CN86104693A - 2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺类的制造方法 - Google Patents

2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺类的制造方法 Download PDF

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Abstract

2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺类是由一种胺与一种2，2，6，6-四烷基-4-哌啶酮在催化剂存在的情况下起反应而制备的。使用的催化剂选自铂、镍和钴。使用的反应介质组成如下：(a)水，用量为10～100％(重量)，(b)选自C1～C10脂族醇和C2～C6脂族二元醇的一种极性有机化合物，其用量为0～90％(重量)。

Description

本发明涉及了一种改进的2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺类制造方法。该方法涉及在反应介质中使用铂，镍或钴催化剂。反应介质包括：
a.水，用量为10～100%（重量）;
b.至少一种选自C1～C10脂族醇和C2～C6脂族二元醇的极性有机化合物，其用量为0～90%（重量）。
众所周知，2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺类，如N，N′-双（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基）六亚甲基二胺，可用作聚合材料的防紫外线剂。以往，通常在脂族醇溶剂中使用Pt，Ni，Co催化剂来制造这些化合物。
例如，G.Cantatore在美国专利4，104，248中报导了用甲醇作为反应介质和载于碳上的Pt催化剂来制造N，N′-双（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基）亚乙基二胺。P.N.Son的美国专利4，326，063中也报导了使用Pt催化剂和极性有机溶剂，如低级烷基脂族醇来制备2，2，6，6-四烷基-4-哌啶基环烷基胺类化合物。而Minagawa等人在美国专利4，415，688中则报导了使用Pt/c催化剂和甲醇溶剂来制造某些2，2，6，6-四烷基哌啶基胺类化合物。
另外，在德国专利公开3，007，996号中报导了在惰性有机溶剂中，使用阮内Ni或Co催化剂来制造聚烷基哌啶胺类化合物。
虽然用以前制造2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺类化合物的工艺方法能得到人们期望的产率，但易燃的溶剂与具有自然性质的Pt，Ni，Co催化剂一起使用存在着潜在的危险。为此，P.N.Rylander在1967年《Academie    Press》第12页上发表的“关于利用铂系金属的催化加氢”一文中指出：“铂系金属催化剂一般是不会自燃的，可以安全地拿在手中。但是，它们对有机化合物的氧化起催化作用，因此当这些催化剂与有机液体或易燃蒸气接触时必须十分小心。铂系金属催化剂，特别是铂与钯，易于引燃低级醇。”而且他在1979年的《Academic    Press》的第3页上发表的“有机合成中的催化加氢”一文中又警告人们：“纯净的催化剂，如溶有氢的阮内镍，当暴露在空气中时，会燃烧。因此，使用时应当小心……。”还说：“以极细的碳粉为载体的金属催化剂会象碳粉本身或面粉那样发生粉尘爆炸。”所以，需要有一种合适的方法，既能制备2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺类化合物，又可避免以前的工艺过程所可能给人体带来的危害。
下面将比较详细地讨论，在制备2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺类的过程中，胺与2，2，6，6-四烷基-4-哌啶酮的反应机理存在着一个平衡反应，平衡的一方（A）是链烷醇胺，另一方（B）是酮亚胺和水。而酮亚胺氢化后就形成产物2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺。
因此，完全出乎意料的是：在用Pt，Ni或Co作催化剂制造2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺类化合物时，采用至少含有10%（重量）的水的反应介质，不但减少了由自燃性催化剂带来的燃烧的威胁，而且对取代哌啶胺产物的产率的影响也不大。
本发明提出了一个制造具有如下分子式的化合物的方法：
其中：R为C1～C18烷基，C1～C6环烷基，C1～C9芳烷基，
R1，R2，R3，R4可以是相同的或不同的C1～C8烷基，
A为H，OH，C1～C8烷氧基，C1～C8烷基，C2～C10烷基碳酰基或芳基碳酰基，
n＝1，2，3或4。
但是，当n＝2，3，4时，各哌啶环的取代基R1，R2，R3，R4和A可以在其定义范围内各自独立地变化。
该方法包括下述：用一种分子式为R（NH2）n（其中R和n的限定范围同上）的胺与至少一种具有如下分子式的2，2，6，6-四烷基-4-哌啶酮起反应，
Figure 86104693_IMG4
Ⅱ式中，R，n，R1，R2，R3，R4，A的限定范围同上;
在选自Pt，Ni和Co的催化剂存在的情况下，采用包括以下组成物的反应介质：
a.水，用量为0～100%（重量）;
b.至少一种选自C1～C10脂族醇和C2～C6脂族二元醇的极性有机化合物，其用量为0～90%（重量）。
本文中使用的术语，如“2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺”包括那些哌啶基氮上结合了取代基的化合物。（即“A”取代基）
而且要注意，当分子式（Ⅰ）中的n＝2，3或4时，各哌啶环的取代基R1，R2，R3，R4，A可以在各自的限定范围内各自独立地变化。因此，当生成的化合物中有两个或更多的哌啶环时，每个环上的取代基可以是不同的。例如：n＝2，A既可能是H，也可能是OH，即化合物既可以是2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺基取代的，也可以是1-羟基-2，2，6，6-四烷基-4-哌啶胺基取代的。
可以使用的胺类的例子有：
脂肪族的具有1个，2个，3个，4个胺基的烷基胺。如：甲基胺，丁基胺，十二烷基胺，十八基胺，三亚乙基二胺，四亚乙基二胺，六亚甲基二胺，二亚丙基三胺，二亚乙基三胺，1，2，6-三胺基己烷等等;芳胺类，如：苯胺，苯二胺等等;芳烷基胺类，如：苄胺等。胺类中以六亚甲基二胺和四亚甲基二胺为最好。
在本发明的方法中可以使用的合适的4-哌啶酮包括：
2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮;
1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶酮;
1-乙基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮;
1-正辛基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮;
2，6-二乙基-2，6-二甲基-4-哌啶酮;
