CN114478408A - 连续合成高哌嗪的方法 - Google Patents

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    • B01J23/6567—Rhenium

Abstract

本发明公开了一种通过催化一步合成高哌嗪的方法，所述方法如下进行：将N‑(β‑羟基)‑1,3‑丙二胺溶液与氢气或者氢气与氨气的混合气混合通入装填有催化剂的连续式反应器进行反应，收集反应产物，分离得到高哌嗪产物。与现有技术相比，本发明使用N‑(β‑羟基)‑1,3‑丙二胺作为原料，采用非均相贵催化剂，工艺简单，安全可靠，催化剂寿命长，工艺稳定，适合工业连续化生产；与现有报道的Cu基催化剂对比，具有明显的效果和使用寿命优势。本发明所用催化剂原料易得，制备简便，活性稳定，寿命长，催化效果好。

Description

连续合成高哌嗪的方法
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种能够连续合成高哌嗪的方法。
背景技术
高哌嗪(Homopiperazine)又名1,4-二氮环庚烷或1,4-二胺基环辛烷，是一种氮杂七元环化合物。高哌嗪是一种重要的有机合成中间体，其所含双氮原子能够与许多有机化合物反应，在化学药物的结构修饰与改造中有着极其广泛的应用，是化工领域和医药领域承上启下的重要产品。高哌嗪及其衍生物不仅广泛应用于抗氧化剂、发泡剂、乳化剂、表面活性剂等精细化工领域，在医药、农药领域也发挥着不可或缺的重要作用。高哌嗪可以合成盐酸法舒地尔、高哌嗪盐酸盐、赛克利嗪、卡马西平、喹诺酮和氯环嗪等药物。以高派嗪为原料进行修饰得到的喹啉及异喹啉衍生物、喹诺酮衍生物、噻唑烷羟酸酰胺衍生物等药物，和用于合成哒嗪胺、含硝酰基的苄胺衍生物、水溶性唑类等的药物，对治疗心血管疾病、炎症、过敏和中枢神经***病症均表现出良好的效果。对药物活性与结构的相关性研究表明，高哌嗪基团的存在使相关药物的活性显著提高，因此对高哌嗪系列化合物的研究愈来愈受到重视。高哌嗪市场需求日益增大，展现出可观的应用前景。
高哌嗪可以用乙二胺、N-(2-氰乙基)乙二胺、丙二胺、N-(2-氨乙基)-1,3-丙二胺、N-(β-羟基)-1,3-丙二胺等胺类化合物来合成，合成路线与方法目前主要有以下几种：
(一)以乙二胺为原料：1954年，S.M.Mcelvain等人以乙二胺为起始原料，使用苯磺酰氯对氨基进行保护，再与1,3-二溴丙烷关环，然后用浓硫酸或氢溴酸脱保护基，最后经碱化得到高哌嗪(J.Am.Chem.Soc.,1954,76,1126-1137)。
该方法是目前国内最主流的高哌嗪生产方法，但缺点明显：第一，所使用的保护试剂苯磺酰氯无法回收利用，每生产一吨高哌嗪产品至少会产生两吨固体废弃物；第二，脱保护基时必须使用高腐蚀性、高污染的浓硫酸或氢氟酸，对设备腐蚀性大，对操作人员的身体健康也有较大危害。该工艺三废多、生产危险系数高、不适应现代工业化生产的需求。2006年，王道林等人对上述方法进行了改进，使用毒性较低的对甲苯磺酰氯作为氨基保护试剂，经过磺酰化、环化、脱磺化3步反应合成高哌嗪，总收率达到了78％(化学试剂，2006,28(5)：311-312)。合成路线如下：
Figure BDA0003484980960000021
但该方法仍存在与前一种相同的缺点，不仅三废多，而且脱保护基时反应温度还要更高，危险性更大。中国专利CN10669974A公开了如下一种方法，使用三氟乙酸乙酯作为氨基保护试剂，在有机溶剂作用下，先与乙二胺反应生成二三氟乙酸乙酰基乙二胺；然后与1,3-二取代丙烷化合物反应，在溶剂、催化剂的作用下，得到二三氟乙酰基高哌嗪；再与氯化氢乙醇饱和溶液反应得到高哌嗪二盐酸盐，并回收三氟乙酸乙酯；最后在溶剂、催化剂的作用下，经碱化反应制得高哌嗪，收率可以达到83.05％。合成路线如下：
Figure BDA0003484980960000031
该方法解决了保护试剂无法回收再生的问题，避免了高腐蚀性的浓硫酸和氢氟酸，环保性和安全性得以提高，但是操作复杂，反应时间较长，对回收要求高，只能小批量间断性生产，不能完全满足工业化生产需求。
(二)以N-(2-氰乙基)乙二胺为原料：1961年，Poppludoef等人以N-(2-氰乙基)乙二胺为原料，葛德勒G-49A为催化剂，加氢环合得到高哌嗪，但收率仅为32.4％(J.Org.Chem.,1961,26(1):131-134)。合成路线如下：
