PL197308B1 - Sposób wytwarzania 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny przez redukcję 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny hydrazyną lub wodzianem hydrazyny, znamienny tym, że reakcję redukcji prowadzi się w obecności alkoholu zawierającego co najmniej jedną grupę wodorotlenową, środka alkalicznego z grupy obejmują cej wodorotlenki, wę glany i alkoholany metali alkalicznych lub metali ziem alkalicznych, oraz w środowisku rozpuszczalnika wybranego z grupy zawierającej bifenyl i jego pochodne, oleje mineralne zawierające związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 10, i oleje aromatyczne zawierające związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 9, przy czym stosuje się oleje, których temperatura wrzenia jest wyższa, niż 180°C, a po zakończeniu reakcji oddestylowuje się 2,2,6,6-tetrametylopiperydynę.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197308 (13) B1 (²¹) Numer zgłoszema: ³⁴⁸⁴⁴¹ (¹) ) Int. Cl.

C07D 211/12 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 04.07.2001 (54)

Sposób wytwarzania 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny

	(73) Uprawniony z patentu: Polska Akademia Nauk, Instytut Chemii Fizycznej, Zakład Doświadczalny CHEMIPAN,Warszawa,PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
13.01.2003 BUP 01/03	(72) Twórca(y) wynalazku: Piotr Gwiazda,Warszawa,PL Andrzej Cybulski,Warszawa,PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.03.2008 WUP 03/08	(74) Pełnomocnik:
	Iwona Brodowska, Lex-Pat, Biuro Prawno-Patentowe s.c.

(57) 1 . Sposób wytwaraania 2,2,6,6-telaametylopieerddnyy prezz rddkCcję 4-osoo-2.2.6.6-terrametylopiperydyny hydrazyną lub wodzianem hydrazyny, znamienny tym, że reakcję redukcji prowadzi się w obecności alkoholu zawierającego co najmniej jedną grupę wodorotlenową, środka alkalicznego z grupy obejmującej wodorotlenki, węglany i alkoholany metali alkalicznych lub metali ziem alkalicznych, oraz w środowisku rozpuszczalnika wybranego z grupy zawierającej bifenyl i jego pochodne, oleje mineralne zawierające związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 10, i oleje aromatyczne zawierające związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 9, przy czym stosuje się oleje, których temperatura wrzenia jest wyższa, niż 180°C, a po zakończeniu reakcji oddestylowuje się 2,2,6,6otetrametylopiperydynę.

PL 197 308 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny przez redukcję 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny hydrazyną lub wodzianem hydrazyny w obecności alkoholu co najmniej jednowodorotlenowego, korzystnie glikolu dwuetylenowego i środka alkalicznego wybranego z grupy obejmującej wodorotlenki, węglany i alkoholany metali alkalicznych albo ziem alkalicznych, w środowisku rozpuszczalnika wybranego z grupy obejmującej bifenyl i jego pochodne, oleju mineralnego zawierające związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 10, lub oleju aromatycznego zawierającego związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 9, przy czym stosuje się oleje, których temperatura wrzenia jest wyższa, niż 180°C. W korzystnej wersji sposób dotyczy prowadzenia redukcji w obecności mieszaniny poreakcyjnej pozostałej po wykonaniu poprzednich syntez, zawierającej wyżej wymienione składniki.

