专利名称：一种5，6，7，8-四氢喹啉的合成方法
技术领域：
本发明涉及头孢喹咪的关键中间体——5,6,7,8-四氢会啉(即2,3-环己烯并吡啶)的合成方法。
(二)
背景技术：
现有技术中，5,6,7,8-四氢会淋的合成方法主要有以下两种
1、 喹啉加氢法
Vierhapper在(J.C.S Perkin I, 1980,1933 )中，4艮道了在压力为50p.s.i下、三氟乙酸中以铂催化剂进行喹啉加氢反应，收率84%。该方法收率虽高，但强酸条件下的反应对反应设备的要求很高，工业上难以达到。
另外，有日本专利JP6157461方法，喹啉在镍-铬-铜催化剂的催化下，140。C下加氢生成1,2，3,4-四氢p奎啉，过滤回收催化剂，然后在钯碳的催化下，于260。C高温异构生成5,6,7,8-四氢喹啉。该方法采用两种不同的催化剂，分2步制备目标产物，工艺复杂，收率为60.6%。
2、 化学合成法
Randolph P. Thummel和Dalip K. Kohli在文献(J.Org.Chem.,1977,42:2742-2747 )中才艮道了以异恶唑为原料，在Raney nickel存在下催化加氬生成P -氨基丙烯醛，再经Friedlander Condensation反应制得5,6，7,8-四氬壹啉，收率21%。该方法收率低、副产物多，产物分离困难，难以产业化。
发明内容
为解决现有工艺对设备要求高、污染大、收率低等问题，本发明 提供了一种原子经济性高、污染物排放量少、成本低、工艺合理、操
作简便的5，6,7，8-四氢喹啉的合成方法。
为达到发明目的本发明采用的技术方案为
在无溶剂条件下，以如式(II)所示的喹啉为原料、以PD为催 化剂，在20。C 11(TC温度下进行催化加氢反应，直至氢气压力不再 下降，放空氢气至压力为2个大气压，然后搅拌升温至140°C ~300°C 进行异构化反应，反应时间为1 4小时，反应结束后，反应产物后处 理得到5,6,7,8-四氢查啉；所述PD催化剂按照如下方法制备把负载 量为5wt。/。的钯碳催化剂(简称5%钯碳催化剂)加入盐酸盐水溶液 中，搅拌加热至10°C~50°C，再加入等当量的碳酸氢盐溶液，搅拌 1 4小时后过滤，滤饼洗涤，干燥，得PD催化剂；所述盐酸盐为下 列之一CuCl2、 ZnCl2、 FeCl2或FeCl3;所述碳酸氢盐为碳酸氢钠或 碳酸氢钾。所述反应的方程式如下
本发明所述的5,6，7,8-四氢喹啉的合成方法，其原理如下如式(II)所示的喹啉经催化加氢首先生成如式(III)所示的1,2,3,4-四氢 喹啉，再经选择性异构转化成如式(I)所示的5,6，7,8-四氩全啉。反 应方禾呈式如下
(II) (III) (I)
所述催化加氢反应的温度为20°C ~ ll(TC,优选为60°C ~70°C。
反应压力优选为8 ~ 12个大气压。
所述异构化反应的温度为140°C ~300°C,优选为160°C ~ 170°C。
所述异构化反应的反应时间为1 4小时，优选为2小时。
所述原料喹啉和PD催化剂的质量之比为1: 0.01-0.1,优选为
1: 0.02~0.05。
所述反应产物后处理步骤为反应结束后，反应产物冷却，过滤， 得滤饼和滤液，滤液减压蒸馏得5,6,7，8-四氢喹啉，滤饼洗涤、干燥 后回收催化剂，可重复利用。所述的减压蒸馏在相对真空度为0.72kPa 下进行，收集78 ~ 80。C馏分得5，6,7,8-四氬喹啉。
本发明所述PD催化剂的制备方法中，所述盐酸盐水溶液的浓度 为l~10mol/L,所述5%钯碳催化剂的加入量以盐酸盐物质的量计为 50 200g/mol，优选为80~120g/mol。
本发明所述5 %钯碳催化剂可由市售获得，本发明实施例中使用 的5 %钇碳催化剂购自浙江省冶金研究院有限公司。
所述碳酸氲盐为碳酸氬钠或碳酸氪钾，优选碳酸氪钠；所述碳酸氢盐溶液的浓度为0.5~1.9 mol/L,优选为0.7~1.5 mol/L。
所述加入碳酸氬盐溶液后的搅拌时间为1~4小时，优选为1~2 小时。
较为具体的，推荐本发明所述5,6,7，8-四氢喹啉的合成方法按照
以下步骤进行在密闭反应容器中，如式(II)所示的喹啉在PD催
化剂的存在下，通入氢气至反应压力为8~ 12个大气压，在60°C ~
7(TC温度下，搅拌进行催化加氢反应，直至氢气压力不再下降，放空
氬气至压力为2个大气压，然后搅拌升温至160°C 170。C进行异构
化反应，反应时间为2小时，反应结束后，反应产物冷却，过滤，得
