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DE1229099B - Verfahren zur Herstellung von aliphatischen tertiaeren Methylaminen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von aliphatischen tertiaeren Methylaminen

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Publication number
DE1229099B
DE1229099B DEA32018A DEA0032018A DE1229099B DE 1229099 B DE1229099 B DE 1229099B DE A32018 A DEA32018 A DE A32018A DE A0032018 A DEA0032018 A DE A0032018A DE 1229099 B DE1229099 B DE 1229099B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
amine
reaction
primary
acid
tertiary
Prior art date
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Pending
Application number
DEA32018A
Other languages
English (en)
Inventor
Sydney Harold Shapiro
Frank Pilch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Armour and Co
Original Assignee
Armour and Co
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Publication date
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
C07c
Deutsche Kl.: 12 q - 5
Nummer: 1229 099
Aktenzeichen: A 32018IV b/12 q
Anmeldetag: 11. Mai 1959
Auslegetag: 24. November 1966
Es sind viele Verfahren zur Herstellung tertiärer aliphatischer Methylamine bekannt, deren bemerkenswerteste vielleicht die Umsetzungen zwischen langkettigen aliphatischen Alkoholen oder Halogeniden mit Methylaminen sind. Der Hauptnachteil dieser Verfahren ist der hohe Preis des Ausgangsalkohols oder -halogenids. Gegenstücke zu diesen Verfahren sind die Umsetzungen zwischen langkettigen primären und sekundären Aminen und Methanol oder einem Methylhalogenid. Bei Verwendung von Methanol wirken sich die langen Reaktionszeiten und die niedrigen Ausbeuten nachteilig aus. Im Fall der Methylhalogenide war es unmöglich, die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten zurückzudämmen, hauptsächlich die Bildung von quartären Ammonium-Verbindungen. Ein weiteres Verfahren, das in der USA.-Patentschrift 2 366 534 beschrieben ist, besteht in der Reaktion zwischen langkettigen primären und sekundären Aminen und Formaldehyd und Ameisensäure unter Verwendung eines Lösungsmittels, wie Methanol, zur Hintanhaltung der Schaumbildung. Obwohl dieses Verfahren immer noch in der Praxis angewendet wird, wird es wegen des notwendigen großen Überschusses an Ameisensäure und der Notwendigkeit, das Antischaummittel zu regenerieren, für nicht technisch annehmbar gehalten.
Das Verfahren nach der USA.-Patentschrift 2 373 705 zur Herstellung von sekundären und tertiären Aminen ist bisher offenbar noch nicht zur Herstellung von langkettigen tertiären aliphatischen Methylaminen herangezogen worden. Dieses Verfahren besteht in der Umsetzung von Wasserstoff und einem aliphatischen Aldehyd mit einem Aminierungsmittel, wie Ammoniak und Aminen, die ein unsubstituiertes Wasserstoffatom aufweisen, wobei der Aldehyd nach und nach zu dem Aminierungsmittel gegeben wird, das einen Hydrierungskatalysator enthält, und das Ganze in flüssiger Phase unter Wasserstoffdruck gehalten wird. Obwohl das Verfahren als mögliches Herstellungsverfahren für tertiäre aliphatische Methylamine vielversprechend erschien, waren die Resultate, die mit Formaldehyd und langkettigen primären und sekundären Aminen erzielt wurden, im Hinblick auf die schlechten Ausbeuten und die Herstellung von unerwünschten Nebenprodukten unbefriedigend.
Die Herstellung von N-substituierten Polyaminen, wobei die Substituenten entweder Phenylreste oder kurzkettige aliphatische Reste sind, aus Monocarbonylverbindungen in Gegenwart von Polyaminen, die mindestens zwei primäre Aminogruppen enthalten, und einem Hydrierungskatalysator wurde Verfahren zur Herstellung von
aliphatischen tertiären Methylaminen
Anmelder:
Armour and Company,
Chicago, JU. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. J. Schmidt, Patentanwalt,
München 2, Hermann-Sack-Str. 2
Als Erfinder benannt:
Sydney Harold Shapiro,
Frank Pilch, Chicago, JU. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Mai 1958 (735 699)
schon in Gegenwart von 25 %iger alkoholischer Salzsäure durchgeführt (deutsche Patentschrift 882 092).
Die Herstellung sekundärer und tertiärer Amine aus substituierten "und nicht substituierten organischen Stickstoffverbindungen bzw. aus sekundären Aminen und einem Aldehyd oder Keton mit oder ohne aktivierende Zusätze wurde auch schon in einem sauren oder alkalischen Medium durchgeführt (USA.-Patentschrift 2 414 031).
Sofern bei diesen bekannten Verfahren die Umsetzung in saurem Medium vorgenommen wird, sind relativ große Mengen an alkoholischer Säure, sowohl Salz- als auch Essigsäure, erforderlich. Die Herstellung tertiärer Methylamine mit mindestens einer langen aliphatischen Alkylkette ist in den vorgenannten beiden Patentschriften nicht beschrieben. Beim Arbeiten in einem sauren Medium nach den bekannten Verfahren werden aber zunächst die Salze der gewonnenen Amine erhalten, aus denen in einem weiteren Arbeitsschritt die freien Amine abgetrennt werden müssen.
Die Umsetzung in einem alkalischen Medium, z. B. in Gegenwart von Natriumhydroxyd, wird in der USA.-Patentschrift 2 414 031 als für die Reaktion hinderlich angesehen.
