CN110526860B - 一种制备中间体2,2,6,6–四甲基哌啶胺的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备中间体2,2,6,6–四甲基哌啶胺的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1）：在催化剂1的存在下，使丙酮和氨气反应生成2,2,6,6–四甲基哌啶酮和水；步骤2）：在催化剂2的存在下，使2,2,6,6–四甲基哌啶酮和氨气反应生成2,2,6,6–四甲基哌啶亚胺和水，并且使2,2,6,6–四甲基哌啶亚胺和氢气反应生成2,2,6,6–四甲基哌啶胺。所述催化剂1为硝酸铵，所述催化剂2为羟基苯基磷酸钠改性的骨架镍催化剂。本发明方法具有合成时间短、丙酮转化率高、原料重复利用率高的优点。

Description

一种制备中间体2,2,6,6–四甲基哌啶胺的方法

技术领域

本发明属于中间体合成领域，更具体而言，涉及一种医药和塑料添加剂中间体的制备方法。

背景技术

2,2,6,6-四甲基哌啶胺(以下简称TAM)是一种重要的中间体，可用来合成一系列性能优异的受阻胺类光稳定剂。

目前，2,2,6,6-四甲基哌啶胺由2,2,6,6-四甲基哌啶酮通过加氢还原合成。文献报道的合成2,2,6,6-四甲基哌啶酮的方法有两种—间接法和直接法。间接法是以丙酮为原料，在催化剂的作用下生成丙酮宁、二丙酮醇或者是佛尔酮，然后将得到的丙酮宁、二丙酮醇以及佛尔酮继续在催化剂的作用下反应得到2,2,6,6-四甲基哌啶酮。直接法是以丙酮和氨气为原料，在催化剂的作用下直接合成2,2,6,6-四甲基哌啶酮的方法。直接法和间接法相比，避免了中间产物的分离提纯，大大节省了人力物力，降低了生产成本。

在中国专利申请公开第CN103804282A中公开了一种利用直接法合成2,2,6,6-四甲基哌啶酮、然后加氢获得TAM的方法。然而，在该方法中，反应时间较长，丙酮转化率不高，催化剂容易失活，原料重复利用率低。另外，在该方法中，大量使用片碱(氢氧化钠)来对产物进行脱水，造成严重污染和浪费。

因此，本领域中仍然需要一种反应时间较短、原料转化率高、产物产量较高的节能环保2,2,6,6-四甲基哌啶胺制备方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的一个目的在于提供一种利用丙酮为原料来制备医药和塑料添加剂中间体2,2,6,6–四甲基哌啶胺的方法。所述方法的反应时间较短，原料转化率高，产物产量较高，且对环境友好。

上述目的通过以下方案来实现：

在一方面，提供了一种制备中间体2,2,6,6–四甲基哌啶胺的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1)：在催化剂1的存在下，使丙酮和氨气反应生成2,2,6,6–四甲基哌啶酮和水；

步骤2)：在催化剂2的存在下，使2,2,6,6–四甲基哌啶酮和氨气反应生成2,2,6,6–四甲基哌啶亚胺和水，并且使2,2,6,6–四甲基哌啶亚胺和氢气反应生成2,2,6,6–四甲基哌啶胺；

其中所述催化剂1选自硝酸铵，所述催化剂2为羟基苯基磷酸钠改性的骨架镍催化剂。

通过该技术方案，使得能够通过利用丙酮和氨气为原料，在较低的温度条件下合成2,2,6,6–四甲基哌啶酮，然后利用催化剂进一步合成用作医药和塑料添加剂中间体的2,2,6,6–四甲基哌啶胺。该合成路径具有合成时间短、丙酮转化率高、原料重复利用率高的优点。

进一步优选地，在所述步骤1中，所述丙酮和硝酸铵的重量比为100:0.1至100:1或其间的任意值，优选为100:0.1、100:0.2、100:0.3、100:0.4、100:0.5、100:0.6、100:0.7、100:0.8、100:0.9、100:1；反应温度为40-70℃，优选为50-70℃，进一步优选为60-70℃；反应压力为0.1-0.5MPa或其间的任意值，优选为0.1-0.5MPa、0.2-0.5MPa、0.3-0.5MPa、0.4-0.5MPa、0.1-0.4MPa、0.1-0.2MPa、0.1-0.3MPa、0.1-0.4MPa或其间的任意值，进一步优选为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa或0.5MPa，最优选为0.2MPa；通氨速度约0.5-3kg/min，优选为0.5kg/min、1kg/min、1.5kg/min、2kg/min、2.5kg/min或3kg/min，进一步优选为1kg/min；反应时间为1-3h，优选为2h。