Figure BDA0003484980960000032
该工艺的优点是反应时间短，副产物少，但由于压力大，介质为易爆气体，操作不易控制，设备要求苛刻，而且收率比较低。
(三)以丙二胺为原料：2006年，日本专利JP2006306790公开了一种以1,3-丙二胺和乙二醇为原料，使用NKHD24催化剂，通过固定床反应器高压加氢得到高哌嗪，收率为23.5％。合成路线如下：
Figure BDA0003484980960000041
该路线原料简单易得，但是反应温度高达150～400℃，收率只有21％。
(四)以N-(2-氨乙基)-1,3-丙二胺为原料：1962年，Ichikawa F.Y等报道了以N-(2’-氨乙基)丙二胺为原料合成高哌嗪的两种路线(US3040029)：
第一种是通过亚胺分子内环化作用脱去一分子的氨形成不饱和化合物在经过催化加氢还原成高哌嗪，反应温度130℃，反应压力4.5MPa～6.6MPa，收率32％。合成路线如下：
Figure BDA0003484980960000042
第二种是亚胺通过环合反应形成一种氨基-取代高哌嗪化合物，再对其进行氢解作用形成高哌嗪。催化剂为兰尼镍，收率仅为4.8％。合成路线如下：
Figure BDA0003484980960000043
以上两种方法，工艺简单，成本低廉，但原料消耗高，副产物多，收率太低，并且设备腐蚀严重。
(五)以N-(β-羟基)-1,3-丙二胺为原料：2006年，天津大学化工学院开发了一种以N-(β-羟基)-1,3-丙二胺为原料合成高哌嗪的新工艺，催化剂为Cu-Cr-Ba-Al2O3，原料转化率为93.2％以上，高哌嗪收率可达90％(Reaction Kinetics and CatalysisLetters.2006,89(2):201-208.)。合成路线如下：
Figure BDA0003484980960000044
但是该文献报道的合成路线似乎无法重复再现，无法论证其有效性。
上述现有的高哌嗪合成工艺均存在诸多问题，因此，开发一种合成路线简单、绿色环保、安全可靠、成本低廉、高品质、高收率的高哌嗪工业化生产新方法意义十分重大。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种路线简单、安全环保、操作简便、成本较低的可连续合成高哌嗪的工业化生产方法，该方法在非均相贵金属催化剂作用下，N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液发生分子内醇的催化胺化反应，反应后分离高哌嗪。
根据本发明的一个方面，本发明的一个目的是提供一种通过催化一步合成高哌嗪的方法，所述方法如下进行：
将N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液与氢气或者氢气与氨气的混合气混合通入装填有催化剂的连续式反应器进行反应，收集反应产物，分离得到高哌嗪产物。
优选地，根据本发明的合成方法中使用的连续式反应器可以是任何能进行连续反应的反应器进行，包含但不限于固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、滴流床反应器、微通道反应器；优选地为固定床反应器；进一步优选地为单管或者列管式固定床反应器，以便快速移除反应热，减少聚合反应。
优选地，所述N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液为将N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶解在溶剂中并且质量百分比浓度为5wt％至30wt％的溶液，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、四氢呋喃、1,4-二氧六环中的至少一种；更优选地，可以为水、甲醇、四氢呋喃、1,4-二氧六环中的至少一种；最优选为水。
进一步优选地，所述N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液的质量百分比浓度为10wt％至25wt％，更优选为20wt％。
当所述反应器为固定床反应器时：
优选地，所述固定床反应器中气体压力为0.1～5.0MPa，进一步地，优选为0.1～2MPa。
优选地，所述氢气与氨气的混合气中氢气体积百分比含量为5％至100％，更优选为30％至100％，更优选为60％至100％，当氢气体积百分比含量为100％时表示单纯的氢气，不含氨气。
