2,2,6,6-四甲基哌啶胺催化胺化法合成工艺

四甲基哌啶胺的基本信息：

常用名称：2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺;四甲基哌啶胺;4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶胺;2,2,6,6-四甲基-4-氨基哌啶

CAS NO：36768-62-4

色谱纯度：≥99.0%

分子式：C9H20N2

分子量：156.27

闪点：7162°F

密度：0.912 g/mL at 25 °C(lit.)

主要功能：2,2,6,6-四甲基哌啶胺是一种重要的中间体，可用来合成一系列性能优异的受阻胺类光稳定剂。

四甲基哌啶胺，亦称为TEMP，是一类关键的化学工业原料，主要被应用于制造键合型和高分子聚合型光稳定剂。制备这种化合物的方法主要分为电化学法和催化胺化法两种。在电化学法中，使用铝作为阴极材料，铅作阳极材料，在阴极区域应用碱金属磷酸盐水溶液作为电解质，而在阳极区域则采用20%的硫酸溶液。该过程以2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌啶酮（简称为四甲基哌啶酮或哌啶酮，TAA）作为反应原料，在电化还原的条件下生成四甲基哌啶胺。此法具备高产率优势，可以达到93%以上，但其使用的酸性电解质会对设备造成较强腐蚀。

目前，催化胺化法是工业生产中应用最为广泛的一种方法。该方法以四甲基哌啶酮和氨作为反应物，通过在加氢条件下使用金属催化剂或负载型金属催化剂促进反应进行。采用镍（Ni）或钴（Co）作为催化剂进行的反应温度通常超过100℃，此方法虽耗能较大，但可以有效生成四甲基哌啶胺，同时也会产生四甲基哌啶醇等副产品，需要后续通过精馏等手段进行纯化。为了提升反应的选择性，研究者们一直在探索新型催化剂，如氮掺杂碳载钴催化剂和加入铬元素的铜系双元催化剂，后者负载于γ-Al2O3上使用，可以使四甲基哌啶胺的选择性达到81.9%。然而，这些新型催化剂的制备过程较为复杂，成本较高。

在催化胺化反应中，四甲基哌啶酮与氨的反应会经过一个亚胺中间体转化的阶段，该阶段的效率直接影响最终产物的产率。改变催化剂类型可以在一定程度上促进亚胺的加氢还原过程，提高产率。而反应体系的pH值是影响这一转化步骤的关键因素之一。研究表明，调整pH值不仅可以促进亚胺中间体的生成，还可以提高四甲基哌啶胺的选择性和收率。

在实验部分，主要使用了如下仪器和试剂：25%~28%氨水作为主要原料，使用Raney Ni催化剂和片状NaOH。使用TRACE GC 2000/TRACE MS气相色谱-质谱联用仪以及配备的1790F氢火焰检测器进行产品分析。

四甲基哌啶胺的合成过程是在密封的高压釜中进行的。首先将水、一定浓度的氨水、四甲基哌啶酮以及一定比例的Raney Ni催化剂加入反应釜中，通过氮气置换釜内空气以排除氧气。之后，在充分搅拌和加热到设定温度的条件下引入氢气直至达到预设压力。在反应过程中，根据氢气压力的变化适时补充氢气，直至反应完成。冷却、减压蒸馏除去水和轻组分杂质，回收并循环使用催化剂，从而得到产品四甲基哌啶胺。

催化胺化法合成四甲基哌啶胺的反应方程式如图 1所示。