2-异丁基-2，6，6-三甲基-4-哌啶酮;
1-乙酰基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮;
1-苯甲酰基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮;
1-羟基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮;
1-甲氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮;等等。
4-哌啶酮中以2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮为最好。
许多这类合适的4-哌啶酮都是已知的化合物。它们的制备方法可以从文献中找到。例如：Francis在“英国化学会志”（J.Chem.Soc.）2897（1927）报导了一种制备三丙酮胺的方法，三丙酮胺的另一个名称就是2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮（A为H）;Biel和Robertson在美国专利3，364，220中例9提到了1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶酮（A为CH3）的制备方法。Rozantsev和Golubev在“化学文摘”65卷，10559页（1966）提出了1-羟基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮（A＝OH）的制备方法。Holt在美国专利3，734，883中第二栏，第1～18行说明了A为甲基的这类化合物的制备方法。在分子式（Ⅱ）的限定范围内的其它化合物可用类似的方法制备。
本发明的方法中使用的催化剂，是从Pt，Ni和Co中选择的，这类催化剂可采用疏松的金属或氧化物的形式。最好是将这类催化剂置于一个合适的载体上。可采用的载体的例子有碳，氧化铝或硅藻土。也可使用硫化形式的催化剂，最好用铂作催化剂。
在本发明的方法中使用的反应介质包括：
a.水，用量为10～100%（重量）;
b.至少一种选自C1～C10脂族醇和C2～C6脂族二元醇的极性有机化合物，其用量为0～90%（重量）。
较好的反应介质包括水，水与甲醇的混合物，水与乙醇的混合物，水与异丙醇的混合物。
本发明的方法反应历程，可用下图表示：
Figure 86104693_IMG5
其中，R，R1，R2，R3，R4，A的限定范围均同上。
从上面的平衡反应中，人们可能会设想，当水的百分含量（重量）较大时，（例如10%或10%以上）将会使平衡从酮亚胺向链烷醇胺中间体方向移动，结果将会使产物的产率降低。然而下面的一些例子表明，这种平衡移动（如果这种移动确实发生了）并没有对产物的总收率产生显著的影响，这是出乎意料之外的。
本发明的过程的操作如下：将胺，2，2，6，6-四烷基-4-哌啶酮，反应介质和催化剂置于反应器中，该反应器通常为一压力容器。
哌啶酮与每一胺官能团的当量比最好为1∶1至1.2∶1。
反应物与溶剂（反应介质）的比例不是很严格的。一般，溶剂为反应混合物总重量的5～80%。
熟悉这方面工艺的人都知道，对于间歇式反应来说，催化剂浓度可根据反应温度，反应压力和所要求的反应时间等因素而变化。
一旦反应混合物加入反应器后，就立即送入氢气增压，同时通常加热到所需反应温度。反应温度可在15℃～100℃的范围内变动，较好在45℃～90℃之间，最好在60℃～85℃之间。反应压力，可在15～2000磅/英寸2的范围内变动，较好在50～900磅/英寸2，最好在100～750磅/英寸2之间。
反应时间随反应批量、反应温度、反应压力，所选用的反应物等因素而变化。如果需要的话，反应的进程可通过监测氢气的吸收量而掌握。
一旦反应达到所要求的程度，一般即进行冷却和降压。为得到纯产物，通常先滤去催化剂然后通过蒸馏除去产物中的溶剂和杂质，其中包括未起反应的初始成分。
通过作一些对于熟悉这方面工艺的人来说是显而易见的改进，本发明的方法可采用连续式或间歇式操作。
下面的例子是为了进一步说明本发明的方法，但本发明的范围决不限于这些。
实例Ⅰ和比较试验A
在一个容器为1升的高压釜中加入34.8克（0.30摩尔）六亚甲基二胺（HMDA），97.65克（0.63摩尔）2，2，6，6-四烷基-4-哌啶酮（TAA），120毫升反应介质（在实例Ⅰ中是水，在比较试验A中为甲醇），1.5克以碳为载体5%铂催化剂。将氢通入高压釜增压。加热到80℃后，将压力保持在600～800磅/英寸（表压）。
将反应产物置于一旋转式汽化器中，在75℃和30mmHg条件下浓缩。产物用定量气-液色谱法进行分析，分析结果列于下面的表Ⅰ中。
表Ⅰ
2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基取代的六亚甲基二胺的制备
产率，摩尔%
实例Ⅰ    催化剂    溶剂    时间    双（a）    单（b）哌啶酮（c）醇（d）六亚甲基二胺
与比较    （小时）
试验A
Ⅰ    Pt    水    2.4    89    3.1    0.43    3.2    N.D（e）
A    Pt    甲醇    4.8    93    0.47    2.9    0.57    N.D
a）N，N′-双（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基）六亚甲基二胺
b）N-（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基）六亚甲基二胺
c）2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮
d）2，2，6，6-四甲基-4-哌啶醇，产率按初始的2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮计算
e）检测不出
上列数据表明，采用含水至少10%（重量）的反应介质的本发明方法与从前用水作为反应介质的工艺相比，能制备出几乎等量的2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基取代的六亚甲基二胺。例如在实例1中，使用水作反应介质，获得了总产率为92.1%（按理论产率计）的单取代或双取代的化合物。比较试验A中，使用甲醇作介质，得到总产率为93.47%的取代化合物。然而在比较试验A中由于可自然的Pt与甲醇介质而存在的潜在危险在实例Ⅰ中完全消除了。
实例Ⅱ
在一个容器为1加仑的高压釜中，加入456.4克（2.94摩尔）2，2，6，6-四甲基-4-哌啶酮，162.7克（1.40摩尔）六亚甲基二胺，770毫升水和28克以碳为载体的5%铂催化剂。将氢通入高压釜增压，升温至80℃后，将压力保持在100～200磅/英寸2（表压）。反应总共持续5.3小时，在氢气吸收明显停止后1小时，停止反应。
将反应器冷却至室温，取出产物，滤掉催化剂，在减压下脱除挥发性物质。
对产物进行气-液色谱分析的结果表明，90%（摩尔）（按理论产率计）转化成了N，N′-双（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基）六亚甲基二胺，从而证明本发明方法在压表压100～200磅/英寸2的低压下是有效的。

