CN110642776B - 一种催化合成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的工艺 - Google Patents

一种催化合成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的工艺 Download PDF

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Abstract

一种催化合成2,2,6,6‑四甲基‑4‑氨基哌啶的工艺,其具体步骤为:在高压釜中加入2,2,6,6‑四甲基‑4‑哌啶酮,加入溶剂和催化剂,充入氢气和氨气,控制反应温度下反应一定时间,生成2,2,6,6‑四甲基‑4‑氨基哌啶;其中所述的催化剂为碳氮材料负载铱的催化,铱的负载质量为0.1‑5%。本发明的优点有:催化剂制备简单,具有较高的活性和选择性,稳定性好,催化剂可实现多次重复使用,基本没有金属铱的流失,合成2,2,6,6‑四甲基‑4‑氨基哌啶的转化率和选择性高,适合工业应用。

Description

一种催化合成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的工艺
技术领域
本发明涉及一种催化合成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的工艺,尤其涉及一种催化还原胺化2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮制备2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的工艺。
背景技术
2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶属于受阻胺类哌啶化合物,是合成受阻胺光稳定剂的重要中间体,可用来合成键合型和聚合型高分子质量的受阻胺类光稳定剂。
目前合成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的方法有两类,一类是电化学法,还有一类就是催化还原胺化。原料一般都是2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮。从工业生产应用上考虑,使用负载型金属催化剂,可在氢气和氨气氛围下,直接还原胺化。其反应条件温和,收率高,且可循环使用,可视为首选。
由于非均相催化剂的易回收性、可重复使用性和稳定性等诸多优点,开发了诸多不同金属的催化剂用于羰基化合物的还原胺化。基于非贵金属的非均相催化体系,钴,镍等金属广泛应用于羰基类的还原胺化。Beller课题组(Science,2017,358(6361):326-332)报告了基于MOF的钴碳氮材料,该催化剂对伯,仲,叔和N-甲胺的合成具有非常好的活性。文献(Chemical Research in Chinese Universities,2019,35(3):457-462)还报告过通过一锅法将bioMOF Co/adenmine分散在活性炭中制备催化剂前体,进行热解形成Co@CN催化剂。在催化芳香酮和脂肪酮,有不错的收率。但使用非贵金属非均相体系催化羰基化合物的还原胺化,普遍存在催化活性低等问题。
发明内容
本发明提的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种催化合成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的工艺。通过控制反应条件,使2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮高度选择性生成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶。使用含有铱的催化剂,催化活性高,且易于回收重复使用,有很好的工业应用前景。
本发明的技术方案为:一种催化合成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的工艺,其具体步骤为:在高压釜中加入2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮,加入适当溶剂和催化剂,充入氢气和氨气,控制反应温度下反应一定时间,生成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶;其中所述的催化剂是铱的负载质量为0.1-5%的碳氮材料负载的铱催化剂。停止加热反应后冷却至室温,检测2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮的转化率和2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的的选择性。
优选所述的催化剂的加入质量是原料2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮质量的0.01-0.2%。优选所述的溶剂为水、乙醇或甲醇,溶剂加入量是否溶解原料即可。
优选所述的反应温度为90℃—150℃;反应时间为5-9小时。优选上述的氢气的压力为1-3MPa,氨气的压力为0.5-2MPa。
本发明更优选催化剂由以下方法制备:将三水合三氯化铱、4,5-二氰基咪唑溶于去离子水,搅拌均匀后加入活性炭,持续搅拌一段时间后蒸发去除去离子水得到黑色粉末,将黑色粉末放置真空烘箱干燥,随后在氮气氛围下热解,得到碳氮材料负载的铱催化剂。
优选上述的三水合三氯化铱和4,5-二氰基咪唑的摩尔比为1:(1-5)。优选上述的热解温度为500℃至700℃,热解时间为1h-3h;热解的升温速率为3℃/min-7℃/min。
有益效果:
本发明提供的催化合成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶具有高活性和高选择性,且易回收再利用。优选的催化剂制备工艺简单,稳定性强,有较高的活性,氢气作为还原剂,氨气提供氨源。
具体实施方式:
实施例1:
取43g三水合氯化铱、3倍当量(46g)的4,5-二氰基咪唑放入烧瓶中,加入3L的去离子水,室温下搅拌0.5h,再加入2.5kg活性炭继续搅拌6h。之后蒸发去离子水,放置真空烘箱干燥过夜。干燥后的预催化剂放置于电阻炉中,在氮气保护下600℃焙烧2h,升温速率为5℃/min。自然降至室温后,获得催化剂1%Ir@CN(600-2h)。同样条件下,加入1倍当量和5倍当量的4,5-二氰基咪唑焙烧得到的催化剂:1%Ir@CN(600-2h)(1:1),1%Ir@CN(600-2h)(1:5)。同样条件下,分别在500℃、700℃下焙烧得到催化剂1%Ir@CN(500-2h)、1%Ir@CN(700-2h)。同样条件下,按不同铱的加入量制备不同负载量的铱催化剂:0.1%Ir@CN(600-2h),0.5%Ir@CN(600-2h),2%Ir@CN(600-2h),3%Ir@CN(600-2h),5%Ir@CN(600-2h)。同样条件下,按升温速率3℃/min和7℃/min制备催化剂1%Ir@CN(600-2h)(3℃/min)和1%Ir@CN(600-2h)(7℃/min)。
实施例2:
在高压反应釜中,加入15.52kg(100mol)2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮,1.92kg催化剂1%Ir@CN(600-2h)以及20L甲醇。拧紧高压釜,并充入2MPa的氢气.和1MPa的氨气,110℃下反应7h,待反应结束后,冷却分离催化剂,蒸发并回收溶剂,随后固体进行精馏分离,并称量计算转化率和选择性。
实施例3—8:除以下不同外,其余与实施案例2相同,催化剂负载量按下表:
Figure BDA0002250890380000031
Figure BDA0002250890380000041
实施例9-11:除以下不同外,其余与实施案例2相同,催化剂中4,5-二氰基咪唑加入量按下表:
Figure BDA0002250890380000042
实施例12-14:除以下不同外,其余与实施案例2相同,催化剂煅烧温度按下表:
Figure BDA0002250890380000043
实施例15-17:除以下不同外,其余与实施案例2相同,升温速率按下表:
Figure BDA0002250890380000044
Figure BDA0002250890380000051
实施例18-21:除以下不同外,其余与实施案例2相同,反应中铱加入量按下表:
Figure BDA0002250890380000052
实施例22-25:除以下不同外,其余与实施案例2相同,反应温度按下表:
Figure BDA0002250890380000053
Figure BDA0002250890380000061
实施例26-28:除以下不同外,其余与实施案例2相同,H2压力按下表:
Figure BDA0002250890380000062
实施例29-31:除以下不同外,其余与实施案例2相同,氨气质量按下表:
Figure BDA0002250890380000063
实施例32-34:除以下不同外,其余与实施案例2相同,反应时间按下表:
Figure BDA0002250890380000064
Figure BDA0002250890380000071
实施例35-37除以下不同外,其余与实施案例2相同,反应溶剂按下表:
Figure BDA0002250890380000072
将实施案例2中催化剂过滤并用甲醇洗涤,干燥后重复使用。工艺流程与实施案例2一致,催化剂回收使用情况如下表:
Figure BDA0002250890380000073

