CH345653A - Procédé de préparation de pipérazine - Google Patents

Description

  
 



  Procédé de préparation de pipérazine
 Comme il est connu, la pipérazine peut être pré parée par condensation de certaines amines avec formation de noyau cyclique. Les brevets USA 2467205 et 2454404 décrivent la cyclisation catalytique d'éthylènediamine et de diéthylènetriamine à la phase vapeur, à des températures de l'ordre de 4000 C en présence de catalyseurs tels que le phosphate d'aluminium ou l'alumine. L'éthylènediamine ou la diéthylènetriamine peuvent être chauffées avec reflux ou dans un autoclave, avec ou sans solvant, en présence d'un catalyseur au nickel, en donnant un produit de réaction qui contient de la pipérazine.

   Ainsi, la diéthylènetriamine chauffée dans du xylène avec reflux pendant 7 heures donne un rendement en pipérazine de   17 0/o,    et, chauffée dans du dipentène à 1600 C en autoclave pendant 8 heures, un rendement de   73  /o    (Martin et Martel, J.A.C.S. 1948 70 1817).



     I1    est décrit au brevet anglais No 595430 un procédé dans lequel un halogénohydrate d'éthanolamine est chauffé à   200 - 2700 C    en présence éventuellement de catalyseurs de déshydratation, et donne un rendement en pipérazine de   56 o.    D'autres procédés de préparation de pipérazine, à partir de bêta-hydroxyéthyl-éthylènediamine, sont connus. Ainsi, le brevet
USA 2479657 décrit un procédé de préparation de pipérazine, avec un rendement de   64' /o,    qui consiste à chauffer de la bêta-hydroxyéthyléthylènediamine à une haute température avec un catalyseur tel que   Oxyde    de cuivre ou le chromite de cuivre, sous une pression d'hydrogène d'environ 100 atmosphères.

   Selon le brevet USA 2400022, on obtient de la pipérazine avec un rendement de   4210/,    en chauffant de la bêta-hydroxyéthyléthylènediamine en vase clos, en présence d'un catalyseur, par exemple le nickel de
Raney, avec ou sans solvant. Au brevet USA 2427473, est décrite la fermeture du noyau de bêtahydroxyéthyléthylènediamine en phase vapeur sur des catalyseurs tels que l'alumine à une température de   400- 5000    C, en donnant de la pipérazine avec un rendement de   50- 60 0/o.   



   On a maintenant trouvé que   l'on    peut obtenir la pipérazine avec un excellent rendement à partir de   p-hydroxy-éthyléthylènedîamine    par un procédé n'impliquant pas l'emploi d'un équipement à haute pression. Selon le nouveau procédé, on chauffe un sel   de-hydroxy-éthyléthylènediamine    et d'un acide halogénhydrique à une température comprise entre 200 et 2700 C, de préférence entre 220 et 2500 C, et   sé    pare la pipérazine formée.



   Les sels de   ss-hydroxy-éthyléthylènediamine    et d'un acide halogénhydrique qui peuvent être employés pour cette réaction sont un monohalogénhydrate, un dihalogénhydrate ou un mélange de ceuxci; ils peuvent être préparés de diverses manières. Le dihalogénhydrate solide peut être employé comme tel, ou il peut être préparé in situ. Une matière de départ qui convient est fournie par un mélange   de,-hy-      droxy-éthyléthylènediamine    et d'au moins une quantité équimoléculaire d'un acide halogénhydrique concentré. L'eau qui provient de cet acide halogénhydrique peut être enlevée par distillation en donnant in situ un monohalogénhydrate ou un dihalogénhydrate de   0-hydroxy-éthyléthylènediamine,    ou un mélange des deux, selon la quantité d'acide halogénhydrique employée.

   Le sel ou le mélange de sels ainsi obtenu peut alors être chauffé conformément au procédé se lon l'invention. Une autre matière de départ consiste en un mélange de   8-hydroxy-éthyléthylènediamine    et  d'au moins une quantité équimoléculaire d'un halogénure d'ammonium. Dans ce cas, l'application de chaleur à ce mélange a pour effet le dégagement d'ammoniac avec formation d'un monohalogénhydrate ou d'un dihalogénhydrate de   3-hydroxy-éthyl-    éthylènediamine ou d'un mélange des deux. On peut employer d'une manière semblable, un mélange convenable de   0-hydroxy-éthyléthylènediamine,    d'un acide halogénhydrique (en une quantité inférieure à 2 quantités équivalentes par quantité moléculaire de l'amine) et un halogénure d'ammonium.