优选地，根据本发明的合成方法中N-(β-羟基)-1,3-丙二胺与氢气的摩尔比优选为1:1至1:100，进一步优选为1:30至1:80，最优选为1:50。
优选地，根据本发明的合成方法中进料的空速比为0.2～30000h-1，进一步优选为0.8～30h-1。
优选地，根据本发明的合成方法中温度为100～400℃，进一步优选为150～350℃。
根据本发明的合成方法中所述的催化剂由载体和负载在载体上的活性组分组成。
所述催化剂的活性组分由主催化剂组分和助催化剂组分组成。
所述主催化剂活性组分选自钌(Ru)、铂(Pt)、铑(Rh)、金(Au)的单质或其氧化物中的至少一种，优选为铂或钌的单质及其氧化物中的一种，最优选为钌。
所述助催化剂组分选自铬、铼、钡、铁、锰、铈、镧的单质或者其氧化物中的至少一种。优选为铬、铼、钡、铁、锰的单质及其氧化物中的至少一种，最优选为铼或锰单质及其氧化物。
优选地，以质量百分比计，所述催化剂重量组成为：主催化剂组分含量占催化剂的2～30％，助催化剂组分占催化剂的0.5～20％，载体占催化剂的50～98.5％。
优选地，所述载体可以为活性炭、氧化锆、氧化镁、二氧化钛、氧化铝、分子筛、硅胶、硅藻土中的一种或多种；优选地，所述载体选自氧化锆和/或二氧化钛。
优选地，所述催化剂形状可以为颗粒状、棒状、球状、碎片状、圆片状、圆环状、车轮状，或者蜂窝状整体式催化剂，可根据所用反应器情况合理选择。
优选地，所述催化剂为颗粒状或棒状。
所述催化剂的制备方法可以为沉淀法、浸渍法、共混合法、溶胶-凝胶法；优选为沉淀法和浸渍法。
优选地，所述催化剂的制备方法如下进行：
1)称取载体成分于150℃真空脱气12h后备用；
2)将主催化剂组分的盐溶解在水中形成主催化剂组分前驱体溶液，加热所述主催化剂组分前驱体溶液，用碱溶液调节体系pH至酸性，加入备用的载体，搅拌浸渍；
3)将助催化剂组分的盐溶解在水中形成助催化剂组分前驱体溶液，然后加入步骤2)中得到的浆料，继续用碱调节体系pH至碱性(12)，充分搅拌打浆陈化；
4)陈化后将浆液过滤洗涤至滤液成中性，浆料加入成型助剂田菁粉后在挤条机上挤压成型，然后在80-120℃下干燥6-24小时后转入300-600℃焙烧至恒重。
本发明所提供的方法的反应类型可以是反应物料完全气化的气固两相反应，也可以是反应原料部分气化或者未气化的气液固三相反应，可根据反应器选择合适的反应类型，优选地，反应类型为气固两相反应，进一步优选为气固非均相催化反应。
有益效果
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明使用N-(β-羟基)-1,3-丙二胺作为原料，采用非均相贵催化剂，工艺简单，安全可靠，催化剂寿命长，工艺稳定，适合工业连续化生产；与现有报道(Wang,H.,Chen,L.,Luan,D.et al.A continuous process for the synthesis of homopiperazinecatalyzed by Cu-based catalysts.React Kinet Catal Lett 89,201–208(2006).)的Cu基催化剂对比，具有明显的效果和使用寿命优势。Cu基催化剂在本发明涉及的反应中，Cu易于失活，甚至Cu颗粒聚集长大、或者易于形成聚合物等堵塞反应管道。本发明所用催化剂原料易得，制备简便，活性稳定，寿命长，催化效果好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为制备实施例1制备得到的催化剂的透射电子显微镜照片；
图2为制备实施例2制备得到的催化剂的透射电子显微镜照片；
图3为实施例1的催化剂催化评价效果图。
具体实施方式
以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，并非要限制本发明的应用范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构及技术的描述，以免不必要地混淆本发明的概念。
根据本发明的所述一步合成高哌嗪的方法，其原理由以下反应式1表示，包括如下步骤：
Figure BDA0003484980960000091
其中：
步骤1)原料N-(β-羟基)-1,3-丙二胺中的羟基在具有脱氢-加氢多功能催化剂作用下脱去一分子氢生成醛基；
步骤2)氨基与醛基反应关环，然后脱水形成席夫碱；
步骤3)最后在催化剂的作用下加氢得到高哌嗪。
