专利名称：吡嗪化合物的制备方法
技术领域：
本发明涉及通过在气相中二胺化合物与二醇化合物的催化反应制备吡嗪化合物的方法。
上述吡嗪化合物可用作香料，药用化学品和农用化学品的中间体。
作为通过在气相中二胺化合物与二醇化合物的催化反应制备吡嗪化合物的方法的例子，JP-A-54-132588公开了在主要由氧化锌组成的催化剂的存在下，通过在气相中乙二胺与丙二醇的催化反应制备2-甲基吡嗪的方法。但是，由于该方法需要高达470-480℃的反应温度因而该方法不是令人满意的吡嗪工业制法，并且在上述反应温度下2-甲基吡嗪的最高产率只有64％。
本发有的目的是提供一种在较低的温度下，以较高的产率，使用二胺化合物和二醇化合物作为原料，制备吡嗪化合物的方法。
作为广泛研究的结果，本发明者已经发现在含氢处理的银的催化剂的存在下。气相中的二胺化合物和二醇化合物的催化反应可在较低的反应温度下，以较高的产率进行，制备吡嗪化合物。因此，完成了本发明。另外本发明者还发现，在含未用氢处理的银和至少一种选自碱金属，碱土金属，锌和镧系元素的元素的催化剂存在下，气相中的二胺化合物和二醇化合物的催化反应可在较低的反应温度下，以较高的产率进行，制备吡嗪化合物。
因此，本发有涉及式(3)的吡嗪化合物(下文中称为吡嗪化合物(3)) 的制备方法，其中R1，R2，R3和R4，相同或不同，表示氢原子或低级烷基其中包括在含氢处理的银的催化剂的存在下，气相中的式(1)的二胺化合物(下文中称为二胺化合物(1)) 其中R1和R2定义如上，与式(2)的二醇化合物(下文中称为二醇化合物(2)) 其中R3和R4定义如上，的催化反应。
本发明也涉及吡嗪化合物(3)的制备方法，其中包括在含银和至少一种选自碱金属，碱土金属，锌和镧系元素的元素的催化剂存在下，气相中的二胺化合物(1)与二醇化合物(2)的催化反应。
下面更详细地描述本发明的吡嗪化合物(3)的制备方法。
在本发明使用二胺化合物(1)中，取代基R1和R2相同或不同，表示氢原子或低级烷基。低级烷基的例子包括具有1到4个碳原子的烷基，特别是甲基，乙基，n-丙基，异丙基，n-丁基，异丁基，仲丁基和叔丁基。二胺化合物(1)的特例非限制性地包括乙二胺，1，2-二氨基丙烷，1，2-二氨基丁烷和2，3-二氨基丁烷。
在二醇化合物(2)中，R3和R4相同或不同，表示氢原子或低级烷基。低级烷基的例子包括与在二胺化合物(1)中所述的R1和R2相同的基团。二醇化合物(2)的特例非限制性地包括乙二醇，丙二醇，1，2-丁二醇，2，3-丁二醇，1，2-戊二醇，1，3-戊二醇，1，2-己二醇和3，3-二甲基-1，2-丁二醇。
按照本发明的方法制备的吡嗪化合物(3)的例子非限制性地包括吡嗪，2-甲基吡嗪，2-乙基吡嗪，2-丙基吡嗪，2-丁基吡嗪，2，3-二甲基吡嗪，2，5-二甲基吡嗪，2，6-二甲基吡嗪，2，3，5-三甲基吡嗪，2，3-二甲基-5-乙基吡嗪和2，3，5，6-四甲基吡嗪。
在本发明中，当二胺化合物(1)与二醇化合物(2)在气相中进行催化反应时，使用含氢处理的银催化剂的催化剂(下文中称银催化剂(a))或含可以不被氢处理的银和至少一种选自碱金属，碱土金属，锌和镧系元素的催化剂(下文中称银催化剂(b))。
银催化剂(a)的活性组分并不特别地限于氢处理的银。
在本发明的银催化剂(a)中，氢处理的银通常附着在载体上。载体通常为至少一种选自氧化铝，氧化锆和碳化硅的载体，其中优选氧化铝或氧化锆。
当本发明的银催化剂(a)为一种具有附着在载体上的氢处理的银的催化剂时，氢处理的银的附着量无特别的限制，通常为催化剂的1-50％重量比，优选2-30％重量比。
甚至如果本发明使用的银催化剂(a)由氢处理的银单独组成，它也可另人满意地作用。但是，当银催化剂(a)包含至少一个作为另外的构成元素的碱金属，碱土金属，锌和镧系元素时，吡嗪(3)的产率将增加。另外，当银催化剂(a)中氢处理的银和上述另外的构成元素附着在载体，优选氧化铝或氧化锆上时，吡嗪(3)的产率将进一步增加。当本发明银催化剂包含上述另外的构成元素时，上述另外的构成元素优选地包含于氧化物的形式中。
