哌嗪的合成及用途

化工纵横{Comments＆Reviews in C．1．》 1999年第11期 _雹臣圈 哌 嗪 的 合 成 及 用 途 张晓茹 王多禄 陈立功 宋传军 (天津大学化工学院，300072) 下 7． 、 摘要 介绍了哌嗪的合成路线 、用途及 目前的市场状况 关键词 隧 堕用途 I二{ 专f；7， 哌嗪(Piperazine)又称六氢吡嗪，对二氢己环等。 ， ， ， ———＼ 其结构为 ：H NH ，分子式 qH ，相对分子 质量 86．14。无水哌嗪为无色透明针状或叶状结晶， 熔点 109℃ ，沸点 148℃，易溶于水和甘油，溶于醇， 微溶于二乙醚、苯和庚烷。具有强烈的吸湿性和胺的 气味，有典型仲胺的性质 ，易吸收空气中的水分及二 氧化碳 哌嗪与水结合可生成一水至六水赈嗪，而以 无水哌嗪的价值最高 ，用途最广。哌嗪与无机酸反应 可生成无机盐。10％的哌嗪水溶液 DH=10．8～11．8。 Ⅱ 盒盛堕垡 哌嗪的合成为环台反应，按原料分类可分为以下 几种 ： 1．1 以一乙醇胺为原料 n Ncn cH 。H +NIl3— H 此反应可以在 固定床反应器中，氢气和氨气的氛 围下实现 ，实验所采用的主催化剂是脱水催化剂 -／ 一 ， 助 催 化 剂 为加 氢 加 氨 催 化 剂，组 成 为 NiO 72％ ～75％ ，CuO 22％ ～23％，C 2％ ～3％ ，哌 嗪的收率为 30％左右。此反应除生成 目的产物外， 还副产胺乙基 乙醇胺 、吗啉、二 乙烯三胺 、三乙烯二 胺 ，给分离带来困难。 1．2 以二乙烯三胺为原料 二乙烯三胺与氨在高温、高压、催化剂存在的条 件下可直接环合成哌嗪，前苏联专利多采用这一路 线 。 NCH2 CH2NHCH：c 该反应在高压釜中进行，所用催化剂为 M —H， 反应时间为，7 h，收率为 82 5％。 另据前苏联专利报道 ，在 24O～260℃二乙烯三 胺盐酸盐的熔融物表面上滴加二乙烯三胺 ，同时收集 ]30～170℃的馏分，可以得到哌嗪和乙二胺 ，赈 嗪的 收率为 5O．94％，本法在常压下进行 ，但反应温度较 高，哌嗪收率低。 1．3 以B一羟乙基乙二胺为原料 H2NCH2CH2NHCH2c OH ( 本反应是在高压釜中进行 ，催化剂为 cu—cr一 一 AI ，氢气存在下，反应时 间为2 h，原料的转 化率为 98％以上，哌嗪收率为 88％_6 J。 另美国的 ICA公 司采用乙二胺和环氧乙烷为起 始原料合成 N—p一羟乙基乙二胺 J，然后 N～口一羟 乙基乙二胺在催化剂的作用下反应生成哌嗪，而第一 产物 N一0一羟乙基乙二胺亦可作为咪唑啉型表面活 性剂 ，具有 良好的经济效益 。 1．4 以乙烯为原料 该法是由乙烯合成乙二胺 、乙醇胺肘副产哌嗪， 哌嗪约占总量 5％左右。其技术关键是催 化剂和产 品的分离，目前只有瑞典的诺贝尔公司采用此工艺 ， 副产哌嗪。 1．5 以乙二胺为原料 1．5．1 乙二胺 与 乙二 醇反应” ⑧ 维普资讯 http://www.cqvip.com 墨叠圆 1999；#~11期 f63_纵横~Comments＆Reviews in C I．》 ／ — — ＼ H0cH2cH20H NcH2cH2N — ： H 、 一 H 本反应在高压下进行 ，采用催化剂为 NiO—CuO 一 @20 ，反应在水介质及氢气和氨气的氛围中进行 ， 温度为 200～275~C，压力为 6．5～22．5MPa，但反应收 率很低，只有 42％。 