吡啶催化加氢合成哌啶的工艺研究

方红新，胡盼，李文兵，赵维德，李月红

（安徽国星生物化学有限公司，安徽省杂环化学重点实验室，安徽马鞍山 243100）

哌啶，别名六氢吡啶，是一种重要的有机杂环类化合物，其应用非常广泛，可用作食品香料、有机合成中的缩合剂及溶剂、烯烃聚合催化剂、合成纤维染色用重氮氨基化合物的稳定剂、蒸气设备防腐剂、橡胶促进剂的原料及环氧树脂固化剂等，其中，在医药行业，哌啶主要用作合成药品的中间体，是制造硝酸哌啶、盐酸哌啶止痛药、润湿剂、局部麻醉剂的原料；在农药行业，哌啶主要用于合成稻田除草剂哌草丹，是一种选择性非激素型硫代氨基甲酸酯内除草剂；同时，哌啶也是合成杀菌剂苯锈啶和植物生长调节剂甲哌鎓的中间体。

1 实验部分

1.1 反应原理

在高温高压条件下，吡啶气化后与氢气接触，在催化剂的作用下反应生成哌啶。反应方程式如下：

1.2 实验原料及试剂

吡啶：化学试剂，工业级；氢气：工业品，钢瓶装；雷尼镍催化剂。

1.3 实验装置及操作

加氢反应在一个带搅拌、温度控制仪、通气管的250mL的不锈钢高压反应釜中进行，由自动化仪器控制反应温度和搅拌速度。将一定质量比的吡啶和催化剂置于反应釜中，密闭，氮气试漏，置换三次，通入一定量的氢气，加热反应数小时，用氢气保压使釜中的压力维持在一定的数值不变化。反应完成后冷却降温，泄压开釜，过滤除去催化剂，将滤液置于三口烧瓶中，常压蒸馏，收集102℃～106℃的馏分。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对收率的影响

采用粒径为50μm的雷尼镍催化剂，反应时间为10h，反应压力为7MPa，验证温度对哌啶转化率的影响，结果如表1。

表1 反应温度对收率的影响

从表1可以看出，随着反应温度的升高，哌啶的收率有所增加，但温度过高，催化剂的活性会相对降低，最佳的反应温度为200℃。

2.2 催化剂用量对收率的影响

采用粒径为50μm的雷尼镍催化剂，反应时间为10h，反应压力为7MPa，反应温度为200℃，验证了吡啶和催化剂的不同比例对哌啶转化率的影响，结果如表2。

表2 催化剂用量对收率的影响

从表2可以看出，随着催化剂用量的增加，哌啶的收率也相应变高，但超过一定值时，收率增加得并不是特别明显。综合考虑成本、后期催化剂等的处理，催化剂的用量为20g比较适宜。

2.3 不同规格催化剂对收率的影响

吡啶和催化剂按一定的比例投入反应器，反应时间为10h，反应压力为7MPa，反应温度为200℃，验证了不同规格的雷尼镍催化剂对哌啶转化率的影响，结果如表3。

表3 不同规格的雷尼镍催化剂对哌啶转化率的影响

从表3可以看出，随着催化剂粒径的增加，哌啶的收率也相应降低，这主要同催化剂的活性有很大关系。

2.4 反应时间对哌啶收率的影响

采用粒径为50μm的雷尼镍催化剂，吡啶和催化剂按一定的比例投入反应器，反应压力为7MPa，反应温度为200℃，验证了反应时间对哌啶转化率的影响，结果如表4。

表4 反应时间对哌啶转化率的影响

从表4可以看出，随着反应时间的延长，哌啶的收率也随之增加。但当时间过长，哌啶的收率并没有很大提高，因此，最佳的反应时间为10h。

2.5 反应压力对哌啶收率的影响

采用粒径为50μm的雷尼镍催化剂，吡啶和催化剂按一定的比例投入反应器，反应时间为10h，反应温度为200℃，验证了反应压力对哌啶转化率的影响，结果如表5。

表5 反应压力对哌啶转化率的影响

从表5可以看出，随着反应压力的增加，哌啶的收率也随之增加，但当压力过高，哌啶的收率并没有很大地提高，因此，最佳的反应压力为7MPa。

3 结论

吡啶在高温、高压条件下，催化加氢合成哌啶的最佳工艺条件：吡啶和催化剂的投料质量比为5∶1，反应温度为200℃，反应时间为10h，反应压力为7MPa。在最佳的条件下，哌啶的收率为95%，纯度为99.5%。

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