[发明专利]一种哌嗪基碳捕集剂的合成方法

说明书

本发明提供了一种哌嗪基碳捕集剂的合成方法，涉及有机合成技术领域。以环氧烷烃、兼具伯胺基仲胺基的N‑胺烷基哌嗪为原料，以脂肪酮为N‑胺烷基哌嗪的伯胺基保护剂，通过脂肪酮与N‑胺烷基哌嗪的伯胺发生取代反应生成N‑胺烷基哌嗪中间体，实现伯胺基的选择性保护；中间体与环氧烷烃发生亲核加成反应，生成伯胺基保护的羟烷基哌嗪中间体；以水为脱保护剂，与伯胺基保护的羟烷基哌嗪中间体发生水解反应，生成羟烷基胺烷基哌嗪溶液。经分离精制、均质复配，制得羟烷基胺烷基哌嗪碳捕集剂。本发明所述方法目标产物平均收率85%以上，纯度98%以上，反应可控，伯胺基保护剂可循环利用。

技术领域

本发明涉及有机合成技术领域，尤其涉及一种哌嗪基碳捕集剂的合成方法。

背景技术

1-羟烷基-4-胺烷基哌嗪作为一种用于捕集烟气中CO₂的可再生有机胺碳捕集剂，具有优良的CO₂吸收/解吸综合性能。但关于该类有机胺的合成方法少有报道，且已报道的合成方法产率较低、成本较高，不适合大规模工业生产。专利CN108947985A公开了用作自噬调节剂的化合物及其制备方法和用途，其中采用2-(2-溴乙基)异二氢吲哚-1，3-二酮和N-羟乙基哌嗪为原料，以碳酸钾的乙腈溶液为溶剂，经混合反应、过滤、浓缩及柱层析分离纯化后制备得到1-(2-羟乙基)-4-(2-胺乙基)哌嗪，产率为57％。

当以N-胺烷基哌嗪和环氧烷烃为原料制备1-羟烷基-4-胺烷基哌嗪时，由于N-胺烷基哌嗪的三个胺基中有一个伯胺基和一个仲胺基均可与环氧烷烃发生反应，副产物较多导致最终产率较低。因此，采用适当的伯胺基保护方法定向控制仲胺基发生反应是十分必要的。常用的胺基保护方法有Boc/Cbz/Ac等，但该类保护剂存在对于伯、仲胺基的保护不具有选择性，且保护剂难以回收利用等问题，无法实现大规模应用。

发明内容

为了解决目标产物产率低及胺基保护剂价格昂贵、消耗量大且不可回收利用的问题，本发明提供一种哌嗪基碳捕集剂的合成方法及其应用。利用羰基和伯胺间的取代反应，在多胺基存在的情况下，选择性保护伯胺，来提高目标产物的选择性和收率。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

首先，将N-胺烷基哌嗪和脂肪酮进行混合，发生取代反应，得到伯胺基保护的N-胺烷基哌嗪中间体，后向N-胺烷基哌嗪中间体中加入极性溶剂和环氧烷烃发生加成反应得到羟烷基哌嗪中间体，再向羟烷基哌嗪中间体中加水，发生水解反应得到羟烷基胺烷基哌嗪粗产物，后经分离精制纯化得到羟烷基胺烷基哌嗪，再经复配后可得到哌嗪基碳捕集剂。

所述N-胺烷基哌嗪、脂肪酮、环氧烷烃和羟烷基胺烷基哌嗪分别具有如化合物A、化合物B、化合物C和化合物D所示结构：

所述化合物A、B、C和D中R¹为亚甲基、亚乙基、亚丙基或亚丁基；R²为H质子、甲基、乙基、正丙基或异丙基；R³为C1～C3烷基，R⁴为C3～C6烷基。优选的，R³为甲基或乙基；R⁴为异丙基或异丁基；

本发明所述单端基保护合成方法的具体操作步骤为：

(1)取代反应：在室温搅拌下，将N-胺烷基哌嗪缓慢加入到脂肪酮溶液中，控制N-胺烷基哌嗪(化合物A)与脂肪酮(化合物B)的摩尔比为1：0.5～5，持续反应2h得到含有伯胺基保护的胺烷基哌嗪中间体的反应溶液，具体反应方程式如下所示：

所述搅拌方式、滴加方式和反应容器不做具体限制，为本领域技术人员熟知的方式即可。

优选的，所述N-胺烷基哌嗪与脂肪酮的摩尔比为1：1～1.5。