1．5．2 乙=胺与一 乙醇胺反应【 ， 一 、、 、 Nc cH2NH2 Nc c 0H——HN、、 一 ， ， H 本反应也是在高压釜中，氢气和氨气的氛围中进 行，催化 』同上 ，反应温度 为 24&C，压力为 3 4～ 22．3MPa，反应1 h后哌嗪收率为 41％。 1．5．3 乙二胺高温气相环合 H2NcH2c NH2— ，一 、、、 H 一 ， H +正辛烷 这是较新的德国专 』 ，催化剂采用 Pentasi]一H 型沸石，反应温度为 330~C，压力为 0．3MPa，相应哌嗪 收率为 57％，正辛烷收率为 34％，由于该工艺收率不 高，条件苛刻 ，未见工业报道。 乙二胺环合采用管式反应器，当催化 』改 为 K 改性的 ZSM5一H型分子筛时可得到哌嗪和另一种价 值更 高 的工业 品三乙 烯二胺 (TED．4)。据 德 国专 利 ，哌嗪收率为 5o％ ～80％，三乙烯二胺的收率为 20％～50％，国内复旦大学孙绍辉 。。等人对此反应 中的催化剂性质进行了深入研究，使乙二胺的转化率 为 95％，哌嗪的选择性为 96％，但文章中未见对催化 剂寿命的报道。 以上所举几例可以看出人们进行了许多努力以 不断提高哌嗪的生产工艺 ，从总趋势来说，以乙二胺 为原料，固定床反应器的常压或低压连续反应方式明 显优于使用高压釜的高压 、间歇式反应。 目 旦 选 哌嗪是一种重要的医药中间体及化工原料 ，目 前主要用于药物的生产 ，还广泛地用于生产优良性能 的聚合物、表面活性剂 、聚氨酯发泡催化剂和各种化 学助荆等化工产品 l2 — 2．1 医药 哌嗪主要用于合成利福平、氟哌酸、吡哌酸等喹 喏酮类药物。此外，西药脉平宁是一种新型有效降压 药 ，其主要成分为哌唑嗪；茶碱乙酸盐哌嗪可用于治 疗烧伤、休克和高血压 ；哌嗪基烷胺基的喹啉和呀啶 具有抗癌活性 ；各种哌嗪基醇及其衍生物具有麻醉性 能；哌嚷雌甾酮硫酸盐可用于治疗癫痫病；而己二酸 哌嗪 、枸橼哌嗪等是 目前常见的驱虫药。 2．2 表面活·l生剂 哌嗪的氨基氢被长链烷基或烷基 、烷氧基取代的 衍生物，可用作润湿 l』、乳化剂、分散剂和清洁剂。 N， ．_二羟烷基哌嗪与各种脂肪酸的单酯可作为改 进脂肪酸皂抗硬水性能的添加剂 ，其单酯和醚可提高 阴离子表面活性 l』的敬率。N，N 一二羟乙基哌嗪单 酯和单醚能用作润肤品的乳化剂。 2．3 聚合物和合成树脂 一 古哌嗪单体的聚合物具有许多独特的性能。例 如，可以提高产品的熔点，并改善其溶解性。含有此 种聚合物的合成树脂和合成纤维应用于各种特殊的 领域中。 2 4 抗氧剂、防腐剂、稳定剂 哌嗪可作为抗氧剂用于植物油的防腐。哌嗪或 烷基取代哌嗪与乙二醇的水溶液可用作缓蚀剂。哌 嗪的一些衍生物也可以作为液压传动液和引擎冷冻 液中的添加剂。二烷基酚与哌嗪及甲醛的缩合物可 以作为聚烯烃润滑油的稳定剂。 2 5 橡胶助剂 哌嗪与甲醛 、二硫化碳反应生成的衍生物可作为 橡胶硫化促进剂，也可直接用于硫化卤素合成橡胶 2．6 助染剂 在印染工业中，哌嗪和 1，4一二芳基哌嗪用于合 成染料 ，可防止印染织物褪色 此外 ，哌嗪还能用于 从混合物中分离倾 链卤代的芳基化合物 ，在分析化学 中用于表征酸性和金属鉴定实验等。 目 生 国外对哌嗪合成的研究始于30～4O年代，早已 实现规模化生产，现有向大型石化企业副产哌嗪的方 向转变的趋势 目前，国外哌嗪的生产主要被美 国、 德国 、瑞典 、日本等少数发达 国家垄 断。