当本发明的银催化剂(a)中的氢处理的银和上述另外的构成元素附着在载体上时，另外的构成元素的附着量无特别的限制，如果所述构成元素为碱金属，碱土金属或镧系元素时，一般为0.01-10％重量比，优选0.1-5％重量经的催化剂，或者，当所述构成元素为锌时，为0.5-20％重量比，优选1-15％重量比的催化剂。
用氢处理至少含有银的催化剂(下文中称为银催化剂(c))可得到本发明的银催化剂(a)。银催化剂(c)可包含银催化剂(a)中的上述另外的构成元素。即，银催化剂(b)为银催化剂(c)的特例。用于制备银催化剂(c)的银或上述另外的构成元素的原材料包括金属和含该元素的化合物，如下文所例举的。含该元素的化合物无特别的限制，可以为便于制备催化剂的任何化合物。
银化合物的例子包括硝酸银和氯化银。碱金属或碱土金属化合物的例子包括锂，钠，钾，铯，铷，镁，钙或钡的氯化物，氢氧化物，硝酸盐和硫酸盐。锌化合物的例子包括锌的氧化物，硝酸盐和硫酸盐。镧系元素化合物的例子包括镧，铈，钕或钐的氯化物，氢氧化物，硝酸盐和硫酸盐。
可按催化剂制备领域技术人员已知的方法制备银催化剂(c)。当银催化剂(c)中至少银附着在至少一种选自氧化铝，氧化锆和碳化硅的载体上时，可按例如，下述方法制备银催化剂(c)将粉末状的载体加入含有银原料化合物和非强制性含有另外的构成元素原料化合物的液体中，并将所得混合物浓缩，干燥并煅烧，或者将载体浸渍在上述液体中，并将所得至少含有银化合物的载体干燥并煅烧等。
可按，例如，下述方法将上述方法制备的银催化剂(c)进行氢处理将银催化剂(c)装入反应器中并使被非强制性地稀释的氢处理剂与填装在反应器中的银催化剂(c)接触。氢气或能产生氢气的化合物都可用作氢处理剂。能产生氢气的化合物指可分解产生氢气与银催化剂(c)接触的化合物。任何这类化合物都可被使用，其例子非限制性地包括，甲醛。稀释剂的优选例子包括惰性气体如蒸汽和氮气。
用氢气处理银催化剂(c)的温度无特别的限制，通常为250-450℃，优选300-400℃。当氢气用作氢处理剂时，氢处理剂的进料速率通常为每1ml银催化剂(c)0.1-10ml/分钟，优选每1ml银催化剂(c)0.3-5ml/分钟。当甲醛用作氢处理剂时，甲醛按这样的方式进料，即产生氢气的量与使用氢气时的量相同，这是因为1mole甲醛产生1mole氢气。当使用稀释剂中，稀释剂的量无特别的限制通常为每1mole氢处理剂0.1-10mole，优选每1mole氢处理剂0.2-8moles。在氢处理剂加入反应器时，可在银催化剂(c)填装区观察到氢处理银催化剂(c)时热的产生，氢处理完成后便观察不到该热的产生。因此，氢处理结束的时间为银催化剂(c)填装区热产生停止的时间，但通常将氢处理剂的进料再持续数分钟。
按照本发明，通常通过将二胺化合物(1)和二醇化合物(2)的混合气体加入装有银催化剂(a)或银催化剂(b)的反应器中完成吡嗪化合物(3)的制备。该混合气体可非限强制性地与作为稀释剂的惰性气体一起进料。二胺化合物(1)和二醇化合物的比率无特别的限制，通常为每1mole二胺化合物(1)使用0.3-10mole，二醇化合物(2)，优选每1mole二胺化合物(1)使用0.5-3mole二醇化合物(2)。稀释剂的优选例子包括惰性气体如蒸汽和氮气。当使用稀释剂时，其用量通常为每1mole二胺化合物(1)使用0.1-10mole。
与氢处理相同，制备吡嗪化合物(3)的反应温度通常为250-450℃，优选300-400℃。如果反应温度低于250℃，原料二胺化合物(1)和二醇化合物(2)的转化率以及吡嗪化合物(3)的产率都会降低。如果温度高于450℃，原料的转化率可以升高，但吡嗪化合物(3)的产率却降低。二胺化合物(1)，二醇化合物(2)和非强制性地存在的稀释剂组成的混合气体的进料速率通常为100-5,000Hr-1，优选100-3000Hr-1，空间速度(下文中称SV)。