   L'emploi d'un halogénure d'ammonium pour la préparation de la matière de départ convient   particuliè-    rement lorsque la réaction doit être effectuée dans un appareil en métal, du fait que   l'on    évite la présence d'un excès d'acide halogénhydrique et que par conséquent la corrosion de l'appareil est réduite. La durée de la réaction peut varier suivant la température
 à laquelle la réaction a lieu, ainsi à 2200 C, on chauffe généralement environ 24 heures, tandis qu'à 2300 C pendant environ 10 heures.



   La réaction est effectuée de préférence dans une atmosphère d'azote, car cela tend à réduire l'oxydation qui a lieu au cours de la réaction, et qui produit du goudron.



   La pipérazine peut être extraite du mélange réactionnel de diverses manières. Ainsi le mélange de réaction peut être rendu alcalin, et la pipérazine obtenue par distillation fractionnée du mélange ainsi formé. Une façon particulièrement avantageuse pour isoler la pipérazine consiste à former un sel double entre un halogénure d'ammonium et un dihalogénhydrate de pipérazine, ayant la composition représentée par   2HX. C4H10N2 . NH4X .      H2O,    dans laquelle X est un atome d'halogène. Ce sel double est très peu soluble en présence d'un excès d'halogénure d'ammonium.

   On peut donc ajouter une solution aqueuse d'un halogénure d'ammonium au mélange résultant du chauffage d'un sel de   p-hydroxy-éthyléthylène-    diamine et d'un acide halogénhydrique, après quoi, par refroidissement, le sel double se sépare par cristallisation. L'isolement de la pipérazine sous forme de sel double, de cette manière, est particulièrement avantageux si la pipérazine doit être utilisée pour une réaction subséquente, où elle est commodément libérée in situ. On a trouvé que le sel double de dichlorhydrate de pipérazine et de chlorure d'ammonium que   l'on    sépare du mélange de réaction résultant du chauffage d'un sel de   6-hydroxy-óthyléthylè-    nediamine et d'acide chlorhydrique, par addition de chlorure d'ammonium, possède des propriétés précieuses comme anthelmintique.



   Si on le désire, la pipérazine pure peut être isolée du sel double en traitant celui-ci avec un excès d'un alcali aqueux et distillant le produit résultant.



  Exemple   1 :   
 270 cc d'acide chlorhydrique concentré sont ajoutés avec précaution, en agitant et avec reflux, à 156 g de   P-hydroxy-éthyléthylènediamine.    Le mélange ainsi obtenu est chauffé pour éliminer l'eau par distillation et la masse fondue résultante est chauffée pendant 18 heures à 220- 2300 C, pendant lesquelles de l'eau est éliminée dans les produits de réaction qui distillent. Au bout de ce temps, la masse fondue est refroidie à environ 1500 C et on lui ajoute   500 cc    d'eau à environ 600 C et 5 g de charbon actif ; le me lange ainsi obtenu est agité et chauffé avec reflux pendant 30 minutes, puis on le filtre chaud. On dissont 180 g de chlorure d'ammonium dans le filtrat en le chauffant encore, puis on laisse refroidir la solution claire jusqu'au-dessous de 50 C.

   Les cristaux incolores ainsi obtenus sont isolés par filtration, lavés avec une solution de 30 g de chlorure d'ammonium dans 100 cc d'eau, à environ 100 C, puis séchés à l'air à 600 C. On obtient ainsi 241 g du sel double dichlorhydrate de   pipérazine-chlorure    d'ammonium, d'une composition représentée approximativement par   2HCl . C4H10N2 .      NH4Cl .      HoO.    Celui-ci a été trouvé contenir 36,2    /o    de pipérazine, estimée par formation du dérivé benzènesulfonyle, ce qui représente un rendement en pipérazine de 67,5    /o.   



   La pipérazine est mise en liberté de la manière suivante: 230,5 g du sel double obtenu ci-dessus sont dissous dans   232 cc      d'une    solution d'hydroxyde de sodium 13,1 N et   l'on    fait bouillir la solution résultante avec reflux et en agitant, pendant 30 minutes, pour chasser l'ammoniaque. On enlève ensuite 150   cc      d'eau    par distillation, puis ajoute 150 cc d'alcool au résidu refroidi. Le précipité de chlorure de sodium ainsi obtenu est enlevé par filtration, puis lavé avec quatre portions d'alcool, de 40 cc chacune. La solution alcoolique et les alcools de lavage sont alors combinés. On obtient ainsi une solution de pipérazine dans l'alcool, contenant 78,5 g de pipérazine.