在根据本发明的一步合成高哌嗪的方法中上述步骤在同一催化剂的协同催化作用下顺序进行，可实现高哌嗪的连续化生产。
具体来说，根据本发明的一步合成高哌嗪的方法如下进行：
1)将N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶解在溶剂中形成质量百分比浓度为5wt％至30wt％的溶液，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、四氢呋喃、1,4-二氧六环中的至少一种，优选为水、甲醇、四氢呋喃、1,4-二氧六环中的至少一种；最优选为水。由于相比于现有技术的技术路线，本发明的溶液可以采用水，而无需担心水可能导致的催化剂中毒或对反应的副作用，因此整体更为经济。
优选地，所述N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液的质量百分比浓度为10wt％至25wt％，更优选为20wt％。当所述N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液的质量百分比浓度小于5wt％，则反应效率较低，不够经济；如果所述N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液的质量百分比浓度大于30wt％，虽然可以提高反应效率，但副反应产物明显增加，总收率下降。
2)将N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液与单纯的氢气或者氢气与氨气的混合气混合后一起通入装填有催化剂的连续式固定床反应器进行反应，收集反应产物，分离得到高哌嗪产物。所述固定床反应器中气体压力保持为0.1～5.0MPa，进一步地，优选为0.1～2MPa。
其中所述氢气与氨气的混合气中氢气体积百分比含量为5％至100％，更优选为30％至100％，更优选为60％至100％，当氢气体积百分比含量为100％时表示单纯的氢气，不含氨气。加入氨气可以防止原料在催化剂的作用下发生脱氨基作用。
由于N-(β-羟基)-1,3-丙二胺在催化剂及氢气的作用下，易于发生氢解发生脱氨基反应，或者发生分子间N-N偶联反应，氨气的加入不仅可以有效抑制过程的脱氨基作用，也可大大降低分子间N-N偶联反应的发生。但同时氨气的加入会部分地降低反应效率，因此合理控制氨气添加比例非常重要。
优选地，所述N-(β-羟基)-1,3-丙二胺与氢气的摩尔比优选为1:1至1:100，进一步优选为1:30至1:80，最优选为1:50。通常情况下，由于是气液反应，存在巨大的相界面，因此为了增加物料反应，氢气的量应保持适当的过量，但如果过量较多，则容易引起过度加氢还原，导致副产物含量增加，同时氢气含量过高，导致反应器压力过大，对设备的安全运行造成影响，因此保持氢气的适当比例和反应器适当的压力范围非常重要。
根据本发明的一步合成方法中所述催化剂为负载型催化剂，其中活性组分由主催化剂组分和助催化剂组分组成。
所述主催化剂活性组分选自钌(Ru)、铂(Pt)、铑(Rh)、金(Au)的单质或其氧化物中的至少一种，优选为铂或钌的单质及其氧化物中的一种，最优选为钌。
所述助催化剂组分选自铬、铼、钡、铁、锰、铈、镧的单质或者其氧化物中的至少一种。优选为铬、铼、钡、铁、锰的单质及其氧化物中的至少一种，最优选为铼或锰单质及其氧化物。
优选地，以质量百分比计，所述催化剂重量组成为：主催化剂组分含量占催化剂的2～30％，助催化剂组分占催化剂的0.5～20％，载体占催化剂的50～98.5％。
优选地，所述载体可以为活性炭、氧化锆、氧化镁、二氧化钛、氧化铝、分子筛、硅胶、硅藻土中的一种或多种；优选地，所述载体选自氧化锆和/或二氧化钛。
优选地，所述催化剂形状可以为颗粒状、棒状、球状、碎片状、圆片状、圆环状、车轮状，或者蜂窝状整体式催化剂，可根据所用反应器情况合理选择。
优选地，所述催化剂为颗粒状或棒状。
所述催化剂的制备方法可以为沉淀法、浸渍法、共混合法、溶胶-凝胶法；优选为沉淀法和浸渍法。
优选地，所述催化剂的制备方法如下进行：将催化剂活性组分前驱体金属盐酸盐或者硝酸盐(选自钌(Ru)、铂(Pt)、铑(Rh))或者金(Au)的硫酸盐或者硝酸盐溶于水或者醇中形成溶液，在20-80℃下用碱液正向滴加使活性组分沉积沉淀，在体系pH达到2-5时，投入载体粉剂，然后加入第二活性组分金属溶液(如高铼酸铵，醋酸锰等)，第二活性组分溶液浓度控制0.05-0.5mol/L，继续滴定碱液至体系pH到12-13，充分搅拌打浆陈化3-12小时，陈化后将浆液过滤洗涤至滤液成中性，浆料加入成型助剂拟薄水铝石或田菁粉后在挤条机上挤成3mm圆条，并切割成3-5mm长度，所制备材料在105℃下干燥12小时后转入500℃焙烧至恒重，然后转入催化剂评价固定床上进行评价，通原料前，先将催化剂在H2流下在350℃至550℃还原6小时，得到所述催化剂。
