Спосіб одержання n-алкілпіперидинів

Реферат: Винахід стосується способу одержання N-алкілпіперидинів, які використовують як вихідні продукти для фармацевтики, діючих речовин у гербіцидах, фунгіцидах та інсектицидах, компоненти спеціальних мийних засобів побутового, медичного та технічного призначення, антикорозійні препарати, каталізатори для органічних синтезів, наприклад, при полімеризації. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу з метою підвищення ефективності та спрощення процесу синтезу. Поставлена задача досягається тим, що у запропонованому способі процес проводять при атмосферному тиску та температурі до 220 °С у присутності водню з використанням аліфатичних спиртів та піперидину на каталізаторі складу, % мас.: NiO 32,0÷38,0, СаО 9,0÷11,0, Аl2О3 не менше 47,0. Спосіб дозволяє інтенсифікувати та спростити процес одержання N-алкілпіперидинів за рахунок використання готового промислового нікельвмісного каталізатора іншого призначення та підвищити вихід цільових продуктів більш ніж на 29,0 %, а продуктивність - приблизно в 1,5 рази у порівнянні з найближчим аналогом. UA 99072 C2 (12) UA 99072 C2 UA 99072 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується способу одержання N-алкілпіперидинів, які використовуються як вихідні продукти для фармацевтики, діючих речовин у гербіцидах, фунгіцидах та інсектицидах, компонентів спеціальних мийних засобів побутового, медичного та технічного призначення, антикорозійних препаратів, каталізаторів для органічних синтезів, наприклад, при полімеризації. Відомий спосіб одержання N-алкілпіперидинів, заснований на взаємодії аліфатичних спиртів з піперидином на каталізаторах кислотно-основного (дегідратаційного) типу. Наприклад, на Аl2О3 процес проводять в паровій фазі при 310 °C та атм. тиску, молярному співвідношенні піперидин:спирт = 1:4. Вихідна суміш дозується зі швидкістю 25 мл/год. у проточний реактор, заповнений 235 г каталізатора. Синтез проводиться у присутності газу-носія азоту з витратою 9 л/год. [Galik V., Карка Z., Landa S., Safar M. Uber stickstoffhaltige Verbindungen in Erdol und Erdolfraktionen. IV. Darstellung esniger 1-Alkylpiperidine. // Collect. Czechoslov. Chem. Commun., 1968. -Vol. 33. - P. 609-613]. Недоліками даного способу є низький вихід цільових Nалкілпіперидинів (N-етил-, 56,1 %; N-бутил-, 29,4 %; N-аміл-, 19,9 %; N-гексил-, 18,1 %), використання значного надлишку спирту, підвищена температура та низька продуктивність каталізатора. На контакті Н3РО4/Аl2О3 при 355 °C та ~17 атм. техн., молярному співвідношенні піперидин:етанол =1:1, вихід N-етилпіперидину становить 58,1 % при конверсії піперидину 70 % 4 [Пат. 4900832 США, МКИ C07D 211/14. Process for the catalytic animation of alcohols and diols using non-acidic hyduoxyapatite catalysts // Parris G.E., Pierantozzi R., [Air Products and Chemicals, Inc.]; № 227569; заявл. 02.08.88; опубл. 13.02.90]. В подібних умовах на гідроксіапатиті кальцію 2+ формули Cax (PO4)y(OH)z, де відношення між х/у1,67-2,4 і між z/y0,33-1,8, який попередньо прожарюють при температурах від 350 °C до 650 °C протягом достатнього часу, щоб каталізатор був не кислий, вихід N-етилпіперидину складає 75-82 %. В той же час на алюмінієвому фосфаті (АlРО4-1,0) вихід не перевищує 0,85 % при конверсії піперидину 85 %. 5 Відомий спосіб [Пат. 4950690 США, МКИ С07В 211/04. Process for the catalytic animation of alcohols using activated phosphorus-containing catalysts // Parris G.E., Pierantozzi R., [Air Products and Chemicals, Inc.]; № 227081; заявл. 28.11.88; опубл. 