2,5-二甲基吡嗪的合成

张祚强

(齐鲁石化公司研究院，山东 淄博 255434)

2,5-二甲基吡嗪的合成

张祚强

(齐鲁石化公司研究院，山东 淄博 255434)

2，5-二甲基吡嗪，是重要医药和香料中间体。2，5-二甲基吡嗪呈刺鼻的炒花生香气和巧克力、奶油气味，是我国GB2760-86规定为允许使用的香精。主要用于配制可可、咖啡、肉类、坚果和马铃薯等香精。2，5-二甲基吡嗪又是制备5-甲基-吡嗪-2-羧酸的重要原料。5-甲基吡嗪-2-羧酸是一种合成Glypizide的中间体。这种物质在结构上与磺脲衍生物的最终合成有关，并用于治疗与胰岛素无关的糖尿病。同时也是合成降血脂的药阿西莫司的中间体。本方法研究以一异丙醇胺为原料合成2,5-二甲基吡嗪的气相合成方法。

2,5-二甲基吡嗪；5-甲基吡嗪-2-羧酸；阿西莫司

1 实验部分

1.1 合成2,5-二甲基吡嗪的几种技术路线比较

1.1.1 α-二胺和α-二酮缩合氧化法

此法是将1，2-丙二胺和α-羰基丙醛进行缩合，生成2，5-二甲基二氢吡嗪，再经空气氧化，制得2，5-二甲基吡嗪。反应方程式：

这种二步法生产吡嗪的缺点是如果第二步脱氢不完全则会由于缩合产物与吡嗪很难用物理方法分离而使产品带有不愉快气味，因此对脱氢催化剂和反应条件的要求较高，在工业上的应用逐渐减少。

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。反应方程式：

该反应路线短，工艺简单，但其选择性差，不能得到单一产物，产品分离提纯困难。

1.1.3 由含有活泼亚甲基的酮合成

用亚硝酸处理含有活泼亚甲基的酮，得到异亚硝基酮(I)，酮经氢气还原为α-氨基酮(II)，两分子II再脱水生成二氢吡嗪衍生物。由于此环不稳定，有很强的芳构化趋势，易于脱氢生成烷基吡嗪。反应方程式：

这种方法是常用的合成烷基吡嗪类物质的方法，但该反应步骤较多，从经济角度考虑，不适于大规模工业化生产。

1.1.4 烷基哌嗪为原料合成

烷基吡嗪类化合物可由烷基哌嗪类化合物在不预还原的锌催化剂上气相脱氢合成。该反应工艺路线较短，反应收率高，但原料不易得到，需要通过环合反应制备。反应方程式：

1.1.5 α-二胺和环氧丙烷合成

该合成方法是在脱水脱氢催化剂存在下进行的气固相接触催化反应。反应方程式：

该方法所用原料环氧丙烷廉价易得，但反应产物是2，5-二甲基吡嗪和2，6-二甲基吡嗪的混合物，产品分离难度较大。

1.1.6 α-二胺和α-二醇合成法

该方法原料价格低廉，易于得到，催化剂容易制备，反应路线短，工艺简单，有一定工业化价值。反应方程式：

1.1.7 烯醛铵盐合成法

在铵盐存在条件下，由丙烯醛在甘油加热中反应制得。该法收率较低。反应方程式：

1.1.8 由一异丙醇胺合成

以一异丙醇胺为原料，在催化剂作用下经气固相接触催化反应可制备2，5-二甲基吡嗪。反应方程式：

此方法反应步骤简单，反应条件容易控制，原料廉价易得，反应收率较高，反应副产物相对较少，采用简单的分离方法，可得到纯度99%以上，无色透明、气味柔和的高纯度产品，有一定的应用价值。

本方法采用以一异丙醇胺为原料，在催化剂作用下经气固相接触催化反应制备2，5-二甲基吡嗪，经分离提纯，可得香料级的2，5-二甲基吡嗪。该方法工艺相对简单，原料易得，易工业化生产。

1.2 实验原料

主要实验药品见表1。

表1 主要实验药品一览表

1.3 实验仪器

反应器采用管式固定床反应器。设备图如图1。

1 电源插座；2 调压器；3 温度控制器；4 流量计；5 计量泵；6 固定床反应器；7 电热夹套；8 热电偶；9 冷凝器；10 产品收集器；11 尾气捕采器图1 固定床反应器示意图

气相色谱仪：安捷伦7890A气相色谱仪，具氢火焰检测器，气化室温度250℃，检测器温度250℃，OV-1O1 50m×0.32mm×0.5μm色谱柱，柱温150℃，用于反应转化率及产品最终纯度的分析。采用标准物质定性。

1.4 实验步骤

1.4.1 合成路线

本实验合成路线是以一异丙醇胺为原料在催化剂作用下一步环合脱氢制备2，5-二甲基吡嗪。所得的反应产物采用水萃取、脱水、精馏方法分离，经分析产品纯度大于99%以上时，再进行产品脱色、熟化、冷冻结晶等方法，最后得香料级产品。

1.4.2 操作方法

在直径为20 mm的直管型固定床反应器中装入约40 g自制催化剂。开通氮气，检验实验装置的气密性。然后保证氮气的流量为100 mL/min，接通加热系统的电源，反应器温度360℃。打开氢气阀门，控制流量为100 mL/min，控制预热器温度为220～240℃，用纯氢气还原催化剂2 h后，将反应器温度降至240℃，然后通过计量泵及物料三通阀门开始加料，原料一异丙醇胺的流量为8～15 mL/h。每隔一段时间在取样器中对产品进行取样。

经过优化条件实验，找出了反应的最佳条件，并进行了寿命实验。

表2 催化剂寿命实验结果

由表2可看出，本实验的催化剂使用寿命较长，收率较好，且目前国内尚无此类型的催化剂应用。

1.5 产物分离

将反应所得物料按物料∶水=1∶1.5的比例，置于配精馏塔和冷凝器的三口烧瓶中加热蒸馏，控制塔顶温度(98℃)。得到水和目的产物的混合溶液。

将混合溶液置于配精馏塔和冷凝器的三口烧瓶中，加入脱水剂(约水量5倍)，控制塔顶(84.1℃)，将混合溶液中的水全部脱出，得纯有机相。

将有机相减压减压精馏，得纯度99%以上的目的产物。再将目的产物经过脱色、冷冻结晶、熟化等方法，最终可得到香料级产品。

2 结论

通过本实验可以看出，用一异丙醇胺气相合成2,5-二甲基吡嗪具有原料简单易得，合成步骤简单，常温常压反应，催化剂使用寿命长，产品纯度高，收率高等特点，目前此工艺已经在国内多家企业成功应用，为进一步开发5-甲基吡嗪-2羧酸的合成提供较为便宜的使用原料，具有强的应用前景。

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(本文文献格式：张祚强.2,5-二甲基吡嗪的合成[J].山东化工,2017,46(5):10-13.)

2017-01-19

张祚强(1965—)，男，山东烟台人，工程师，从事仪器分析工作。

TQ460.3

A

1008-021X(2017)05-0010-04