CN1286825C - N－氨基丙基吗啉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种APM的制备方法，原料吗啉与丙烯腈的摩尔比为1-1.3∶1，反应温度为30～60℃，反应时间为2～8小时，得到的3-吗啉基丙腈精制后，在溶剂、催化剂和助催化剂存在下加氢合成APM，反应压力1.0～6.0Mpa，反应温度80～200℃，反应时间2～6小时，以3-吗啉基丙腈+溶剂的重量计，溶剂氨水、甲醇、乙醇或水等占50-80%；催化剂镍、钴、雷尼镍或雷尼钴等占1～1.5%；助催化剂氨、钠或钾的碳酸盐或其氢氧化物等为催化剂用量的10～20%。制得APM粗品经精馏得到纯度为99.5%APM，以丙烯腈计，最终产品收率61.7～82.7%。原料充足，价格低廉，成本较低等。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成新型抗抑郁药物所需要的原料的制备方法，尤其涉及一种N-氨基丙基吗啉的制备方法。
背景技术
N-氨基丙基吗啉，又称为N-(3-氨基丙基)吗啉或3-吗啉基1，3-丙二胺，简称APM。它是一种重要的医药中间体，主要用于生产新型抗抑郁药物，在国外还用作高级润滑油的重要添加剂，也可用作合成聚氨酯预聚体的催化剂及固化剂。
APM是以吗啉和丙烯腈为原料，经加成和催化加氢过程制得。首先以吗啉与丙烯腈为原料进行加成反应制得3-吗啉基丙腈，其化学反应式为：
吗啉 丙烯腈 3-吗啉基丙腈(中间体)
上面得到的3-吗啉基丙腈在催化剂存在下加氢，得到APM，同时可能发生副反应，生成二吗啉取代二丙胺和三吗啉取代三丙胺，其化学反应式如下：
主反应：
3-吗啉基丙腈 APM
副反应：
3-吗啉基丙腈 二吗啉取代二丙胺
3-吗啉基丙腈 三吗啉取代三丙胺
经检索未发现有报导APM合成方法的文献。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以丙烯腈、吗啉为原料，经加成、催化加氢等过程间歇法APM的制备方法。
本发明的技术方案是：一种N-氨基丙基吗啉的制备方法，依次按如下步骤进行：
(1)3-吗啉基丙腈的合成：原料吗啉与丙烯腈的摩尔比为1.0～1.3∶1，将需要量的吗啉加至反应器内，强烈搅拌下用1.5～5小时将需要量的丙烯腈缓慢滴加其中，继续反应0.5～2小时，反应温度为30～60℃，其产物去下步精制；
(2)3-吗啉基丙腈的精制：将上述(1)制得产物真空精馏脱除前馏分，釜液为3-吗啉基丙腈；
(3)APM的合成：将上述(2)得到精制3-吗啉基丙腈、所需催化剂和溶剂及助催化剂，依次加入到高压反应釜内，以3-吗啉基丙腈+溶剂的重量计，催化剂用量占1～1.5％，溶剂占50～80％；助催化剂用量为催化剂的10～20％；于1.0～6.0Mpa和80～200℃下加氢，反应2～6小时得到APM粗品，去下步精制；
(4)APM的精制：将上述(3)制得的APM粗品，常压下精馏脱水，然后用真空精馏进行精制。
上述的制备方法，其所述的3-吗啉基丙腈的合成中，吗啉与丙烯腈的摩尔比为1.05∶1，反应温度为45℃，反应时间为5小时(指丙烯腈加料时间+加完料后继续反应的时间，以下同)。
上述的制备方法，其所述的加氢催化剂为金属镍、金属钴、ZYR-C雷尼镍、雷尼钴催化剂。
以上所述的制备方法，其所述的加氢催化剂为金属钴。
上述的制备方法，其所述的加氢中所用的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、水、25％氨水或液氨。
上述的制备方法，其所述的加氢助催化剂为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸铵或氨。但盐类助催化剂容易结晶，不易处理。
