N-甲基哌啶的生产工艺

背景技术

N‑甲基哌啶是重要的精细化学中间体，主要用于医药、农药等药品的合成，如是植物生长调节剂甲哌鎓的中间体；也可用作环氧树脂固化剂、橡胶促进剂等。随着社会发展，N‑甲基哌啶的需求量逐年递增。

为解决上述问题，目前常采用化学合成的方法合成N‑甲基哌啶；然而目前N‑甲基哌啶的合成方法中存在如下技术问题：(1)现有技术CN102895974A公布了合成N‑甲基哌啶的方法及所用的负载型催化剂，其主要采用哌啶和甲醇的混合液为原料，在以γ‑氧化铝为载体、Cu和Ni为活性组分的负载型催化剂作用下得到N‑甲基哌啶，然而其存在催化剂的寿命和回收处理问题，导致成本较高；(2)现有技术CN107417642A公布一种N‑甲基哌啶的合成方法，其主要采用哌啶、多聚甲醛和亚磷酸二氢钾反应得到N‑甲基哌啶，然而该方法中生产的N‑甲基哌啶中含有磷酸二氢钾，需要进一步提纯处理才能商用，工艺较为麻烦；(3)现有技术CN109180562A公布了一种N‑甲基哌啶的制备方法，其主要以哌啶、多聚甲醛、氢气为原 料，在催化剂γ‑Al₂O₃的作用下，一锅法制备得到N‑甲基哌啶；其主要解决催化剂γ‑氧化铝回收再利用问题，然而其生产N‑甲基哌啶所需时间较长(10~52h)，生产效率低下。

综上，研发一种以吡啶为原料、催化剂可回收利用、工艺简单、产品纯度高且生产效率高的吡啶合成N‑甲基哌啶的方法，不仅有效弥补现有N‑甲基哌啶合成方法的不足，还能直接以哌啶的合成原料吡啶为合成N‑甲基哌啶的原料，显著降低原料成本，对哌啶、N‑甲基哌啶及后续产品的生产和应用均具有重要意义。

制备方法

步骤一：制备催化剂，包括如下步骤：

S1：配置前驱体溶液，将可溶性钌化合物(本实施例中具体为RuCl₃)溶解于水中，2000~3000r/min下搅拌3~5h，即可得到钌前驱体溶液； 

S2：活性炭预处理，将购置活性炭加水煮沸洗涤1h后抽滤，并在100℃条件下干燥5h，随后将活性炭溶分散于双氧水和20％硝酸溶液中，其中活性炭、双氧水和20％硝酸溶液的质量体积比为1:3.5～4.5:1.8～2.2(本实施例具体为1:4:2，即称取25g活性炭，溶于 100g双氧水和50g 20％硝酸溶液的混合溶液中)，在60～80℃的温度条件下反应1.5～2h (本实施例中具体为在65℃的温度条件下反应2h)，随后依次抽滤、去离子水水洗至中性，获得预处理的活性炭，该预处理后活性炭比表面积1350m²/g，测定吸得率73.5％； S3：制备催化剂，将上述预处理的活性炭分散于去离子水中，加入活性炭溶液质量5％上述钌前驱体溶液(RuCl₃的质量以所含Ru的质量计，按照理论负载量5wt％进行投加) 后浸渍4h，随后加入水合肼溶液，充分搅拌后依次过滤、水洗、干燥后，获得负载型Ru/C催化剂。

步骤二：合成哌啶，向高压反应釜中加入200g吡啶和1％上述步骤一中制备所得负载型Ru/C催化剂，随后用氮气置换高压反应釜内空气3次后，向反应釜内通入氢气，直至反应釜内压力为2.0～2.5MPa，并在120～140℃的温度条件下反应6～7h(本实施 例具体为在压力为2.5MPa、温度为130℃的条件下反应7h)，降温抽滤得到哌啶，抽滤后催化剂可以直接反复套用。

步骤三：合成N‑甲基哌啶，将还原剂(本方法还原剂可选甲酸钠、甲酸和锌粉中的任意一种，本实施例具体为甲酸钠)和底物溶液混合(本方案底物溶液可选37％ 甲醛溶液或聚甲醛，本实施例中具体为37％甲醛溶液)形成混合溶液，将上述步骤二中哌啶溶液(纯度99.5％)以3～3.5ml/min的速度(本实施例中具体滴加速度具体为3.33ml/ min，200ml哌啶溶液分为1h滴加)滴加至混合溶液中，使得滴加过程中溶液温度≤70℃；本方法中哌啶溶液与37％甲醛溶液、甲酸钠的摩尔比为1:1.05～1.3:1.05～1.3；本实施例中哌啶溶液与37％甲醛溶液、甲酸钠的摩尔比为1:1.2:1.2。哌啶溶液滴加完成后升温至70～80℃反应1.5～2h(本实施例具体为升温至80℃反应2h)，获得N‑甲基哌啶溶液。

步骤四：萃取，将上述步骤三所得N‑甲基哌啶溶液与环己烷、苯、石油醚、三氯甲烷中的任意一种溶剂(本实施例具体为环己烷)以1:1.5质量体积比混合，混匀后萃取分层获得上层油相和下层水相；上层油相为萃取溶剂和N‑甲基哌啶的混合物，下层水相为水溶液和反应生成的盐溶液。

步骤五：精馏，将上述上层油相在塔顶温度为80~82℃、塔釜温度为110~112℃的条件下进行精馏，精馏液即为N‑甲基哌啶，塔釜溶液即为萃取溶剂环己烷，而分离出的环己烷可进行反复套用。

参考文献

[1]重庆中邦科技有限公司. 一种吡啶合成N-甲基哌啶的方法:CN202211715731.5[P]. 2023-03-28.