CN107674019A - 一种1,2,2,6,6‑五甲基‑4‑哌啶酮的合成方法 - Google Patents

一种1,2,2,6,6‑五甲基‑4‑哌啶酮的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种1,2,2,6,6‑五甲基‑4‑哌啶酮的合成方法，包括以下步骤：将丙酮与甲胺按比例加入反应釜中，然后加入催化剂，搅拌进行反应，所述催化剂包括磺酸功能化的SBA‑15；反应完毕后加入碱淬灭催化剂，然后过滤出催化剂，获得1,2,2,6,6‑五甲基‑4‑哌啶酮粗品；纯化后得1,2,2,6,6‑五甲基‑4‑哌啶酮纯品。本发明提供的1,2,2,6,6‑五甲基‑4‑哌啶酮的合成方法，产品收率高，经济、高效、环保，非常适合工业化生产。

Description

一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法
技术领域
本发明属于催化合成技术领域，具体涉及一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法。
背景技术
1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶醇是广泛用于受阻胺类光稳定剂的中间体，工业生产上主要是利用2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇的甲基化方法来制备，但是2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇的制备过程较为繁琐，很大程度上也制约了甲基化法制备1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶醇的进一步推广。而利用1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮一步还原制备1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶醇是最为经济、绿色、高效的合成方法，但是1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的直接合成工艺较为少见。
专利US6646127报道了利用CaY分子筛作催化剂来催化丙酮与氨气直接合成1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮类似物2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮的方法，但是该法反应温度较高且丙酮转化率较低。专利CN103224465公开了一种利用丙酮与氨气制备2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮的方法，所用催化剂为磺酸型或磷酸型树脂，但是该法收率较低，主要是因为树脂所提供的磺酸基或磷酸基催化活性位点非常有限；另一方面，所用的树脂耐受性较差，使用过程中容易出现孔道坍塌、焦化等情况。综上，现有利用丙酮与氨气制备2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮的工艺普遍存在收率较低的缺点。此外，通过该法推广到利用丙酮与甲胺来制备1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的技术瓶颈也始终未能突破，其主要原因是未筛选得到合适的催化剂来提高产率，而且氨气与甲胺两个原料之间存在的差异也为1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成带来了很大的困难。
因此急需一种环保、高效、经济且产率高的1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种环保、高效、经济且产率高的1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法。
本发明提供了如下的技术方案：
一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，包括以下步骤：
S1：将丙酮与甲胺按比例加入反应釜中，然后加入催化剂，搅拌进行反应，所述催化剂包括磺酸功能化的SBA-15；
S2：反应完毕后加入碱淬灭催化剂，然后过滤出催化剂，获得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮粗品；
S3：将S2中的粗品纯化后得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品。
优选的，所述S1中的催化剂还包括硝酸甲胺、溴化甲胺、氯化甲铵和乙酰氯中的一种或几种。
优选的，所述S1中的催化剂的质量为丙酮质量的5～20％。
优选的，所述S1中丙酮与甲胺的摩尔比为1～12:1，特别优选为3～8:1。
优选的，所述的甲胺为甲胺气体、甲胺水溶液、甲胺甲醇溶液、甲胺乙醇溶液和甲胺四氢呋喃溶液中的一种或几种。
优选的，所述S1中的反应温度为40～120℃，特别优选为50～70℃，反应时间为4～10小时。
优选的，所述S2中碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或几种。
优选的，所述S3中粗品纯化的方法为精馏，除产品外的其余馏分除水后可回收利用。
优选的，所述S1中磺酸功能化的SBA-15的制备步骤包括：
D1：将聚乙二醇-聚丙三醇-聚乙二醇嵌聚体加入到去离子水中，室温下搅拌6小时以上，然后加入浓度为36％的浓盐酸，在室温下搅拌30～35分钟；
D2：在D1获得的溶液中加入正硅酸乙酯，在室温下搅拌30～35分钟，然后加入三甲氧基-丙基巯基硅和浓度为30％的双氧水，室温下搅拌48小时以上；