上述的制备方法，其所述的加氢反应所用的溶剂为氨水，催化剂为金属钴，助催化剂为氨水。反应压力为3～4Mpa，反应温度为130～150℃，反应时间3～5小时，以3-吗啉基丙腈+溶剂的重量计，溶剂用量为50～80％，钴用量为1～1.5％，助催化剂为催化剂用量的10～20％。
本发明原料充足，价格低廉，生产成本较低，制备中合成3-吗啉基丙腈时，丙烯腈采用缓慢滴加方式加料，防止自聚。产品收率较高。
具体实施方式
现结合具体实施方式对本发明进一步描述如下：
实施例1
(1)3-吗啉基丙腈的制备
向配有搅拌器、温度计、恒压漏斗和回流冷凝器的四口烧瓶中，加入183g吗啉，然后在强烈搅拌下，用3.5小时将106g丙烯腈缓慢滴加到烧瓶中(吗啉∶丙烯腈＝1.05∶1mol)，继续反应1.5小时，反应温度为45±2℃。以丙烯腈计转化率为～100％，3-吗啉基丙腈的收率为98.4％，准备下步精制。
(2)3-吗啉基丙腈的精制
将由(1)制得的3-吗啉基丙腈加入精馏塔塔釜内，抽真空，在压力为-0.092～0.095Mpa下脱除前馏分，当塔顶温度为45～165℃，回流比为6∶1～8∶1时，收集吗啉；当塔顶温度升到165℃时，停止采出馏分。塔釜内便为中间产品3-吗啉基丙腈，去下步催化加氢。
(3)APM的制备
从上述(2)精制后的产品取280g3-吗啉基丙腈、自制的6.0g金属钴催化剂、300g氨水依次加至高压反应釜内，封盖充氮置换合格后升压至4.0Mpa，保持10分钟无漏气合格后泄压。接着用氢气置换系统内的氮气，置换结束维持压力4.0Mpa，启动搅拌，打开上述高压反釜搅拌轴冷却水，在中等转速下搅拌升温，当釜内温度为130±5℃时，加快搅拌速度并恒温，反应5小时后结束反应。以3-吗啉基丙腈为基准，APM收率为88.4％。
(4)APM的精制
将上述的(3)加氢产物加到精馏塔塔内加热升温，当塔釜温为104～127℃，塔顶温度为97～99℃，回流比控制在7～0∶1，常压脱氨、初脱水，塔顶不凝氨气用20％稀硫酸吸收；当塔顶温度升到105℃，停止脱水，接通真空系统，控制压为-0.092～0.095Mpa，控制回流比为3～5∶1，收集塔顶温度为61～127℃的馏分(主要为水和少量APM)；当塔顶温度稳定在129～132℃，回流比为2∶1时收集产品馏分，最后收集塔顶温度为140℃以后的馏分，直至塔顶无馏出物为止。精制收率为93.3％，产品总收率82.5％。
实施例2
(1)3-吗啉基丙腈的制备
吗啉226.6g，丙烯腈106g，吗啉∶丙烯腈＝1.3∶1(mol)。丙烯腈加料时间为1.5小时，反应时间为2小时(即由丙烯腈加料时间1.5小时+加完料后继续反应的时间0.5小时)。反应温度58±2℃。以丙烯腈计转化率100％，3-吗啉基丙腈收率98.7％。
(2)3-吗啉基丙腈的精制
同实施例子中之(2)，3-吗啉基丙腈收率为92.9％。
(3)AMP的制备
将由上述(2)精制后得到的3-吗啉基丙腈280g，12.0g自制金属镍催化剂，300g的95％乙醇(溶剂)，1.5g碳酸钠(助催化剂)反应压力3Mpa，反应温度150±5℃，反应时间为6小时。APM收率为78.9％。
(4)APM的精制
同实施1之(4)。APM收率为93.4％，以丙烯腈计最终产品收率为67.6％。
实施例3-15
(1)3-吗啉基丙腈的制备和精制
操作如实施例1之(1)、(2)，工艺条件见表1中各例对应的数值。
表1实施例3-15中3-吗啉基丙腈的制备和精制工艺条件与结果
| 实施例 | 吗啉∶丙烯腈(mol) | 丙烯腈滴加时间(h) | 反应温度(℃) | 反应时间(h) | 反应收率(％) | 精制收率(％) | 总收率(％) |
| 3 | 1.0∶1 | 5 | 30 | 6 | 93.4 | 92.7 | 86.6 |
| 4 | 1.0∶1 | 5 | 40 | 6 | 96.8 | 93.0 | 90.0 |