通过所述技术方案，能够使丙酮在较低的反应温度下以高转化率转化成2,2,6,6–四甲基哌啶酮，从而提高原料利用率。

进一步优选地，在步骤1)中的反应结束后，向反应釜内加入定量的片碱，然后通过吸收回收未反应的原料氨。

通过加入片碱，能够破坏掉未参与反应的催化剂硝酸铵，从而有利于进行2,2,6,6–四甲基哌啶酮提纯反应。另外，回收的原料氨可以循环利用。

进一步优选地，将反应所得的胺化物放料至蒸馏釜后在50-70℃进行常压蒸馏出丙酮，然后转入分层釜进行静置分层，将下层有机层放料至结晶釜。

通过常压蒸馏，能够将未参与反应的丙酮回收并循环利用，以提高原料的利用率。另外，在此处蒸馏出丙酮，能够减少其对后续反应的干扰。

进一步优选地，在分层后，将含有硝酸钠的上层水溶液转至硝酸钠浓缩釜，在-0.05-0.2MPa、60-80℃下进行浓缩，然后干燥获得副产物硝酸钠。

通过该技术方案，不仅能将硝酸钠从反应混合物中分离出来，以有利于后续反应的进行，而能够获得有用的副产物硝酸钠，从而增加本发明方法的经济利益。

进一步优选地，在分层后，将下层有机层降温至0℃进行冷却结晶，后经过离心机离心处理，得中间体四甲基哌啶酮。

通过该技术方案，能够以较高的收率获得中间体四甲基哌啶酮，且其纯度较高。

进一步优选地，在步骤2)中，通过向高压加氢釜中依次加入工艺水、步骤1)中的副产氨水、步骤1)中的中间体四甲基哌啶酮、羟基苯基磷酸钠改性的骨架镍催化剂、然后通入氨气以及氢气进行胺化加氢反应，反应温度不超过160℃，优选不超过150℃，更优选不超过140℃；压力为1.5-3.5MPa，优选为2-3.5MPa，更优选为2-3MPa，最优选为2.4MPa；反应时间为2-4h，优选3h；降温。在一个实施方案中，向加氢釜中加入250-300kg工艺水、60-80kg副产氨水、400-600kg四甲基哌啶酮、1-3kg实施例1中制备的改性骨架镍催化剂，然后通入2kg/min的氨，后加热至90℃开始以0.1kg/min向釜内通入氢气。

出乎意料地，在步骤2)中，通过利用羟基苯基磷酸钠改性的骨架镍催化剂，能够大幅提高加氢反应速率，缩短反应时间，同时提高反应物收率。另外，所用的改性催化剂的量较少，从而进一步带来可观的经济效益。不拘泥于任何理论，根据本发明的利用羟基苯基磷酸钠改性的骨架镍催化剂在催化加氢的过程中能够耐受可能存在的强还原剂(例如杂质S)的作用，从而大幅减轻其中毒或失活的风险，因此能够被重复利用多次(在一些实施例中，能够重复利用10-20次)。

进一步优选地，在降温之后进行釜泄压，并将反应混合物加热至80℃进行脱氨得到副产氨水。

通过加热脱氨，能够进一步回收未反应的氨并循环利用，以提高原料氨的利用率。

进一步优选地，在脱氨之后进行过滤，将所得滤液进行减压脱水(-0.09MPa、85℃)，后进行减压精馏(-0.09MPa、100℃)获得成品四甲基哌啶胺。

通过过滤和减压精馏，能够除去反应混合物中的杂质，从而获得高纯度的成品2,2,6,6–四甲基哌啶胺。

综上所述，通过本发明提供的上述多个技术方案，能够获得以下良好的技术效果：

(1)使得能够通过利用丙酮和氨气为原料，在较低的温度条件下合成2,2,6,6–四甲基哌啶酮，然后利用催化剂进一步合成用作医药和塑料添加剂中间体的2,2,6,6–四甲基哌啶胺。该合成路径具有合成时间短、丙酮转化率高、原料重复利用率高的优点；

(2)利用改性的骨架镍催化剂，大幅提升反应速度，缩短反应时间，提高原料(尤其是丙酮)转化率和产物收率；同时，由于利用羟基苯基磷酸钠对镍骨架催化剂进行改性，降低了催化剂失活或中毒的风险，延长了其使用寿命和循环使用的次数，从而带来良好的经济效益；

