2,5-二甲基吡嗪的合成

張祚強

(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

(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。這種物質在結構上與磺脲衍生物的最終合成有關，并用于治療與胰島素無關的糖尿病。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 實驗部分

1.1 合成2,5-二甲基吡嗪的幾種技術路線比較

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。反應方程式：

這種二步法生產(chǎn)吡嗪的缺點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條件的要求較高，在工業(yè)上的應用逐漸減少。

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。反應方程式：

該反應路線短，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，有很強的芳構化趨勢，易于脫氫生成烷基吡嗪。反應方程式：

這種方法是常用的合成烷基吡嗪類物質的方法，但該反應步驟較多，從經(jīng)濟角度考慮，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還原的鋅催化劑上氣相脫氫合成。該反應工藝路線較短，反應收率高，但原料不易得到，需要通過環(huán)合反應制備。反應方程式：

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行的氣固相接觸催化反應。反應方程式：

該方法所用原料環(huán)氧丙烷廉價易得，但反應產(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，反應路線短，工藝簡單，有一定工業(yè)化價值。反應方程式：

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制得。該法收率較低。反應方程式：

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可制備2，5-二甲基吡嗪。反應方程式：

此方法反應步驟簡單，反應條件容易控制，原料廉價易得，反應收率較高，反應副產(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 實驗原料

主要實驗藥品見表1。

表1 主要實驗藥品一覽表

1.3 實驗儀器

反應器采用管式固定床反應器。設備圖如圖1。

1 電源插座；2 調壓器；3 溫度控制器；4 流量計；5 計量泵；6 固定床反應器；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℃，用于反應轉化率及產(chǎn)品最終純度的分析。采用標準物質定性。

1.4 實驗步驟

1.4.1 合成路線

本實驗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，再進行產(chǎn)品脫色、熟化、冷凍結晶等方法，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器中裝入約40 g自制催化劑。開通氮氣，檢驗實驗裝置的氣密性。然后保證氮氣的流量為100 mL/min，接通加熱系統(tǒng)的電源，反應器溫度360℃。打開氫氣閥門，控制流量為100 mL/min，控制預熱器溫度為220～240℃，用純氫氣還原催化劑2 h后，將反應器溫度降至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)品進行取樣。

經(jīng)過優(yōu)化條件實驗，找出了反應的最佳條件，并進行了壽命實驗。

表2 催化劑壽命實驗結果

由表2可看出，本實驗的催化劑使用壽命較長，收率較好，且目前國內尚無此類型的催化劑應用。

1.5 產(chǎn)物分離

將反應所得物料按物料∶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，得純有機相。

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

2 結論

通過本實驗可以看出，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，催化劑使用壽命長，產(chǎn)品純度高，收率高等特點，目前此工藝已經(jīng)在國內多家企業(yè)成功應用，為進一步開發(fā)5-甲基吡嗪-2羧酸的合成提供較為便宜的使用原料，具有強的應用前景。

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

[2] 章思規(guī).使用精細化學品手冊(有機卷)[M].北京：化學工業(yè)出版社，1996.

[3] 黃小鳳，李曉東，李中林.雜環(huán)類香料的現(xiàn)狀與展望[J].化學通報，1995(8)：1-15.

[4] 馮 續(xù).吡嗪類化合物的制造方法:中國,85 105 846[P].1986-07-09.

[5] 周立山.吡嗪酰胺的合成研究[D].天津：天津大學化工學院，1999.

(本文文獻格式：張祚強.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(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