需要特别指出的是，制备催化剂的原料无论选择硝酸盐、硫酸盐有机盐或者其他金属复盐，催化剂活性组分的最终存在形式均为单质或氧化物。
还需要指出的是，当使用微通反应器时，可以直接将催化剂的有效成分负载于反应通道的管壁上。
以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
实施例
制备实施例1:5wt％Ru-1wt％ReOx/TiO2的制备：
称取100g TiO2(P25，德国赢创德固赛)于150℃真空脱气12h后备用。将13.5g水合三氯化钌(Ru含量37.5％，国药集团化学试剂有限公司)使用50ml水溶解后构成催化剂前驱体溶液，加热催化剂前躯体溶液至40℃，用10％氨水正向滴加使体系pH达到2.5时，投入催化剂载体粉剂，搅拌浸渍3h；将1.5g高铼酸铵(购自北京百灵威科技有限公司)溶于20ml水，加入上述浆料，继续滴定10％氨水至体系pH到12，充分搅拌打浆陈化12小时，陈化后将浆液过滤洗涤至滤液成中性，浆料加入成型助剂田菁粉后在挤条机上挤成3mm圆条，并切割成3-5mm长度，所制备材料在105℃下干燥12小时后转入500℃焙烧至恒重，然后转入催化剂评价固定床上进行评价，通原料前，先将催化剂在H2流下在450℃还原6小时，按照此方法制备的催化剂标记为5wt％Ru-1wt％ReOx/TiO2(负载量在这里表示为Ru或者Re金属用量占催化剂载体的百分比，下同)图1为本制备实施例制备得到的催化剂的透射电子显微镜照片。
制备实施例2:5wt％Ru-10wt％ReOx/TiO2的制备
制备方法同催化剂制备实施例1，所不同的是增加高铼酸铵的量为15g。按照此方法制备的催化剂标记为5wt％Ru-10wt％ReOx/TiO2。
制备实施例3：5wt％Ru-10wt％MnOx/TiO2的制备
称取100g TiO2(P25，德国赢创德固赛)于150℃真空脱气12h后备用。将13.5g水合三氯化钌(Ru含量37.5％，国药集团化学试剂有限公司)使用50ml水溶解后构成催化剂前驱体溶液，加热催化剂前躯体溶液至50℃，用10％氨水正向滴加使体系pH达到2.5时，投入催化剂载体粉剂，搅拌浸渍3h；将36g氯化锰(II)四水合物溶于200ml水，加入上述浆料，继续滴定10％Na2CO3溶液至体系pH到12，充分搅拌打浆陈化12小时，陈化后将浆液过滤洗涤至滤液成中性，浆料加入成型助剂田菁粉后在挤条机上挤成3mm圆条，并切割成3-5mm长度，所制备材料在105℃下干燥12小时后转入500℃焙烧至恒重，然后转入催化剂评价固定床上进行评价，通原料前，先将催化剂在H2流下在350℃还原6小时，按照此方法制备的催化剂标记为5wt％Ru-10wt％MnOx/TiO2(负载量表示为Ru或者Mn金属用量占催化剂载体重量的百分比)。图2为本制备实施例制备得到的催化剂的透射电子显微镜照片。
制备实施例4：5wt％Ru-10wt％ReOx/ZrO2的制备
制备方法同催化剂制备实施例2，所不同的是，将TiO2载体更换为ZrO2。其中，高比表面积的ZrO2参考CHUAH报到的沉淀-陈化法进行制备(G,JAENICKE S.The preparationof high surface area zirconia influence of precipitating agent and digestion[J].Applied Catal ysis A,General,1997,163(12):261-273)。量取一定体积浓度为0.4mol/L ZrOCl2溶液，转入带刻度的滴液漏斗中，固定于铁架台上，再量取一定的氨水，稀释三倍形成浓度约为5mol/L的氨溶液。在不断搅拌下，将氧氯化锆溶液逐滴慢慢加到氨水溶液中，溶液pH变化：11.91(滴定开始)到9.52(滴定结束)，停止搅拌；将所得白色沉淀转入100℃的油浴中陈化60h，陈化后冷却至室温，用去离子水抽滤洗涤至无Cl-(用0.1M的AgNO3检验)，洗出液呈中性；将滤饼在110℃鼓风干燥箱中干燥24h，得白色固体。即为Zr(OH)4·xH2O。将所得的前躯体Zr(OH)4·xH2O在500℃下焙烧5h即可制得高比表面积的ZrO2。氮气吸附测试表明所合成的ZrO2 BET比表面积高达223m2/g。按照此方法制备的催化剂标记为5wt％Ru-10wt％ReOx/ZrO2