Powszechnie znany jest sposób Wolffa-Kiżnera selektywnego uwodorniania grupy karbonylowej w związkach organicznych. Autorzy tego sposobu opublikowali swe prace w 1911 r. Sposób ten polega na traktowaniu uwodornianego aldehydu lub ketonu hydrazyną lub wodzianem hydrazyny z utworzeniem semikarbazonu, hydrazonu lub azyny i rozkładu produktu tej reakcji w obecności alkalicznego katalizatora w podwyższonej temperaturze, z reguły powyżej 150°C. Sposób ten zastosowano w odniesieniu do 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny prowadząc redukcję przy użyciu ok. 85% wodzianu hydrazyny w obecności wodorotlenku potasu i glikolu trójmetylenowego (J. Am. Chem. Soc., 71,2808 (1949); ibid., 79, 5444 (1957); Farmacia, (Sofia), nr 5, 13 (1961)). Stosunek molowy wodzianu hydrazyny do 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny wynosił od 2,2:1 do 2,8:1, stosunek molowy wodorotlenku sodowego do 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny wynosił od 2,4:1 do 2,9:1, zaś stosunek molowy glikolu trójmetylenowego (propylenowego) do 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny wynosił od 6,4:1 do 7,1:1. Wydajność reakcji wynosiła 59,7 do 70,0% mol., a zużycie wodorotlenku potasowego i glikolu wynosiło, odpowiednio, ok. 4 i 10 moli na mol 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny. Według opisu patentowego USA nr 5663351 4-okso-2,2,6,6-tetra-metylopiperydynę redukuje się w sposób ciągły wprowadzając hydrazon, powstały w reakcji 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny z wodzianem hydrazyny, do mieszaniny wysokowrzącego rozpuszczalnika i katalizatora alkalicznego, utrzymywanej w temperaturze powyżej 160°C, odbierając również w sposób ciągły destylat zawierający 2,2,6,6-tetrametylopiperydynę. Wydajność reakcji wynosiła ponad 90% mol. Podczas ogrzewania mieszaniny reakcyjnej w temperaturze powyżej 150°C przebiega wiele reakcji ubocznych (Organic Reactions, R. Adams, ed., J. Wiley, N.York, 1949, rozdz. 9), z których część prowadzi do utworzenia smolistych substancji o nieznanym charakterze. Substancje te mogą osadzać się na powierzchniach wymiany ciepła aparatu, w którym prowadzi się reakcję, powodując konieczność: (1) podnoszenia temperatury medium grzejnego albo (2) usuwania mieszaniny reakcyjnej z przestrzeni reakcyjnej po zakończeniu reakcji i zastępowania jej świeżymi składnikami. W pierwszym przypadku narasta w mieszaninie reakcyjnej ilość smolistych substancji pogarszających ciągle warunki ogrzewania mieszaniny, zaś w drugim przypadku duże jest zużycie surowców i konieczna jest kłopotliwa obróbka toksycznej mieszaniny poreakcyjnej przed zrzutem jej do otoczenia.

Nieoczekiwanie stwierdzono, iż niedogodności konwencjonalnych sposobów redukcji 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny hydrazyną lub wodzianem hydrazyny można wyeliminować prowadząc reakcję sposobem według wynalazku w środowisku odpowiednio dobranych reagentów i rozpuszczalnika.

Sposób według wynalazku polega na tym, że redukcję 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny hydrazyną lub wodzianem hydrazyny prowadzi się w obecności alkoholu co najmniej jednowodorotlenowego, środka alkalicznego z grupy obejmującej wodorotlenki, węglany i alkoholany metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, w środowisku rozpuszczalnika wybranego z grupy zawierającej bifenyl i jego pochodne, oleje mineralne zawierające związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 10, i oleje aromatyczne zawierające związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 9, przy czym stosuje się oleje, których temperatura wrzenia jest wyższa, niż 180°C.

W sposobie według wynalazku reakcję redukcji prowadzi się w temperaturze 120-200°C w ciągu co najmniej 5 godzin, stosując wodny roztwór wodzianu hydrazyny o zawartości co najmniej 20% hydrazyny i wprowadzając wodzian hydrazyny do mieszaniny reakcyjnej porcjami.

W sposobie według wynalazku jako alkohol zawierający co najmniej jedną grupę wodorotlenową korzystnie stosuje się glikole, takie jak glikol etylenowy, glikol propylenowy i dwuetylenowy, a jako

PL 197 308 B1 korzystne środki alkaliczne stosuje się wodorotlenki i alkoholany metali alkalicznych, zwłaszcza wodorotlenki sodu i potasu.

W sposobie według wynalazku korzystnie reakcję redukcji prowadzi się w temperaturze powyżej 120°C w ciągu co najmniej 5 godzin, stosując wodny roztwór wodzianu hydrazyny o zawartości co najmniej 20% hydrazyny, korzystnie wprowadzanej porcjami do mieszaniny reakcyjnej, glikol dwuetylenowy i oleje mineralne wrzące w temperaturze powyżej 180°C.

Korzystny stosunek molowy wodzianu hydrazyny do 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny wynosi od 1,2:1 do 4,5:1, stosunek molowy wodorotlenku potasowego do 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny wynosi od 1,4:1 do 3,5:1, zaś stosunek molowy glikolu do 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny wynosi od 4:1 do 9:1.

