專利名稱:改進哌嗪顏色穩(wěn)定性的方法
本發(fā)明涉及一種通過哌嗪的后純化而改進顏色穩(wěn)定性的方法。
哌嗪應(yīng)用于制備寬范圍的人用藥物及獸藥以及粘合劑。因此在純度和質(zhì)量上對哌嗪有特殊的要求。
除通常通過氣相色譜法測定的純度和水含量以外，它的重要質(zhì)量特征是變色度和顏色穩(wěn)定性。
用于變色度的度量通常稱為色數(shù)。色數(shù)是透明物質(zhì)顏色的特征值，其在特殊條件下測量并通過視覺比較測定。常用于液體情況下的色數(shù)是APHA(美國公共健康協(xié)會)色數(shù)(Rmpp Chemie Lexikon 1995).
文獻中描述了多種純化方法從而可得到所需純度的哌嗪。例如純化可經(jīng)由氨基甲酸酯、氯化氫或亞胺步驟進行。
DE-A-195 36 792例如描述了通過結(jié)晶進行分離和純化。
然而，在現(xiàn)代方法中通常通過產(chǎn)物混合物的蒸餾去除得到所需純度的哌嗪。近來，已經(jīng)可得到非常高性能的蒸餾裝置從而使最終得到的哌嗪餾分具有所需純度。所述蒸餾因此在一個步驟中包括取出(分離)工藝步驟和純化工藝步驟。由經(jīng)濟角度來看，這構(gòu)成了一種特別有效的方法，即使哌嗪首先必需在一個或多個塔中進行重復(fù)分餾。
在工業(yè)規(guī)模上，哌嗪通常在制備各種亞乙基胺類中作為有價值產(chǎn)物之一得到。在這種情況下，合成基于二氯乙烯(EDC方法)或單乙醇胺(MEOA方法)與氨的反應(yīng)。在MEOA方法中，該反應(yīng)的其它副產(chǎn)物是乙二胺(EDA)、二亞乙基三胺(DETA)、三亞乙基四胺(TETA)以及更高級的線性及環(huán)狀亞乙基胺，以及額外的氨乙基乙醇胺(AEEA)。
兩種合成路線最終均基于將乙烯分別氧化(用氯或氧)為EDC和氧化乙烯(EO)，隨后與氨的一段或兩段反應(yīng)。雖然MEOA方法因此包括額外的合成步驟，然而，氯氧化劑昂貴且無法避免鹽的負擔(dān)。
與EDC方法相比，MEOA方法確保了環(huán)狀化合物餾分增加，從而當(dāng)需要含哌嗪的產(chǎn)物混合物時，它構(gòu)成了優(yōu)選方法。
不考慮方法的選擇，在工業(yè)生產(chǎn)中的亞乙基胺產(chǎn)物混合物通常使用連續(xù)操作的塔組合純化和分離。首先在加壓塔中排出氨，然后蒸除形成的工藝用水(或在EDC方法中加入的水)。
就此而言，GB 1 263 588描述了通過在蒸除水時共沸除去雜質(zhì)而純化產(chǎn)物混合物。
與之相反，US 3,105,019描述了在蒸餾中加入有機溶劑作為哌嗪的共沸劑，尤其是用于除去哌嗪-TEDA餾分。
盡管所有上述方法給予哌嗪或其它乙胺產(chǎn)物或產(chǎn)物混合物足夠的純度，但是甚至在分離后立即測定的色數(shù)符合要求時也不能保證產(chǎn)物具有足夠的顏色穩(wěn)定性。
這是因為變色組分通常不可能作為獨立化合物測得，例如低于氣相色譜法純度檢驗中的檢測限。尤其在MEOA方法中，這些化合物基于乙醛餾分及它們隨后的縮合產(chǎn)物。但其僅在經(jīng)過一定時間后形成有色化合物，因此經(jīng)常僅在儲存后顏色發(fā)生改變，結(jié)果是不再達到所需規(guī)格。
因此本發(fā)明的目的是提供一種改進本身足夠純的哌嗪的顏色穩(wěn)定性的方法。
該目的通過一種通過哌嗪的后純化改進顏色穩(wěn)定性的方法而實現(xiàn)，其步驟包括-通過將純度為至少90重量％的固體或液體哌嗪引入水中制備哌嗪水溶液；-通過蒸餾除去水；-分離具有預(yù)定的最大殘余水含量的哌嗪。
這是因為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有90重量％足夠純度的哌嗪的該后純化使顏色穩(wěn)定性得以改進，其中所述后純化可以以常規(guī)蒸餾方法容易地實現(xiàn)。