实施例1
反应器为自制的单管式固定床反应器，反应管内径为15mm，长度为500mm。将30g催化剂装入反应管中，催化剂组成为5wt％Ru-1wt％ReOx/TiO2(制备实施例1)。催化剂层的填装高度约200mm。在280℃还原5小时，使催化剂具有活性。还原结束后温度降低并维持在210℃，以40mL/min的流速通入30％氢气/氨气，以2mL/min的流速(反应原料空速：1.2h-1)通入20wt％N-(β-羟基)-1,3-丙二胺的1,4-二氧六环溶液溶液，溶剂为二氧六环。反应产物从固定床反应器下端流出，经冷却、气液分离后得到产物混合液，混合液经气相色谱分析。
该分析是在配备了自动进样器AOC-20的岛津2010PLUS气相色谱上进行。气相色谱定量条件：色谱柱选用HP-5(25m×0.25mm×0.2μm)；汽化室温度280℃(分流比1:50)；FID检测器温度300℃；柱温箱温度在60℃保持1min，然后以20℃/min的速率升至270℃并保持10min；气路控制：N2 1mL/min(column)，H2 30mL/min，空气300mL/min，尾吹N2 29mL/min。
Figure BDA0003484980960000161
Figure BDA0003484980960000162
结果显示原料转化率为100％，高哌嗪选择性为84.2％，长期运行数据显示，催化剂在运行400h内，催化剂活性基本保持不变，产物选择性保持在80％以上。图3为本实施例的催化剂催化评价效果图，由图中可以看出采用制备实施例1制备的催化剂的根据本发明的合成方法在运行近500小时的过程中，转化率和选择性均保持较高水平，具有良好的工业化应用价值。
实施例2
在内径15mm，长度500mm的单管式固定床反应器内装填30g催化剂，催化剂组成为5wt％Ru-10wt％ReOx/TiO2(制备实施例2)。催化剂层的填装高度约200mm。反应器内催化剂保持临氢状态并有氢气流通过，温度维持在350℃还原5小时，使催化剂具有活性。还原结束后降温至260℃，氢气压力升为1.5MPa。以2mL/min的流速(反应原料空速：1.2h-1)通入20wt％N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液，溶剂为水。反应产物从固定床反应器下端流出，经冷却、气液分离后得到产物混合液，混合液经气相色谱分析：原料转化率为96.8％，高哌嗪选择性为42.1％。
实施例3：实施过程同实施例2，所不同的是将反应溶剂换为四氢呋喃，其他条件保持不变，则原料转化率为98％，高哌嗪选择性为69.5％。
实施例4：实施过程同实施例2，所不同的是将反应溶剂换为1,4-二氧六环，进料速度调整为1.2ml/min(反应原料空速：0.72h-1)，其他条件保持不变，则原料转化率为100％，高哌嗪选择性为88.9％。
实施例5
在内径15mm，长度500mm的单管式固定床反应器内装填26g催化剂，催化剂组成为5wt％Ru-10wt％MnOx/TiO2(制备实施例3)。催化剂层的填装高度约200mm。反应器内催化剂保持临氢状态并有氢气流通过，温度维持在350℃还原5小时，使催化剂具有活性。还原结束后降温至220℃，氢气压力升为2MPa。以2mL/min(反应原料空速：1.2h-1)的流速通入20wt％N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液，溶剂为甲醇。反应产物从固定床反应器下端流出，经冷却、气液分离后得到产物混合液，混合液经气相色谱分析：原料转化率为97.9％，高哌嗪选择性为58.3％。
实施例6
在内径15mm，长度500mm的单管式固定床反应器内装填31g催化剂，催化剂组成为5wt％Ru-10wt％ReOx/ZrO2(制备实施例4)。催化剂层的填装高度约200mm。反应器内催化剂保持临氢状态并有氢气流通过，温度维持在350℃还原5小时，使催化剂具有活性。还原结束后降温至250℃，氢气压力升为1.5MPa。以2mL/min(反应原料空速：1.2h-1)的流速通入20wt％N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液，溶剂为1,4-二氧六环。反应产物从固定床反应器下端流出，经冷却、气液分离后得到产物混合液，混合液经气相色谱分析：原料转化率为98.8％，高哌嗪选择性为56.4％。