Korzystna zawartość rozpuszczalnika z grupy zawierającej bifenyl i jego pochodne, oleje mineralne i oleje aromatyczne, wrzące w temperaturze powyżej 180°C wynosi od 0,1% wagowych do 10% wagowych w stosunku do alkoholu zawierającego co najmniej jedną grupę wodorotlenową.

Nieoczekiwanym efektem sposobu według wynalazku jest to, iż dodatek rozpuszczalnika wybranego z grupy obejmującej bifenyl i jego pochodne, oleje mineralne zawierające związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 10, i oleje aromatyczne zawierające związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 9, wrzącego w temperaturze powyżej 180°C, powoduje na tyle znaczące spowolnienie osadzania się smolistych substancji na powierzchniach wymiany ciepła, że nie obserwuje się pogorszenia warunków wymiany ciepła między medium grzejnym a mieszaniną reakcyjną. Nie zachodzi zatem konieczność usuwania mieszaniny reakcyjnej z przestrzeni reakcyjnej po zakończeniu reakcji i zastępowania jej świeżymi składnikami. Sposób według wynalazku pozwala więc na znaczne zmniejszenie ilości szkodliwych odpadów przy produkcji 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny. W korzystnej wersji możliwe jest bowiem wykonywanie kolejnych szarż syntezy 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny w mieszaninie poreakcyjnej pozostałej po wykonaniu poprzednich syntez, zawierającej wyżej wymienione składniki, ewentualnie uzupełniając jedynie zużyte składniki. Szczególnie korzystne rozwiązanie dotyczy więc sposobu prowadzenia redukcji w obecności mieszaniny poreakcyjnej pozostałej po wykonaniu poprzednich syntez, zawierającej wyżej wymienione składniki. Stwierdzono, że wydajność kolejnych syntez nie różni się istotnie od wydajności pierwszej syntezy.

Metodę syntezy 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny można powtarzać tym sposobem wielokrotnie, zachowując praktycznie tę samą wydajność.

Niniejszy wynalazek zilustrowany jest poniższymi przykładami.

P r z y k ł a d l. Do kolby okrągłodennej o pojemności 1 dm³, zaopatrzonej w mieszadło, płaszcz grzejny i chłodnicę, która może pracować jako chłodnica zwrotna lub skraplacz podczas destylacji, ładuje się 400 g glikolu dwuetylenowego (3,77 mola), 100 g 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny (0,645 mola), 5 g oleju Moblitherm 603 (olej grzewczy produkowany przez firmę Mobil Oil) i 75 cm3 wodzianu hydrazyny o zawartości 50-55% wag. hydrazyny (ok. 1,23 mola hydrazyny). Następnie uruchamia się mieszadło i dodaje 90 g wodorotlenku potasowego (1,61 mola). Po samorzutnym wzroście temperatury do 75-80°C rozpoczyna się ogrzewanie doprowadzając mieszaninę reakcyjną do wrzenia (ok. 125-130°C) i utrzymuje we wrzeniu, pod chłodnicą zwrotną, w ciągu 3 godzin. Potem całość schładza się poniżej 100°C, dodaje 20 cm3 wodzianu hydrazyny (0,33 mola), ponownie podgrzewa do temperatury 125°C i utrzymuje w tej temperaturze przez 3 godziny. Operację dodania wodzianu hydrazyny i wygrzewania mieszaniny reakcyjnej w temperaturze 125°C powtarza się jeszcze raz (kolejne 0,33 mola hydrazyny). Potem mieszaninę reakcyjną doprowadza się do wrzenia i rozpoczyna odbiór destylatu. Po zakończeniu destylacji mieszaninę poreakcyjną chłodzi się do temperatury otoczenia. Destylat rozdziela się na dwie warstwy: wodną i organiczną, stanowiącą surowy produkt o zawartości 94,7% (chromatografia gazowa) 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny. Otrzymuje się 80 surowego produktu (0,539 mola 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny), co odpowiada wydajności reakcji równej 83,3% mol.