| 5 | 1.0∶1 | 4 | 50 | 5 | 95.7 | 94.3 | 90.2 |
| 6 | 1.10∶1 | 4 | 45 | 5 | 98.6 | 92.3 | 91.0 |
| 7 | 1.10∶1 | 3 | 50 | 4 | 98.2 | 93.2 | 91.5 |
| 8 | 1.20∶1 | 1.5 | 55 | 2 | 96.6 | 91.5 | 88.3 |
| 9 | 1.20∶1 | 3 | 30 | 4 | 95.7 | 92.4 | 88.4 |
| 10 | 1.20∶1 | 4 | 45 | 5 | 99.1 | 92.1 | 91.3 |
| 11 | 1.25∶1 | 3 | 40 | 5 | 98.1 | 93.6 | 91.8 |
| 12 | 1.25∶1 | 2 | 60 | 3 | 97.2 | 91.6 | 89.0 |
| 13 | 1.25∶1 | 4 | 50 | 5 | 98.7 | 92.7 | 91.5 |
| 14 | 1.30∶1 | 3 | 50 | 4 | 98.1 | 93.0 | 91.4 |
| 15 | 1.30∶1 | 4 | 40 | 5 | 99.2 | 92.4 | 91.7 |
所说的反应时间＝丙烯腈滴加时间+滴完后继续反应时间(h)。
(2)APM的制备及精制
3-15例3-吗啉用量均为280g，其他原料和工艺条件及结果见表2(附后)。
5％铂-碳和5％钯-碳催化剂，由沈阳化工研究院购进；ZYR-C雷尼镍催化剂从逝江省冶金研究院有限公司购买；雷尼钴催化剂由苏州市华发催化剂有限公司购进。
实施例16(金属镍催化剂的制备)
在500ml烧杯中加入200ml联苯，并加热至230～240℃，在搅拌下，缓慢将51g甲酸镍加入其中，直至无气泡产生为止，然后，冷却至80℃，向烧杯内加入120ml80℃的蒸馏水，将上层联苯倾出，底部催化剂镍和水一同在氮气保护下进行脱水然后用3-吗啉基丙腈浸泡保护。(注意：催化剂制备过程中必须与空气隔绝)
实施例17(金属钴催化剂的制备)甲酸钴用量为80g，其他均同上例16。
表2APM合成、精制原料组成和工艺条件及结果
| 实施例 | 3-吗啉基丙腈用量(g) | 催化剂 | 助催化剂 | 溶剂 | 反应 | 转化率(％) | 合成收率(％) | 精制收率(％) | 总收率(％) | |||||
| 名称 | 用量(g) | 名称 | 用量(g) | 名称 | 用量(g) | 温度(±5℃) | 压力(MPa) | 时间(h) | ||||||
| 3 | 280 | 金属钴 | 7.8 | 碳酸钠 | 1.5 | 水 | 280 | 120 | 2.0 | 5.5 | 100 | 86.4 | 92.6 | 80.0 |
| 4 | 280 | 金属钴 | 5.6 | 碳酸钠 | 0.8 | 水 | 280 | 150 | 4.0 | 3.5 | 100 | 84.2 | 91.2 | 76.8 |
| 5 | 280 | 金属钴 | 5.6 | 碳酸钠 | 1.2 | 水 | 280 | 200 | 6.0 | 4.0 | 100 | 80.7 | 92.4 | 74.6 |
| 6 | 280 | 金属钴 | 7.0 | NaOH | 0.6 | 水 | 490 | 150 | 4.5 | 2.0 | 100 | 73.2 | 93.1 | 68.1 |
| 7 | 280 | 金属钴 | 7.0 | NaOH | 1.4 | 水 | 490 | 170 | 4.5 | 2.0 | 100 | 67.2 | 93.6 | 62.9 |
| 8 | 280 | 金属钴 | 7.0 | 碳酸钠 | 0.6 | 甲醇 | 280 | 150 | 4.0 | 3.5 | 100 | 80.8 | 91.9 | 74.3 |
