SK4262000A3 - Method for purifying 4-amino-piperidines - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Predložený vynález sa týka spôsobu čistenia 2,2,6,6-tetrasubstituovaných 4aminopiperidínov, ktoré sa pripravili zo zodpovedajúcich piperidin-4-ónov s následnou destiláciou.

Vynález sa týka predovšetkým spôsobu čistenia 4-aminopiperidínov všeobecného vzorca I

kde R¹ až R⁴ znamenajú Ci-C6-alkyl, R¹ a R² a/alebo R³ a R⁴ spolu tvoria CH2 reťazec obsahujúci od 2 do 5 atómov uhlíka, ktoré sa pripravili zo zodpovedajúcich piperidin-4-ónov vzorca II

kde zvyšky R sú definované vyššie, s následnou destiláciou.

Doterajší stav techniky

4-Aminopiperidíny, ktoré sú, vďaka 2,2,6,6-substitúcii, napríklad tetraalkyl substitúcii, označované ako stéricky bránené, sa používajú v rozmanitých aplikáciách. Slúžia predovšetkým ako medziprodukty na prípravu UV stabilizátorov pre syntetické polyméry (pozri napríklad: R. Gächter, H. Múller (editors): Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, Munich, 1979; F. Gugumus, Polym. Degrad. Stabil. 44 (1994), 299 - 322) a ako regulátory a stabilizátory reťazca pri príprave polyamidov (porovnaj napríklad: WO 952 84 43, DE-A- 4 413 177).

Špecificky je významné, že stéricky bránené 4-aminopiperidiny nevykazujú len vysokú chemickú čistotu, ale tiež žiadne alebo len veľmi malé vlastné sfarbenie a že

-2sa neuplatňuje žiadna strata farby v priebehu doby skladovania počas dlhých mesiacov. Toto sa požaduje predovšetkým vtedy, ak sa 4-aminopiperidín používa na prípravu stabilizátorov alebo sa používa priamo ako prísada, pretože kvalita tohto ako aj kvalita stabilizovaných polymérov závisí v rozhodujúcej miere od chemickej čistoty a predovšetkým kvaíity sfarbenia.

Stéricky bránené 4-aminopiperidíny sa vo všeobecnosti priemyselne vyrobia z dialkylketónov, napríklad z acetónu alebo z derivátov acetónu. Piperidíny vzorca I sa môžu získať jednostupňovou reakciou zo zlúčenín

ΑΠ,

R² R⁴ pomocou katalytickej reakcie uzavretia kruhu v prítomnosti amoniaku a vodíka (DEA-2 412 750) alebo z piperidin-4-ónov vzorca II

aminačnou hydrogenáciou v jednom alebo v dvoch stupňoch, napríklad katalytický. (Pozri napríklad DE-A-35 25 387, DE-A-2 040 975, DE-A-2 349 962, DE-A26 21 870, EP-A-33 529, EP-A-42119, EP-A-303 279, ΕΡ-Λ-410 970, EP-A611 137, EP-A-623 585 a DE-A-42 10 311).

Priemyselne vyrábané stéricky bránené 4-aminopiperidíny sa vo všeobecnosti prečistia destiláciou. (Pozri napríklad EP-A- 33 529).

Avšak rušivé množstvá látok, ktoré dodávajú sfarbenie, sú ešte stále prítomné alebo sa tvoria po krátkom čase, v 4-amino-2,2,6,6-tetraalkylpiperidínoch, ktoré sa pripravia s použitím konvenčných postupov.

Podľa DE-A-195 55 58, EP-A-28 555, US 3 819 710 a JP 01,160,947 (Chem.

Abstr. Hl: 232081 r), sfarbenie produkujúce zlúčeniny v určitých aminoalkoholoch, pričom tieto zlúčeniny sa tvoria pri príprave aminoalkohoiov z etylénoxidu a vhodného

-3amínu, sa môžu konvertovať na zlúčeniny produkujúce menšie sfarbenie, pomocou katalytickej hydrogenácie.

JP 06 25,410 (Chem. Abstr. 121: 56988η), JP-OS 48-52708 (Chem. Abstr. 80: 36697y), JP 05,345,821 (Chem. Abstr. 120: 272327t), US 5 362 914 a EP-A-262 562 uvádzajú, že odfarbovanie určitých polyamínoch sa môže znížiť spracovaním s vodíkom v prítomnosti hydrogenačných katalyzátorov.

