CN104098508B - 2,3,4,5-四氢吡啶及其衍生物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种2,3,4,5-四氢吡啶的制备方法，将戊二胺纯品、水溶液或戊二胺的有机溶剂溶液加热转化制得2,3,4,5-四氢吡啶。本发明还公开了2,3,4,5-四氢吡啶通过进一步氧化反应制得吡啶或者进一步还原反应制得哌啶的方法。本发明的2,3,4,5-四氢吡啶及其衍生物的制备方法是采用戊二胺为原料，具有绿色环保、合成工艺步骤简单、转化效率高的优点，具有广泛的工业应用前景。

Description

2,3,4,5-四氢吡啶及其衍生物的制备方法
技术领域
本发明属于化学领域，具体地说，本发明涉及一种由戊二胺制备化合物2,3,4,5-四氢吡啶及其衍生物的方法。
背景技术
吡啶作为一种重要的精细化工原料，是目前杂环化合物中应用范围最为广泛的品种之一，在农药、医药、染料、日用化工、香料、饲料添加剂等诸多领域中都有广泛的用途。哌啶一般由吡啶加氢制备得到，可用于制造局部麻醉药、止痛药、杀菌剂、润湿剂、环氧树脂固化剂、橡胶硫化促进剂、药品的中间体、橡胶促进剂的原料及环氧树脂固化剂等。
在医药领域中，吡啶及其系列产品可用于制造50多种药物，如青霉素、氟哌酸、地塞米松、奥美拉唑、兰索拉唑、乙酰螺旋霉素、磺胺药物、吡喹酮、可的松以及一些抗肿瘤药物、血管扩张药物等。
随着我国经济的稳步发展，今后市场对吡啶及系列产品的需求还会持续上升，尤其是农药领域、医药领域、日化领域以及其他一些领域的需求增长较快。而未来几年我国市场上吡啶系列产品的产量难以大幅增长，因此还需大量进口。
工业上化学合成吡啶的生产方法不多，除了少数厂家采用氯和丙烯醛为原料外，大多数厂家都采用乙醛、甲醛和氨为原料，通常用氮气加热催化剂到400～500℃，并将乙醛、甲醛（40%水溶液）和氮预热至120～150℃后引入反应器，经催化缩合得到产品，生产出的产品以纯吡啶为主，副产3-甲基吡啶的数量由所采用的催化剂、操作条件而定，一般在30%～50%。
吡啶合成的生产原料很简单，主要是甲醛、乙醛和氨等，但合成技术上很难突破，生产工艺极其复杂。同时，这一工艺依赖以石油和天然气为原料来生产。但随着石油和天然气资源的逐渐枯竭，石油制品在生产和使用过程中导致的温室效应日趋严重，寻找石化资源的替代产品，特别是基于可再生资源的绿色制品，成为当今化学工业的重要发展方向。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请的发明人使用基于生物原料的1,5-戊二胺为原料制备吡啶及其衍生物。
本发明的第一个目的在于提供一种2,3,4,5-四氢吡啶的制备方法，将戊二胺加热转化制得2,3,4,5-四氢吡啶。
根据本发明，所述戊二胺为戊二胺纯品、戊二胺水溶液或戊二胺的有机溶剂溶液。
根据本发明，所述加热的温度为120℃以上，戊二胺或其溶液的沸点以下。
根据本发明，所述有机溶剂选自，沸点在130℃以上的烷烃、苯类、氯代烃、醇类、醚类、酯类、胺类或它们的混合物。
根据本发明的优选实施例，所述有机溶剂为沸点高于190℃的有机醇。
根据本发明，所述戊二胺可以通过化学法制备得到，也可以通过生物法制备得到。
本发明的第二个目的在于提供上述制备方法制得的2,3,4,5-四氢吡啶。
本发明的第三个目的在于提供吡啶的制备方法，将上述的2,3,4,5-四氢吡啶通过进一步氧化反应制得。
根据本发明的优选实施例，所述氧化反应的氧化剂为重量比92%以上的浓硫酸。
本发明的第四个目的在于提供哌啶的制备方法，将上述的2,3,4,5-四氢吡啶通过进一步还原反应制得。
根据本发明的优选实施例，所述还原反应的还原剂为氢气。
本发明的有益效果：
1、本发明使用戊二胺作为原料制备得到2,3,4,5-四氢吡啶及其衍生物的合成工艺步骤简单，转化效率高，哌啶制备工艺中的反应原料2,3,4,5-四氢吡啶的转化率达到99％，哌啶化合物的收率达到95％以上。
