DE1954546A1

DE1954546A1 - Verfahren zur Herstellung von N-Hydroxyalkylpiperazinen und N,N'-Bis-Hydroxyalkylpiperazinen

Info

Publication number: DE1954546A1
Application number: DE19691954546
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Adam; Ernst Dr Fuerst; Herwig Dr Hoffmann; Karl Dr Merkel
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1969-10-30
Filing date: 1969-10-30
Publication date: 1971-05-06
Also published as: DE1954546C3; DE1954546B2

Description

Verfahren zur Herstellung von N-Hydroxyalkyl-piperazinen und N,N'-Bis-hydroxyalkyl-piperazinen Bei einem älteren Verfahren zur Herstellung von N-Hydroxyalkylpiperazinen (I) und N,N N,N'-Bis-hydroxyalkyl-piperazinen (II) setzt man Piperazin mit einem Alkylenoxid in Wasser als Lösungsmittel um. Dieses Verfahren hat jedoch verschiedene Nachteile. Einmal entstehen merkliche Mengen an Nebenprodukten durch Reaktion des Alkylenoxids mit Wasser, zum anderen verursacht das im Reaktionsgemisch enthaltene nicht- umgesetzte Piperazin bei der Aufarbeitung d-urch Destillation erhebliche Schwierigkeiten. Es sublimiert nämlich in die kälteren Teile der Destillationsanlage, insbesondere zwischen Kondensator und Vakuumpumpe, und führt dadurch zu Verstopfungen und anderen Betriebsstörungen. Weiterhin sind (I) und (II) im allgemeinen auch nach mehrfacher Destillation noch gelb bis grün gefärbt, so daß ihr Einsatz für bestimmte Zwecke, zum Beispiel im pharmazeutischen Sektor, nicht möglich ist. Ein anderer Nachteil des erwähnten Verfahrens besteht darin, daß die Rückstände, die man bei der Aufarbeitung des rohen Reaktionsgemisches durch Destillation erhält, mehr als 10 Gewichtsprozent des eingesetzten Piperazins betragen können. Schließlich beträgt die Reinheit von (1) maximal 99,) %. Für eine Verwendung auf dem pharmazeutischen Sektor wird jedoch im allgemeinen ein Gehalt von mehr als 99,6 % verlangt.
Es wurde nun gefunden, daß man N-Hydroxyalkyl-piperazine und N,N'-Bis-hydroxyalkyl-piperazine durch Umsetzung von Piperazin mit Alkylenoxiden in einem Lösungsmittel vorteilhaft erhält, wenn man ein inertes polares Lösungsmittel verwendet, das bei Atmosphärendruck zwischen etwa 130 und etwa 1700C siedet und bei etwa 0 50°C mindestens 5 Gewichts-% Piperazin löst.
Man erhält nach dem neuen Verfahren (I) und (II) in hohen Ausbeuten und in sehr guter Reinheit. Bei der Aufarbeitung der Reaktionsgemische treten keine Störungen durch Ablagerungen von Piperazin auf.
Das bevorzugte Alkylenoxid ist Äthylenoxid. Das Verfahren eignet sich aber auch für die Umsetzung von anderen Alkylenoxiden, wie Propylenoxid, 1,2- bzw. 2,3-Epoxybutan und 1,2-Epoxycyclohexan.
Es ist ein wesentliches Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung, daß man in einem bestimmten Lösungsmittel arbeitet. Das Lösungsmittel kann insbesondere ein Alkohol, ein Äther, ein Ätheralkohol oder ein Carbonsäureester sein. Im einzelnen seien beispielsweise erwähnt: Isoamylalkohol, Cyclohexanol, Cyclopentanol, Di-n-butyläther, Äthylenglykol-mono-n-propyläther, Äthylenglykol-mono-isopropylEther, Athylenglykol-mono-äthyläther, Essigsäure-isoamylester, Athylenglykol-isobutylester, n-Butanol, Propylenglykol-(1,2)-isopropyläther, Methyllactat, Dipropoxymethan, Isobutylbutyrat, Propylisovalerat, Äthylhexyläther Man setzt die Lösungsmittel, einzeln oder im Gemisch untereinander oder auch im Gemisch mit kleineren Mengen an anderen inerten Lösungsmitteln, zweckmäßig in Mengen von 50 bis 500 Gewichts-%, bezogen auf Piperazin, ein.
Wenn vorzugsweise (I) hergestellt werden soll, wählt man vorteilhaft ein Molverhältnis Piperazin zu Alkylenoxid wie 1,0 : 0,2 bis 0,5. Soll in erster Linie (II) hergestellt werden, so ist ein Molverhältnis Piperazin zu Alkylenoxid wie 1,0 : 0,9 bis 1ß2 vorteilhaft.