DE-A-22 05 958 opisuje spôsob čistenia terciárnych amínov, ktoré sa získali reakciou primárnych alkoholov s amoniakom, hydrogenáciou nečistôt pred finálnou destiláciou terciárneho amínu.

Vyššie uvedené zlúčeniny predstavujú odlišné triedy zlúčenín vzhľadom na tieto stéricky bránené 4-aminopiperidíny podľa predloženého vynálezu. Okrem toho, pôvod nečistôt produkujúcich sfarbenie vo vyššie uvedených zlúčeninách spočíva vždy v špecifických spôsoboch prípravy a východiskových materiáloch.

Japonská patentová prihláška JP-OS 02-311 457 opisuje čistenie 2,2,6,6tetraalkyl-4-piperidinónov spracovaním s vodíkom v prítomnosti hydrogenačného katalyzátora. Podľa príkladov uvedených v tejto prihláške, týmto spôsobom vyrobený produkt (triacetónamín, TAA) je tak farebne nestabilný, že vykazuje oveľa slabšiu kvalitu sfarbenia ako východiskový materiál dokonca už po jednom týždni skladovania pri teplote 60 °C.

Vývoj preparatívnych postupov chemicky čistých stéricky bránených 4-aminopiperidínov vykazujúcich nízke odfarbovanie pokračovalo úplne odlišným smerom:

DD-A-266 799 uvádza reakciu 4-amino-2,2₁6,6-tetrametylpiperidínu v roztoku acetón/voda s CO2, oddelenie zrazeniny, premytie s acetónom, následný termálny rozklad a prečistenie produktu destiláciou.

SU 18 11 527 opisuje rozličné postupy čistenia stéricky bránených 4-aminopiperidínov vzorca I. V tomto procese sa kontaminovaný surový produkt rozpustí vo vhodnom aprotickom rozpúšťadle, nechá sa reagovať s etylénglykoiom, a reakčný produkt sa izoluje; 4-aminopiperidín sa uvoľní s použitím vodnej zásady a po odstránení vodnej fázy sa frakčné predestiluje.

-4Obidva spôsoby sú mimoriadne komplikované a nákladné.

Napokon, skoršia nemecká prihláška č. 19622269.9 opisuje destilačný spôsob čistenia surových 4-aminopiperidínov vzorca I, v prvom kroku, odstránením vysokovriacich látok a prípadnej vody zo surových piperidínov destiláciou, v druhom kroku pridaním od 0,01 do 5 % hmotn., vztiahnuté na produkt z prvého kroku, redukčného činidla, napríklad hydridoboritanu sodného, a, v treťom kroku, izoláciu piperidínov vzorca I pomocou destilácie.

Podstata vynálezu

Predložený vynález poskytuje tiež ekonomicky nenákladný spôsob, ktorý sa dá jednoducho a ľahko uskutočniť a pomocou ktorého sa môžu získať bezfarebné, farebne stabilné a vysoko čisté stéricky bránené 4-aminopiperidíny, napríklad vzorca I. To znamená produkty, pri ktorých sa veľmi nízke vlastné sfarbenie udržiava počas predĺženého obdobia a ktoré súčasne vykazujú nízky obsah vedľajšieho produktu a neobsahujú žiadne stabilizačné pomocné látky. Odvolávka na 4-aminopiperidíny vzorca I ako “bezfarebné“ zahrňuje minimálne odfarbenie, totiž až do čísla sfarbenia nanajvýš 40 APHA (merané v súlade s DIN-ISO 6271).

Zistili sme, že tento predmet sa dá dosiahnuť spôsobom čistenia 2,2,6,6tetrasubstiovaných 4-aminopiperidínov, ktoré sa pripravili zo zodpovedajúcich piperidin-4-ónov, s následnou destiláciou, ktorá zahrňuje reakciu destilovaného 2,2,6,6-íetrasubstituovaného 4-aminopiperidínu s vodíkom v prítomnosti hydrogenačného alebo dehydrogenačného katalyzátora a potom znova separáciu 4-aminopiperidínu z reakčnej zmesi.