Claims (8)

1.一种催化合成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶的工艺,其具体步骤为:在高压釜中加入2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮,加入溶剂和催化剂,充入氢气和氨气,控制反应温度下反应一定时间,生成2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶;其中所述的催化剂为碳氮材料负载铱的催化剂,铱的负载质量为0.1-5%。
2.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于所述的催化剂的加入质量是原料2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮质量的0.01-0.2%。
3.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于所述的溶剂为水、乙醇或甲醇。
4.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于所述的反应温度为90℃—150℃;反应时间为5-9小时。
5.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于所述的氢气的压力为1-3MPa,氨气的压力为0.5-2MPa。
6.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于所述的催化剂由以下方法制备:将三水合三氯化铱、4,5-二氰基咪唑溶于去离子水,搅拌均匀后加入活性炭,持续搅拌一段时间后蒸发去除去离子水得到黑色粉末,将黑色粉末放置真空烘箱干燥,随后在氮气氛围下热解,得到碳氮材料负载的铱催化剂。
7.根据权利要求6所述的的工艺,其特征在于所述的三水合三氯化铱和4,5-二氰基咪唑的摩尔比为1:(1-5)。
8.根据权利要求6所述的的工艺,其特征在于所述的热解温度为500℃至700℃,热解时间为1h-3h;热解的升温速率为3℃/min-7℃/min。
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