银催化剂(a)或银催化剂(b)可与能在气相中促进二胺化合物(1)和二醇化合物(2)之间的脱水-环化反应或脱水-环化反应产物的进一步的部分脱氢反应的其他催化剂(下文中称催化剂A)结合使用。当银催化剂(a)或银催化剂(b)与催化剂A结合使用时，在混合气体中，每含1mole二胺化合物(1)时，通常含有0.3-10mole，优选0.5-3mole-二醇，以及通常含有0.1-10mole非强制性的稀释剂，该混合气体通常以100-5,000Hr-1，优选100-3000Hr-1的SV， 被送入首先装有银催化剂(a)或银催化剂(b)并在其上装有催化剂A的反应器中。该混合气体可与通常保持在250-450℃，优选在300-400℃的催化剂A接触，产生二胺(1)和二醇(2)的脱水化产物或脱水环化产物的部分脱氢产物，含有这些产物的反应气体然后以上述SV与保持上述反应温度的银催化剂(a)或银催化剂(b)接触，产生吡嗪化合物(3)。
上述二胺化合物(1)和二醇化合物(2)的脱水-环化产物为下式的哌嗪化合物 其中R1，R2，R3和R4定义如上，而上述部分脱氢产物为上述哌嗪化合物的部分脱氢产物，或者，换一种说法，为二氢吡嗪化合物或四氢吡嗪化合物。
催化剂A包括用于通过二胺化合物(1)与二醇化合物(2)在气相中的催化反应制备吡嗪化合物(3)的已知催化剂。已知的催化剂A为主要包含氧化锌的催化剂。术语“主要包含氧化锌”指在催化剂中包含40％重量比或更多的氧化锌。
下面描述本发明方法的优选方案的例子。
将附着在载体上的含有银和至少一种选自碱金属，碱土金属，锌和镧系元素的元素的催化剂装入反应器中并将催化剂装入区域的温度升至上述氢处理温度，同时非强制性地将用于氢处理的稀释剂导入反应器中。然后，将含有气处理剂以及非强制性的稀释剂的气体以上述的进料速率导入，进行氢处理。
氢处理完全后，停止加入氢处理剂，在保持上述反应温度的情况下，以上述SV，使二胺化合物(1)，二醇化合物(2)以及非强制性的稀释剂的混合气与氢处理的银催化剂(a)接触，制备吡嗪化合物(3)。
根据本发明，通常在大气压下，也可在减压或加压下，进行吡嗪化合物(3)的制备。
可将按本发明方法制备的含吡嗪化合物(3)的气体导入合适的吸收剂中以收集吡嗪化合物(3)，可将所得溶液蒸发以分离吡嗪化合物(3)。
实施例这里将以实施例的方式更详细地说明本发明，不应该将这些实施例看作是本发明范围的限制。
在这些实施例中，按下列定义计算转化率和产率。
转化率(％)＝(反应了的二胺化合物(1)(mole)/进料的二胺化合物(1)(mole)×100产率(％)＝(产物(mole)/进料的二胺化合物(1)(mole)×100实施例1银催化剂的制备在4.72g硝酸银于35ml去离子水中形成的溶液中浸入球形氧化铝(Sumitomo Chemical Co.，Ltd.，制备的NKHO-24)以使硝酸盐溶液在球形氧化铝中渗透。将含有硝酸银的球形氧化铝在130℃干燥并在450℃煅烧5小时，得到载有银的球形氧化铝(下文中称为银催化剂1)。银催化剂1具有催化剂10％重量比的银含量。
在下列方法中使用制备出的银催化剂1制备2-甲基吡嗪。
2-甲基吡嗪的制备在内径为14.8mm的Pyrex反应器中装入23ml银催化剂1并将管中装有催化剂的部分加热使其温度保持在360℃。使由氢气和氮气组成的混合气体(氢气∶氮气的混合(molar)比＝5∶3)以80ml/分钟的速率进料30分钟，进行银催化剂1的氢处理。得到含氢处理银的催化剂。氢气进料停止后，使1，2-乙二胺，1，2-丙二醇，水和氮气的混合气体(乙二胺∶丙二醇∶水，氮气的混合(摩尔)比＝1∶1.2∶0.93∶0.7)以450Hr-1的SV通过装有催化剂的部分，以完成反应。反应开始一小时后，用水吸收气体产物10分钟。将收集到的溶液作气相色谱分析。结果显示转化率为100％，乙一甲基吡嗪的产率为69％。
