Способ получения n,n'-замещенных пиперазинов

 

Изобретение относится к способу получения N,N'-замещенных пиперазинов. Данные соединения используются в качестве стабилизаторов для полимерных материалов общего и специального назначения. Кроме того, названные соединения являются эффективными присадками к смазочным маслам, а также добавками к нефтепродуктам, которые пассивируют металлы переменной валентности. Описывается способ получения N,N'-замещенных пиперазинов общей формулы I, где R¹ = R² - алкилC₁-C₄, фенил, α-метилбензил, кумил, циклогексил, взаимодействием 2,6-дизамещенного фенола с формальдегидом и пиперазином при их мольном соотношении 1,0 : 1,0 - 1,2 : 0,5 - 0,6 в среде алифатических C₁-C₄ спиртов при нагревании путем прибавления формальдегида к раствору 2,6-дизамещенного фенола и пиперазина в алифатическом спирте, с последующим выдерживанием реакционной смеси, отличающийся тем, что прибавление формальдегида производят при температуре 65 - 130^oC в течение 0,5 - 1,0 ч и затем выдерживают полученную смесь 0,5 - 2,0 ч. Технический результат - сокращение длительности процесса с одновременным увеличением выхода, улучшение качества целевого продукта. 1 табл.

Изобретение относится к способу получения N,N'-замещенных пиперазинов. Данные соединения используются в качестве стабилизаторов для полимерных материалов общего и специального назначения. Кроме того, названные соединения являются эффективными присадками к смазочным маслам, а также добавками к нефтепродуктам, которые пассивируют металлы переменной валентности.

Известен способ получения N,N'-бис-(3,5-ди-трет-бутил-4-оксибензил)-пиперазина взаимодействием замещенных фенолов (экранированных оксибензиламинов) с пиперазином в присутствии пропилового спирта при нагревании (температура 135^oC в течение 3 час). Выход количественный. Чистота продукта 90-95%, продукт имеет желтоватую окраску (SU, 883016, 1978). Исходные замещенные фенолы (экранированные оксибензиламины) получают конденсацией соответствующих 2,6-дизамещенных фенолов с диметиламином и формальдегидом с образованием большого количества побочных продуктов. К недостаткам данного способа следует отнести: - необходимость утилизации выделяющегося диметиламина; - использование термолабильных в указанных условиях оксибензиламинов; - способствует получению целевого продукта низкого качества.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ получения N,N'-бис-(3,5-ди-трет-бутил-4-оксибензил)-пиперазина (Агидола-15), заключающийся в конденсации 2,6-диалкилфенолов с формальдегидом и пиперазином в среде алифатического спирта, причем соотношение фенол:пиперазин:формальдегид 1,0:0,5:1,0. Процесс проводят при температуре 15 - 25^oC с последующей выдержкой полученной реакционной смеси при указанной температуре в течение 60 - 90 минут и температуре кипения в течение 45 - 60 минут (SU, 1657501, 1991). Выход целевого продукта составляет 90 - 95 мас.% на прореагировавший 2,6-ди-трет-бутилфенол.

На основании воспроизведения вышеуказанного способа следует отметить следующие недостатки: сравнительно низкая конверсия 2,6-ди-трет-бутилфенола (75-85 мас.%) из-за проведения конденсации исходных реагентов при низкой температуре и образование побочных продуктов (пиперазиноформальдегидных смол и бис-3,5-ди-алкил-4-оксифенилметанов) при кипячении смеси, которые крайне трудно отделяются от синтезируемых веществ, затрудняют их выделение, снижают выход и чистоту продукта.

Целью изобретения является сокращение длительности процесса с одновременным увеличением конверсии 2,6-ди-трет-бутилфенола, выхода целевого продукта и улучшение его качества.

Настоящая цель достигается тем, что процесс ведут прибавлением формальдегида к раствору 2,6-ди-трет-бутилфенола и пиперазина в алифатическом спирте при температуре 65 - 130^oC в течение 0,5 - 1,0 час с последующей выдержкой полученной смеси в течение 0,5 - 2,0 час.

