本发明属于医药原料药生产技术领域，特别是涉及一种n-羟乙基哌嗪的合成方法。
背景技术：
n-羟乙基哌嗪是一种重要的化工原料，主要用于生产聚氨酯发泡剂三乙烯二胺，是表面活剂工业、医药和农药的重要中间体，还可用于合成精神病药氟奋乃静等。
目前，生产n-羟乙基哌嗪的主要方法是哌嗉和环氧乙烷反应得到n-羟乙基哌嗪，其中专利cn1173862a、cn1067246a和de3718395均公开了以哌嗪和环氧乙烷为原料合成n-羟乙基哌嗪的方法，但哌嗪和环氧乙烷反应制备n-羟乙基哌嗪会得到n，n-二羟乙基哌嗪的副产物；另外国外的一些专利例如us4806517、ep150558、us4584405、ep115138还公开了以乙醇胺和乙二胺为原料合成了n-羟乙基哌嗪，但收率很低，且反应条件苛刻。国内的生产厂家中浙江绍兴欣兴化工有限公司发明了一种以二羟乙基乙二胺为原料合成羟乙基哌嗪的方法，方法简单，但作为原料的二羟乙基乙二胺不易获得。
因此，以上生产方法中存在诸多的缺陷，严重影响了n-羟乙基哌嗪的生产质量和产量，如大规模生产则会对大量消耗能源，并对环境造成一定的影响。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种n-羟乙基哌嗪的合成方法，以哌嗪和羟乙醛为原料，与氢气在催化剂下进行分子间脱水缩合生成n-羟乙基哌嗪。该方法工艺操作简单，转化率高，选择性好，后处理简单，环境友好，收率高。
本发明的反应式如下：
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种n-羟乙基哌嗪的合成方法，包括以下步骤：
a.将摩尔比为1.00～1.30的哌嗪与羟乙醛投入预先加入溶剂的反应釜内，然后投入以雷尼骨架元素及其负载的其它助剂元素组成催化剂，加入的催化剂与哌嗪的重量比为0.01～0.2；
b.将反应釜中通入氮气试漏并进行气体置换，然后通入氢气至压力为0.5～10.0mpa；
c.开启反应釜中的搅拌系统进行搅拌，升温至50～200℃，进行分子间脱水缩合，反应过程不断充氢气以维持反应釜中压力恒定,直至压力不再下降为止；
d.反应结束后，排放掉氢气，通过过滤将催化剂(固体)与物料(液体)进行分离，得到反应料液；
e.将步骤d得到的反应料液进行减压精馏，收集温度区间为136～140℃的馏分，得到产品n-羟乙基哌嗪。
优选的，所述的步骤a中的哌嗪与羟乙醛的摩尔比为1.05～1.15，加入的催化剂与哌嗪的重量比为0.05～0.15。
优选的，所述的步骤a中溶剂为水、四氢呋喃、1,4-二氧六环、环己烷或正己烷。其中以水和四氢呋喃为更优选。
优选的，所述的步骤a中催化剂的雷尼骨架所用金属为铜或镍，其他助剂元素为铁、锰、锌、铬、锆、钴中的至少一种。
进一步的，所述的步骤a中催化剂的制备方法为：
在氧化铝或石棉坩埚内，按比例(质量比为1～5:1:0.01～0.2的铝、镍或铜、助剂)先把纯铝放入坩埚，在电炉上熔融，待温度达到1000℃左右时，加入纯镍或铜粉及助剂(铁、锰、锌、铬、锆、钴元素中的至少一种)，升温熔融后，用石墨棒不断搅动，保温20～30min，然后倒入相对大点的容器中，缓缓冷却以保证合金具有规则的晶格结构；取此铝合金，在搅拌情况下，分批次缓慢加入20％氢氧化钠溶液中，投加过程维持温度不超过25℃，全部加完后，使温度缓慢升温至25～35℃，反应10～15h，直至气泡不再明显产生为止；然后静置，让镍粉或铜粉沉下，倾去上清液；加蒸馏水至原体积，搅拌溶液使镍粉或铜粉悬浮，再次静置使镍粉或铜粉沉下，倾去上清液；加入10％的氢氧化钠溶液，搅拌，放置，倾去上清液；再加入蒸馏水，搅拌，放置，倾去上清液；如此水洗重复数次，直到洗出液对石蕊试纸呈中性后，再洗10～20次，将所得催化剂储存在水中，待用。
优选的，所述的反应釜为高压反应釜。
优选的，所述的步骤b中通入氢气至压力为2.0～5.0mpa。
优选的，所述的步骤c中搅拌速度控制在1000～2000rpm,升温至100～130℃。
优选的，所述的步骤d中过滤采用在氮气保护下的真空抽滤。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明以哌嗪和羟乙醛为原料，在一定溶剂、温度和催化剂存在下，与氢气进行分子间脱水缩合生成n-羟乙基哌嗪；该方法工艺操作简单，转化率高，选择性好，后处理简单，环境友好，且通过实例证明，该方法收率可达到90％左右，因此具有很好的工业化前景。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