D3：将D2获得的混合液置于水热反应釜中于100℃下反应24小时，冷却，过滤，回流洗涤除去聚乙二醇-聚丙三醇-聚乙二醇嵌聚体，然后于120℃下干燥11～13小时获得磺酸功能化的SBA-15催化剂。
优选的，所述D1和D2中聚乙二醇-聚丙三醇-聚乙二醇嵌聚体、正硅酸乙酯和三甲氧基-丙基巯基硅的质量比为4.5～5.2:95～100:1；所述D3中过滤所用的滤饼为浓度为36％的盐酸与乙醇的混合液，盐酸与乙醇的体积比为1:50。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的催化剂选用磺酸功能化的SBA-15及硝酸甲胺、溴化甲胺、氯化甲铵、乙酰氯中的一种或多种，采用催化丙酮与甲胺的直接反应来制备1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮，反应高效，产品收率高。
(2)本发明所使用的原料成本低，粗品精馏纯化后产生的馏分除水后可回收利用，因此制备方法经济、高效、环保，适合工业化生产。
(3)本发明为利用1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮制备1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶醇的合成工艺奠定了基础。
具体实施方式
首先制备磺酸功能化的SBA-15催化剂备用，其具体制备方法如下：将10g模板剂聚乙二醇-聚丙三醇-聚乙二醇嵌聚体加入到245mL去离子水中，室温下搅拌6个小时以上，加入55mL浓盐酸(36％)后再在室温下搅拌30分钟；然后加入19.20g正硅酸乙酯，继续于室温下搅拌30分钟后，加入2.00g三甲氧基-丙基巯基硅和18.50mL双氧水(30％)，室温下搅拌48小时以上；将上述混合液置入500mL水热反应釜中于100℃下反应24小时，冷却，过滤，滤饼用盐酸(36％)与乙醇的混合液(体积比1:50)回流洗涤除去模板剂后于120℃下干燥12小时得磺酸功能化的SBA-15催化剂。
实施例1
一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，包括以下步骤：
S1：将60mL丙酮与30mL甲胺甲醇溶液(40％)加入反应釜中，然后加入硝酸甲胺5.61g和磺酸功能化的SBA-15催化剂2.10g，在60℃下，搅拌反应6小时；
S2：反应完毕后加入3.00g氢氧化钠和5.00g碳酸钠淬灭催化剂，然后过滤出催化剂，获得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮粗品；
S3：将S2中的粗品精馏后得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品。
本实施例中1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品的摩尔收率为73.02％。
实施例2
一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，包括以下步骤：
S1：将120mL丙酮与10mL甲胺水溶液(40％)和20mL甲胺四氢呋喃溶液(20％)加入反应釜中，然后加入溴化甲胺13.12g和磺酸功能化的SBA-15催化剂1.00g，在40℃下，搅拌反应4小时；
S2：反应完毕后加入10.00g氢氧化钾淬灭催化剂，过滤掉催化剂后得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮粗品；
S3：将S2中的粗品精馏后得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品。
本实施例中1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品的摩尔收率为70.03％。
实施例3
S1：将80mL丙酮与2.80g甲胺气体加入反应釜中，然后加入硝酸甲胺1.64g、乙酰氯1.00g和磺酸功能化的SBA-15催化剂0.50g，在120℃下，搅拌反应10小时；
S2：反应完毕后加入3.00g碳酸钾淬灭催化剂，然后过滤出催化剂，获得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮粗品；
S3：将S2中的粗品精馏后得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品。
本实施例中1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品的摩尔收率为72.93％。
实施例4
一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，包括以下步骤：
S1：将100mL丙酮与25mL甲胺乙醇溶液(40％)加入反应釜中，然后加入硝酸甲胺15.00g和磺酸功能化的SBA-15催化剂0.60g，在70℃下，搅拌反应8小时；
S2：反应完毕后加入10.00g氢氧化钠淬灭催化剂，然后过滤出催化剂，获得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮粗品；
S3：将S2中的粗品精馏后得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品。
本实施例中1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品的摩尔收率为69.42％。
实施例5
一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，包括以下步骤：
S1：将67mL丙酮与100mL甲胺甲醇溶液(40％)加入反应釜中，然后加入磺酸功能化的SBA-15催化剂2.63g，在50℃下，搅拌反应7小时后；
S2：过滤出催化剂，获得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮粗品；
S3：将S2中的粗品精馏后得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品。
本实施例中1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品的摩尔收率为71.77％。
实施例6
一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，包括以下步骤：
S1：将65mL丙酮与70mL甲胺乙醇溶液(20％)加入反应釜中，然后加入硝酸甲胺4.10g和磺酸功能化的SBA-15催化剂1.00g，在100℃下，搅拌反应5小时；
S2：反应完毕后加入5.00g氢氧化钾淬灭催化剂，然后过滤出催化剂，获得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮粗品；
S3：将S2中的粗品精馏后得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品。
本实施例中1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品的摩尔收率为73.59％。
实施例7
一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，包括以下步骤：
S1：将100mL丙酮与25mL的甲胺水溶液(40％)加入反应釜中，然后加入氯化甲胺14.00g和磺酸功能化的SBA-15催化剂1.60g，在50℃下，搅拌反应9小时；
S2：反应完毕后加入20.00g碳酸氢钠淬灭催化剂，然后过滤出催化剂，获得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮粗品；
S3：将S2中的粗品精馏后得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品。
本实施例中1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品的摩尔收率为69.17％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将丙酮与甲胺按比例加入反应釜中，然后加入催化剂，搅拌进行反应，所述催化剂包括磺酸功能化的SBA-15；
S2：反应完毕后加入碱淬灭催化剂，然后过滤出催化剂，获得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮粗品；
S3：将S2中的粗品纯化后得1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮纯品。
2.根据权利要求1所述的一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，其特征在于，所述S1中的催化剂还包括硝酸甲胺、溴化甲胺、氯化甲铵和乙酰氯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，其特征在于，所述S1中的催化剂的质量为丙酮质量的5～20％。
4.根据权利要求1所述的一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，其特征在于，所述S1中丙酮与甲胺的摩尔比为1～12:1。
5.根据权利要求1所述的一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，其特征在于，所述的甲胺为甲胺气体、甲胺水溶液、甲胺甲醇溶液、甲胺乙醇溶液和甲胺四氢呋喃溶液中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，其特征在于，所述S1中的反应温度为40～120℃，反应时间为4～10小时。
7.根据权利要求1所述的一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，其特征在于，所述S2中碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，其特征在于，所述S3中粗品纯化的方法为精馏。
9.根据权利要求1所述的一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，其特征在于，所述S1中磺酸功能化的SBA-15的制备步骤包括：
D1：将聚乙二醇-聚丙三醇-聚乙二醇嵌聚体加入到去离子水中，室温下搅拌6小时以上，然后加入浓度为36％的浓盐酸，在室温下搅拌30～35分钟；
D2：在D1获得的溶液中加入正硅酸乙酯，在室温下搅拌30～35分钟，然后加入三甲氧基-丙基巯基硅和浓度为30％的双氧水，室温下搅拌48小时以上；
D3：将D2获得的混合液置于水热反应釜中于100℃下反应24小时，冷却，过滤，回流洗涤除去聚乙二醇-聚丙三醇-聚乙二醇嵌聚体，然后于120℃下干燥11～13小时获得磺酸功能化的SBA-15催化剂。
10.根据权利要求9所述的一种1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酮的合成方法，其特征在于，所述D1和D2中聚乙二醇-聚丙三醇-聚乙二醇嵌聚体、正硅酸乙酯和三甲氧基-丙基巯基硅的质量比为4.5～5.2:95～100:1；所述D3中过滤所用的滤饼为浓度为36％的盐酸与乙醇的混合液，盐酸与乙醇的体积比为1:50。
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