Неожиданность процесса заключается в том, что дозировку формальдегида производят на горячую реакционную смесь со скоростью, необходимой для дозировки расчетного количества формальдегида в течение 1 часа, что позволяет достичь полной конверсии 2,6-ди-трет-бутилфенола и позволяет избежать образование пиперазин-формальдегидных смол по реакции Лейкорта-Валлоха, которые загрязняют целевой продукт, ухудшая его качество, и трудно выводятся из системы.

Исходные реагенты должны соответствовать следующим требованиям: 1). 2,6-ди-трет-бутилфенол (2,6-ДТБФ) - ТУ 38.103378-86 2). 2,6-ди-циклогексилфенол - [Park. Rev. Inst. Franc du Pofrole 15, 567, 1960] 3). 2,6-ди-фенилфенол - [Пат. США N 2831898, 1958] 4). 2,6-ди-изонилфенол - [Angew. Chem., 19576 69, с. 699] 5). 2,6-ди-третамилфенол - [А.С. СССР N 267614] 6). 2,6-ди-метилфенол - [Пат. Великобритании N 1060036]
7). 2,6-ди-этилфенол - [J. Jrg. Chem. 23, 568, 1958]
8). 2,6-ди -(α- метилбензил)фенол [ЖПХ, 40, 1642, 1967]
9). 2,6-ди-(кумил)фенол - [Пат. США N 2831898, 1958]
10). формалин - ГОСТ 1625-89
11). гексигидрат пиперазина - ТУ 6-02-1208-81
12). CH₃OH (ч) - ГОСТ 6995-77
13). C₂H₅OH - ТУ 6-09-1710-77
14). C₃H₇OH (ч) - ТУ 6-09-4344-77
15). C₄H₉OH-1 (ч) - ГОСТ 6006-78
16). i-C₃H₇OH (ч) - ТУ 6-09-402-75.

Способ осуществляют следующим образом.

Стадия A. В круглодонную колбу, снабженную механической мешалкой с затвором, обратным холодильником, термометром, загружают растворитель, 2,6-ди-замещенный фенол, пиперазин при мольном соотношении фенол:пиперазин, равном 1,0 : 0,5 - 0,6 соответственно.

Нагревают смесь до температуры проведения реакции и в течение 1 часа небольшими порциями дозируют расчетное количество формальдегида. После чего охлаждают, продукт фильтруют на фильтре, промывают и сушат. Получают целевой продукт.

Способ Б. В автоклав, снабженный механической мешалкой, термометром, рубашкой для обогрева автоклава, краном-дозатором, загружают растворитель, 2,6-ди-замещенный фенол, пиперазин при мольном соотношении фенол:пиперазин, равном 1,0 : 0,55-0,6 соответственно. Нагревают автоклав до температуры проведения реакции и периодически дозируют небольшими порциями расчетное количество формальдегида в течение 1 час. После окончания дозировки реакционную смесь выдерживают 1,5-2 часа. После чего охлаждают автоклав, вскрывают и фильтруют получившийся целевой продукт на фильтре от растворителя и воды. Промывают холодным растворителем и сушат. Получают готовый продукт.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Получение бис-N,N'-(3,5-ди-трет-бутил-4-оксибензил)-пиперазина.

В круглодонную колбу загружают 206 г (1 моль) 2,6-ДТБФ, 180 г (10,00 моль) метанола и 106,7 г (0,55 моль) гексогидрата пиперазина. Смесь нагревают до 70^oC и далее дозируют в колбу при постоянной скорости в течение часа расчетное количество формальдегида 30 г в 26 г метанола. После чего поднимают температуру до 110^oC и при этой температуре массу выдерживают 1 час. Далее реакционную смесь охлаждают и суспензию N,N'-бис-(3,5-ди-трет-бутил-4-оксибензил)-пиперазина в метаноле фильтруют, промывают метанолом и сушат. Получают 250,6 г (96% от теории) целевого продукта с t_пл = 213,5-217^oC, белого цвета.

Пример 2.

Получение бис-N,N'-(3,5-ди-трет-бутил-4-оксибензил)-пиперазина.

