2,5-二甲基吡嗪的制备方法
阅读说明：本技术 2,5-二甲基吡嗪的制备方法 (Preparation method of 2, 5-dimethyl pyrazine ) 是由 陈国华 郭文杰 曹振力 董新波 田晓波 于 2021-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种2,5-二甲基吡嗪的制备方法,包括：将2,5-二甲基哌嗪的水溶液预热后,在以氧化铝为载体的银-铂-钯复合型催化剂的催化作用下,在氢气环境中进行脱氢反应,其中,脱氢反应的反应温度为130℃～180℃；脱氢反应完成后进行冷凝和分离,并在脱水后通过常压精馏得到2,5-二甲基吡嗪。通过本发明的技术方案,采用一步反应,可连续化生产,工艺简单,收率达到90%以上,且副产物为氢气,易于分离,适宜工业化大规模制备,大幅提高了制备2,5-二甲基吡嗪的效率。(The invention discloses a preparation method of 2, 5-dimethyl pyrazine, which comprises the following steps: preheating an aqueous solution of 2, 5-dimethylpiperazine, and carrying out dehydrogenation reaction in a hydrogen environment under the catalytic action of a silver-platinum-palladium composite catalyst taking alumina as a carrier, wherein the reaction temperature of the dehydrogenation reaction is 130-180 ℃; after the dehydrogenation reaction is finished, condensation and separation are carried out, and 2, 5-dimethyl pyrazine is obtained through normal pressure rectification after dehydration. According to the technical scheme, one-step reaction is adopted, continuous production can be realized, the process is simple, the yield is over 90%, the byproduct is hydrogen, the separation is easy, the method is suitable for industrial large-scale preparation, and the efficiency of preparing the 2, 5-dimethylpyrazine is greatly improved.)
技术领域
本发明涉及精细化工技术领域，尤其涉及一种2,5-二甲基吡嗪的制备方法。
背景技术
2 ,5-二甲基吡嗪系无色至淡黄色液体，具有炒花生香气和巧克力、奶油气味，有烤马铃薯味道。2 ,5-二甲基吡嗪的沸点为155℃，闪点为54℃，混溶于水和有机溶剂。目前国内市场烷基类吡嗪只有2,3-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪等少数几个品种的香料投放市场，而且价格很高，大多数此类香料目前国内仍处在空白状态。为了使食品加工后能保持原有的香气，或使人造食品更逼近天然食品，努力研发吡嗪类调香剂是一条重要途径。尤其2,5-二甲基吡嗪还可作为合成格列吡嗪、阿西莫司和5-甲基吡嗪-2-羧酸甲酯等新型药物的中间体以及5-甲基吡嗪-2-羧酸的重要合成原料，其制备新方法的研究和探索更具有重大的应用价值。
该品能随水蒸气挥发，国标GB-2760-1996规定为允许使用的食品用香精。主要用于配制可可、咖啡、肉类、坚果和马铃薯等香型的香精，还可用于染料及制药工业。
现有的制备方法多采用卤代酮作为原料，操作条件要求比较高，而且副产物较多，难以分离，生产成本相对较高，收率也比较低。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种2,5-二甲基吡嗪的制备方法，以2,5-二甲基哌嗪为原料，采用以氧化铝为载体的银-铂-钯复合型催化剂，通过连续式气固相催化脱氢反应制备得到2,5-二甲基吡嗪。采用一步反应，可连续化生产，工艺简单，收率达到90%以上，且副产物为氢气，易于分离，适宜工业化大规模制备，大幅提高了制备2,5-二甲基吡嗪的效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种2,5-二甲基吡嗪的制备方法，包括：将2,5-二甲基哌嗪的水溶液预热后，在以氧化铝为载体的银-铂-钯复合型催化剂的催化作用下，在氢气环境中进行脱氢反应，其中，所述脱氢反应的反应温度为130℃～180℃；所述脱氢反应完成后进行冷凝和分离，并在脱水后通过常压精馏得到2,5-二甲基吡嗪。
在上述技术方案中，优选地，所述2,5-二甲基哌嗪的水溶液中，2,5-二甲基哌嗪与水的质量比为6:4。
在上述技术方案中，优选地，所述氢气环境采用循环式氢气进行连续式反应，且所述脱氢反应产生的氢气及时放空，循环氢气的压力保持在0.15MPa。
在上述技术方案中，优选地，所述2,5-二甲基哌嗪的水溶液经汽化器预热后，输入所述管式反应器中进行脱氢反应，并在脱氢反应完成后经冷凝器进行冷凝、经分离器进行分离。
在上述技术方案中，优选地，所述冷凝器的冷却水温控制在28℃～32℃。
在上述技术方案中，优选地，所述常压精馏过程在155℃环境下得到2,5-二甲基吡嗪。
