如何制备哌嗪(请列出详细化学式)

1.1由单乙醇胺(MEA)合成。

该工艺以铁镍(钴)为催化剂，压力为5。OMPa，温度300℃，乙醇胺与液氨反应生成哌嗪。这条路线的原料易得，价格便宜。反应产物为哌嗪和乙二胺，但产率较低。哌嗪的收率仅为25%，联产乙二胺的收率为45%。美国为德士古和联合碳化物公司拥有这一工艺的专利。

前期以单乙醇胺为原料，在氢气压力下与过量的氨反应制备哌嗪。由于介质为高压爆炸性气体，操作起来非常危险，国外公司因爆炸已经停产。

目前，以固体酸为催化剂的气相法新工艺在国际上首次开发成功。该新工艺使生物科学中的单乙醇胺蒸气在减压下于350 ~ 400℃通过固体酸催化剂，通过分子内脱水反应合成哌嗪。与液相法相比，新工艺开发的催化剂是由气化硅负载碱金属和微量酸性氧化物组成的固体酸，哌嗪收率高，催化剂寿命长。中国浙江大学报道了在15MPa下由乙醇胺和液氨气相合成哌嗪。哌嗪的产率仅为36%。

以环氧乙烷和乙二胺为原料合成了1.2。

美国ICTA公司以环氧乙烷和乙二胺为原料合成哌嗪。该反应分为三步。

将乙二胺、环氧乙烷和溶剂按一定比例加入缩合反应器中反应生成N-β-羟乙基乙二胺，N-β-羟乙基乙二胺和水在环化反应器中催化脱水环化生成哌嗪。从分离塔中分离六水合哌嗪，并通过萃取蒸馏脱水以获得无水哌嗪。

该工艺路线的优点是原料易得，反应条件温和，收率高(82%)，各步产物可作为成品出售，可根据市场需求进行调整。缺点是反应需要三步，工艺复杂，反应时间长，设备投资费用高。陕西省有一家企业曾计划引进这项技术，但因种种原因搁浅。

1.3由乙二胺(EDA)合成。

催化剂不同，反应结果也不同。以KZSM-5沸石为催化剂，反应温度为340℃，在气相中反应3天以上，乙二胺的转化率从90%下降到80%，哌嗪和三亚乙基二胺的选择性保持在95%以上。以H沸石为催化剂，40%乙二胺溶液在330℃、3×105 Pa下反应，哌嗪的收率为36.95%，选择性为57%。或者以CSZSM-5沸石为催化剂，在340℃条件下，乙二胺的转化率为55%，哌嗪的选择性为55%。大连化工学院和复旦大学研究了分子筛催化乙二胺合成哌嗪的反应机理。

以β-羟乙基乙二胺为原料合成了1.4。

该反应使用的催化剂为铜-铬-铁氧化物或铜-铬-锰氧化物，压力为8 ~ 26 MPa，反应温度为110 ~ 30o℃，反应时间为2 ~ 40h，哌嗪的收率为78% ~ 98%。该方法的特点是副产物少，哌嗪收率高，但缺点是液相反应间歇，条件苛刻，催化剂和反应产物分离困难。天津大学利用β-羟乙基乙二胺在加压反应釜中进行液相反应合成哌嗪，哌嗪的收率达到87%。

1.5由二乙烯三胺合成。

反应温度约为175 ~ 225℃，压力为20.4~34。OMPa如果用Ni-MgO作催化剂，无水哌嗪的收率可达81%，如果用Reynolds Ni作催化剂，哌嗪的收率只有50%左右。然而，多胺的价格较高，因此该方法生产无水哌嗪的成本较高。

1.6由二元醇和乙二胺合成。

在Ru3(CO)12和Bu3P存在下，乙二醇和乙二胺发生环化缩合反应，哌嗪的收率为60% ~ 90%。在该方法中，催化剂是羟基化合物，因此难以实现工业化。