例如借助蒸餾的方法在常用制備方法中起到后純化的作用，從而提供純化的產(chǎn)物。
在該方法中，首先將液體或固體哌嗪加入水中以得到水溶液。隨后的蒸餾除水能從作為共沸物的哌嗪中除去雜質(zhì)，這實現(xiàn)了高度顏色穩(wěn)定性并因此使哌嗪材料可以儲存。
以此方式除去的雜質(zhì)通常是僅在后來賦予顏色的組分，并且在產(chǎn)物于現(xiàn)代蒸餾設(shè)備中得到時，該組分仍作為無色的“預(yù)發(fā)色團”存在，取決于儲存的類型和時間該組分通過縮合及氧化進行反應(yīng)以形成無法表征的有色化合物混合物。最終引起變黃效應(yīng)的是在新分離產(chǎn)物中不可能通過標準分析方法明確表征的非常少量的雜質(zhì)。
這些雜質(zhì)尤其出現(xiàn)于MEOA方法中，這因為MEOA的胺化基于可通過在該反應(yīng)條件下脫水和脫氨基而形成C2片段的亞乙基單元。這些片段，尤其是乙醛及更高級的縮合的后產(chǎn)物導(dǎo)致產(chǎn)物質(zhì)量，尤其是顏色穩(wěn)定性持續(xù)惡化。然而，此處的情況同樣是由于雜質(zhì)的不均勻性及低濃度，通常不可能分析檢測這些蒸餾后分離組分中的雜質(zhì)。
為了評價產(chǎn)物的顏色穩(wěn)定性，可在長期儲存試驗中測定。
哌嗪溶解于水中的濃度可以廣泛變化。合適的是哌嗪濃度非常高從而不形成六水合物。該濃度優(yōu)選50重量％或更高，更優(yōu)選50-75重量％。
哌嗪可通過多種方法制備。優(yōu)選EDC和MEOA方法；特別優(yōu)選MEOA方法。
在這些方法中，合成基于二氯乙烯(EDC方法)或單乙醇胺(MEOA方法)與氨的反應(yīng)。在MEOA方法中，除哌嗪以外，該反應(yīng)的其它副產(chǎn)物是乙二胺(EDA)、二亞乙基三胺(DETA)、三亞乙基四胺(TETA)和更高級的線性及環(huán)狀亞乙基胺，以及額外的氨乙基乙醇胺(AEEA)。
不考慮方法的選擇，在工業(yè)生產(chǎn)中的亞乙基胺產(chǎn)物混合物通常使用連續(xù)操作的塔組合進行純化和分離。首先在加壓塔中排出氨，然后蒸除形成的工藝用水(或在EDC方法中加入的水)。
然后，將不同的亞乙基胺按上升的沸點順序蒸餾分離(按沸點順序EDA、哌嗪、MEOA、DETA、AEEA和其它更高沸點的物質(zhì))?；蛘撸墒紫葘DA和哌嗪一起取出并在下游塔中分離為各個組分。在該下游塔中，EDA在塔頂取出并且哌嗪在底部或作為側(cè)餾分取出。
這種塔構(gòu)造可以以最優(yōu)化的方式操作，以使各個組分高純度地分離。
通常，在將哌嗪用于本發(fā)明方法之前，哌嗪的純度大于90重量％，優(yōu)選大于95重量％，更優(yōu)選大于99重量％，最優(yōu)選大于99.9重量％。
因此，哌嗪優(yōu)選由亞乙基胺產(chǎn)物混合物或EDA/哌嗪餾分的蒸餾去除得到并且供入本發(fā)明方法中。哌嗪可作為分餾流出液(例如作為65％溶液)直接引入水中或作為碎片材料預(yù)先存在。該碎片材料是轉(zhuǎn)化為碎片形式的哌嗪?？赏ㄟ^使來自例如落到帶上的哌嗪熔體的液滴冷卻并且在此使其固化為碎片形式進行制備。
以此方式得到的新鮮碎片可用于本發(fā)明方法中。同樣可以使用呈碎片形式或其它形式的已儲存且可能已變黃的材料。
蒸餾除水之后所分離哌嗪的最大水含量應(yīng)該低于15重量％，優(yōu)選低于5重量％，更優(yōu)選低于1重量％。
為了除水，優(yōu)選進行一個或多個塔蒸餾，其中水經(jīng)由塔頂除去。
優(yōu)選進行多段蒸餾分離。哌嗪水溶液在蒸餾裝置中進行后處理以在塔底得到高純哌嗪，并且在塔頂?shù)玫剿陀袡C成分。
同樣，哌嗪可以經(jīng)由純化塔的側(cè)取料口分離。