滤饼和滤液，滤液在相对真空度为0.72kPa下进^f于减压蒸馏，收集78 ~
80。C馏分得5,6，7，8-四氢会啉；所述喹啉和PD催化剂的质量之比为1:
0.02 0.05;所述PD催化剂按照如下方法制备5%钯碳催化剂加入
1~10 mol/L盐酸盐水溶液中，搅拌加热至10°C~50°C,再加入等当
量的碳酸氲钠溶液，搅拌2小时后过滤，滤饼洗涤，干燥，得PD催
化剂；所述盐酸盐为下列之一CuCl2、 ZnCl2、 FeCl2或FeCl3;所述
5%钯碳催化剂的加入量以盐酸盐物质的量计为80 120g/mol;所述碳
酸氢钠溶液的浓度为0.7~1.5 mol/L。
本发明所述5,6,7,8-四氢喹啉的制备方法的有益效果主要体现
在1)、采用具有特殊选择性的催化剂PD，在无溶剂状态下，用"一
锅煮"的方法，避免了中间处理过程中的损失和因溶剂造成的环境污
染；与日本专利相比，由于自创催化剂，使得加氢异构连续化，反应
温度明显降低，物料损失与能耗大大降低，产率有显著提高。2)、收
率高，催化剂、副产物可回收套用，原子经济性高。3)、避免使用昂贵的RaneyNi、 NaBH4等还原剂，大大降低了成本，减少了污染物的
排放。 具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护 范围并不仅限于此
实施例1:以CuCl2制备PD催化剂
将20 g购自浙江省冶金研究院有限公司的钯碳(钯负载量为 5wt% )加到100mLCuCl2 ( 2 mol/L )水溶液中，搅拌加热至5(TC左 右，再加入400 mL NaHC03溶液(1 mol/L )，继续搅拌2小时，过滤， 滤饼用2x20mL水洗涤后，130。C真空干燥，即得32.4g催化剂，记 为PD-1。
实施例2:以ZnCl2制备PD催化剂
将10 g购自浙江省冶金研究院有卩艮公司的钇碳(5 % )加到50 mL ZnCl2( 1 mol/L )水溶液中，搅拌下，于l(TC左右加入200 mLNaHC03 溶液(0.5 mol/L )，继续搅拌3小时，过滤，滤饼用2x20mL水洗涤 后，12(TC真空干燥，即得13.2g催化剂，记为PD-2。
实施例3:以FeCl2制备PD催化剂
将10 g购自浙江省冶金研究院有限公司的钇碳(5 % )加到40 mL FeCl2( 5 mol/L )水溶液中，搅拌加热至30。C左右，加入210 mLNaHC03 溶液(1.9 mol/L),继续搅拌2小时，过滤，滤饼用2 x 20 mL水洗涤后，IO(TC真空干燥，即得22.5g催化剂，记为PD-3。 实施例4: PD-4催化剂的制备
将10 g购自浙江省冶金研究院有限公司的把碳(5 % )加到50 mL FeCl3( 2 mol/L )水溶液中，搅拌加热至30°C左右，加入300 mL KHC03 溶液(1 mol/L )，继续搅拌4小时，过滤，滤饼用2 x 20 mL水洗涤 后，IO(TC真空干燥，即得16.9g催化剂，记为PD-4。
实施例5:
在反应釜中加入125.0 g喹啉和5.0 g实施例1制得的催化剂 PD-1，用H2置换反应釜中气体3次后，保持H2压力为8atm.,搅拌 下升温至65。C左右进行催化加氢反应，直至H2压力不再下降，放空 氬压至2atm.,密闭搅拌下升温至165。C进行异构化反应，保温搅拌 反应2小时后停止，冷却，过滤，滤饼洗涤、干燥，回收催化剂，滤 液在相对真空度为0.72kPa进4亍减压蒸馏，收集78 80。C馏分 (0.72kPa) 120.56 g,即目标产物5,6,7，8-四氢喹啉,纯度99%,收 率93.5%。
实施例6:
将实施例5中的催化加氢反应温度改为ll(TC，异构化反应温度 改为30(TC,反应时间l小时，其他条件同实施例5，制得目标产物 5,6,7,8-四氢喹啉100.8g,收率为78.2%。减压蒸馏后，锅底黏稠物增多。
实施例7:
将实施例5中的催化加氢反应温度改为20°C，保持H2压力为 12atm.，异构化反应温度改为140°C,反应时间4小时，其他条件同 实施例5,制得目标产物5,6,7,8-四氢会啉46.9g,收率为36.4 % 。
实施例8:
将实施例5中的催化剂PD-1用量改为1.25g,其他条件同实施例 5，制得目标产物5,6,7，8-四氢喹啉93.4g,收率为72.5%。粗产物中 约有20 %未反应的原料喹啉。
实施例9:
将实施例5中的催化剂PD-1用量改为12.5g,其他条件同实施例 5，制得目标产物5,6，7，8-四氬查啉U6.8g,收率为90.6% 。