在上述技术方案中，优选地，所述催化剂的填装量为1700克，所述2,5-二甲基哌嗪的水溶液以50ml/h的速度输入氢气环境中进行脱氢反应。
在上述技术方案中，优选地，常压精馏后剩余的2,5-二甲基哌嗪作为原料返回并循环进行脱氢反应。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：以2,5-二甲基哌嗪为原料，采用以氧化铝为载体的银-铂-钯复合型催化剂，通过连续式气固相催化脱氢反应制备得到2,5-二甲基吡嗪。采用一步反应，可连续化生产，工艺简单，收率达到90%以上，且副产物为氢气，易于分离，适宜工业化大规模制备，大幅提高了制备2,5-二甲基吡嗪的效率。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面对本发明做进一步的详细描述：
根据本发明提供的一种2,5-二甲基吡嗪的制备方法，包括：将2,5-二甲基哌嗪的水溶液预热后，在以氧化铝为载体的银-铂-钯复合型催化剂的催化作用下，在氢气环境中进行脱氢反应，其中，脱氢反应的反应温度为130℃～180℃；脱氢反应完成后进行冷凝和分离，并在脱水后通过常压精馏得到2,5-二甲基吡嗪。
在该实施例中，以2,5-二甲基哌嗪为原料，采用以氧化铝为载体的银-铂-钯复合型催化剂，通过连续式气固相催化脱氢反应制备得到2,5-二甲基吡嗪。采用一步反应，可连续化生产，工艺简单，收率达到90%以上，且副产物为氢气，易于分离，适宜工业化大规模制备，大幅提高了制备2,5-二甲基吡嗪的效率。
具体地，以2,5-二甲基哌嗪制备2,5-二甲基吡嗪的反应式为：
在上述实施例中，优选地，2,5-二甲基哌嗪常温下为固体，因此在反应前需要加入一定比例的水制备形成溶液。2,5-二甲基哌嗪的水溶液中，2,5-二甲基哌嗪与水的质量比为6:4。
在上述实施例中，优选地，氢气环境采用循环式氢气进行连续式反应，且脱氢反应产生的氢气及时放空，循环氢气的压力保持在0.15MPa。
在上述实施例中，优选地，2,5-二甲基哌嗪的水溶液经汽化器预热后，输入管式反应器中进行脱氢反应，并在脱氢反应完成后经冷凝器进行冷凝、经分离器进行分离。其中，优选地，冷凝器的冷却水温控制在28℃～32℃。
在上述实施例中，优选地，常压精馏过程在155℃环境下得到2,5-二甲基吡嗪，在该温度下，能够得到纯度99%以上的2,5-二甲基吡嗪。
在上述实施例中，优选地，2,5-二甲基哌嗪的进料速度根据催化剂的填装量进行制定，进料速度与催化剂的填装量成正比，如果催化剂的填装量为1700克，2,5-二甲基哌嗪的水溶液以50ml/h的速度输入氢气环境中进行脱氢反应。这种进料速度，使得2,5-二甲基哌嗪剩余不多，且能够充分利用催化剂的催化作用。
在上述实施例中，优选地，常压精馏后剩余的2,5-二甲基哌嗪作为原料返回并循环进行脱氢反应，实现原料的重复利用，减少副产。
根据上述实施例公开的2,5-二甲基吡嗪的制备方法，以下通过具体的实施例对该制备方法进行具体说明。
取2,5-二甲基哌嗪600g，加水400g，混合成溶液，作为原料备用；将1700g催化剂装入反应器中，先用氮气置换反应系统，再用氢气对反应系统进行置换。然后对汽化器和反应器进行加热升温，当汽化器和反应器的工作温度都升至130℃～180℃之间时，开始输入原料。原料的进料速度保持在50ml/h。保持反应系统中的循环气为氢气，循环气的压力控制在0.15Mpa。脱氢反应产生的氢气及时放空，并保持冷却水的温度在30℃左右对脱氢反应后的液态混合液进行冷凝和分离。收集分离器中放出的混合液，通过常压精馏，最终获得纯度99%以上的2,5-二甲基吡嗪。
具体地，通过不同组的实验，在不同的温度条件下进行反应，从分离器中得到的混合液的物质组分情况如下表所示：
反应温度
水
2,5-二甲基吡嗪
2,5-二甲基哌嗪
125℃
40.12%
48.51%
11.33%
130℃
39.92 %
58.58 %
1.43 %
140℃
40.12 %
58.53 %
1.33%
145℃
40.10 %
58.51 %
1.35 %
150℃
39.99 %
58.53 %
1.32 %
160℃
40.11%
58.51%
1.33%
170℃
39.98%
58.56%
1.30%
180℃
40.12%
58.54%
1.33%
185℃
40.11%
45.45%
0.12%
通过上述实验可知，将温度降低到125℃时，2,5-二甲基哌嗪的转化率明显降低；温度升高到185℃时有14.31%的其他物质生成，证明2,5-二甲基哌嗪裂解为其他物质，不利于2,5-二甲基吡嗪的制备。
将以上实验延长至720小时，试验数据变化不大，可以有效说明本发明制备方法的催化剂使用寿命长，有利于工业化生产的进行。
当增加2,5-二甲基哌嗪的进料速度时，以反应温度为180℃、催化剂填装量为1700g、进料量为55ml/h为例，所得的实验数据为：
反应温度
水
2,5-二甲基吡嗪
2,5-二甲基哌嗪
180℃
40.13%
50.63%
9.22%
根据该实验数据可知，如果2,5-二甲基哌嗪的进料速度过快，催化剂无法对输入过快的2,5-二甲基哌嗪进行有效转化，因此在反应完成后2,5-二甲基哌嗪剩余过多，不利于催化剂的充分利用。
综上可知，上述实施例公开的制备方法具有以下优点：
1、作为脱氢反应原料的2,5-二甲基哌嗪容易获得，而且2,5-二甲基哌嗪脱氢后都生成2,5-二甲基吡嗪，保证了高产率。
2、本发明制备方法的脱氢过程所使用的催化剂为银-铂-钯复合型催化剂，以氧化铝作为载体，有效的提高了催化剂的热稳定性，延长了催化剂的使用寿命，降低了脱氢的反应温度。
3、本发明采用的制备方法为连续式气固相催化脱氢反应，从而大幅提高了制备2,5-二甲基吡嗪的效率，具有很强的实用价值。
4、本发明制备方法为一步反应，可连续化生产，工艺简单，原料易得，副产氢气，适宜工业化规模制备2,5-二甲基吡嗪。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。