В автоклав загружают 206 г (1 моль) 2,6-ДТБФ, 180 г (10,0 моль) метанола и 116,4 г (0,6 моль) гексагидрата пиперазина. Нагревают автоклав до 110^oC и дозируют равными порциями в течение 1 часа расчетное количество формальдегида. Далее выдерживают реакционную смесь при данной температуре в течение 1 часа. Затем реакционную смесь охлаждают и суспензию N,N'-бис-(3,5-ди-трет-бутил-4-оксибензил)-пиперазина в метаноле фильтруют, промывают метанолом и сушат. Получают 252,7 г (96,8% от теории) целевого продукта с температурой плавления 216-218^oC.

Пример 3.

Аналогично примеру 1, но реакцию ведут и дозировку формальдегида производят при температуре 120^oC, время выдержки равно 1 час. Получают 255,8 г (98% от теории) целевого продукта с t_пл, равной 221-222^oC.

Пример 4.

Аналогично примеру 2, но дозировку формальдегида и реакцию ведут при температуре 130^oC, время выдержки равно 0,5 часа. Получают 256,3 г (98,2% от теории) целевого продукта с t_пл, равной 221,5-222,5^oC.

Данные элементного анализа:
вычислено: C = 78,16; H = 10,34; N = 5,36;
найдено: C = 77,64; H = 10,81; N = 5,41.

Пример 5.

Синтез бис-N,N'-(3,5-дициклогексил-4-оксибензил)-пиперазина.

64,6 г (0,25 моль) 2,6-Дициклогексилфенола, 74,12 г (1 моль) н-бутилового спирта и 27,16 г (0,14 моль) гексагидрата пиперазина нагревают до 120^oC, а затем к смеси прикапывают 7,5 г (0,25 моль) формальдегида в 37 г н-бутилового спирта на протяжении 1 часа. После чего реакционную смесь выдерживают 30 минут и затем ее охлаждают. Полученную суспензию бис-N-N'-(3,5-дициклогексил-4-оксибензил)-пиперазина упаривают, отфильтровывают от растворителя и гидратной воды, промывают и получают 74,5 (97% от теории) целевого продукта с температурой плавления 245 - 255^oC.

Найдено: C = 79,98; H = 10,1; N = 4,87.

Вычислено: C = 80,44; H = 9,97; N = 4,47.

Брутто формула: C₄₂H₆₂N₂O₂.

Молекулярная масса:
Найдено (криоскопически): 630,0.

Вычислено: 626,93.

Пример 6.

Синтез бис-N,N'-(3,5-дифенил-4-оксибензил)-пиперазина.

24,6 г (0,1 моль) 2,6-Ди-фенилфенола, 37,6 г (0,5 моль) изобутилового спирта и 11,7 г (0,06 моль) гексагидрата пиперазина нагревают до 100^oC и дозируют 3 г (0,1 моль) формальдегида в 18,5 г (0,25 моль) изобутанола. Затем реакционную смесь выдерживают 1 час, после чего охлаждают, а полученную суспензию бис-N,N'-(3,5-дифенил-4-оксибензил)-пиперазина подвергают фильтрации, промывке и сушке. Получено 28,5 г (94,5% от теории) целевого продукта с температурой плавления 262 - 263,5^oC.

Найдено: C = 82,89; H = 6,81; N = 4,9.

Вычислено: C = 83,68; H = 6,36; N = 4,65.

Молекулярная масса:
Найдено (криоскопически): 606,1.

Вычислено: 602,783.

Пример 7.

Синтез бис-N,N'-(3,5-ди-изопропил-4-оксибензил)-пиперазина.

24,6 г (0,1 моль) 2,6-Ди-фенилфенола, 37,6 г (0,5 моль) изобутилового спирта и 11,7 г (0,06 моль) гексагидрата пиперазина нагревают до 100^oC и дозируют 3 г (0,1 моль) формальдегида в 18,5 г (0,25 моль) изобутанола. Затем реакционную смесь выдерживают 1 час, после чего охлаждают, а полученную суспензию бис-N, N'-(3,5-дифенил-4-оксибензил)-пиперазина подвергают фильтрации, промывке и сушке. Получено 28,5 г (94,5% от теории) целевого продукта с температурой плавления 262 - 263,5^oC.

Найдено: C = 82,89; H = 6,81; N = 4,9.

Вычислено: C = 83,68; H = 6,36; N = 4,65.

Молекулярная масса:
Найдено (криоскопически): 606,1.

Вычислено: 602,783.

Пример 8.