(3)在反应中仅少量使用片碱，其作用是破坏和回收所使用的硝酸铵催化剂，而不是用于产物脱水，从而减少碱的使用和污染，对环境友好。

附图说明

以下将结合附图来具体描述本发明的一些优选实施方式。本领域的普通技术人员将会理解，这些附图仅用于举例说明的目的，而无意于以任何方式来限制本发明的范围。

图1是根据本发明一个实施方案的工艺流程图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例来描述本发明的一些具体实施方式。本领域的普通技术人员会理解，提供这些实施例的目的仅仅是为了举例说明如何能够实施本发明的方案，而非以任何方式限制本发明的范围。

2,2,6,6四甲基-哌啶胺是一种重要的医药和塑料添加剂中间体，可用来合成一系列性能优异的受阻胺类光稳定剖。然而，目前尚无比较良好的制备工艺。

本发明利用丙酮和氨气(液氨)为原料，采用改性的骨架镍催化剂来高效地制备2,2,6,6四甲基-哌啶胺。详细制备工艺在图1中示出。下面将参考图1详细的描述根据本发明的2,2,6,6四甲基-哌啶胺制备方法。

图1是根据本发明一个实施方案的工艺流程图。

首先，向胺化釜中加入定量的丙酮和催化剂，然后开始搅拌升温至约50℃，同时向胺化釜中通入经过计量的氨气，通氨速度约1kg/min；通氨结束后保温反应2h尽可能完全反应，后降温至30℃，进行泄压以吸收产生副产氨水；然后，向釜内加入定量的片碱以破坏催化剂硝酸铵，搅拌30min后降温至常温转至蒸馏釜；在将反应液在转入蒸馏釜前，对系统中的氨进行吸收处理，其中所述氨主要为未反应的原料氨即催化剂破坏过程(置换过程)产生的氨。在前述过程中，可以使用硝酸铵作为催化剂，胺化过程控制反应温度不超过70℃，压力为0.2MPa。

其次，在60℃，将胺化物放料至蒸馏釜后进行常压蒸馏出丙酮后转入分层釜进行静置分层，下层有机层放料至结晶釜；上层水层为含有硝酸钠的水溶液，其被转至硝酸钠浓缩釜，在-0.09MPa、70℃下浓缩，然后置于阴凉处自然晾干得副产物硝酸钠。

再次，将下层有机层降温至0℃进行冷却结晶，经离心处理得到中间体四甲基哌啶酮，待用；将离心母液转移至母液蒸馏釜进行蒸馏处理，将获得的轻组分送去胺化釜套用，获得的粗品中间体送去结晶釜进行结晶，釜残送至资质单位处理。

最后，向高压加氢釜中依次加入工艺水、副产氨水、中间体四甲基哌啶酮、催化剂；后通入定量的氨，后加热至90℃开始向釜内通入氢气，加氢约在2h内完成，加氢完毕后继续保温反应1h；然后降温至50℃，经泄压(缓冲)釜泄压后将物料转入脱氨釜，加热至80℃进行脱氨，产生的氨气通过水吸收得副产氨水；脱氨后降温至常温，用氮气对系统进行置换，然后进行过滤，过滤时并用水进行洗涤；滤渣为催化剂，回用，待失去活性后由厂家进行回收；滤液泵入脱水釜，在-0.09MPa、85℃进行减压脱水，然后转入精馏釜，在-0.09MPa、100℃减压精馏；前馏分回脱水釜，主馏分为成品四甲基哌啶胺，收集后装桶入库。

在前述过程中，在通入定量的氨之前，用氮气对系统进行置换，然后通氨至系统压力0.5MPa。在加氢反应过程中，釜温控制为不超过150℃，压力控制为约2.4MPa。进一步地，在前述过程中，所添加的催化剂为改性镍催化剂。

下面将结合实施例对根据本发明的试剂盒进行更为详细的描述和说明。本领域的普通技术人员将会理解，提供这些实施例的目的只是用于示例性说明的目的，即使本领域的普通技术人员能够更好地理解本发明是如何实施的，而不是对本发明的范围构成任何限制。

实施例

实施例1：制备羟基苯基磷酸钠改性的镍骨架催化剂

1)在一个装有搅拌桨的1L三口瓶中，加入600ml10％氢氧化钠水溶液，加热至90℃，搅拌下，分批小量加入40g镍-铝-锌(Ni3Al2Zn1)合金。加入速度应使溶液温度维持在90～95℃之间，约20～30分钟内加完。再继续搅拌1小时。静置，让镍沉下，弃去上清液，然后以倾析法，洗涤五次，每次用200ml。再用乙醇倾洗五次，每次50ml。在洗涤过程中，镍粉始终应为液体所覆盖，不可使催化剂与空气接触。制备好的催化剂应保存在无水乙醇中备用；