2、上述的戊二胺可以通过生物法制备，与传统的石油和天然气原料相比，具有绿色环保的优点。
具体实施方式
1）戊二胺的制备
本发明中的戊二胺，可以通过化学法制备，例如“非晶态镍催化剂上戊二腈催化加氢制备戊二胺”（李崇等，石油化工，2010年第39卷第5期，524-527页）公开了采用非晶态镍催化剂、以无水乙醇为溶剂，在高压反应釜中进行了戊二腈催化加氢制备戊二胺的制备方法。戊二胺也可采用生物法制备。本领域的技术人员都可以知道，将赖氨酸（盐）在赖氨酸脱羧酶（EC4.1.1.18）的作用下，脱去两端羧基，生成戊二胺。例如“L-赖氨酸脱羧酶性质及应用研究”（蒋丽丽，南京大学，硕士论文，2007）中公开了具体的生物法制备戊二胺方法。例如“微生物转化L-赖氨酸为尸胺的研究”（朱婧，天津科技大学，硕士论文，2009.3）中公开了具体的生物法制备戊二胺方法。
2）2,3,4,5-四氢吡啶及其衍生物的制备
戊二胺转化制备2,3,4,5-四氢吡啶的反应温度为120℃以上，优选150℃以上，更优选170℃以上。
戊二胺转化制备2,3,4,5-四氢吡啶，可以在戊二胺纯品（戊二胺室温下为液体）中进行，可以在戊二胺水溶液中进行，也可以在戊二胺的有机溶液中进行。用来分散戊二胺的有机溶剂，一般要求沸点在130℃以上，不会跟戊二胺发生明显的化学反应，或在本发明设定条件下，戊二胺与有机溶剂发生反应的比例小于2%（以戊二胺重量计算）。
在以上要求限制下，有机酸、醛或酮类物质不是非常合适的溶剂类型，除此之外，合适的有机溶剂可以是烷烃、苯类、氯代烃、醇类、醚类、酯类、胺类或其他类有机物，或几种合适的有机溶剂的混合物。
本发明优选沸点高于190℃的有机醇作为制备2,3,4,5-四氢吡啶的溶剂。
本发明的戊二胺溶液（水溶液和有机溶液总称），浓度没有特别的要求。一般而言，为工业化生产方便考虑，戊二胺浓度可以在10%（重量比）以上。
本发明优选戊二胺的水溶液来制备2,3,4,5-四氢吡啶，随着反应温度的升高，戊二胺水溶液中的水含量逐步减少。
本发明领域的人员容易理解，戊二胺转化制备2,3,4,5-四氢吡啶的反应温度不应该超过戊二胺或其溶液的沸点，所述的沸点，对于戊二胺纯品而言为戊二胺纯品的沸点，对于戊二胺水溶液而言为戊二胺水溶液的初始沸点，对于戊二胺有机溶剂而言为戊二胺与有机溶剂混合物的初始沸点。
戊二胺转化制备2,3,4,5-四氢吡啶的反应时间与反应温度有关系，温度越高，转化速度越快。在一个实施例中，戊二胺纯品在160℃温度下，保持8小时后，大约5%的戊二胺被转化为2,3,4,5-四氢吡啶。在一个实施例中，戊二胺的十二醇溶液在210℃温度下，保持8小时后，大约12%的戊二胺被转化为2,3,4,5-四氢吡啶。
本领域技术人员应知道，2,3,4,5-四氢吡啶可以通过进一步氧化反应得到吡啶。在一个实施例中，2,3,4,5-四氢吡啶在浓硫酸溶液中氧化反应得到吡啶。
本领域技术人员应知道，2,3,4,5-四氢吡啶可以通过进一步还原反应得到哌啶。2,3,4,5-四氢吡啶还原得到哌啶的还原剂，可以是化学还原剂如硼氢化钠，也可以是氢气。在一个实施例中，在骨架镍系催化剂存在的条件下，采用氢气作为还原剂，得到哌啶。
以下实施例中使用的物质测定方法如下：
1、硫酸根离子的检测方法
按照GB6009-92工业无水硫酸钠的方法检测。
2、氯离子的检测方法
按照GB/T12457-90食品中氯化钠的方法检测。
3、其他离子的检测方法
根据不同的离子种类，采用离子色谱检测。
4、2,3,4,5-四氢吡啶、吡啶、哌啶的检测方法
参考GB/T23296.17-2009的气相分析条件检测。
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
实施例1、2,3,4,5-四氢吡啶的制备