Синтез бис-N,N'-(3,5-ди-изопропил-4-оксибензил)-пиперазина.

53,6 г (0,3 моль) 2,6-Ди-изопропилфенола, 95 г (1,58 моль) н-пропилового спирта и 31,04 г (0,16 моль) гексагидрата пиперазина нагревают до 70^oC и прикапывают 9 г (0,3 моль) формальдегида. Реакцию продолжают в течение 2 часов. Затем реакционную смесь охлаждают, а суспензию бис-N,N'-(3,5-ди-изопропил-4-окси)-пиперазина отфильтровывают от воды и растворителя, промывают метанолом, фильтруют и сушат. Получают 29,6 г (98,1% от теории) целевого продукта с температурой плавления 174,5 - 175,5^oC.

Найдено: C = 77,78; H = 10,4; N = 5,59.

Вычислено: C = 77,2; H = 9,93; N = 6,00.

Молекулярная масса:
Найдено (криоскопически): 471,500.

Вычислено: 466,715.

Пример 9.

Синтез бис-N,N'-(3,5-ди-трет-амил-4-оксибензил)-пиперазина.

58,6 г (0,25 моль) 2,6-Ди-трет-амилфенола, 60,1 г (1,0 моль) изопропилового спирта и 29,1 г (0,15 моль) гексагидрата пиперазина нагревают до 80^oC, после чего прикапывают 7,5 г (0,25 моль) формальдегида в 60 г (1 моль) изопропилового спирта. И затем греют реакционную смесь при 80^oC еще 1 час 20 минут после окончания прикапывания. Затем реакционную смесь охлаждают, суспензию бис-N,N'-(3,5-ди-трет-амил-4-оксибензил)-пиперазина упаривают под вакуумом водоструйного насоса, а осадок промывают метанолом, фильтруют и сушат. Получают 57 г (96,2% от теории) целевого продукта с температурой плавления 193,5-195^oC.

Найдено: C = 77,99; H = 10,51; N = 5,01.

Вычислено: C = 78,89; H = 10,72; N = 4,84.

Пример 10.

Синтез бис-N,N'-(3,5-диметил-4-оксибензил)-пиперазина.

122 г (1 моль) 2,6-Ксиленола, 218,8 г (10,9 моль) метанола и 106,7 г (0,55 моль) гексагидрата пиперазина нагревают до 120^oC и прибавляют 30 г формальдегида в 176 г (5,5 моль) метанола. Реакцию ведут в течение 30 минут. Затем реакционную смесь охлаждают, фильтруют от растворителя и воды, промывают метанолом и получают целевой продукт. Выход 170,7 г (96,5% от теории) целевого продукта с температурой плавления 237,2-338^oC.

Найдено: C = 74,40; H = 8,80; N = 8,00.

Вычислено: C = 74,54; H = 8,53; N = 7,91.

Молекулярная масса:
Найдено (криоскопически): 352,0.

Вычислено: 354,5.

Пример 11.

Синтез бис-N,N'-(3,5-диэтил-4-оксибензил)-пиперазина.

75 г (0,5 моль) 2,6-Диэтилфенола, 120 г (2,6 моль) этилового спирта и 48,5 г (0,25 моль) гексагидрата пиперазина нагревают до 110^oC и прибавляют 15 г формальдегида в 60 г (1,3 моль) метанола. Реакцию ведут в течение 45 минут. Затем реакционную смесь охлаждают, суспензию бис-N,N'-(3,5-диэтил-4-оксибензил)-пиперазина фильтруют от растворителя и затем промывают метанолом целевой продукт. После чего выпавшие кристаллы сушат и получают 81,8 г (96,95% от теории) целевого продукта с температурой плавления 182-183^oC.

Найдено: C = 75,74; H = 9,70; N = 6,71.

Вычислено: C = 76,43; H = 9,97; N = 6,85.

Молекулярная масса:
Найдено (криоскопически): 404,90.

Вычислено: 408,59.

Пример 12.

Синтез бис-N,N'-(3,5-ди -α- метилбензил-4-оксибензил)-пиперазина.