  Cette solution peut être utilisée telle quelle pour une réaction ultérieure dans laquelle on emploie de la pipérazine, ou bien on peut en isoler la pipérazine pure par distillation fractionnée.



  Exemple 2:
 On ajoute avec précaution et en agitant, à 156 g de   8-hydroxy-éthyléthylènediamine,      240 ce    d'acide chlorhydrique concentré, puis 24 g de chlorure d'ammonium. Le mélange ainsi obtenu est chauffé pour en enlever l'eau par distillation, puis la masse fondue est chauffée à 220 - 2400 C pendant 24 heures.



  Ensuite, le sel double de dichlorhydrate de pipérazine et de chlorure d'ammonium est isolé exactement de la même manière qu'à l'exemple 1. On obtient ainsi 275 g du sel double, que   l'on    a trouvé contenir   31,8 0/o    de pipérazine, d'après estimation par formation du dérivé benzènesulfonyle. Ceci correspond à un rendement en pipérazine de   67,9       /o.    La pipérazine est mise en liberté exactement de la même manière qu'à l'exemple 1, en employant 244 cc d'une solution d'hydroxyde de sodium 13,1 N. On a obtenu ainsi une solution alcoolique de pipérazine contenant 69,5 g de cette substance.  



  Exemple 3:
 161 g de chlorure d'ammonium sont ajoutés avec précaution et en agitant à 156 g   de,-hydroxy-éthyl-    éthylènediamine. De l'ammoniaque se dégage etlemélange ainsi obtenu est chauffé graduellement à 2000 C et est maintenu à cette température jusqu'à ce qu'il ne s échappe plus d'ammoniaque. La   masse fondue est    alors chauffée à 2500 C pendant 10 heures. Au bout de ce temps, le sel double de dichlorhydrate de pipérazine et de chlorure d'ammonium est isolé exactement de la même manière qu'à l'exemple 1. On obtient ainsi 227 g du sel double, que   l'on    a trouvé contenir 29,8   o/o    de pipérazine, d'après estimation par formation du dérivé benzènesulfonyle. Cela   repré-    sente un rendement en pipérazine de   52,4 O/o.   



   La pipérazine est mise en liberté exactement de la même manière qu'à l'exemple 1, en employant 249 cc   d'une    solution d'hydroxyde de sodium 13,1 N.



  On obtient ainsi une solution alcoolique de pipérazine contenant 65,2 g de pipérazine.



  Exemple 4:
 Pour préparer le sel double de dichlorhydrate de pipérazine et de chlorure d'ammonium, on ajoute avec précaution et en agitant 135 cc d'acide chlorhydrique concentré à 156 g   de,-hydroxy-éthyléthylène-    diamine. Le mélange de réaction est chauffé avec reflux pendant 30 minutes, puis est partiellement refroidi; le condenseur de reflux est remplacé par une tête d'alambic pour permettre que l'eau qui est libérée dans le mélange de réaction soit éliminée par distillation. Le résidu est alors chauffé à 2350 C et maintenu à cette température pendant 27,5 heures.



  Au bout de ce temps, le mélange de réaction est refroidi à   1600    C et traité avec une solution de 135   cc    d'acide chlorhydrique concentré dans   400 ce    d'eau à   90O    C en même temps qu'avec 5 g de charbon actif.



  Le mélange est chauffé avec reflux pendant encore une heure puis est filtré. Le filtrat est traité avec 180 g de chlorure d'ammonium et on le fait bouillir pour obtenir une solution claire, puis on le refroidit à 50 C. Le solide qui se sépare est isolé par filtration, lavé avec 120 cc d'une solution aqueuse de chlorure d'ammonium à   25 '0/o      P/vn    puis il est séché dans l'air à 600 C. On obtient ainsi le sel double de dichlorhydrate de pipérazine et de chlorure d'ammonium avec un rendement de 16,9   o/o    calculé sur la   ss-hydroxy-éthyléthylènediamine.   