V stéricky bránených 4-aminopiperidínoch vzorca I, zvyšky R¹, R², R³ a R⁴, navzájom nezávisle od seba, výhodne znamenajú C1-C3-alkyl, napríklad etyl alebo metyl, predovšetkým výhodne metyl.

Čistý ale odfarbený a/alebo farebne nestabilný 4-amino-piperidín, napríklad vzorca I, ktorý sa získal podľa známych postupov reakciou zodpovedajúceho piperidin-4-ónu, napríklad aminačnou hydrogenáciou a následnou frakčnou rektifikáciou, sa podľa predloženého vynálezu nechá reagovať s vodíkom v prítomnosti hydrogenačného katalyzátora, napríklad pri teplote od 20 do 200 °C.

-5Vyššie teploty sú taktiež možné. Výhodnou je reakčná teplota v rozsahu od 50 do 150 °C.

Reakcia 4-aminopiperidínu s vodíkom sa môže uskutočňovať atmosférickom tlaku alebo výhodne pri superatmosferickom tlaku, napríklad od 0,1 do 50 MPa. Vyššie tlaky sú taktiež možné. Výhodný je reakčný tlak od 1 do 30 MPa, predovšetkým výhodne od 1 do 20 MPa.

Reakcia 4-aminopiperidínu s vodíkom sa môže uskutočňovať v prítomnosti rozpúšťadla alebo zmesi rozpúšťadiel, ktorá je inertná pri reakčných podmienkach, alebo výhodne bez prítomnosti rozpúšťadla. Ak sa použije rozpúšťadlo, napríklad tetrahydrofurán, dioxán, 1,2-dimetoxyetán, metanol alebo etanol, reakčné podmienky sa zvolia tak, že rozpúšťadlo je prítomné v reakčnej zmesi v kvapalnej forme.

Pokiaľ ide o hydrogenačné katalyzátory, ktoré sa môžu použiť, tu nejestvujú žiadne obmedzenia. Dehydrogenačné katalyzátory sa taktiež môžu použiť.

Vhodnými hydrogenačnými katalyzátormi sú napríklad katalyzátory, ktoré obsahujú meď, striebro, zlato, železo, kobalt, nikel, ruténium, rádium, paládium, rénium, osmium, irídium, platinu, chróm, molybdén alebo ich zmes.

Použitý hydrogenačný katalyzátor môže byť homogénne rozpustený v 4aminopiperidíne alebo v zmesi 4-aminopiperidínu a rozpúšťadla, napríklad ak sa použije tris(trifenylfosfín)ródium chlorid, alebo, predovšetkým výhodne, môže byť prítomný v nerozpustenej forme, t.j. heterogénnej forme.

Vhodnými heterogénnymi katalyzátormi sú katalyzátory bez nosiča, ako je Raneyov nikel alebo Raneyov kobalt, pričom posledne uvedený je prítomný v reakčnej zmesi vo forme suspenzie, alebo katalyzátory na nosiči, ktoré sú výhodne usporiadané ako pevné lôžko v reaktore. V prípade katalyzátorov na nosiči, vhodnými nosnými materiálmi pre katalytický účinné kovy alebo kovové zlúčeniny sú napríklad uhlík, oxid hlinitý, oxid kremičitý, oxid titaničitý, oxid zirkoničitý, oxid zinočnatý, oxide horečnatý, karbid kremíka, zeolity alebo ich zmesi.

Príklady, ktoré sa môžu uviesť, sú katalyzátory na nosiči obsahujúce meď a/alebo kobalt a/alebo nikel a oxid hlinitý a/alebo oxid zirkoničitý.

-6Napríklad, môžu sa použiť dva katalyzátory na nosiči, ktoré majú nasledujúce zloženie:

% hmotn. Al, počítané ako AI2O3, 4 % hmotnostné Cu, počítané ako CuO, 10 % hmotn. Co, počítané ako CoO a 10 % hmotn. Ni, počítané ako NiO (ako je opísané v DE-A-1 953 263) alebo

31,5 % hmotn. Zr, počítané ako ZrO2, 50 % hmotn. Ni, počítané ako NiO, 17% hmotn. Cu, počítané ako CuO a 1,5 % hmotn. Mo, počítané ako MOO3 (ako je opísané v EP-A-696 572).