在预先加入水为溶剂的高压反应釜内加入100g(1.1628mol)无水哌嗪和73.3g(1.2217mol)羟乙醛，加入10g含镍、铝、锰、铬的雷尼镍催化剂，上紧反应釜盖，氮气置换后充氢气压力至3.0mpa，开启搅拌，搅拌速率控制在1000rpm，升温至150℃反应，反应过程注意不断补充氢气以使压力维持在3.0mpa，直至压力不再下降为止。
然后将反应冷却至室温，过滤，滤液在2100～2200pa下减压蒸馏，收集温度区间为136～140℃的馏分，共得到139.0g馏分，摩尔收率(相对哌嗪)92.0％，气相纯度99.4％。
实施例2
本实施方法和实施例1不同的是羟乙醛为69.8g(1.1633mol)，其他步骤相同，得到135.7g产品，摩尔收率89.8％，气相检测纯度为99.3％。
实施例3
本实施方法和实施例1不同的是羟乙醛为84.3g(1.4049mol)，其他步骤相同，得到139.5g产品，摩尔收率92.3％，气相检测纯度为99.2％。
实施例4
本实施方法和实施例1不同的是羟乙醛为90.0g(1.5000mol)，其他步骤相同，得到139.2g产品，摩尔收率92.1％，气相检测纯度为99.1％。
实施例5
本实施方法和实施例1不同的充氢气压力为0.5mpa，其他步骤相同，得到132.7g产品，摩尔收率87.8％，气相检测纯度为99.0％。
实施例6
本实施方法和实施例1不同的充氢气压力为5.0mpa，其他步骤相同，得到139.4g产品，摩尔收率92.1％，气相检测纯度为99.4％。
实施例7
本实施方法和实施例1不同的充氢气压力为10.0mpa，其他步骤相同，得到139.3g产品，摩尔收率92.1％，气相检测纯度为99.3％。
实施例8
本实施方法和实施例1不同的是反应温度50℃，其他步骤相同，得到129.6g产品，摩尔收率95.7％，气相检测纯度为98.5％。
实施例9
本实施方法和实施例1不同的是反应温度150℃，其他步骤相同，得到135.7g产品，摩尔收率89.8％，气相检测纯度为99.2％。
实施例10
本实施方法和实施例1不同的是反应温度200℃，其他步骤相同，得到134.4g产品，摩尔收率88.9％，气相检测纯度为99.2％。
实施例11
本实施方法和实施例1不同的是催化剂用量为1g，其他步骤相同，得到129.1g产品，摩尔收率85.4％，气相检测纯度为99.0％。
实施例12
本实施方法和实施例1不同的是催化剂用量为5g，其他步骤相同，得到135.0g产品，摩尔收率89.3％，气相检测纯度为99.3％。
实施例13
本实施方法和实施例1不同的是催化剂用量为20g，其他步骤相同，得到138.1g产品，摩尔收率91.4％，气相检测纯度为99.4％。
实施例14
本实施方法和实施例1不同的是催化剂组分为铜、铝、铬，其他步骤相同，得到137.5g产品，摩尔收率91.0％，气相检测纯度为99.3％。
实施例15
本实施方法和实施例1不同的是催化剂组分为铜、铝、锰、铬，其他步骤相同，得到136.0g产品，摩尔收率90.0％，气相检测纯度为99.4％。
实施例16
本实施方法和实施例1不同的是催化剂组分为镍、铝、锰、锆，其他步骤相同，得到138.9g产品，摩尔收率91.9％，气相检测纯度为99.1％。
实施例17
本实施方法和实施例1不同的是催化剂组分为镍、铝、铬，其他步骤相同，得到134.9g产品，摩尔收率89.3％，气相检测纯度为99.2％。
实施例18
本实施方法和实施例1不同的是催化剂组分为镍、铝、铁、锆，其他步骤相同，得到133.5g产品，摩尔收率88.3％，气相检测纯度为99.1％。
实施例19
本实施方法和实施例1不同的是催化剂组分为镍、铝、锰、锌，其他步骤相同，得到132.1g产品，摩尔收率87.4％，气相检测纯度为99.2％。
实施例20
本实施方法和实施例1不同的是催化剂组分为镍、铝、铁、钴，其他步骤相同，得到134.2g产品，摩尔收率88.8％，气相检测纯度为99.4％。
实施例21
本实施方法和实施例1不同的是溶剂为1,4-二氧六环，其他步骤相同，得到134.9g产品，摩尔收率89.2％，气相检测纯度为99.3％。
实施例22
本实施方法和实施例1不同的是溶剂为六氢呋喃，其他步骤相同，得到139.2g产品，摩尔收率92.1％，气相检测纯度为99.4％。