实施例10~12
更改实施例5中使用的催化剂，催化剂用量不变，其他操作同实 施例5，结果如下表。
催化剂5,6,7,8-四氢喹淋产量(g)收率(％)
实施例10实施例2制得的PD-2119.492.6
实施例11实施例3制得的PD-3117.591.2
实施例12实施例4制得的PD-4117.991.4
10对比例1:
将实施例5中的催化剂PD-1改为购自浙江省冶金研究院有卩艮/> 司的5 %钯碳，其他条件同实施例5,制得5,6,7,8-四氬会啉2.5 g，收 率1.9%。
权利要求
1、一种如式(I)所示的5，6，7，8-四氢喹啉的合成方法，其特征在于所述的方法为在无溶剂条件下，以如式(II)所示的喹啉为原料、以PD为催化剂，在20℃～110℃温度下进行催化加氢反应，直至氢气压力不再下降，放空氢气至压力为2个大气压，然后搅拌升温至140℃～300℃进行异构化反应，反应时间为1～4小时，反应结束后，反应产物后处理得到5，6，7，8-四氢喹啉；所述PD催化剂按照如下方法制备钯负载量为5wt％的钯碳催化剂加入盐酸盐水溶液中，搅拌加热至10～50℃，再加入等当量的碳酸氢盐溶液，搅拌1～4小时后过滤，滤饼洗涤，干燥，得PD催化剂；所述盐酸盐为下列之一CuCl2、ZnCl2、FeCl2或FeCl3；所述碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾；
2、如权利要求1所述的5,6，7,8-四氢查啉的合成方法，其特征在于所述的方法按如下步骤进行在密闭反应容器中，如式(II)所示的喹啉在PD催化剂的存在下，通入氢气至反应压力为8~12个大气压，在2(TC 110。C温度下，搅拌进行催化加氢反应，直至氢气压力不再下降，放空氢气至压力为2个大气压，然后搅拌升温至140°C ~300°C进行异构化反应，反应时间为1~4小时，反应结束后，反应产物后处理得到5,6,7,8-四氬会啉；所述喹啉和PD催化剂的质量之比为1:0.01 0.1。
3、 如权利要求1或2所述的5，6,7，8-四氢喹啉的合成方法，其特征在于所述催化加氬反应的温度为60°C ~70°C。
4、 如权利要求l或2所述的5,6,7,8-四氢喹啉的合成方法，其特征在于所述异构化反应的温度为160°C ~ 170°C,反应时间为2小时。
5、 如权利要求2所述的5，6，7,8-四氢全啉的合成方法，其特征在于所述奮啉和PD催化剂的质量之比为1: 0.02 0.05。
6、 如权利要求1所述的5，6,7,8-四氢喹啉的合成方法，其特征在于所述盐酸盐水溶液的浓度为l~10mol/L。
7、 如权利要求1所述的5,6，7,8-四氢喹啉的合成方法，其特征在于所述钯负载量为5wt %的钯碳催化剂的加入量以盐酸盐的物质的量计为50~200g/mol。
8、 如权利要求1所述的5,6，7，8-四氢喹啉的合成方法，其特征在于所述碳酸氢盐溶液的浓度为0.5~1.9 mol/L。
9、 如权利要求1或2所述的5,6,7,8-四氢喹啉的合成方法，其特征在于所述反应产物后处理步骤为反应结束后，反应产物冷却，过滤，滤液减压蒸馏得5，6,7,8-四氢喹啉。
10、 如权利要求9所述的5,6，7，8-四氢查啉的合成方法，其特征在于所述的减压蒸馏在相对真空度为0.72kPa下进行，收集78 ~ 80。C馏分得5,6,7,8-四氢喹啉。
全文摘要
本发明公开了一种如式(I)所示的5，6，7，8-四氢喹啉的合成方法以如式(II)所示的喹啉为原料、以PD为催化剂，在20℃～110℃温度下进行催化加氢反应，直至氢气压力不再下降，放空氢气至压力为2个大气压，然后搅拌升温至140℃～300℃进行异构化反应，反应时间1～4小时，反应结束后，反应产物后处理得到5，6，7，8-四氢喹啉；所述PD催化剂按照如下方法制备钯负载量为5wt％的钯碳催化剂加入盐酸盐水溶液中，搅拌加热至10～50℃再加入等当量的碳酸氢盐溶液，搅拌1～4小时后过滤，滤饼洗涤，干燥，得PD催化剂。本发明采用具有特殊选择性的自制催化剂PD，使得加氢反应和异构反应连续化，反应温度大幅降低，减少了物料损失与能耗，产率大为提高。
文档编号B01J23/44GK101544601SQ20091009803
公开日2009年9月30日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者张习坤, 李小玲, 顾海宁 申请人:浙江大学