  Exemple 5:
 Préparation du sel double de dichlorhydrate de pipérazine et de chlorure d'ammonium. On ajoute avec précaution et en agitant 240   cc    d'acide chlorhydrique concentré et 24 g de chlorure d'ammonium à 156 g   de,-hydroxy-éthyléthylènediamine.    On fait passer un courant faible d'azote à travers le mélange de réaction tout en chauffant celui-ci avec reflux pendant 0,5 heure; l'eau qui a été libérée est éliminée par distillation. Le résidu est alors chauffé à 2350 C dans une atmosphère d'azote et est maintenu à cette température pendant 10 heures, puis on refroidit à   1600    C et traite avec 400 cc d'eau à 900 C et 5 g de charbon actif. Le mélange résultant est chauffé avec reflux pendant 1 heure, puis filtré, et on dissout 180 g de chlorure d'ammonium dans le filtrat chaud, avant de le laisser refroidir.

   Le corps solide qui se sépare est isolé par filtration, lavé avec une solution aqueuse de chlorure d'ammonium à 25   µ /o      P/v,    puis séché à l'air. On obtient ainsi le sel double de dichlorhydrate de pipérazine et de chlorure d'ammonium à 99,3    /o    de pureté, avec un rendement de   68,70/0    calculé sur la   ss-hydroxy-éthyléthylènedi-    amine).



  Exemple 6:
 En opérant exactement de la même manière qu'à l'exemple 5, mais en utilisant une température de réaction de 2300 C, au lieu de 2350 C, on obtient le sel double de dichlorhydrate de pipérazine et de chlorure d'ammonium d'une pureté de   99,8'0/0    avec un rendement de   68,3 '0/o.    (Trouvé: C,   20,5;   
H,   8,3 'o/o;      C4H16N0Cl0,H2O    correspond à C,   20,8   
H, 7,8    /o).   
  

Claims (1)

1. REVENDICATION : Procédé de préparation de pipérazine, caractérisé en ce que l'on chauffe un sel de la ss-hydroxy-éthyl- éthylènediamine et d'un acide halogènhydrique à une température comprise entre 200 et 2700 C, et en ce qu'on sépare la pipérazine formée.

   SOUS-REVENDICATIONS : 1. Procédé selon la revendication, dans lequel le sel de la ss-hydroxy-éthyléthylènediamine et d'un acide halogénhydrique est chauffé à une température comprise entre 220 et 2500 C.

   2. Procédé selon la revendication, dans lequel on isole la pipérazine sous forme de base libre en rendant alcalin le mélange de réaction et en soumettant le mélange à une distillation fractionnée.

   3. Procédé selon la revendication, dans lequel la pipérazine est séparée sous forme de sel double de dihalogénhydrate de pipérazine et d'halogénure d'ammonium par addition d'un halogénure d'ammonium au mélange de réaction.

   4. Procédé selon la sous-revendication 3, dans lequel la pipérazine est isolée en traitant le sel double avec un excès d'un alcali aqueux et distillant le produit résultant.

   5. Procédé selon la revendication, dans lequel la matière de départ employée est un dihalogénhydrate de ss-hydroxy-éthyléthylènediamine.

   6. Procédé selon la revendication, dans lequel la matière première employée est un monohalogénhydrate de ss-hydroxy-éthyléthylènediamine.

   7. Procédé selon la sous-revendication 5, dans lequel le dihalogénhydrate de ss-hydroxy-éthyléthylène- diamine est préparé in situ en faisant réagir deux moles d'un acide halogénhydrique avec un mole de ss- hydroxy-éthyléthylènediamine.

   8. Procédé selon la revendication, dans lequel le dihalogénhydrate de p-hydroxy-éthyléthylènediamine est préparé in situ en faisant réagir un halogénure d'ammonium avec la ss-hydroxy-éthyléthylènediamine.

   9. Procédé selon la sous-revendication 6, dans lequel le monohalogénhydrate de ss-hydroxy-éthyl- éthylènediamine est préparé in situ en faisant réagir un mole d'acide halogénhydrique avec un mole de p-hydroxy-éthyléthylènediamine.

   10. Procédé selon la revendication, dans lequel la réaction est effectuée dans une atmosphère d'azote.

   11. Procédé selon les sous-revendications 3 à 10, dans lequel la pipérazine est séparée sous forme de sel double de dichlorhydrate de pipérazine et de chlorure d'ammonium.