2,5-二甲基吡嗪的合成

張祚強(qiáng)

(齊魯石化公司研究院，山東 淄博 255434)

2,5-二甲基吡嗪的合成

張祚強(qiáng)

(齊魯石化公司研究院，山東 淄博 255434)

2，5-二甲基吡嗪，是重要醫(yī)藥和香料中間體。2，5-二甲基吡嗪呈刺鼻的炒花生香氣和巧克力、奶油氣味，是我國GB2760-86規(guī)定為允許使用的香精。主要用于配制可可、咖啡、肉類、堅果和馬鈴薯等香精。2，5-二甲基吡嗪又是制備5-甲基-吡嗪-2-羧酸的重要原料。5-甲基吡嗪-2-羧酸是一種合成Glypizide的中間體。這種物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上與磺脲衍生物的最終合成有關(guān)，并用于治療與胰島素?zé)o關(guān)的糖尿病。同時也是合成降血脂的藥阿西莫司的中間體。本方法研究以一異丙醇胺為原料合成2,5-二甲基吡嗪的氣相合成方法。

2,5-二甲基吡嗪；5-甲基吡嗪-2-羧酸；阿西莫司

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 合成2,5-二甲基吡嗪的幾種技術(shù)路線比較

1.1.1 α-二胺和α-二酮縮合氧化法

此法是將1，2-丙二胺和α-羰基丙醛進(jìn)行縮合，生成2，5-二甲基二氫吡嗪，再經(jīng)空氣氧化，制得2，5-二甲基吡嗪。反應(yīng)方程式：

這種二步法生產(chǎn)吡嗪的缺點(diǎn)是如果第二步脫氫不完全則會由于縮合產(chǎn)物與吡嗪很難用物理方法分離而使產(chǎn)品帶有不愉快氣味，因此對脫氫催化劑和反應(yīng)條件的要求較高，在工業(yè)上的應(yīng)用逐漸減少。

1.1.2 α-二胺和α-乙醇胺合成法

由α-二胺和α-乙醇胺合成2，5-二甲基吡嗪。反應(yīng)方程式：

該反應(yīng)路線短，工藝簡單，但其選擇性差，不能得到單一產(chǎn)物，產(chǎn)品分離提純困難。

1.1.3 由含有活潑亞甲基的酮合成

用亞硝酸處理含有活潑亞甲基的酮，得到異亞硝基酮(I)，酮經(jīng)氫氣還原為α-氨基酮(II)，兩分子II再脫水生成二氫吡嗪衍生物。由于此環(huán)不穩(wěn)定，有很強(qiáng)的芳構(gòu)化趨勢，易于脫氫生成烷基吡嗪。反應(yīng)方程式：

這種方法是常用的合成烷基吡嗪類物質(zhì)的方法，但該反應(yīng)步驟較多，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，不適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

1.1.4 烷基哌嗪為原料合成

烷基吡嗪類化合物可由烷基哌嗪類化合物在不預(yù)還原的鋅催化劑上氣相脫氫合成。該反應(yīng)工藝路線較短，反應(yīng)收率高，但原料不易得到，需要通過環(huán)合反應(yīng)制備。反應(yīng)方程式：

1.1.5 α-二胺和環(huán)氧丙烷合成

該合成方法是在脫水脫氫催化劑存在下進(jìn)行的氣固相接觸催化反應(yīng)。反應(yīng)方程式：

該方法所用原料環(huán)氧丙烷廉價易得，但反應(yīng)產(chǎn)物是2，5-二甲基吡嗪和2，6-二甲基吡嗪的混合物，產(chǎn)品分離難度較大。

1.1.6 α-二胺和α-二醇合成法

該方法原料價格低廉，易于得到，催化劑容易制備，反應(yīng)路線短，工藝簡單，有一定工業(yè)化價值。反應(yīng)方程式：

1.1.7 烯醛銨鹽合成法

在銨鹽存在條件下，由丙烯醛在甘油加熱中反應(yīng)制得。該法收率較低。反應(yīng)方程式：

1.1.8 由一異丙醇胺合成

以一異丙醇胺為原料，在催化劑作用下經(jīng)氣固相接觸催化反應(yīng)可制備2，5-二甲基吡嗪。反應(yīng)方程式：

此方法反應(yīng)步驟簡單，反應(yīng)條件容易控制，原料廉價易得，反應(yīng)收率較高，反應(yīng)副產(chǎn)物相對較少，采用簡單的分離方法，可得到純度99%以上，無色透明、氣味柔和的高純度產(chǎn)品，有一定的應(yīng)用價值。

本方法采用以一異丙醇胺為原料，在催化劑作用下經(jīng)氣固相接觸催化反應(yīng)制備2，5-二甲基吡嗪，經(jīng)分離提純，可得香料級的2，5-二甲基吡嗪。該方法工藝相對簡單，原料易得，易工業(yè)化生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)原料

主要實(shí)驗(yàn)藥品見表1。

表1 主要實(shí)驗(yàn)藥品一覽表

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

反應(yīng)器采用管式固定床反應(yīng)器。設(shè)備圖如圖1。

1 電源插座；2 調(diào)壓器；3 溫度控制器；4 流量計；5 計量泵；6 固定床反應(yīng)器；7 電熱夾套；8 熱電偶；9 冷凝器；10 產(chǎn)品收集器；11 尾氣捕采器圖1 固定床反應(yīng)器示意圖

氣相色譜儀：安捷倫7890A氣相色譜儀，具氫火焰檢測器，氣化室溫度250℃，檢測器溫度250℃，OV-1O1 50m×0.32mm×0.5μm色譜柱，柱溫150℃，用于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)品最終純度的分析。采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定性。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

1.4.1 合成路線

本實(shí)驗(yàn)合成路線是以一異丙醇胺為原料在催化劑作用下一步環(huán)合脫氫制備2，5-二甲基吡嗪。所得的反應(yīng)產(chǎn)物采用水萃取、脫水、精餾方法分離，經(jīng)分析產(chǎn)品純度大于99%以上時，再進(jìn)行產(chǎn)品脫色、熟化、冷凍結(jié)晶等方法，最后得香料級產(chǎn)品。

1.4.2 操作方法

在直徑為20 mm的直管型固定床反應(yīng)器中裝入約40 g自制催化劑。開通氮?dú)?，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性。然后保證氮?dú)獾牧髁繛?00 mL/min，接通加熱系統(tǒng)的電源，反應(yīng)器溫度360℃。打開氫氣閥門，控制流量為100 mL/min，控制預(yù)熱器溫度為220～240℃，用純氫氣還原催化劑2 h后，將反應(yīng)器溫度降至240℃，然后通過計量泵及物料三通閥門開始加料，原料一異丙醇胺的流量為8～15 mL/h。每隔一段時間在取樣器中對產(chǎn)品進(jìn)行取樣。

經(jīng)過優(yōu)化條件實(shí)驗(yàn)，找出了反應(yīng)的最佳條件，并進(jìn)行了壽命實(shí)驗(yàn)。

表2 催化劑壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2可看出，本實(shí)驗(yàn)的催化劑使用壽命較長，收率較好，且目前國內(nèi)尚無此類型的催化劑應(yīng)用。

1.5 產(chǎn)物分離

將反應(yīng)所得物料按物料∶水=1∶1.5的比例，置于配精餾塔和冷凝器的三口燒瓶中加熱蒸餾，控制塔頂溫度(98℃)。得到水和目的產(chǎn)物的混合溶液。

將混合溶液置于配精餾塔和冷凝器的三口燒瓶中，加入脫水劑(約水量5倍)，控制塔頂(84.1℃)，將混合溶液中的水全部脫出，得純有機(jī)相。

將有機(jī)相減壓減壓精餾，得純度99%以上的目的產(chǎn)物。再將目的產(chǎn)物經(jīng)過脫色、冷凍結(jié)晶、熟化等方法，最終可得到香料級產(chǎn)品。

2 結(jié)論

通過本實(shí)驗(yàn)可以看出，用一異丙醇胺氣相合成2,5-二甲基吡嗪具有原料簡單易得，合成步驟簡單，常溫常壓反應(yīng)，催化劑使用壽命長，產(chǎn)品純度高，收率高等特點(diǎn)，目前此工藝已經(jīng)在國內(nèi)多家企業(yè)成功應(yīng)用，為進(jìn)一步開發(fā)5-甲基吡嗪-2羧酸的合成提供較為便宜的使用原料，具有強(qiáng)的應(yīng)用前景。

[1] 劉樹文.合成香料技術(shù)手冊[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2000.

[2] 章思規(guī).使用精細(xì)化學(xué)品手冊(有機(jī)卷)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.

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(本文文獻(xiàn)格式：張祚強(qiáng).2,5-二甲基吡嗪的合成[J].山東化工,2017,46(5):10-13.)

2017-01-19

張祚強(qiáng)(1965—)，男，山東煙臺人，工程師，從事儀器分析工作。

TQ460.3

A

1008-021X(2017)05-0010-04