Potrebná doba zdržania 4-aminopiperidínu nad katalyzátorom je okrem iného určená stupňom odfarbenia destilovaného 4-aminopiperidínu a požadovanou dekolorizáciou a/alebo farebnou stabilitou piperidínu. Zvyčajne je doba zdržania dlhšia, pri spôsobovom kroku podľa predloženého vynálezu sa používa vyšší stupeň odfarbenia 4-aminopiperidínu a kladú sa vyššie požiadavky na farebnú kvalitu produktu.

V závislosti od zvolených reakčných podmienok je všeobecnosti postačujúca doba zdržania od 10 minút po niekoľko hodín.

Spôsobový krok podľa predloženého vynálezu sa môže uskutočniť buď kontinuálne, napríklad v rúrkovom reaktore, miešacích nádobách alebo v kaskádach miešacích nádob, alebo vsádzkovo, napríklad v miešacích nádobách.

Po uskutočnení spôsobového kroku podľa predloženého vynálezu sa 4amihopiperidín oddelí od hydrogenačného katalyzátora a od použitého rozpúšťadla.

Hydrogenačné katalyzátory rozpustené v reakčnom produkte sa oddelia destiláciou s použitým rozpúšťadlom a 4-aminopiperidín sa následne odoberá z vrchnej časti zvyčajným spôsobom.

Hydrogenačné katalyzátory použité v suspenzii sa oddelila dekantáciou a/alebo filtráciou. Reakčný produkt sa môže následne destilovať, čo je v každom prípade potrebné, ak sa použije rozpúšťadlo.

-Ί Ak sa použije hydrogenačný katalyzátor usporiadaný ako pevné lôžko, reakčný produkt sa výhodne odfiltruje, aby sa odstránil prítomný obrúsený katalyzátor. Reakčný produkt sa následne môže predestilovať, čo je v každom prípade nevyhnutné, ak sa použilo rozpúšťadlo.

Spôsob podľa predloženého vynálezu poskytuje, jednoduchou ekonomicky nenáročnou metódou prečistí stéricky bránené 4-aminopiperidíny, ktoré prakticky nevykazujú žiadne vlastné sfarbenie a zostávajú farebne stabilné počas skladovania, takže pridávanie stabilizátorov nie je potrebné.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Sfarbenie stéricky bránených 4-aminopiperidínov sa stanovilo meraním APHA čísla sfarbenia v súlade s DIN-ISO 6271.

Vo všetkých príkladoch sa skladovanie TAD vzoriek uskutočňovalo pri porovnateľných podmienkach (laboratórna teplota, v tme).

Príklad 1 (Porovnávací príklad):

1,632 kg surového syntetického produktu, ktoré malo zloženie (v hmotn. percentách)

85,6 % 4-amino-2,2,6,6-tetrametylpiperidín (triacetóndiamín, TAD)

9,0 % H₂O približne 0,7 % NH₃

1,4 % 4-hydroxy-2,2,6,6-íetrametylpiperidínu (triacetónaminoalkohol, TAA-ol)

3,3 % vedľajších produktov vrátane vysokovriacich, ktoré sa získali aminačnou hydrogenáciou 2,2,6_l6-tetramethylpiperidin-4-ónu (triacetónamínu, TAA) [plynová chromatografia, čistota: 99 %; APHA číslo farebnosti: približne 370 (merané ako 1 %-ný roztok v etanole)] pri teplote 165 °C, 12 MPa H₂, v prítomnosti heterogénneho katalyzátora obsahujúceho 76 % hmotn. Al, počítané ako AI₂C>3, 4 % hmotn. Cu, počítané ako CuO, 10 % hmotn. Co, počítané ako CoO a 10 % hmotn. Ni, počítané ako NiO (ako bolo opísané vDE-A-1 953 263), sa rektifikovalo v destilačnej aparatúre obsahujúcej 2,0 litrový destilačný kotol s dvojitým

-8vyhrievaním stien, 70 cm zrkadlovú sklenenú kolónu naplnenú s 3 mm V2A drôtenými špirálkami (3,5 cm vnútorný priemer kolóny) a hlavu kolóny s rozdeľovačom kvapalín.