30 г (0,1 моль) 2,6-Ди -α- метилбензилфенола, 60,1 г (1 моль) пропанола и 11,6 г (0,06 моль) гексагидрата пиперазина нагревают до 100^oC и прикапывают 1,5 г (0,05 моль) формальдегида в 30 г (0,5 моль) пропанола и выдерживают реакционную смесь при этой температуре еще 1 час. Затем реакционную смесь охлаждают, полученную суспензию бис-N,N'-(3,5-ди -α- метилбензил-4-оксибензил)-пиперазина упаривают, фильтруют, промывают растворителем и сушат. Получено 33,8 г (95% от теории) бис-N,N'-(3,5-ди -α- метилбензил-4-оксибензил)-пиперазина с температурой плавления 301-302^oC.

Найдено: C = 84,87; H = 6,92; N = 3,73.

Вычислено: C = 84,47; H = 7,10; N = 3,95.

Брутто формула: C₅₀H₅₀N₂O₂.

Молекулярная масса:
Вычислено: 710,91.

Пример 13.

Синтез бис-N,N'-(3,5-ди-кумил-4-оксибензил)-пиперазина.

33 г (0,1 моль) 2,6-Ди-кумилфенола, 46,0 г (1 моль) этанола и 11,6 г (0,06 моль) гексагидрата пиперазина нагревают до 80^oC, а потом прикапывают 3 г (0,1 моль) в 23 г (0,5 моль) этанола и выдерживают реакционную смесь при этой температуре еще 1,5 часа. Затем реакционную смесь охлаждают, полученную суспензию бис-N,N'-(3,5-ди-кумил-4-оксибензил)-пиперазина упаривают, фильтруют, промывают растворителем и сушат. Получают 36,4 г (94,5% от теории) бис-N, N'-(3,5-ди-кумил-4-оксибензил)-пиперазина с температурой плавления 321-322^oC.

Найдено: C = 85,07; H = 7,59; N = 3,19.

Вычислено: C = 84,11; H = 8,11; N = 3,63.

Брутто формула: C₅₄H₆₂N₂O₂.

Молекулярная масса:
Найдено (криоскопически): 771,05.

Вычислено: 774,01.

Примеры с другим заявленным количеством исходных реагентов приведены в табл. 1.

Завышение температуры выше 130^oC приводит к появлению желтизны целевого продукта.

Увеличение дозировки пиперазина (выше рекомендуемого) приводит к появлению производных монозамещенного пиперазина.

Избыток формальдегида способствует образованию побочного продукта - 3,3,5,5-тетра-трет-бутил-диоксифенилметан-стабилизатора МБ-1.

На основании приведенных данных видно, что предложенный способ получения N, N-замещенных пиперазинов позволяет получить целевой продукт с высоким выходом, высокой чистоты за более короткое время, чем все известные способы.

Формула изобретения

Способ получения N,N'-замещенных пиперазинов общей формулы

где R₁ = R₂ - алкилC₁-C₄, фенил, α-метилбензил, кумил, циклогексил,
взаимодействием 2,6-дизамещенного фенола с формальдегидом и пиперазином при их мольном соотношении 1,0:1,0-1,2:0,5-0,6 в среде алифатических C₁-C₄ спиртов при нагревании путем прибавления формальдегида к раствору 2,6-дизамещенного фенола и пиперазина в алифатическом спирте с последующим выдерживанием реакционной смеси, отличающийся тем, что прибавление формальдегида производят при температуре 65 - 130^oC в течение 0,5 - 1,0 ч и затем выдерживают полученную смесь 0,5 - 2,0 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Закрытое акционерное общество "Управление активами"

Вид лицензии*: ИЛ

Лицензиат(ы): Открытое акционерное общество "Стерлитамакский нефтехимический завод"

Договор № РД0036101 зарегистрирован 16.05.2008

Извещение опубликовано: 27.06.2008        БИ: 18/2008

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

PC4A Государственная регистрация договора об отчуждении исключительного права

Дата и номер государственной регистрации договора: 17.03.2011 № РД0077972

Лицо(а), передающее(ие) исключительное право:
Закрытое акционерное общество "Управление активами"

(73) Патентообладатель(и):
Общество с ограниченной ответственностью "Патент"

Адрес для переписки:
ЗАО "Управление активами", ул. Промышленная, 2, г. Стерлитамак, Республика Башкортостан, 453110

Дата публикации: 27.04.2011

---