美 国年产哌 嗪2 000 t左右，其 国内消费量约1 5OO t，其余部分主 维普资讯 http://www.cqvip.com 化工纵横(Comments＆Reviews in C．I．> 1999年第11期I雹重衄 要 出口至 印度、中国、日本等国家。西欧年产哌嗪 l 50o tl；t上。日本哌嗪年产量为200 t左右，而年消费 量约为50o t。由此可见外国 自 19世纪 中叶开始对哌 嗪的研究开始至今已实现规模化生产。而国内哌嗪 的生产起步较晚发展也很缓慢 ，目前国内多数哌嗪的 生产厂只能生产六水哌嗪，如东北制药六厂、上海亚 洲制药厂、上海华南制药厂、上海松江新泾化工厂、上 海第五制药厂、广西挂林 制药厂及一些乡镇小厂，总 生产能力为年产500 t左右。而无水哌嗪的生产厂只 有河南新乡巨晶化工厂、常州化工厂等极少数几家， 其产 量 远 远不 能 满 足 国 内需 求 ，年 进 口量 约 为 2 000 t，价格约为5万元／t，而同期六水哌嚷的价格只 有 2．1～2．2万元，t“ 。 哌嗪的用途广泛，具有很高的经济价值。目前国 内对此进行研究的单位有上海化工研究院、浙江大 学、天津大学、南开大学等，相信在不久的将来，其生 产技术可达到成熟 ，早 日投入工业化生产，这对于解 决国内供不应求的矛盾 以及推动我国医药工业的发 展具有重大意义 参考文献 1 sp ger．ved且g Berlin．Heidelberg．New York 1980． Be ilsteins Handbuchder Organischen， Chemie， E Ⅲ，Ⅳ 23(1)：15～26 2 宋锡瑾等 ，精细化工，1995，12(2)：54～56 3 胡望明等 ，高等化学工程学报 ，1996，10(2)： 206～2O9 4 王文详等，河南化工 ，1995，7：28～30 5 Khidekel ML．，USSR 539，88l(1976) 6 王多禄等，化学工业与工程，1998，15(4)：25 — 29 7 Jenner，G．J．Bitsi，GJ Mo1．Cata1．，1998，45 (2)：165～8(Eng) 8 Godfrey N．B．，GB 833598(1960) 9 Puppe1．otthar Dr．，Ger．often．，DE 3，735，212 (1989) 10 Weltkamp，Jens，Prof． Dr，EP 0423526A~， 1991 11 孙绍辉等，催化学报，1998，19(5)：432～35 12 姜阳等 ，现代化工，1998(2)，34～36 (收穑 日期 1999一l0—08) Synthesis and Application of Piperazine Zhang Xiaoru Wang Duolu Chen Ligong Song Chuanjun (School of Chemical Engineering，Tianjin University，Tianjin，3013072) Albslraet In this papet，the synthetic method of peperazine Were"reviewed，its application and nmnket situation Were also discussed． Kerworas Piperazine，Synthesis，Applieation 维普资讯 http://www.cqvip.com