对比实施例1：
按照Wang等人报到的沉淀方法(Wang,H.,Chen,L.,Luan,D.et al.A continuousprocess for the synthesis of homopiperazine catalyzed by Cu-basedcatalysts.React Kinet Catal Lett 89,201–208(2006).)制备Cu-Cr-Ba-Al2O3催化剂，催化剂经过挤条机挤条为2-3mm长度，使用前在氢气气氛下350℃还原4h。将20wt％N-(β-羟基)-1,3-丙二胺的1,4-二氧六环溶液，以柱塞泵以2mL/min速度(反应原料空速：1.2h-1)进料，出料经过色谱检测，原料转化率为100％，高哌嗪选择性为36.5％，产物中有较多的黑色焦油状物质。固定床在运行45h后，***压力增高，无法进料，说明存在较严重的积碳或者原料聚合现象。
对比实施例2：Cu-Cr催化剂：
将商品化Cu-Cr催化剂装入固定床，在氢气气氛下350℃还原4h。将20wt％N-(β-羟基)-1,3-丙二胺的1,4-二氧六环溶液，以柱塞泵以0.5mL/min(反应原料空速：0.3h-1)速度进料，出料经过色谱检测，原料转化率为100％，高哌嗪选择性为45％，产物中也有有较多的黑色焦油状物质。将进料速度调整为2ml/min，原料转化率为42％，高哌嗪选择性为75％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种通过催化一步合成高哌嗪的方法，所述方法如下进行：
将N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液与氢气或者氢气与氨气的混合气混合通入装填有催化剂的连续式反应器进行反应，收集反应产物，分离得到高哌嗪产物。
2.根据权利要求1所述的一步合成高哌嗪的方法，其特征在于，所述连续式反应器包含固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、滴流床反应器、微通道反应器；优选为固定床反应器；更优选地为单管或者列管式固定床反应器。
3.根据权利要求1所述的一步合成高哌嗪的方法，其特征在于，所述N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液为将N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶解在溶剂中并且质量百分比浓度为5wt％至30wt％的溶液，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、四氢呋喃、1,4-二氧六环中的至少一种；更优选为水、甲醇、四氢呋喃、1,4-二氧六环中的至少一种；最优选为水。
4.根据权利要求1所述的一步合成高哌嗪的方法，其特征在于，进所述N-(β-羟基)-1,3-丙二胺溶液的质量百分比浓度为10wt％至25wt％，更优选为20wt％。
5.根据权利要求1所述的一步合成高哌嗪的方法，其特征在于，当所述反应器为固定床反应器时，所述固定床反应器中气体压力为0.1～5.0MPa，优选为0.1～2MPa。
6.根据权利要求1所述的一步合成高哌嗪的方法，其特征在于，所述氢气与氨气的混合气中氢气体积百分比含量为5％至100％，更优选为30％至100％，更优选为60％至100％，当氢气体积百分比含量为100％时表示单纯的氢气，不含氨气；
优选地，所述N-(β-羟基)-1,3-丙二胺与氢气的摩尔比优选为1:1至1:100，进一步优选为1:30至1:80，最优选为1:50。
7.根据权利要求1所述的一步合成高哌嗪的方法，其特征在于，所述一步合成高哌嗪方法中进料的空速比为0.2～30000h-1，进一步优选为0.8～30h-1；
优选地，所述一步合成高哌嗪方法中温度为100～400℃，进一步优选为150～350℃。
8.根据权利要求1所述的一步合成高哌嗪的方法，其特征在于，所述反应的类型是反应物料完全气化的气固两相反应，或反应原料部分气化或者未气化的气液固三相反应；优选的反应类型为气固两相反应，进一步优选为气固非均相催化反应。
9.根据权利要求1所述的一步合成高哌嗪的方法，其特征在于，所述催化剂由载体和负载在载体上的活性组分组成；