所用的蒸餾裝置可以是已知設(shè)計的帶有蒸發(fā)器和冷凝器的塔。優(yōu)選在塔的上半部進料，塔底溫度優(yōu)選為130-170℃，并且塔頂壓力優(yōu)選為0.6-2巴。有用的塔內(nèi)件原則上是所有常用的內(nèi)件，例如塔盤、規(guī)整填料或無規(guī)填料。在塔盤中，優(yōu)選泡罩塔盤、篩盤、浮閥塔盤、索爾曼塔盤或雙流塔盤；在無規(guī)填料中，優(yōu)選具有環(huán)、螺旋、鞍形填料、臘希環(huán)、Intos環(huán)或鮑爾環(huán)、筒或矩鞍形填料、托普派克(Top-Pak)等或編織物的那些。優(yōu)選的規(guī)整填料是金屬片或由金屬或塑料制成的織物填料。通常，10-30個理論塔盤是足夠的。經(jīng)由常規(guī)設(shè)計的內(nèi)部或外部換熱器來供熱?？墒褂贸Ｒ?guī)設(shè)計的冷凝器使蒸氣在塔頂冷凝。優(yōu)選將頂部產(chǎn)物作為回流供回塔中；優(yōu)選的回流比為1∶1-4∶1。
該分離的哌嗪又可以作為碎片或以其它形式得到并且儲存。
改進的顏色穩(wěn)定性可以在長期試驗中測試。然而，由于有利的是在分離后立即測試改進顏色穩(wěn)定性的效果，本發(fā)明的另一個目的是提供一種快速試驗。
該目的通過使分離的哌嗪經(jīng)過熱處理步驟，隨后測試顏色變化而實現(xiàn)，其中所述測試優(yōu)選借助色數(shù)測試進行。
當(dāng)產(chǎn)物經(jīng)過本發(fā)明的快速老化試驗時，該評價可以在分離后不久進行。為此，在排除空氣下將哌嗪例如在120℃下熱處理4小時，然后在甲醇溶液或水溶液中測量其色數(shù)。作為長期性能的對比，也可以測量新鮮制備的哌嗪溶液的色數(shù)。
熱處理步驟時間及待保持的溫度可以變化。它們應(yīng)在哌嗪熔點范圍，并且已發(fā)現(xiàn)幾小時的時間是合適的。以顯而易見的方式找到合適的溫度值和熱處理時間對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員而言是明顯的。
在色數(shù)測試中，化合物的顏色質(zhì)量通常通過測量入射光的透射而測量。為此，將特定波長的光束通過在已知厚度的比色杯中的熔體或已知濃度的溶液。在給定波長下，允許通過的光能百分數(shù)給出所定義的色數(shù)。APHA色標適于弱的有色溶液。
在50mm的塑料比色杯中在使用所用水預(yù)先校正零點的分光計上測量色數(shù)。將粉碎形式的哌嗪稱重，并且必需注意不要由于摩擦引起過度加熱。由于哌嗪的吸濕性低，整個程序也必需在有效通風(fēng)處快速進行以保持水的攝入。
使用所述簡單的分析技術(shù)證實了從蒸餾后處理的熔體中作為碎片分離的合格哌嗪的色數(shù)在熱處理之后明顯低于處理之前。
在本發(fā)明的上下文中，“合格”指在純度、最大水含量及色數(shù)上達到常規(guī)產(chǎn)品要求的哌嗪。對于合格哌嗪的特別高的標準例如為純度＞99.9(GC)，水含量＜1％且APHA色數(shù)≤30。
反之已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在蒸餾分離之后首先通過將塔流出液通入水中形成65％水溶液，隨后通過本發(fā)明方法的蒸餾干燥而分離的哌嗪在快速老化試驗中具有明顯更好的顏色穩(wěn)定性。這些結(jié)果在后來的長期儲存試驗中得到證實。
另外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，起初作為碎片材料分離并且僅在合格條件下儲存后即轉(zhuǎn)移到水溶液中的哌嗪，由于隨后通過本發(fā)明方法蒸餾干燥，其在快速老化試驗中同樣顯示出改進的顏色穩(wěn)定性。這些結(jié)果在后來的長期試驗中得到證實。
