制备吡嗪类化合物的改进方法 本发明涉及制备吡嗪类化合物的改进方法。
吡嗪类化合物是一类具有爆米花、类可可、似榛子等香气的新型香料，已广泛用于饮料、糖果、肉类制品、烧烤制品及烟草等，也是合成医药、农药等的重要中间体。这类化合物的合成路线主要有：1)由α-二胺和α-二醇或烷氧基环氧乙烷环化缩合而成(JP昭55-50024)；2)由α-二胺和α-二酮制得二氢吡嗪衍生物，然后在醇溶液中催化脱氢制成(J.Agri.Food Chem.，1978，1176)。前者需在高温及特制的催化剂中进行，易产生不愉快气味的副产物，使产品不适于用作食品香料；后者产率较低，有时由于未反应的中间体混杂于产品中而产生不愉快气味及易使产品的色泽发黄降低产品的质量，且合成工艺采用的是独立操作的二步合成法，工艺流程相对较长，操作不简便，产品的生产成本相对较高。
本发明的目的是克服上述不足，提供了一种新的制备吡嗪类化合物的改进方法。
本发明以取代的α-二酮(I)和α-二胺为起始原料，经Shiff碱缩合环化，制得的二氢吡嗪衍生物(III)不必分离，直接加入碱和催化剂进行催化脱氢，从而“一锅”生成吡嗪类化合物(IV)。相应的合成路线如下：其中，R1、R2＝CH3、C2H5，-C3H6-、-C4H8-，或苯基；
R3、R4＝H、CH3、C2H5。
本发明采用一锅法生产吡嗪类化合物(IV)的工艺流程如下：
α-二酮+α-二胺→缩合→催化脱氢→浓缩
→萃取→干燥→蒸馏→精馏→产品
本发明中使用的α-二酮化合物包括丁二酮、戊二酮，环戊二酮、环己二酮和二苯酮等；α-二胺化合物包括乙二胺、丙二胺、丁二胺等。一锅法使用的溶剂为无水乙醇。
本发明催化脱氢中使用的碱为碱金属的氢氧化物，如氢氧化钾、氢氧化钠；催化剂为锰的氧化物，如二氧化锰。
本发明是将预先冷冻地α-二酮衍生物(I)的醇溶液滴加到-5-2℃的α-二胺的醇溶液中，两者的摩尔比为(I)∶(II)＝1∶1.01-1∶1.1；取代基的链烃越小，则滴加温度越低；滴加完后得到浆汁白色混合液自然升至室温，反应液澄清后可加热回流2小时，然后冷却至35℃以下即可进行催化脱氢，中间体二氢吡嗪衍生物(III)不必分离提纯。
本发明采用的催化脱氢试剂是碱金属氢氧化物和锰的氧化物。碱可选取氢氧化钾或氢氧化钠；催化剂可选取二氧化锰；它们与α-二酮(I)的摩尔比为(I)：碱∶二氧化锰＝1∶1∶2.5-1∶1∶3。加入强碱试剂的作用一方面是金属锰离子必须在强碱条件下才具有高氧化能力；同时亦使缩合后残存的有机胺对锰离子的毒副作用受到抑制；此外，在强碱条件下，锰离子可与碱金属离子产生协同效应，增加锰离子的催化能力。
本发明在催化脱氢过程中添加脱水剂。所述脱水剂可以是苯、甲苯和二甲苯等。由于芳烃、乙醇和水能形成沸点相对较低的恒沸点共沸物，从而使得体系中的水得以除去，促使整个反应平衡向着有利于生成吡嗪类化合物(IV)的方向移动。
本发明在具体实施中，缩合反应完成后冷却至35℃以下即可加入脱水剂、碱和氧化剂。脱氢反应在醇沸腾温度下进行，回流时间为4-8小时，其中优选6-8小时。同时蒸出适量的水共沸物。
本发明在后处理过程中采用将反应液冷却至40℃左右时即减压抽滤。浓缩滤液回收乙醇(回收的乙醇可重复使用)；浓缩液用饱和食盐水稀释；稀释液用适量的有机溶剂萃取，萃取剂可以是乙醚或二氯甲烷。萃取液经无水硫酸钠或硫酸镁干燥后，常压蒸出萃取剂，再减压精馏，即可制得无色透明、香气宜人的吡嗪类化合物。
本发明化合物的优点在于将常用的两步合成法改进为使用一锅法加以实施，同时在生产过程中使用了一些特殊的工艺条件，例如加入脱水剂除去体系的水份等，因此可使得吡嗪类化合物的产品收率比常规生产方法提高5-10％；而且使得生产工艺大为简化，减少了设备投资，缩短了生产周期，降低了能耗，在保证产品质量的同时亦能确保产品的价格竞争优势。
本发明将通过下述具体实施例得到进一步的说明。
实施例1 2，3-二甲基吡嗪的生产
在0--2℃下，将冰冷至0℃以下的96摩尔丁二酮和100摩尔酒精混合液加到由100摩尔丙二胺和1100摩尔酒精组成的混合液中，加料温度维持在0--2℃，加料时间不超过2小时。加完料后自然升至室温，约3.5小时后反应液澄清透明，加热至酒精沸腾，回流1.5小时后快速冷却至35℃，依次加入50摩尔脱水剂、96摩尔氢氧化钾和280摩尔二氧化锰，热回流6小时，其间馏出适量含水恒沸物。反应完成后冷却至40℃以下，立刻抽滤，滤液常压蒸馏，回收乙醇。浓缩液用25公斤饱和食盐水稀释，然后用50升萃取剂分三次萃取，合并有机相，用无水硫酸钠干燥，过滤，常压蒸出萃取剂后减压蒸馏，收集75-79℃/6.67kPa的馏份，可得到无色透明香气宜人的2，3-二甲基吡嗪，产品收率为80.5％。
实施例2 2，3，5-三甲基吡嗪的生产
除了用丙二醇代替乙二胺，缩合温度控制在0-2℃之外，其它操作过程与实施例1相同。精馏收集90-92.5℃/6.67kPa的馏份，产品收率为86.9％。2，3，5-三甲基吡嗪的相关数据如下表： 含量(气相色谱，％) 99.2 折光指数(20℃，g/cm3) 1.501 相对密度(20℃) 0.987 重金属含量(以Pb计) ＜0.001 色状 无色或浅黄色透明液体 香气 坚果、爆米花、似可可香味