2)取50g前述制备的骨架镍催化剂，加入3g羟基苯基磷酸钠和硝酸钾(质量比为2:1)，在60℃左右搅拌反应30分钟，静置120分钟，再加入10g的硼酸和亚磷酸(质量比4:6)，50℃下搅拌还原30分钟，调节pH值至7左右，反应时间60分钟，用去离子水洗至中性得到改性骨架镍催化剂，用无水乙醇保存备用。

实施例2：利用改性镍骨架催化剂制备2,2,6,6–四甲基哌啶胺向300L胺化釜中加入100L丙酮和500g硝酸铵，后开始搅拌升温至50℃，开始向胺化釜中以约1kg/min的速度通入氨气。胺化过程的反应温度控制为50-70℃，压力为0.2MPa。通氨结束后保温反应2h以完成反应，后降温至30℃，进行泄压，同时用水吸收氨产生副产氨水。向釜内加入5g片碱，以破坏催化剂硝酸铵。搅拌30min后降温至常温并转移至蒸馏釜，反应液在转入蒸馏釜前对系统中的氨进行吸收处理。

将胺化物放料至300L蒸馏釜，然后在60-65℃常压蒸馏出丙酮，转入分层釜进行静置分层，下层有机层放料至结晶釜。上层水层为含有硝酸钠的水溶液，转至300L硝酸钠浓缩釜，在-0.09MPa、70℃进行浓缩，后阴凉处自然晾干得副产硝酸钠。

下层有机层降温至0℃进行冷却结晶，后经过离心机离心处理，得中间体四甲基哌啶酮待用。离心母液去母液蒸馏釜进行蒸馏处理，轻组份去胺化釜套用，粗品中间体去结晶釜，釜残由资质单位处理。

向3000L高压加氢釜中依次加入250kg工艺水、120kg副产氨水、600kg四甲基哌啶酮、1.5kg实施例1中制备的改性骨架镍催化剂，然后通入2kg/min的氨，后加热至90℃开始以0.1kg/min向釜内通入氢气。在加氢反应过程中，控制釜温不超过150℃，压力为2.4MPa。加氢约1h，加氢完毕后继续保温反应1.5h，后降温至50℃，后经泄压(缓冲)釜泄压后将物料转入脱氨釜，加热至80℃进行脱氨。产生的氨气通过水吸收得副产氨水，脱氨后降温至常温后过滤，过滤时并用水进行洗涤。滤渣为催化剂，回收循环使用。滤液泵入脱水釜，在-0.09MPa、85℃减压脱水，然后转入精馏釜，在-0.09MPa、100℃减压精馏，前馏分回脱水釜，主馏分为成品四甲基哌啶胺，计算收率。

对比例3：利用常规催化剂制备2,2,6,6–四甲基哌啶胺

(1)、2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮的合成：于合成釜投入丙酮2600L，加入催化剂57.5kg搅拌，升温至30℃，开始一次充氨(100kg)，控制充氨速度为100kg/h，在充氨过程中合成釜温度不断上升，适当升温，控制釜温在30±1℃；一次充氨完毕后保温5小时，开始二次充氨(36kg)，二次充氨完毕后保温。再将合成釜降温至25℃以下，加片碱57kg，搅拌5分钟，合成反应结束得到合成料。

粗蒸：将合成料过到粗蒸釜，当釜温升到30度、顶温到25-30度，有丙酮蒸出时，全部回流15-30分钟，然后采丙酮，操作指标：顶温不超30度，釜温不超60度，当流量计采出的流体变为混浊时停粗蒸，降温至60度以下，沉淀1-1.5小时得到粗蒸料。

精馏：将粗蒸料真空抽到精蒸釜，加入前后馏，打开循环泵打循环，开启真空泵将真空抽至0.095Mpa，当含量降到10％时停止精蒸；

(2)2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮加氢反应：

投料比见下表：

原料	180kg
		水	60kg
催化剂	3.5kg
		液氨	50kg

将原料、水、催化剂投完后，用氮气置换空气，置换完毕后开始通氨，保持通氨过程中温度不超过30℃，通完液氨后开始加氢，刚开始阶段要尽快使压力达到1.6MPa，不能超过2.2MPa，持续通氢。加氢条件为：温度60℃-70℃，压力2.0-2.2MPa，当压力在半小时内无明显变化时(在关闭通氢阀时观察)视为反应结束，保温6.5小时后，降温，出料。

脱水：1000kg的加氢料用5袋片碱(25kg/袋)进行脱水。

精馏：脱水后的加氢料进行精馏，至产品含量为99％以上。

结果对比：

在对比例3中，使用常规的镍催化剂为加氢催化剂。由于未对催化剂进行改性，因此在使用1次之后就出现催化剂活性降低的情况，无法重复使用。且加氢反应时间较长，约6.5小时。与此相比，在本发明的实施例2中，使用改性的骨架镍催化剂，在使用完毕之后仍保持非常高的催化活性，因此能多次重复利用，且用量较少。另外，利用根据本发明的改性催化剂，反应时间被缩短至约3小时，是对比例的反应时间的一半左右，因此大幅提高了反应速率、缩短了反应时间。

此外，在对比例3中，丙酮的利用率为约35％，产物收率为约75％。与此相比，由于循环利用丙酮，因此丙酮利用率提高至60％左右，产物收率为92％，相比对比例3得到了大幅提高。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种制备中间体2，2，6，6–四甲基哌啶胺的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1）：在催化剂1的存在下，使丙酮和氨气反应生成2，2，6，6–四甲基哌啶酮和水；

（式1）

步骤2）：在催化剂2的存在下，使2，2，6，6–四甲基哌啶酮和氨气反应生成2，2，6，6–四甲基哌啶亚胺和水，并且使2，2，6，6–四甲基哌啶亚胺和氢气反应生成2，2，6，6–四甲基哌啶胺；

（式2）

（式3）

其中所述催化剂1为硝酸铵；所述催化剂2为羟基苯基磷酸钠改性的骨架镍催化剂，且按照如下方法制得：

1)在装有搅拌桨的1L三口瓶中，加入600ml 10%氢氧化钠水溶液，加热至90℃，搅拌下，分批加入40 g镍-铝-锌合金；加入速度应使溶液温度维持在90~ 95℃，20~30分钟内加完，再继续搅拌1小时；静置，让镍下沉，弃去上清液，然后以倾析法，洗涤五次，每次用200ml；再用乙醇倾洗五次，每次50ml；在洗涤过程中，镍粉始终为液体所覆盖，不可使催化剂与空气接触；制备好的骨架镍催化剂保存在无水乙醇中备用；

2)取50g前述制备的骨架镍催化剂，加入3g质量比为2:1的羟基苯基磷酸钠和硝酸钾，在60℃下搅拌反应30分钟，静置120分钟，再加入10g质量比为4:6的硼酸和亚磷酸，50℃下搅拌还原30分钟，调节pH值至7左右，反应时间60分钟，用去离子水洗至中性，得到羟基苯基磷酸钠改性的骨架镍催化剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述丙酮和硝酸铵的重量比为100:0.1至100:1；反应温度为40-70℃；反应压力为0.1-0.5MPa；通氨速度为0.5-3kg/min；反应时间为1-3h。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1）中的反应结束后，向反应釜内加入片碱，破坏催化剂硝酸铵，然后通过吸收回收未反应的原料氨。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤1）中将反应所得的胺化物放料至蒸馏釜后在50-70℃进行常压蒸馏出丙酮，然后转入分层釜进行静置分层，将下层有机层放料至结晶釜。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤1）中分层后，将含有硝酸钠的上层水溶液转至硝酸钠浓缩釜，在-0.1-0.2MPa、60-80℃下进行浓缩，然后干燥获得副产物硝酸钠。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤1）中分层后，将下层有机层降温至0℃进行冷却结晶，后经过离心机离心处理，得中间体2，2，6，6–四甲基哌啶酮。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2）中，通过向高压加氢釜中依次加入工艺水、步骤1）中的副产物氨水、步骤1）中的中间体2，2，6，6–四甲基哌啶酮、羟基苯基磷酸钠改性的骨架镍催化剂、然后通入氨气以及氢气进行胺化加氢反应，反应温度不超过160℃；压力为1.5-3.5MPa；反应时间为2-4h。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤2）中，向加氢釜中加入250-300kg工艺水、60-80kg副产物氨水、400-600kg 2，2，6，6–四甲基哌啶酮、1-3kg 羟基苯基磷酸钠改性的骨架镍催化剂，通入2kg/min的氨，后加热至90℃开始以0.1kg/min向釜内通入氢气。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在所述步骤2）中，在降温之后进行釜泄压，并将反应混合物加热至80℃进行脱氨得到副产物氨水。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤2）中，在脱氨之后进行过滤，将所得滤液在-0.20至-0.05MPa、70-90℃进行减压脱水，然后在-0.20至-0.05MPa、90-110℃进行减压精馏获得成品2，2，6，6–四甲基哌啶胺。

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