哌嗪和高哌嗪是含有对称氮的杂环化合物,其上的氮原子可以与多种有机物反应生成相应的哌嗪、高哌嗪衍生物,在医药及化工领域应用广泛。传统的合成哌嗪及高哌嗪方法大多需要高温、高压、催化剂以及氢气存在的条件。因此寻找一条条件温和,成本低廉的合成路线迫在眉睫。本文探索了一条以乙二胺为底物,先与对甲苯磺酰氯反应对其进行氨基保护后,再分别与1,2-二氯乙烷和1,3-二氯丙烷发生环合反应,再经脱对甲苯磺酰基制得哌嗪和高哌嗪的合成路线。主要研究内容如下:（1）以乙二胺为底物合成哌嗪、高哌嗪的路线中,乙二胺两侧氨基的高效保护对目标产品合成具有重要影响,对本合成路线能否建立具有重要现实意义。本文在氨基保护过程中,选取了对甲苯磺酰氯为氨基保护试剂、无水碳酸钠为缚酸剂,考察了溶剂种类、碳酸钠浓度及其用量、乙二胺与对甲苯磺酰氯摩尔比、反应时间、反应温度等因素对反应的影响,得到了适宜的反应条件。以此为基础,开展了乙二胺与对甲苯磺酰氯摩尔比、反应温度、反应时间的三因素三水平响应曲面优化反应条件研究。得到最优反应条件为:乙二胺0.02 mol、对甲苯磺酰氯0.049 mol、20%碳酸钠溶液体积为10 m L,反应温度为39℃、反应时间为3.9 h,得乙二胺转化率为100%,N,N-双（乙烯）-对甲苯磺酰胺收率为94.06%。（2）研究了N,N-双（乙烯）-对甲苯磺酰胺与1,2-二氯乙烷环合,以及脱对甲苯磺酰基合成哌嗪反应,证实了以乙二胺为主要原料,经对甲苯磺酰基保护、1,2-二氯乙烷环合以及脱对甲苯磺酰基合成哌嗪的路线具有可行性。重点考察了N,N-双（乙烯）-对甲苯磺酰胺与1,2-二氯乙烷环合反应合成N,N’-1,4-二对甲苯磺酰哌嗪过程。研究了缚酸剂种类及用量、N,N-双（乙烯）-对甲苯磺酰胺和1,2-二氯乙烷物质的量比、反应时间、反应温度、催化剂种类及用量、溶剂的体积等因素对合成反应的影响,得到了适宜的环合反应条件。通过响应面优化,得到了最优环合反应条件,即:N,N-双（乙烯）-对甲苯磺酰胺0.01 mol、1,2-二氯乙烷0.017mol、反应温度121℃、反应时间10 h、氢化钠1.002 g、N,N-二甲基甲酰胺20m L,四丁基溴化铵0.2 g,N,N’-1,4-二对甲苯磺酰哌嗪收率和选择性为51.75%和99.2%。参照文献相关条件,开展了环合产物脱磺酰基合成哌嗪,哌嗪收率为63.18%,打通乙二胺合成哌嗪最后一个环节。（3）研究了N,N-双（乙烯）-对甲苯磺酰胺与1,3-二氯丙烷环合,以及脱对甲苯磺酰基合成高哌嗪反应。重点研究了N,N’-1,4-二对甲苯磺酰高哌嗪合成过程中反应物溶解不充分和反应时间长的问题。以N-甲基吡咯烷酮为溶剂,考察N,N-双（乙烯）-对甲苯磺酰胺与1,3-二氯丙烷物质的量比、反应时间、反应温度、催化剂的种类、氢氧化钠的量、溶剂的体积对反应的影响。通过响应面优化,得到了最优环合反应条件,即:N,N-双（乙烯）-对甲苯磺酰胺加入量为5 mmol、1,3-二氯丙烷加入量为7.969 mmol、温度为123℃、氢氧化钠的加入量为0.548 g、溶剂N-甲基吡咯烷酮体积为25 m L,得N,N’-1,4-二对甲苯磺酰高哌嗪收率为81.93%,N,N-双（乙烯）-对甲苯磺酰胺转化率为100%。其次,利用二级反应原理在115℃、125℃、135℃三个温度下对N,N’-1,4-二对甲苯磺酰高哌嗪合成反应进行动力学分析,得到N,N’-1,4-二对甲苯磺酰高哌嗪合成反应的活化能为76.233 k J·mol-1。最后采用相同的脱除对甲苯磺酰基条件,得高哌嗪收率为87.02%。（4）采用熔点测试、核磁共振氢谱、红外光谱以及HPLC-MS分别对磺酰化反应、环合反应、脱对甲苯磺酰基反应所合成产品进行了结构表征,确定产物。