Do pozostałości podestylacyjnej dodaje się 100 g 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny (0,645 mola) i 75 cm3 wodzianu hydrazyny o zawartości 50-55% wagowych hydrazyny. Dalej reakcję prowadzi się w sposób wyżej opisany. Otrzymuje się 82 g surowego produktu o zawartości 96,2% 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny, co odpowiada wydajności reakcji równej 86,7% mol. Reakcje przeprowadzono jeszcze 7-krotnie używając pozostałości podestylacyjnych z poprzednich reakcji jako środowiska do prowadzenia następnej reakcji. Wyniki przedstawiono w Tabeli 1. Reakcję przeprowadzoną przy użyciu świeżego glikolu dwuetylenowego i wodorotlenku potasu oznaczono numerem 1, zaś dalsze nu4

PL 197 308 B1 mery dotyczą reakcji wykonywanych przy użyciu zawartego w mieszaninie poreakcyjnej, dodanego wcześniej alkoholu i wodorotlenku. Średnia wydajność reakcji nieco przewyższa wydajność pierwszej reakcji, przy czym ta ostatnia mieści się obszarze wyznaczonym odchyleniem standardowym (±2,54), co wskazuje na statystyczną nierozróżnialność wydajności pierwszej reakcji i wydajności średniej dla reakcji 2-9, przy czym obserwuje się tendencję wzrostu wydajności reakcji dla kolejnych szarż syntezy. Zużycie wodorotlenku potasowego i glikolu dwuetylenowego w 9 szarżach syntezy wyniosło, odpowiednio, 0,33 i 0,78 mola na mol 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny wobec 4 i 10,4 mola na mol 2,2,6,6tetrametylopiperydyny według wyżej cytowanych literaturowych danych. Zużycie to jeszcze maleje, w przypadku kontynuowania syntezy 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny przy użyciu tej samej mieszaniny poreakcyjnej.

T a b e l a 1

Numer reakcji	Masa surowego produktu g	Zawartość aminy w surowym produkcie, %	Wydajność reakcji % mol.
1	80	94,7	83,3
2	79	95,3	82,8
3	77	94,7	80,2
4	80	95,5	84,0
5	83	94,5	86,2
6	78	95,7	82,1
7	75	97,2	80,2
8	81	95,8	85,3
9	82	96,2	86,7
Średnio dla reakcji 2-9	83,44±2,54

P r z y k ł a d II. Do kolby okrągłodennej o pojemności 1 dm³, zaopatrzonej w mieszadło, płaszcz grzejny i chłodnicę, która może pracować jako chłodnica zwrotna lub skraplacz podczas destylacji, ładuje się 450 g dekanodiolu-1,10 (2,58 mola), 100 g 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny (^0,645 mota), ^{10 g} otaju mtaeratae^ (^dosL Atarich nr ^kaL ^33,076-⁰) ^{i 80} cm³ wo^dztanu ^hydraz^yn^y o zawartości 50-55% wagowych hydrazyny (ok. 1,31 mola hydrazyny). Następnie uruchamia się mieszadło i dodaje 100 g wodorotlenku potasowego (1,79 mola). Potem rozpoczyna się ogrzewanie doprowadzając mieszaninę reakcyjną do wrzenia i utrzymuje w temperaturze wrzenia, pod chłodnicą zwrotną, w ciągu 4 godzin. Następnie całość schładza się poniżej 100°C, dodaje 25 cm3 wodzianu hydrazyny (0,41 mola), ponownie podgrzewa do temperatury 125°C i utrzymuje w tej temperaturze przez 3 godziny. Operację dodania wodzianu hydrazyny i wygrzewania mieszaniny reakcyjnej w temperaturze 125°C powtarza się jeszcze raz (kolejne 0,41 mola hydrazyny). Potem mieszaninę reakcyjną doprowadza się do wrzenia i rozpoczyna odbiór destylatu. Po zakończeniu destylacji mieszaninę poreakcyjną chłodzi się do temperatury otoczenia. Destylat rozdziela się na dwie warstwy: wodną i organiczną, stanowiącą surowy produkt o zawartości 93,8% 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny. Otrzymuje się 74 surowego produktu (0,492 mola 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny), co odpowiada wydajności reakcji równej 76,3% mol.