此外發(fā)現(xiàn)，以合格的碎片材料分離且化學(xué)合格但由于長期儲存而變黃并轉(zhuǎn)移到水溶液中的哌嗪，由于隨后通過本發(fā)明方法蒸餾干燥，其在快速老化試驗中同樣顯示出新鮮處理過哌嗪的顏色穩(wěn)定性。這些結(jié)果也在長期試驗中得到證實。
本發(fā)明參考如下實施例詳細說明。
實施例哌嗪水溶液的脫水哌嗪水溶液在65℃的溫度下在20升的儲存容器中制備。哌嗪在水溶液中的濃度為68重量％。選用由玻璃制成的具有20個泡罩塔盤的實驗室塔(DN 50)。進料到塔盤13。在1巴的頂部壓力下連續(xù)蒸餾；底部溫度為150℃。進料速率為1100g/h；735g/h純度為99.9重量％的哌嗪在底部取出；在頂部以365g/h的速率得到含有少部分哌嗪的水?；亓鞅葹?∶1。
色數(shù)測試將約1克的粉碎樣品稱重入帶有兩個螺帽的瓶中。記錄重量。
為除去空氣，將容器抽空并充滿氬氣三次，每次均在配有真空和氬氣連接的干燥器中進行；然后，在氬氣流下將樣品密封。必需防止樣品中有空氣，這因為在熱處理條件下氧氣產(chǎn)生引發(fā)顏色的氧化產(chǎn)物。
為除去空氣，也可以用氮氣吹洗容器30分鐘。
將樣品容器全部放置于預(yù)熱的油浴(或預(yù)熱的烘箱)(120℃)中，并且在恒定溫度下儲存4小時。將樣品冷卻后，加入10倍質(zhì)量的水以溶解哌嗪。
在熱處理之前和之后通過該方法測得如下色數(shù)
權(quán)利要求
1.一種通過哌嗪的后純化改進顏色穩(wěn)定性的方法，其步驟包括-通過將純度為至少90重量％的固體或液體哌嗪引入水中制備哌嗪水溶液；-通過蒸餾除去水；-分離具有預(yù)定的最大殘余水含量的哌嗪。
2.權(quán)利要求
1的方法，其中所述固體或液體哌嗪由亞乙基胺產(chǎn)物混合物或EDA/哌嗪餾分的蒸餾去除得到。
3.權(quán)利要求
2的方法，其中將所述哌嗪作為分餾流出液直接加入水中。
4.權(quán)利要求
1-3中任一項的方法，其中所述固體哌嗪作為碎片材料存在。
5.權(quán)利要求
1-4中任一項的方法，其中所述固體或液體哌嗪由MEOA方法得到。
6.權(quán)利要求
1-5中任一項的方法，其中所述固體或液體哌嗪的純度＞95重量％，優(yōu)選＞99重量％，尤其＞99.9重量％。
7.權(quán)利要求
1-6中任一項的方法，其中所述分離的哌嗪具有＜15重量％，優(yōu)選＜5重量％，尤其＜1重量％的最大殘余的水含量。
8.權(quán)利要求
1-7中任一項的方法，其中所述水通過塔蒸餾經(jīng)由塔頂除去并且哌嗪經(jīng)由純化塔的底部或側(cè)取料口分離。
9.權(quán)利要求
8的方法，其中底部溫度為130-170℃，塔頂壓力為0.6-2巴，所述塔具有10-30個理論塔盤和/或回流比為1∶1-4∶1。
10.權(quán)利要求
1-9中任一項的方法，其中所述分離的哌嗪經(jīng)過熱處理步驟并隨后測試顏色變化。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種通過哌嗪的后純化改進顏色穩(wěn)定性的方法，其包括通過將純度等于或大于90重量％的固體或液體哌嗪引入水中制備哌嗪水溶液，通過蒸餾除去水以及分離具有預(yù)定的最大殘余水含量的哌嗪。本發(fā)明的目的還為開發(fā)一種能夠?qū)Ρ阮伾€(wěn)定性的改進的快速老化試驗。
文檔編號C07D295/02GK1993337SQ200580026470
公開日2007年7月4日 申請日期2005年8月3日
發(fā)明者H·埃弗斯, M·約德克, J-P·梅爾德, G·萬考文貝格, J·瑙文 申請人:巴斯福股份公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan