4-（三氟甲基）哌啶盐酸盐的合成

2014-05-14刘广生刘占龙李德刚

当代化工 2014年3期

刘广生，刘占龙，李德刚

（金凯(辽宁)化工有限公司，辽宁阜新 123000）

4-（三氟甲基）哌啶，CAS#：155849-49-3，是一种重要的新型杂环类有机合成中间体，广泛应用于农药、医药和橡胶助剂等产品的合成。目前，有关 4-三氟甲基哌啶的合成方法报道较少。本文中，我们以2-氯-4-三氟甲基吡啶为原料，经两步加氢还原，以较高的收率和纯度得到了4-（三氟甲基）哌啶的盐酸盐[1,2]。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

2-氯-4-三氟甲基吡啶（自制，纯度99%），高纯氢气（外购，纯度 99.9%）、5%钯炭催化剂（外购），其他原料均为工业品。

安捷伦7890A气相色谱仪；CJ-2型高压反应釜。

1.2 反应原理

1.3 实验方法

1.3.1 4-三氟甲基吡啶的合成

取2-氯-4-三氟甲基吡啶100 g、碳酸钠60 g、异丙醇300 mL投入1 000 mL装有搅拌器的高压釜内，将5 g用异丙醇洗涤脱水后的5%Pd/C催化剂投入高压釜中，密闭釜盖。分别用氮气、氢气置换 3次。置换完毕后充氢至0.3～0.4 MPa，升温至35～40 ℃。在此温度下保持反应，反应压力下降时及时充氢。反应约15 h后压力不再下降，反应完毕。降至常温、排压，用氮气置换3次。打开釜盖，取样分析： 4-三氟甲基吡啶含量91%，4-（三氟甲基）哌啶含量6.3%。抽滤。滤饼用异丙醇洗涤。滤液直接用于下一步反应。

1.3.2 4-（三氟甲基）哌啶的合成

将上述滤液投入附有搅拌的 1 000 mLl高压釜内，将用异丙醇洗涤脱水的5%Pd/C催化剂10 g加入高压釜中。分别用氮气、氢气置换 3次。置换完毕后充氢升压，控制反应温度 95～100 ℃，压力0.5～0.6 MPa，在此条件下保持反应，当反应压力下降时及时充氢。反应约5 h后压力不再下降，反应完毕。降至常温、排压，用氮气置换3次。打开釜盖，取出物料抽滤，滤出催化剂用异丙醇洗涤后回收。

1.3.3 4-（三氟甲基）哌啶盐酸盐的制备

将前步滤液冷却至 0 ℃，通入干燥的 HCl气体，至反应器内无烟雾为止。有白色结晶析出，继续深冷至-15 ℃，过滤，得滤饼干重 68 g，含量98.6%。滤液浓缩至100 mL，冷冻至-15 ℃，过滤，得滤饼干重18 g，含量99.8%。产品合计86 g，产品收率超过80%。

2 结果与讨论

2.1 碱对加氢反应过程的影响

用2-氯-4-三氟甲基吡啶制备4-（三氟甲基）哌啶时，反应须经两步完成。第一步先合成中间体4-三氟甲基吡啶，第二步再由中间体4-三氟甲基吡啶合成4-（三氟甲基）哌啶。

在合成4-三氟甲基吡啶时，需使用缚酸剂来吸收反应产生的 HCl。本实验采用无水碳酸钠作为缚酸剂。表1是碱用量对产物组成的影响。

表1 碱用量对产物组成的影响Table 1 The influence of alkali dosage on product composition

从表1中的数据可以看到，减少碱用量，会产生副产物2-羟基-4-三氟甲基吡啶。这是因为，当碱与原料的摩尔投料比为1：1时，碳酸钠与反应生成的HCl反应生成碳酸氢钠和氯化钠，没有水产生。但当碱与原料的摩尔投料比＜1时，碳酸钠与反应生成的HCl反应生成氯化钠和水，生成的水在Pd/C催化剂存在下，可取代吡啶环上的氯生成 2-羟基-4-三氟甲基吡啶。

为避免酸碱中和产生的水，第一步加氢还原反应也可使用有机碱，如三乙胺等。但有机碱的引入，将增加产品纯化难度。

在由4-三氟甲基吡啶合成4-三氟甲基哌啶时，加氢反应温度须提高至 90～100 ℃。但在此温度下，即使碱与原料的摩尔投料比等于1︰1，仍会有大量的羟基物生成。所以，本实验只能分两步进行，在进行第二步反应前，必须将体系中的碱过滤除去。

2.2 溶剂的选择

由于反应中使用了大量的固体碱，为保证反应体系的流动性，加氢反应须在溶剂中进行。可使用的溶剂有甲醇、乙醇、异丙醇等。溶剂的影响主要体现在成盐结晶步骤。由于4-（三氟甲基）哌啶盐酸盐在甲醇和乙醇中的溶解度较高，所以在成盐时析出的产品量较少。我们采用异丙醇为溶剂，成盐结晶后析出的产品量相对较多，结晶母液经深冷、浓缩等方法析晶，仍可得到高含量的产品。