实施例23
本实施方法和实施例1不同的是溶剂为环己烷，其他步骤相同，得到137.2g产品，摩尔收率90.7％，气相检测纯度为99.5％。
实施例数据汇总：
为更方便的对各实施例数据进行比较，将各实施例数据进行汇总，详细数据见表1：
表1实施例数据汇总表
总结：
从实施例1、2、3、4可以看出，哌嗪与羟乙醛的摩尔比在1.0～1.3时，除实施例2为89.8％外，其余都可以得到92％以上收率、99％以上纯度，且摩尔比在1.05以上时，收率纯度变化都不大，因此得出结论为摩尔比在1.05～1.15较为合适；
从实施例5、1、6、7可以看出，随着压力的升高，收率及纯度在提高，但3.0mpa以上时，收率及纯度变化并不明显，3mpa压力足以；
从实施例1、8、9、10可以看出，温度较低时，反应速率慢，收率低；反应温度高时，副产物增加，收率也会降低，最佳的反应温度在100℃左右；
从实施例1、11、12、13可以看出，催化剂用量少时，收率较低，随催化剂用量增加收率有明显提升，但当催化剂用量由0.1提高到0.2时，会加快一些副产物的生成速度，收率也会降低，在0.1左右时效果最佳；
从实施例1、14、15、16、17、18、19、20可以看出，不同骨架元素及助剂元素的催化剂对该反应都有较好的催化效果；
从实施例1、21、22、23可以看，1，4-二氧六环为溶剂可以得到89.2％的收率，六氢呋喃和水为溶剂则都可以得到92％以上收率、99％以上纯度的产品，得出结论以水和四氢呋喃作为溶剂更佳。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
1.一种n-羟乙基哌嗪的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将摩尔比为1.00～1.30的哌嗪与羟乙醛投入预先加入溶剂的反应釜内，然后投入以雷尼骨架元素及其负载的其它助剂元素组成催化剂，加入的催化剂与哌嗪的重量比为0.01～0.2；
b.将反应釜中通入氮气试漏并进行气体置换，然后通入氢气至压力为0.5～10.0mpa；
c.开启反应釜中的搅拌系统进行搅拌，升温至50～200℃，进行分子间脱水缩合，反应过程不断充氢气以维持反应釜中压力恒定,直至压力不再下降为止；
d.反应结束后，排放掉氢气，通过过滤将催化剂与物料进行分离，得到反应料液；
e.将步骤d得到的反应料液进行减压精馏，收集温度区间为136～140℃的馏分，得到产品n-羟乙基哌嗪。
2.如权利要求1所述的n-羟乙基哌嗪的合成方法，其特征在于：所述步骤a中的哌嗪与羟乙醛的摩尔比为1.05～1.15，加入的催化剂与哌嗪的重量比为0.05～0.15。
3.如权利要求1所述的n-羟乙基哌嗪的合成方法，其特征在于：所述步骤a中溶剂为水、四氢呋喃、1,4-二氧六环、环己烷或正己烷。
4.如权利要求1所述的n-羟乙基哌嗪的合成方法，其特征在于：所述步骤a中催化剂的雷尼骨架所用金属为铜或镍，其他助剂元素为铁、锰、锌、铬、锆、钴中的至少一种。
5.如权利要求4所述的n-羟乙基哌嗪的合成方法，其特征在于：所述步骤a中催化剂的制备方法为：
在氧化铝或石棉坩埚内，按比例先把纯铝放入坩埚，在电炉上熔融，待温度达到1000℃左右时，加入纯镍或铜粉及助剂，升温熔融后，用石墨棒不断搅动，保温20～30min，然后倒入大容器中，缓缓冷却以保证合金具有规则的晶格结构；取此铝合金，在搅拌情况下，分批次缓慢加入20％氢氧化钠溶液中，投加过程维持温度不超过25℃，全部加完后，使温度缓慢升温至25～35℃，反应10～15h，直至气泡不再明显产生为止；然后静置，让镍粉或铜粉沉下，倾去上清液；加蒸馏水至原体积，搅拌溶液使镍粉或铜粉悬浮，再次静置使镍粉或铜粉沉下，倾去上清液；加入10％的氢氧化钠溶液，搅拌，放置，倾去上清液；再加入蒸馏水，搅拌，放置，倾去上清液；如此水洗重复数次，直到洗出液对石蕊试纸呈中性后，再洗10～20次，将所得催化剂储存在水中，待用。
6.如权利要求1所述的n-羟乙基哌嗪的合成方法，其特征在于：所述步骤b中通入氢气至压力为2.0～5.0mpa。
7.如权利要求1所述的n-羟乙基哌嗪的合成方法，其特征在于：所述步骤c中搅拌速度控制在1000～2000rpm,升温至100～130℃。
8.如权利要求1所述的n-羟乙基哌嗪的合成方法，其特征在于：所述步骤d中过滤采用在氮气保护下的真空抽滤。
技术总结