所述催化剂的活性组分由主催化剂组分和助催化剂组分组成；
所述主催化剂活性组分选自钌(Ru)、铂(Pt)、铑(Rh)、金(Au)的单质或其氧化物中的至少一种，优选为铂或钌的单质及其氧化物中的一种，最优选为钌；
所述助催化剂组分选自铬、铼、钡、铁、锰、铈、镧的单质或者其氧化物中的至少一种；优选为铬、铼、钡、铁、锰的单质及其氧化物中的至少一种，最优选为铼或锰单质及其氧化物；
优选地，以质量百分比计，所述催化剂重量组成为：主催化剂组分含量占催化剂的2～30％，助催化剂组分占催化剂的0.5～20％，载体占催化剂的50～98.5％；
优选地，所述载体为活性炭、氧化锆、氧化镁、二氧化钛、氧化铝、分子筛、硅胶、硅藻土中的一种或多种；优选地，所述载体选自氧化锆和/或二氧化钛；
优选地，所述催化剂形状为颗粒状、棒状、球状、碎片状、圆片状、圆环状、车轮状，或者蜂窝状整体式催化剂；更优选地，所述催化剂为颗粒状或棒状；
所述催化剂的制备方法可以为沉淀法、浸渍法、共混合法、溶胶-凝胶法；优选为沉淀法和浸渍法。
10.根据权利要求9所述的一步合成高哌嗪的方法，其特征在于，所述催化剂的制备方法如下进行：
1)称取载体成分于150℃真空脱气12h后备用；
2)将主催化剂组分的盐溶解在水中形成主催化剂组分前驱体溶液，加热所述主催化剂组分前驱体溶液，用碱溶液调节体系pH至酸性，加入备用的载体，搅拌浸渍；
3)将助催化剂组分的盐溶解在水中形成助催化剂组分前驱体溶液，然后加入步骤2)中得到的浆料，继续用碱调节体系pH至碱性(12)，充分搅拌打浆陈化；
4)陈化后将浆液过滤洗涤至滤液成中性，浆料加入成型助剂田菁粉后在挤条机上挤压成型，然后在80-120℃下干燥6-24小时后转入300-600℃焙烧至恒重。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442957A (zh) * 2010-10-06 2012-05-09 李坚 Lj反应在光延反应中的应用
CN103087085A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 李坚 甲基铝氧烷、钛白粉、白炭黑、光气的制备方法及四氯化碳、六氯乙烷的用途
CN109748777A (zh) * 2018-12-26 2019-05-14 大连理工大学 一种1,2,6-己三醇催化氢解制备1,6-己二醇的方法
KR20200107413A (ko) * 2019-03-07 2020-09-16 서울시립대학교 산학협력단 온화한 조건의 수첨탈산소 반응에 의한 리그닌 열분해 생성 페놀로부터 btx 방향족의 생산량을 높이는 촉매 및 이를 이용한 btx방향족의 선택적 생산방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442957A (zh) * 2010-10-06 2012-05-09 李坚 Lj反应在光延反应中的应用
CN103087085A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 李坚 甲基铝氧烷、钛白粉、白炭黑、光气的制备方法及四氯化碳、六氯乙烷的用途
CN109748777A (zh) * 2018-12-26 2019-05-14 大连理工大学 一种1,2,6-己三醇催化氢解制备1,6-己二醇的方法
KR20200107413A (ko) * 2019-03-07 2020-09-16 서울시립대학교 산학협력단 온화한 조건의 수첨탈산소 반응에 의한 리그닌 열분해 생성 페놀로부터 btx 방향족의 생산량을 높이는 촉매 및 이를 이용한 btx방향족의 선택적 생산방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHIWEI WU等: "A general process for the cyclization of aminoalcohols to the corresponding amines over Cu–Cr–La/c-Al2O3", 《REAC KINET MECH CAT》, vol. 106, no. 2, pages 485 - 493, XP035081788, DOI: 10.1007/s11144-012-0447-z *

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