DE1954546B2

DE1954546B2 - Verfahren zur Herstellung von N-Hydroxyalkylpiperazinen und N,N"-Bis-hydroxyalkylpiperazinen

Info

Publication number: DE1954546B2
Application number: DE19691954546
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. Adam; Ernst Dr. 6730 Neustadt Fuerst; Herwig Dr. 6710 Frankenthal Hoffmann; Karl Dr. Merkel
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1969-10-30
Filing date: 1969-10-30
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE1954546A1; DE1954546C3

Description

Bei einem älteren Verfahren zur Herstellung von N-Hydroxyalkyl-piperazinen (I) und N,N'-Bishydroxyalkyl-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 Alkyleno:tids mit Wasser, zum anderen verursacht das im Ri:aktionsgemisch enthaltene nicht umgesetzte Piperazin bei der Aufarbeitung durch 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, z. B. 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 (I) maximal 99,3 °/o. 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 170° C siedet und bei etwa 50° C mindestens 5 Gewichtsprozent 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, Cyclopentanon Di-n-butyläther, Äthylenglykol-mono-n-propyläther, Äthylenglykol-mono-isopropylätlier, Äthylenglykol-mono-äthyläther, Essigsäure-isoamylester, Äthylenglykol-isobutylester, n-Butanol, Pro|Dylenglykol-(l,2)-isopropyläther, Methyllactat, Dipropoxyraethan, Isobutylbutyrat, Propylisovalerat, Äthylhexyläther.

Man seUt die Lösungsmittel, einzeln oder im Gemisch untereinander, zweckmäßig in Mengen von 50 bis 500 Gewichtsprozent, bezogen auf Piperazin,

'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 1,2 vorteilhaft.

Das Verfahren kann kontinuierlich im Gleichoder Gegenstrom, beispielsweise in einem Rührbehälter oder in einer mit Füllkörpern beschickten Kolonne, durchgeführt werden. Man kann die Umsetzuns 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 ^wischen 80 und 120° C. Bei den genannten Temperaturen und Drücken 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 einem 6-m³-Rührbehälter aus V2A-Stahl werden 3932 kg einer Lösung aus 1310 kg Piperazin und 2622 kg Äthylenglykol-mono-n-propyläther gefüllt. Im Laufe von 2 Stunden gibt man bei einer Reaktionsgeschwindigkeit von 85 bis 90° C 396 kg Äthylenoxid unter Rühren des Reaktionsgemisches derart hinzu, daß der Druck im Rührbehälter 1,5 atü nicht übersteigt. Man rührt nach beendeter Äthylenoxidzugabe noch 1 Stunde bei 90° C.

Das Reaktionsgemisch (4305 kg) wird durch 2stufige Destillation aufgearbeitet. In der ersten Stufe wird bei 50 Torr in einem Oberflächenverdampfer ohne Kolonne der nicht destillierbare Anteil abgetrennt. Dabei erhält man 4282 kg Destillat und 20 '.:g nicht destillierbare Rückstände.

In der zweiten Stufe werden die 4282 kg Destillat bei 30 bis 3 Torr in einer Destillierapparatur mit Kolonne (etwa 5 theoretische Böden) in die Komponenten zerlegt. Dabei erhält man

1. Fraktion: 3301kg; Kp._M=bisl35°C;Gemischaus

680kg (7,9MoI) nicht umgesetztes Piperazin und 2621kg Lösungsmittel, farblos; wird für die Synthese wieder eingesetzt

2. Fraktion: 790 kg; (6,1 Mol) I; Kp.₃₀ = 140°C;

Reinheit = 99,8«/»; Farbzahl nach Hazen (APHA-Wert)=68

3. Fraktion: 189 kg; (1,09 Mol) II; Kp._3O = 180° C;

Reinheit = 99,4 °/o.

Die Destillation erfolgt ohne Betriebsstörungen.

Ausbeute aa I + II: 97,5% der Theorie; Ausbeute an T: 84¹Vo der Theorie.

Beispiel 2
(Vergleichsversuch)

Es wird wie im Beispiel 1 gearbeitet, der Glykoläther wird jedoch durch die gleiche Menge (2622 kg) Wasser ersetzt.

Man erhält 4295 kg Reaktionsgemisch, das wie im Beispiel 1 durch 2stufige Destillation aufgearbeitet wird.

Die Destillation in der ersten Stufe (Oberflächenverdampfer) erfolgt bei 760 Torr. Dabei erhält man 4229 kg Destillat und 108 kg nicht destillierbare Rückstände. Die Anlage muß mehrmals abgestellt werden, da Piperazin zum Teil in die kalten Stellen dor Destillieranlage sublimiert.

In der zweiten Stufe werden die 4229 kg Destillat aus der ersteri 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 Mol) Piperazin und 2 480 kg Wasser; wird für die Synthese wieder S eingesetzt.

Es treten Störungen auf durch teilweises Sublimieren von Piperazin in die kälteren Teile der Destillieranlage.

ίο 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; Kp._3O = 140° C;

Reinheit = 98,6 ¹Vo, Farbzahl nach Hazen (APHA-Wert) =590; gelb gefärbt.

3. Fraktion: 186 kg; (1,07 Mol) Π; Kp._3O = 180° C;

Reinheit = 98,4%.

Ausbeute an H-II: 81 % der Theorie; Ausbeute an I: 68°/o der Theorie.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung vonN-Hydroxyalkylpiperazinen 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 Atmosphäreudruck zwischen etwa 130 und etwa 170° C siedet und bei etwa 50° C mindestens 5 Gewichtsprozent Piperazin löst.