实施例2银催化剂的制备重复实施例1的步骤，只是除硝酸银外将0.94g硝酸镧六水合物也溶于去离子水并将球形氧化铝的量变为26.7g，得到载有银和氧化镧的球形氧化铝(下文中称为银催化剂2)。银催化剂2中银和镧的含量分别为10％重量比和1％重量比。
2-甲基吡嗪的制备除用银催化剂2代替银催化剂1外，重复实施例1的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为81％。
实施例3银催化剂的制备重复实施例1的步骤，只是除硝酸银外将6.81g硝酸锌六水含物也溶于去离子水中并将球形氧化铝的量变为25.5g，得到载有银和氧化锌的球形氧化铝(下文中称为银催化剂3)。银催化剂3中银和锌的含量分别为10％重量比和5％重量比。
2-甲基吡嗪的制备除用银催化剂3代替银催化剂1外，重复实施例1的步骤，制备2-甲基吡嗪，转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为82％。
实施例4银催化剂的制备重复实施例1的步骤，只是除硝酸银外将0.94g硝酸镧六水合物和6.81g硝酸锌六水合物也溶于去离子水中并将球形氧化铝的量变为25.2g，得到载有银，氧化镧和氧化锌的球形氧化铝(下文中称银催化剂4)。银催化剂4中银，镧和锌的含量分变为10％重量比，1％重量比和5％重量比。
2-甲基吡嗪的制备除用银催化剂4代替银催化剂1外，重复实施例1的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为88％。
实施例5银催化剂的制备重复实施例4的步骤，只是将硝酸锌六水合物的量变为20.43g，球形氧化铝的量变为22.2g，得到载有银，氧化镧和氧化锌的球形氧化铝(下文中称为银催化剂5)。银催化剂5中银，镧和锌的含量分别为10％重量比，1重量比和15％重量比。
2-甲基吡嗪的制备除用银催化剂5代替银催化剂1外，重复实施例1的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为86％。
实施例6银催化剂的制备重复实施例2的步骤，只是用0.78g硝酸钾代替0.94g硝酸镧六水合物，制备载有银和氧化钾的环形氧化铝(下文中称银催化剂6)。银催化剂6中银和钾的含量分别为10％重量比和1％重量比。
2-甲基吡嗪的制备除用银催化剂6代替银催化剂1外，重复实施例1的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为78％。
实施例7银催化剂的制备重复实施例2的步骤，只是用3.16g硝酸镁六水合物代替0.94g硝酸镧六水合物，制备载有银和氧化镁的球形氧化铝(下文中称银催化剂7)。银催化剂7中的银和氧化镁的含量分别为10％重量比和1％重量比。
2-甲基吡嗪的制备除用银催化剂7代替银催化剂1外，重复实施例1的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为81％。
实施例82-甲基吡嗪的制备除不进行氢处理外，重复实施例2的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为65％。
实施例92-甲基吡嗪的制备除不进行氢处理外，重复实施例3的步骤，制备2-甲基吡嗪，转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为67％。
实施例102-甲基吡嗪的制备除不进行氢处理外，重复实施例4的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为73％。
实施例112-甲基吡嗪的制备除不进行氢处理外，重复实施例5的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为72％。
实施例122-甲基吡嗪的制备除不进行氢处理外，重复实施例6的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为63％。
实施例132-甲基吡嗪的制备除不进行氢处理外，重复实施例7的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为100％，2-甲基吡嗪的产率为65％。
比较例1催化剂的制备重复实施例1的步骤，只是用5.40g硝酸锌六水合物代替4.72g硝酸银，将球形氧化铝的量变为22.8g，得到载有氧化锌的球形氧化铝(在下文中称为催化剂A1)。催化剂A1中锌的含量为5％重量比。
2-甲基吡嗪除了用催化剂A1代替银催化剂1外，重复实施例1的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为94％，2-甲基吡嗪的产率为7％。主要产物2-甲基二氢吡嗪的产率为43％。
比较例2催化剂的制备重复比较例1的步骤，只是除硝酸锌六水合物外，将0.75g硝酸镧六水合物也溶于去离子水中，并且将球形氧化铝的量变为22.56g，得到载有氧化镧和氧化锌的球形氧化铝(下文中称为催化剂A2)。催化剂A2中镧和锌的含量分别为1％重量比和5％重量比。
2-甲基吡嗪的制备除用催化剂A2代替银催化剂1外，重复实施例1的步骤，制备2-甲基吡嗪。转化率为95％，2-甲基吡嗪的产率为7％。2-甲基二氢吡嗪的产率为44％。
实施例142-乙基吡嗪的制备重复实施例2，只是用1，2-二氨基丁烷代替1，2-乙二胺，用1，2-乙二醇代替1，2-丙二醇，不使用水，以及混合气体的混合(molar)比变为1，2-二氨基丁烷∶1，2-乙二醇∶氮气＝1∶1.2∶0.7，制备2-乙基吡嗪，转化率为100％，2-乙基吡嗪的产率为69％。
实施例152，3-二甲基吡嗪的制备重复实施例2，只是用2，3-丁二醇代替1，2-丙二醇，不使用水，以及混合气体的混合(molar)比变为1，2-乙二胺∶2，3-丁二醇∶氮气＝1∶1.2∶0.7，制备2，3-二甲基吡嗪。转化率为100％，2，3-二甲基吡嗪的产率为72％。
权利要求
1.一种制备通式(3)的吡嗪化合物 其中R1，R2，R3和R4，相同或不同，表示氢原子或低级烷基，的方法，其中包括在含氢处理的银的催化剂的存在下，气相中的式(1)的二胺化合物 其中R1和R2定义如上，与式(2)的二醇化合物 其中R3和R4定义如上，的催化反应。
2.根据权利要求1的方法，其中含氢处理的银的催化剂为含有附着在至少一种选自氧化铝，氧化锆和碳化硅的载体上的氢处理的银的催化剂。
3.根据权利要求1或2的方法，其中含氢处理的银的催化剂另外还含有至少一种选自碱金属，碱土金属，锌和镧系元素的元素。
4.一种制备式(3)的吡嗪化合物 其中R1，R2，R3和R4，相同或不同，表示氢原子或低级烷基，的方法，其中包括在含银和至少一种选自碱金属，碱土金属，锌和镧系元素的元素的催化剂的存在下，气相中的式(1)的二胺化合物 其中R1和R2定义如上，与式(2)的二醇化合物 其中R3和R4定义如上，的催化反应。
5.根据权利要求4的方法，其中银和至少一种选自碱金属，碱土金属，锌和镧系元素的元素附着于至少一种选自氧化铝，氧化锆和碳化硅的载体上。
全文摘要
一种制备通式(3)的吡嗪化合物其中R
文档编号B01J23/50GK1150150SQ9611224
公开日1997年5月21日 申请日期1996年7月20日 优先权日1995年8月4日
发明者小路孝幸, 中石彻, 三方雅文 申请人:广荣化学工业株式会社