Cómo preparar piperazina (enumere la fórmula química detallada)

1.1 se sintetiza a partir de monoetanolamina (MEA).

Este proceso utiliza hierro níquel (cobalto) como catalizador y la presión es 5. OMPa, temperatura 300 ℃, la etanolamina reacciona con amoníaco líquido para formar piperazina. Las materias primas para esta ruta son fácilmente disponibles y baratas. Los productos de reacción son piperazina y etilendiamina, pero el rendimiento es bajo. El rendimiento de piperazina es sólo del 25% y el rendimiento de etilendiamina coproducida es del 45%. Estados Unidos posee patentes para este proceso de Texaco y Union Carbide.

En la etapa inicial, la monoetanolamina se utiliza como materia prima y reacciona con el exceso de amoníaco bajo presión de hidrógeno para preparar piperazina. Dado que el medio es gas explosivo a alta presión, su funcionamiento es muy peligroso. Las empresas extranjeras han detenido la producción debido a las explosiones.

En la actualidad, por primera vez en el mundo se ha desarrollado con éxito un nuevo proceso en fase gaseosa que utiliza ácido sólido como catalizador. Este nuevo proceso permite que el vapor de monoetanolamina en biociencia pase a través de un catalizador ácido sólido a 350 ~ 400 °C bajo presión reducida para sintetizar piperazina a través de una reacción de deshidratación intramolecular. En comparación con el método de fase líquida, el catalizador desarrollado por el nuevo proceso es un ácido sólido compuesto de silicio vaporizado que soporta metales alcalinos y trazas de óxidos ácidos. El rendimiento de piperazina es alto y la vida del catalizador es larga. La Universidad de Zhejiang en China informó sobre la síntesis en fase gaseosa de piperazina a partir de etanolamina y amoníaco líquido a 15 MPa. El rendimiento de piperazina fue sólo del 36%.

1.2 se sintetizó utilizando óxido de etileno y etilendiamina como materias primas.

La empresa estadounidense ICTA utiliza óxido de etileno y etilendiamina como materias primas para sintetizar piperazina. La reacción tiene tres pasos.

Se agrega etilendiamina, óxido de etileno y solvente al reactor de condensación en una cierta proporción para reaccionar y generar N-β-hidroxietiletilendiamina, N-β-hidroxietiletilendiamina y el agua se deshidrata catalíticamente y se cicla en el reactor de ciclación para formar piperazina. La piperazina hexahidrato se separa de la torre de separación y se deshidrata mediante destilación extractiva para obtener piperazina anhidra.

Las ventajas de esta ruta de proceso son la fácil disponibilidad de materias primas, condiciones de reacción suaves y alto rendimiento (82%). Los productos de cada paso se pueden vender como productos terminados y se pueden ajustar según el mercado. demanda. La desventaja es que la reacción requiere tres pasos, el proceso es complejo, el tiempo de reacción es largo y el costo de inversión en equipo es alto. Una empresa de la provincia de Shaanxi alguna vez planeó introducir esta tecnología, pero quedó varada por varias razones.

1.3 se sintetiza a partir de etilendiamina (EDA).

Con diferentes catalizadores, los resultados de la reacción también son diferentes. Usando zeolita KZSM-5 como catalizador, la temperatura de reacción fue de 340°C y la reacción se llevó a cabo en fase gaseosa durante más de 3 días. La tasa de conversión de etilendiamina cayó del 90% al 80% y la selectividad de. la piperazina y la trietilendiamina se mantuvieron en un 95 % por encima. Usando zeolita H como catalizador, se hizo reaccionar una solución de etilendiamina al 40 % a 330 °C y 3 x 105 Pa. El rendimiento de piperazina fue del 36,95 % y la selectividad fue del 57 %. O utilizando zeolita CSZSM-5 como catalizador, a 340 °C, la tasa de conversión de etilendiamina es del 55 % y la selectividad de la piperazina es del 55 %. El Instituto de Tecnología Química de Dalian y la Universidad de Fudan estudiaron el mecanismo de reacción de la síntesis catalizada por tamiz molecular de piperazina a partir de etilendiamina.

1.4 se sintetizó utilizando β-hidroxietiletilendiamina como materia prima.

El catalizador utilizado en esta reacción es óxido de cobre-cromo-hierro u óxido de cobre-cromo-manganeso, la presión es de 8 ~ 26 MPa, la temperatura de reacción es de 110 ~ 30 °C y el tiempo de reacción es de 2 a 40 h, el rendimiento de piperazina es del 78 % al 98 %. Este método se caracteriza por menos subproductos y un alto rendimiento de piperazina, pero la desventaja es que la reacción en fase líquida es intermitente, las condiciones son duras y la separación del catalizador y el producto de reacción es difícil. La Universidad de Tianjin utilizó β-hidroxietiletilendiamina para realizar una reacción en fase líquida en un reactor presurizado para sintetizar piperazina. El rendimiento de piperazina alcanzó el 87%.

1.5 se sintetiza a partir de dietilentriamina.

La temperatura de reacción es de aproximadamente 175~225 ℃ y la presión es de 20,4~34. Si OMPa usa Ni-MgO como catalizador, el rendimiento de piperazina anhidra puede alcanzar el 81%. Si se usa Reynolds Ni como catalizador, el rendimiento de piperazina es solo de aproximadamente el 50%. Sin embargo, el precio de las poliaminas es mayor, por lo que el costo de producir piperazina anhidra mediante este método es mayor.

1.6 se sintetiza a partir de glicol y etilendiamina.

En presencia de Ru3(CO)12 y Bu3P, el etilenglicol y la etilendiamina experimentan una reacción de condensación y ciclación, y el rendimiento de piperazina es del 60 % al 90 %. En este método, el catalizador es un compuesto hidroxi, por lo que la industrialización es difícil.