Ako hlavná frakcia sa získalo 1,191 kg bledožltého TAD s čistotou 99,9 % (podľa plynovej chromatografie) pri tlaku 40 až 42 hPa a teplote na vrchole kolóny 99 až 102 °C.

Získaný TAD dosiahol intenzívnejšiu žltú farbu počas nasledujúcich dní, t.j. nebol farebne stabilný.

Doba skladovania v dňoch APHA číslo farebnosti

145

268

Príklad 2

V 300 ml autokláve s miešadlom a bubnovou vložkou sa približne 70 g (0,45 mol) žltkastého TAD (čistota podľa plynovej chromatografie: > 99,9 %; APHA číslo farebnosti:72), ktorý sa získal ako je opísané v príklade 1, nechalo reagovať s vodíkom pri tlaku 10 MPa počas 6 hodín pri teplote 90 °C v prítomnosti heterogénneho katalyzátora obsahujúceho 76 % hmotn. Al, počítané ako AI₂O₃, 4 % hmotn. Cu, počítané ako CuO, 10 % hmotn. Co, počítané ako CoO a 10 % hmotn. Ni, počítané ako NiO (4 mm extrudáty), ktorý bol prítomný ako pevné lôžko v bubnovej vložke.

Reakčný produkt sa potom prefiltroval. Dosiahnutá čistota bezfarebného TAD predstavovala 99,9 %, stanovené podľa plynovej chromatografie. APHA číslo farebnosti TAD predstavovalo < 1 po dobe skladovania 50 dní. Dokonca po skladovaní počas 147 dní sa TAD javilo vizuálne ako bezfarebné, t.j. APHA číslo farebnosti predstavovalo < 10.

Príklad 3

Experiment sa uskutočnil ako v príklade 2 avšak s použitím 5 g Raneyovho niklu ako heterogénneho katalyzátora (suspendovaný), pričom sa, po filtrácii, získal bezfarébný TAD, ktorý vykazoval čistotu 99,9 % podľa stanovenia plynovou

-9chromatografiou a APHA číslo farebnosti 17 po dobe skladovania 50 dní. Po skladovaní počas 148 dní vykazovalo APHA číslo farebnosti hodnotu 23.

-1075/ _ tenú

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob čistenia 2,2,6,6-tetrasubstituovaných 4-aminopiperidínov, ktoré sa pripravili zo zodpovedajúcich piperidin-4-ónov, s následnou destiláciou, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje reakciu destilovaného 2,2,6,6-tetrasubstituovaného 4-aminopiperidínu s vodíkom v prítomnosti hydrogenačného alebo dehydrogenačného katalyzátora a oddelenie 4-aminopiperidínu z reakčnej zmesi.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, na čistenia 4-aminopiperidínov všeobecného vzorca I v ktorom R¹ až R⁴ znamenajú Ci-C₆-alkyl, R¹ a R² a/alebo R³ a R⁴ spolu tvoria CH2 reťazec obsahujúci od 2 do 5 atómov uhlíka, ktoré sa pripravili zo zodpovedajúcich piperidin-4-ónov vzorca II kde R¹ až R⁴ sú definované vyššie.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1, na čistenie 4-aminopiperidínov vzorca I definovaných v nároku 2, kde R¹, R², R³ a R⁴ znamenajú metyl.
4. 4. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že reakcia s vodíkom sa uskutočňuje pri teplote od 20 do 200 °C.
5. 5. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že reakcia sa uskutočňuje pri tlaku od 1 do 30 MPa.

   -11
6. 6. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že reakcia sa uskutočňuje bez prítomnosti rozpúšťadla.
7. 7. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že hydrogenačný katalyzátor obsahuje meď, striebro, zlato, železo, kobalt, nikel, ruténium, ródium, paládium, rénium, osmium, irídium, platinu, chróm, molybdén alebo ich zmes.
8. 8. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že použitým hydrogenačným katalyzátorom je katalyzátor na nosiči.
9. 9. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že použitým hydrogenačným katalyzátorom je katalyzátor na nosiči obsahujúci nikel a/alebo meď a/alebo kobalt a oxid hlinitý a/alebo oxid zirkoničitý.