Das Verfahren kann kontinuierlich im Gleich- oder Gegenstrom, beispielsweise in einem Rührbehälter oder in einer mit Füllkörpern beschickten Kolonne durchgeftihrt werden. Man kann die Umsetzung jedoch auch diskontinuierlich in einem Reaktor mit einer Homogenisierungsvorrichtung durchführen. Es ist zweckmäßig, bei Normaldruck oder, im Interesse einer höheren Reaktionsgeschwindigkeit insbesondere bei der Umsetzung von Äthylenoxid, bei leicht erhöhtem Druck, etwa bis 5 atm. zu arbeiten. Die Reaktionstemperatur liegt zweckmäßig zwischen 80 und 1200C. Bei den genannten Temperaturen und DrUcken ist die Reaktionsgeschwindigkeit im allgemeinen so hoch, daß es nicht erforderlich ist, Katalysatoren mitzuverwenden. Die Aufarbeitung der Reaktionsgemische erfolgt vorteilhaft durch Destillation und/oder Kristallisation.
Beispiel 1 In einen 6-m3-Rmirbehälter aus V2A-Stahl werden 3 932 kg einer Lösung aus 1 310 kg Piperazin und 2 622 kg Äthylenglykol-monon-propyläther gefüllt. Im Laufe von 2 Stunden gibt man bei einer Reaktionstemperatur von 85 bis 900C 396 kg Äthylenoxid unter Rühren des Reaktionsgemisches derart hinzu, daß der Druck im Rührbehälter 1,5 atü nicht übersteigt. Man rührt nach beendeter Äthylenoxidzugabe noqh 1 Stunde bei 90°C.
Das Reaktionsgemisch (4 305 kg) wird durch 2-stufige Destillation aufgearbeitet. In der ersten Stufe wird bei 50 Torr in einem Oberflächenverdampfer ohne Kolonne der nicht destillierbare Anteil abgetrennt. Dabei erhält man 4 282 kg Destillat und 20 kg nicht destillierbare Rdckstände.
In der zweiten Stufe werden die 4 282 kg Destillat bei 30 bzw.
3 Torr in einer Destillierapparatur mit Kolonne (etwa 5 theoretische Böden) in die Komponenten zerlegt. Dabei erhält man: 1. Fraktion; 3 301 kg; Kp30= bis 1350C; Gemisch aus 680 kg (7,9 Mol) nicht umgesetztes Piperazin und 2 621 kg Lösungsmittel, farblos; wird für die Synthese wieder eingesetzt 2. Fraktion: 790 kg; (6,1 Mol) I; Kp30= 1400C; Reinheit = 99,8 %; Farbzahl nach Hazen (APHA-Wert) = 68 3. Fraktion: 189 kg; (1,09 Mol) II; Kp3 1800C; Reinheit = Die Destillation erfolgt ohne Betriebsstörungen.
Ausbeute an I + II: 97,5 % der Theorie; Ausbeute an I: 84 % der Theorie.
Beispiel 2 (Vergleichsversuch) Es wird wie in Beispiel 1 gearbeitet, der Glykoläther wird jedoch durch die gleiche Menge (2 622 kg) Wasser ersetzt.
Man erhält 4 295 kg Reaktionsgemisch, das wie im Beispiel 1 durch 2-stufige Destillation aufgearbeitet wird.
Die Destillation in der ersten Stufe (Oberflächenverdampfer) erfolgt bei 760 Torr. Dabei erhält man 4 229 kg Destillat und 108 kg nicht destillierbare Rückstände. Die Anlage muß mehrmals abgestellt werden, da Piperazin zum Teil in die kalten Stellen der Destillieranlage sublimiert.
In der zweiten Stufe werden die 4 229 kg Destillat aus der ersten Stufe aufgearbeitet. Die Destillation der 1. Fraktion erfolgt bei 760 Torr. Man erhält 1. Fraktion: 3095 kg; z.T. flüssig, z.T. kristallin; Gemisch aus 615 kg ( 7,2 kg-Mol) Piperazin und 2 480 kg Wasser; wird für die Synthese wieder eingesetzt.
Es treten Störungen auf durch teilweises Sublimieren von Piperazin in die kälteren Teile der Destillieranlage.
Die 2. und 3. Fraktion werden im Vakuum bei 30 Torr bzw. 3 Torr destilliert. Man erhält 2. Fraktion: 711 kg; (5,5 Mol) I; Kp30= 1400C; Reinheit = 98,6 %, Farbzahl nach Hazen (APHA-Wert) = 590; gelb gefärbt 3. Fraktion: 186 kg; (1,07 Mol) II; Kp3 1800C; Reinheit = 98,4 %; Ausbeute an I + II: 81 % der Theorie; Ausbeute an I: 68 % der Theorie.

Claims

Patentanspruch

Verfahren zur Herstellung von N-Hydroxyalkyl-piperazinen und N,N'-Bis-hydroxyalkyl-piperazinen durch Umsetzung von Piperazin mit Alkylenoxiden in einem Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß man ein inertes polares Lösungsmittel verwendet, das bei Atmosphärendruck zwischen etwa 130 und etwa 1700C siedet und bei etwa 500C mindestens 5 Gewichts-% Piperazin löst.