21.08.90], в якому фосфоровмісний контакт для підвищення активності просочують металокатіоном солі, яка представлена m+ nm+ формулою: Ma Xb , причому М є катіоном, вибраним з групи Iа та IIа Періодичної таблиці nелементів, що мають валентність m, Х є органічною або неорганічною аніонною різновидністю з валентністю n; а та b - цілі числа. При проведенні процесу в умовах, аналогічних вищеозначеним (газова фаза, при 354 °C та ~17 атм. техн.) на контакті з рН=11 вихід N-етилпіперидину становить 61,4 % при конверсії піперидину 69 %. Таким чином, використання каталізаторів дегідратаційного типу вимагає більш жорстких умов проведення процесу (температури та тиску), проте не забезпечує високих показників ефективності; процес супроводжується перебігом побічних реакцій внутрішньо- та міжмолекулярної дегідратації спирту з утворенням ненасичених вуглеводнів (етилену) та етерів (діетилового етеру). Також відомо, що для одержання N-алкілпіперидинів проводять амінування спиртів та відновлювальне амінування карбонільних сполук (альдегідів, кетонів) піперидином на металовмісних каталізаторах гідрування-дегідрування у присутності водню. Відомий спосіб [Пат. 2058547 США. Process for catalytic synthesis of heterocyclic amines and products produced thereby / Adkins H., Cramer H.I.; - № 619524; заявл. 27.06.32; опубл. 27.10.36], в якому амінування спиртів, взятих здебільшого в надлишку, проводять в рідкій фазі у присутності нікелевих контактів при 175-250 °С та тиску 100 атм. у середовищі азоту або, переважно, водню. Вихід N-похідних піперидину становить: N-етил-, 78-80 %, N-бутил-, 35 %, Nциклогексил-, 76 %. Недоліком даного способу є використання високого тиску та недостатньо ефективного каталізатора. Низька ефективність властива контакту на основі SіО2-Аl2О3, що містить 13,9 % ваг. Сu та 3 1,3 % ваг. Na [Пат. DE4137013 А1 ФРГ, МКИ , C07D 295/023. Verfahren zur Herstellung von Aminen durch reductive Aminierung / U. Dingerdissen, W. Hoelderich.: BASF AG; № P41377013.9; Заявл. 11.11.91; Опубл. 13.05.93]: при 220 °C, навантаженні 1,4 г вихідної суміші (пентанон-2піперидин)/(гкат.×год.) та витраті водню 64 мл/хв. конверсія пентанону-2 складає 13,6 % при селективності за N-(1-метил-бутил)-піперидином 87,6 %. Тобто вихід цільового аміну становить  12 %. Найбільш близьким до способу, що заявляється, за технічною сутністю та досягаємому результату є спосіб одержання амінів, в тому числі N-акілпіперидинів [Пат. DE4137013 А1 ФРГ, 3 МКИ , C07D295/023. Verfahren zur Herstellung von Aminen durch reductive Aminierung / U. Dingerdissen, W. Hoelderich.: BASF AG; № P41377013.9; Заявл. 11.11.91; - Опубл. 13.05.93] 1 UA 99072 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (прототип). Спосіб полягає в обробці кетону циклічним аміном у газовій фазі при температурі -1 100-500 °C, при навантаженні за вихідною сумішшю від 0,5 до 5,0 год. (гвих.суміші/(гкат×год.) та витраті водню 64 мл/хвил. у присутності каталізатора. Останній приготовано з використанням боросилікатного цеоліту типу пентасилу в аміачно-лужному розчині нітратів паладію та натрію шляхом іонного обміну. У присутності цеоліту, який містить 0,45 % мас. Pd та 0,12 % мас. Na, при атм. тиску та 170 °C проведено гідрогенізаційне амінування піперидину пентаноном-2: при швидкості вихідної -1 суміші 1,3 год. та витраті водню 64 мл/хв. ступінь перетворення кетону становила 66,7 %, а селективність за продуктом 96,8 %, тобто його вихід не перевищує 65 %. Продуктивність каталізатора становить 0,0049 моль продукту/(гкат.×год.). Основними недоліками прототипу є низькі активність та селективність (вихід Nалкілпіперидинів), а також продуктивність каталізатора за цільовим аміном. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу одержання Nалкілпіперидинів з метою підвищення ефективності процесу синтезу за рахунок його інтенсифікації шляхом використання готового промислового нікельвмісного каталізатора іншого призначення - для гідрування оксидів вуглецю до метану (процес метанування). Останній відомий під маркою НИАП-07-02 і виготовляється згідно з ТУ-2178-003-00209510-2006 (копія додається). Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі одержання амінів, конкретно Nалкілпіперидинів, який включає взаємодію кисеньвмісних сполук та піперидину при атмосферному тиску і температурі 200-220 °С у присутності водню та каталізатора, згідно з винаходом як кисеньвмісні сполуки використовують аліфатичні спирти та каталізатор наступного складу, % мас: NiО 32,0÷38,0, СаО9,0÷11,0, Аl2O3 не менше 47,0. Використання нікель-алюміній-кальцій-оксидного каталізатора за новим призначенням - в парофазному синтезі N-алкілпіперидинів, дозволяє інтенсифікувати його з одночасним підвищенням виходу продукту. Висока дисперсність (60 А°) активної складової (фаза Ni) забезпечує підвищену активність. До переваг даного контакту можна віднести високу механічну міцність, термостабільність та стійкість до завуглецювання. Важливо відмітити також, що у заявленому каталізаторі активна фаза знаходиться як у вільному, так і у зв'язаному станах. Тому частина активного компоненту відновлюється відразу, а друга - поступово, в ході експлуатації або при послідовному підйомі температури, що сприяє зростанню тривалості пробігу [Голосман Е.З. Основные закономерности синтеза и формирования цементсодержащих катализаторов для различных процессов органического, неорганического и экологического катализа [Текст] / Е.З. Голосман // Кинетика и катализ. - 2001. - Т. 42, № 3. - С. 383-393]. Наводимо приклади конкретного виконання запропонованого винаходу. Приклад № 1 В реактор проточного типу з внутрішнім діаметром 15 мм завантажують 3,00 г каталізатора з розміром частинок 0,5-1,0 мм та активують звичайним способом. У випарювальну зону реактора, заповнену кварцовою крихтою, при температурі 165 °C, подають суміш гексанолу-1 та піперидину молярного співвідношення 1:1 з навантаженням 1,044 г/(гкат.×год.) та водень з витратою 70 мл/хв. Парогазова суміш, що утворилась, надходить далі в каталітичну зону реактора, температура якої становить 220 °C. Продукти реакції збирають у приймач, який споряджений зворотним холодильником, і далі аналізують методом газорідинної хроматографії. На підставі складу каталізату розраховують основні показники роботи каталізатора, які представлено в таблиці 1. Загальна конверсія гексанолу-1 становить  98,3 %. Приклад № 2 Процес ведуть у відповідності з прикладом № 1, подаючи еквімолярну суміш гексанолпіперидин з навантаженим 1,428 г/(гкат.×год.) та водень з витратою 70 мл/хв. Результати наведено в таблиці 1. Загальна конверсія гексанолу-1 становить  99,1 %. Приклад № 3 Процес ведуть у відповідності з прикладом № 1 при температурі у випарювальній та каталітичній зонах реактора, 195 °C та 200 °С, відповідно. Подають еквімолярну суміш октанолу-1 та піперидину з навантаженням 1,209 г/(гкат.×год.) та водень з витратою 70 мл/хв. Результати представлено в таблиці. Загальна конверсія октанолу-1 становить 95,3 %. Приклад № 4 Процес ведуть у відповідності з прикладом № 3 при температурі в каталітичній зоні 220 °C, подаючи еквімолярну суміш октанолу-1 та піперидину з навантаженням 1,625 г/(гкат.×год.) та водень з витратою 70 мл/хв. Результати представлено в таблиці. Загальна конверсія октанолу1 становить  100,0 %. 2 UA 99072 C2 Таблиця Показники ефективності роботи контакту, що заявляється Умови синтезу Вихід NМолярна № Т-ра Витрата Спирт алкілпіперидину, швидкість прикладу синтезу, водню, % подачі спирту, °С мл/хв. моль/гкат.×год. 1 гексанол-1 220 0,0056 70 94,5 2 гексанол-1 220 0,0076 70 98,0 3 октанол-1 200 0,0056 70 94,7 4 октанол-1 220 0,0075 70 95,6 пентанонпрототип 170 0,0076 64 64,6 2 5 10 Продуктивність кат-ра за продуктом, моль/гкат.×год 0,0053 0,0075 0,0053 0,0072 0,0049 Синтез N-алкілпіперидинів в умовах, які пропонуються у способі, що заявляється, дозволяє: а) інтенсифікувати та спростити процес одержання N-алкілпіперидинів за рахунок використання готового промислового нікельвмісного каталізатора; б) підвищити вихід цільових продуктів більш ніж на 29,0 % у порівнянні з прототипом, а продуктивність більше ніж в 1,07-1,52 разу. Враховуючи доволі м'які умови синтезу, даний спосіб одержання N-алкілпіперидинів може бути впроваджений у виробництво на ВО "Азот" (м. Сєверодонецьк, Рівне, Дніпродзержинськ, Черкаси). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Спосіб одержання N-алкілпіперидинів, який включає взаємодію кисеньвмісних сполук та піперидину при атмосферному тиску і температурі 200-220 °C у присутності водню та каталізатора, який відрізняється тим, що як кисеньвмісні сполуки використовують аліфатичні спирти та каталізатор наступного складу, % мас.: NiO 32,0÷38,0, СаО 9,0÷11,0, Аl2О3 не менше 47,0. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3