| 9 | 280 | 金属钴 | 5.6 | 碳酸钠 | 0.6 | 乙醇 | 280 | 150 | 4.0 | 4.0 | 100 | 83.4 | 92.7 | 77.3 |
| 10 | 280 | 金属钴 | 5.6 | 碳酸钠 | 0.6 | 异丙醇 | 280 | 150 | 4.0 | 4.0 | 100 | 79.7 | 92.2 | 73.5 |
| 11 | 280 | 金属钴 | 11.2 | - | - | 氨水 | 490 | 180 | 5.0 | 4.0 | 100 | 89.0 | 93.0 | 82.7 |
| 12 | 280 | 5％Pt-C | 7.0 | - | - | 液氨 | 490 | 80 | 1.0 | 3.0 | 100 | 75.9 | 93.6 | 71.0 |
| 13 | 280 | 5％Pd-C | 7.0 | - | - | 液氨 | 490 | 80 | 1.0 | 3.5 | 100 | 66.1 | 93.3 | 61.7 |
| 14 | 280 | ZYR-C雷尼镍 | 3.5 | - | - | 氨水 | 490 | 120 | 6.0 | 5.0 | 100 | 76.5 | 92.7 | 70.9 |
| 15 | 280 | 雷尼钴 | 14.0 | - | - | 氨水 | 490 | 180 | 6.0 | 4.5 | 100 | 80.2 | 91.6 | 73.5 |
Claims (7)
1、一种N-氨基丙基吗啉的制备方法，依次按如下步骤进行：
(1)3-吗啉基丙腈的合成：原料吗啉与丙烯腈的摩尔比为1.0～1.3∶1，将需要量的吗啉加至反应器内，强烈搅拌下用1.5～5小时将需要量丙烯腈缓慢滴加其中，继续反应0.5～2小时，反应温度为30～60℃，其产物去下步精制；
(2)3-吗啉基丙腈的精制：由上述(1)制得的产物在真空下精馏脱除并收集产品前馏分后，釜液便为3-吗啉基丙腈；
(3)N-氨基丙基吗啉的合成：将上述(2)得到的精制的3-吗啉基丙腈、所需要的催化剂和溶剂及助催化剂，依次加至高压反应釜内，以3-吗啉基丙腈+溶剂的重量计，溶剂用量占50-80％，催化剂用量为1-1.5％；助催化剂用量为催化剂的10-20％，于1.0-6.0Mpa，80-200℃下加氢，反应2-6小时得到N-氨基丙基吗啉粗品，去下步精制；
(4)N-氨基丙基吗啉的精制：将上述(3)制得的N-氨基丙基吗啉粗品加至精馏塔塔釜内，常压下脱水，然后经真空精馏便得到目的产物。
2、根据权利要求1所述的制备方法，其所述的3-吗啉基丙腈的合成中，吗啉与丙烯腈摩尔比为1.05∶1，反应温度45℃，反应时间为5小时。
3、根据权利要求1所述的制备方法，其所述的加氢催化剂为金属镍、金属钴、ZYR-C雷尼镍、雷尼钴、5％铂-碳或5％钯-碳催化剂。
4、根据权利要求1或3所述的制备方法，其所述的加氢催化剂为金属钴。
5、根据权利要求1所述的制备方法，其所述的加氢过程中所用的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、水、25％氨水或液氨。
6、根据权利要求1所述的制备方法，其所述的加氢助催化剂为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸铵或氨。
7、根据权利要求1所述的制备方法，其所述的加氢反应所用的溶剂为氨水，催化剂为金属钴，助催化剂为氨水，反应压力为3-4Mpa，反应温度为130-150℃，反应时间为3-5小时；以3-吗啉基丙腈+溶剂的重量计，溶剂用量占50～80％，钴用量占1～1.5％，助催化剂用量为催化剂用量的10～20％。
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