在500mL烧瓶内，加入200g含量98%（重量比）的戊二胺样品，油浴加热，回流冷凝管冷却回流。
加热升温，戊二胺溶液在160℃油浴温度下，保持8h后，溶液中有8.3g2,3,4,5-四氢吡啶生成。
实施例2、2,3,4,5-四氢吡啶的制备
在500mL烧瓶内，加入200g戊二胺水溶液，其中，戊二胺含量94%（重量比），水含量在4%（重量比），油浴加热，回流冷凝管冷却回流。
加热升温，戊二胺溶液在155℃油浴温度下，保持14h后，溶液中有6.2g2,3,4,5-四氢吡啶生成。
实施例3、2,3,4,5-四氢吡啶的制备
在500mL烧瓶内，加入80g含量99%（重量比）的戊二胺样品，加入120g十二醇，油浴加热，回流冷凝管冷却回流。
加热升温，戊二胺的十二醇溶液在210℃油浴温度下，保持8h后，溶液中有8.7g的2，3，4，5-四氢吡啶生成。
实施例4、2,3,4,5-四氢吡啶的制备
在3000mL烧瓶内，加入300g含量99%（重量比）的戊二胺样品，加入1200g十六烷，油浴加热，回流冷凝管冷却回流。
加热升温，戊二胺的十六烷溶液在220℃油浴温度下，保持16h后，溶液中有45.2g的2，3，4，5-四氢吡啶生成。
实施例5、2,3,4,5-四氢吡啶的制备
在500mL烧瓶内，加入200g含量98%（重量比）的戊二胺样品，油浴加热，回流冷凝管冷却回流。
加热升温，戊二胺溶液在180℃温度下回流12h后，溶液中有17.2g的2,3,4,5-四氢吡啶生成。
实施例6、吡啶的制备
50g含量97%（重量比）的2,3,4,5-四氢吡啶加入到150g重量比95%浓硫酸溶液中，加热到90℃，反应2h后，加入500g水，加30%氢氧化钠水溶液调pH大于13.6，蒸发浓缩，分离硫酸钠，蒸出得到混合物。混合物中含有15g吡啶。
实施例7、哌啶的制备
在5L高压釜内，加入1000g2,3,4,5-四氢吡啶，加入骨架镍催化剂10g，磁力搅拌，氮气置换。在110℃、4.0MPa压力下通入氢气进行催化加氢反应，12h后反应结束。
检测产物组成，2,3,4,5-四氢吡啶的转化率达到99%，哌啶化合物的收率达到96.2%。
实施例8、哌啶的制备
在5L高压釜内，加入1000g2,3,4,5-四氢吡啶，加入骨架镍催化剂10g，磁力搅拌，氮气置换。在140℃、3.0MPa压力下通入氢气进行催化加氢反应，10h后反应结束。
检测产物组成，2,3,4,5-四氢吡啶的转化率达到99%，哌啶化合物的收率达到95.1%。
虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到，可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (6)

1.一种2,3,4,5-四氢吡啶的制备方法，其特征在于，将戊二胺加热转化制得2,3,4,5-四氢吡啶。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述戊二胺为戊二胺纯品、戊二胺的水溶液或戊二胺的有机溶剂溶液。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为120℃以上，戊二胺或其溶液的沸点以下。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自：沸点在130℃以上的烷烃、苯类、氯代烃、醇类、醚类、酯类、胺类或它们的混合物。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为沸点高于190℃的有机醇。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述戊二胺为化学法或生物法制备。
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