Do pozostałości podestylacyjnej dodaje się 100 g 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny (0,645 mola) i 80 cm3 wodzianu hydrazyny o zawartości 50-55% wag. hydrazyny. Dalej reakcję prowadzi się w sposób wyżej opisany. Otrzymuje się 82 g surowego produktu o zawartości 96,2% 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny, co odpowiada wydajności reakcji równej 86,7% mol. Reakcje przeprowadzono jeszcze 4-krotnie używając pozostałość podestylacyjną z poprzedniej reakcji jako środowisko do prowadzenia następnej reakcji. Wyniki przedstawiono w Tabeli 2. Reakcję przeprowadzoną przy użyciu świeżego dekanodiolu-1,10 i wodorotlenku potasu oznaczono numerem 1, zaś dalsze numery dotyczą reakcji wykonywanych przy użyciu zawartego w mieszaninie poreakcyjnej, dodanego wcześniej alkoholu i wodorotlenku. Średnia wydajność reakcji nieco przewyższa wydajność pierwszej reakcji, przy czym ta ostatnia mieści się obszarze wyznaczonym odchyleniem standardowym (±2,37), co wskazuje na statystyczną nierozróżnialność wydajności pierwszej reakcji i wydajności średniej dla reakcji 2-6.

PL 197 308 B1

T a b e l a 2

Numer reakcji	Masa surowego produktu 9	Zawartość aminy w surowym produkcie, %	Wydajność reakcji % mol.
1	74	93,8	76,3
2	73	95,0	76,3
3	77	94,2	79,8
4	71	93,9	73,3
5	75	94,2	77,7
6	74	95,0	77,3
Średnio dla reakcji 2·6	76,88±2,37

Zastrzeżenia patentowe

Claims (9)

1. Sposób wytwarzania 2,2,6,6-tetrametylopiperydyny przez redukcję 4-okso-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny hydrazyną lub wodzianem hydrazyny, znamienny tym, że reakcję redukcji prowadzi się w obecności alkoholu zawierającego co najmniej jedną grupę wodorotlenową, środka alkalicznego z grupy obejmującej wodorotlenki, węglany i alkoholany metali alkalicznych lub metali ziem alkalicznych, oraz w środowisku rozpuszczalnika wybranego z grupy zawierającej bifenyl i jego pochodne, oleje mineralne zawierające związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 10, i oleje aromatyczne zawierające związki o średniej liczbie atomów węgla w cząsteczce wynoszącej co najmniej 9, przy czym stosuje się oleje, których temperatura wrzenia jest wyższa, niż 180°C, a po zakończeniu reakcji oddestylowuje się 2,2,6,6ttetrametylopiperydynę.

2. Sposób według zastrz. 1, tym, że reakecę redukecj prowadzi się w temperaturze

120-200°C w ciągu co najmniej 5 godzin, stosując wodny roztwór wodzianu hydrazyny o zawartości co najmniej 20% wodzianu hydrazyny i wprowadzając wodzian hydrazyny do mieszaniny reakcyjnej porcjami.

3. Spooób według z^^sr^. t, tym, że j ako środek zawieraiący co naami-nej j edną grupę wodorotlenową stosuje się glikol.

4. Sposób według zastz. 3, znamienny tym. że tako gllkol stosuje się gllkol eeylenowy, gllkol propylenowy lub glikol dwuetylenowy.

5. Spooób wg zasto. t, znamienny tym. że j akośrodek al^^£^llc^^ny-stc^^tj^si^wc^-^c^r^(^-le^j^^t; I u Ib alkoholan metalu alkalicznego.

6. Sposób według 5, znamienny tym, że jako środek alkallczny stosuje się wc^o^c^r^r^tlenek potasu.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek molowy wodzianu hydrazyny do 4toksot2,2,6,6ttetrametylopiperydyny wynosi od 1,2:1 do 4,5:1, stosunek molowy środka alkalicznego do 4toksot2,2,6,6ttetrametylopiperydyny wynosi od 1,4:1 do 3,5:1, zaś stosunek molowy związku zawierającego co najmniej jedną grupę wodorotlenową do 4toksot2,2,6,6ttetrametylotpiperydyny wynosi od 4:1 do 9:1.

8. Sposób według zas^z. 1, znamienny tym, że zawartość rozpuszczalnika z gr^ru^yy zawierającej bifenyl i jego pochodne, oleje mineralne i oleje aromatyczne, wszystkie wrzące w temperaturze powyżej 200°C wynosi od 0,1% wag. do 10% wagowych w stosunku do alkoholu zawierającego co najmniej jedną grupę wodorotlenową.

9. Spooób wedługzastrz. t, znamiennn tym, że tedukecę prowaddi sśę w obecnoóci mieszanmy poreakcyjnej pozostałej po wykonaniu poprzednich syntez, zawierającej wyżej wymienione składniki.