Claims (16)

1、一种制备具有如下分子式的化合物的方法：
Figure 86104693_IMG1
其中，R=C1～C18烷基，C5～C6环烷基或C7～C9芳烷基；R1，R2，R3，R4是相同的或不同的C1～C8烷基；A为H，OH，C1～C8烷氧基，C1～C8烷基，C2～C10烷基碳酰基或芳基碳酰基；n=1，2，3，4；但是，当n=2，3或4时，各哌啶环的取代基R1，R2，R3，R4和A可以在其各自的定义内独立地变化；
该方法包括下述：用一种分子式为R(NH2)n(其中R和n的定义同上)的胺与至少一种具有如下分子式的2，2，6，6-四烷基-4-哌啶酮起反应
Figure 86104693_IMG2
其中，R，n，R1，R2，R3，R4，A的定义同上；
反应在有选自铂，镍和钴的催化剂存在并采用包括以下组成物的反应介质的情况下进行：
a.水，用量为10～100%(重量)。
b.至少一种选自C1-C10脂族醇和C2～C6脂族二元醇的极性有机化合物，其用量为0～90%(重量)。
2、权利要求1所述的方法，其中反应介质包括水和至少一种选自C1～C10脂族醇和C2～C6的脂族二元醇的极性有机化合物。
3、权利要求2所述的方法，其中反应介质是2-丙醇与水的混合物。
4、权利要求2所述的方法，反应介质是乙醇与水的混合物。
5、权利要求2所述的方法，反应介质是甲醇与水的混合物。
6、权利要求1所述的方法，其中所述的反应介质包括水。
7、权利要求1所述的方法，其中所述的催化剂为铂。
8、权利要求1所述的方法，其中R1，R2，R3，R4是甲基，A是氢。
9、权利要求8所述的方法，其中所述的胺是从下列胺中选择的：甲基胺，丁基胺，十二烷基胺，十八烷基胺，环己胺，苄胺，三亚乙基二胺，四亚乙基二胺，六亚乙基二胺，1，12-二胺基十二烷，二亚丙基三胺，二亚乙基三胺，1，2，6-己三胺，1，4-环己二胺。
10、权利要求8所述的方法，其中所述的胺是四亚乙基二胺或六亚甲基二胺。
11、权利要求1所述的方法，其中反应是在15～2000磅/英寸2压力下进行的。
12、权利要求11所述的方法，其中反应是在50～900磅/英寸2压力下进行的。
13、权利要求12所述的方法，其中反应是在100～750磅/英寸2压力下进行的。
14、权利要求1所述的方法，其中反应是在15℃～100℃的温度下进行的。
15、权利要求14所述的方法，其中反应是在45℃～90℃下进行的。
16、权利要求15所述的方法，其中反应是在60℃～85℃温度下进行的。
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