12 Gen Electric Shaft-bearing.
US2541260A (en) * 1949-06-10 1951-02-13 Colgate Palmolive Peet Co Di-n-alkoxy substituted piperazine derivatives and method of preparing same
JPS5159809A (zh) * 1974-11-15 1976-05-25 Tokuyama Soda Kk
JPS5251307A (en) * 1975-10-21 1977-04-25 Tokuyama Soda Co Ltd Process for preparatio of alkyleneglycolethers
CN1067246A (zh) * 1992-05-26 1992-12-23 薛守礼 三乙撑二胺合成新工艺
US5395973A (en) 1993-04-22 1995-03-07 The Dow Chemical Company Processes for making ethanolamines

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4757143A (en) * 1986-06-09 1988-07-12 Texaco Inc. Catalytic method for the manufacture of triethylenediamine
US5334763A (en) * 1993-04-22 1994-08-02 The Dow Chemical Company Processes for making ethanolamines
CN1111609A (zh) * 1994-01-31 1995-11-15 国际壳牌研究有限公司 烷氧基化方法
CN1660821A (zh) * 1998-02-02 2005-08-31 西巴特殊化学品控股有限公司 氧代哌嗪衍生物及光稳定化的组合物

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1,1-(Piperazine-1,4-diyl)dipropan-2-ol;Murat Türkyilmaz等;《Acta Crystallographica, Section E: Structure Reports Online》;20110731;第67卷(第7期);第O1758-U1297页 *
合成哌嗪副产物综合利用的研究;陈立功，等;《化学工业与工程》;20001231;第17卷(第6期);第341-345页 *

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