Nach dem Verfahren der Erfindung werden in einer Stufe die tertiären aliphatischen Methylamine mit mindestens einem aus 8 bis 22 Kohlenstoffatomen
609 728/393
bestehenden Alkylrest durch Umsetzung von Formaldehyd mit einem oder mehreren Aminen der allgemeinen Formeln
RNH21(R)2NH
oder
worin R einen Alkylrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei der Formaldehyd nach und nach in das flüssige, unter Wasserstoffdruck gehaltene und den Hydrierungskatalysator enthaltende Amin gegeben wird, in hohen Ausbeuten dadurch erhalten, daß die Umsetzung im alkalischen Medium unter Zusatz von etwa 0,5 bis 1 Gewichtsprozent, bezogen auf die Aminmenge, kurzkettiger einbasischer aliphatischer Carbonsäuren oder Hydroxycarbonsäuren oder zweibasischer aliphatischer Carbonsäuren oder aromatischer Carbonsäuren, bei etwa 50 bis 175° C durchgeführt wird. Es wurde gefunden, daß diese geringe Säuremenge die Reaktion in fast theoretischem Ausmaß in der Richtung beeinflußt, daß nur die zu erwartenden Methylamine entstehen und die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten verhindert wird. Gleichzeitig wird diese durch die geringe Säuremenge gelenkte Reaktion in dem Temperaturbereich von 50 bis 175° C sehr stark beschleunigt.
Als Aminausgangsstoffe werden vorzugsweise solche primären und sekundären Monoamine eingesetzt, die technisch durch Reduktion der Nitrile mit Wasserstoff gewonnen, die man in üblicher Weise aus den gemischten Fettsäuren von Talg, Kokosöl und Sojabohnenöl erhält.
Aliphatische Diamine, die gemäß der Erfindung als Ausgangsstoffe verwendet werden können, werden aus den entsprechenden primären Monoaminen durch Addition von Acrylnitril und nachfolgende Reduktion der Nitrilgruppe mit Wasserstoff zu einer primären Aminogruppe hergestellt.
Der beim Verfahren der Erfindung verwendete Formaldehyd wird entweder als Paraformaldehyd oder als Monomeres in Lösung mit einem nicht reagierenden Lösungsmittel, wie Methanol, angewendet. Vorzugsweise wird Formaldehyd in Form eines Gemisches von Monomeren und Polymeren als 55 gewichtsprozentige Lösung in Methanol und Wasser angewendet. Dieses Material ist unter der Bezeichnung Methyl Formcel® im Handel.
Die organische Säure wird entweder dem Amin, das in flüssiger Phase gehalten wird, im gesamten oder allmählich während der Reaktion allein oder in Kombination mit Formaldehyd zugegeben. Vorzugsweise wird Eisessig verwendet.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird das Ausgangsamin in ein Reaktionsgefäß eingebracht und in flüssiger Phase bei einer Temperatur von ungefähr 50 bis 175°C, vorzugsweise aber von 110°C, gehalten. Zu dem Amin wird entweder vor oder nach der Einführung in das Reaktionsgefäß eine kleine Menge eines beliebigen geeigneten Hydrierungskatalysators gegeben. Die Menge beträgt ungefähr 0,1 bis 1 Gewichtsprozent des Amins. Gegebenenfalls kann man die Eisessigmenge schon dem Amin zugeben. Es ist jedoch vorzuziehen, den Eisessig in Kombination mit dem Methyl Formcel® zuzugeben. Das Amin wird mit dem Hydrierungskatalysator und mit oder ohne Säure unter einen Wasserstoffdruck von mindestens etwa 1,7 kg/cm2 gehalten. Extrem hohe Drücke sind nicht erforderlich. Das erfindungsr gemäße Verfahren "arbeitet gut bev einem Druck von ungefähr 7 bis 17,5 kg/cm2.
Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Zugabegeschwindigkeit des Formaldehyds ab, und die S Reaktion kann ungefähr 1 bis 6 Stunden dauern. Im allgemeinen kann die Umsetzung in 3 Stunden beendet werden.
Beispiel 1
ίο Ein Hydriergefäß wurde mit 4530 kg n-Hexadecannitril mit 22,6 kg Raneynickel und 22,6 kg Filterhilfe beschickt. Sodann wurde Wasserstoff ungefähr 2 Stunden bei ungefähr 140 bis 160° C und einem Wasserstoffdruck--von-ungefähr -13 -bis 14kg/cm2 eingeleitet. Das Produkt dieser Reaktion wurde analysiert und bestand zu 91,3 % aus primärem und zu 1,8 % aus sekundärem Amin.
Von diesem rohen primären Amin wurden 453 kg abgezogen und zu den verbleibenden 4077 kg 22,6 kg frischer Raneynickelkatalysator und Methyl Formcel® mit 45,3 kg Eisessig zugegeben. Die Umsetzung wurde bei 118° C und einem Wasserstoffdruck von etwa 12,3 kg/cm2 ungefähr 5 Stunden durchgeführt; wobei im ganzen 1790 kg Methyl Formeel® zugegeben wurden. Das Reaktionsgefäß wurde dann auf 6O0C abgekühlt. Das durch die Umsetzung entstandene Wasser wurde zusammen mit dem gebildeten Methylalkohol vom überstehenden tertiären Amin abgetrennt. Die Ausbeute- betrug 3900 kg mit einem Gehalt an 84,0% tertiärem Amin nach der Analyse.
B eispi el 2
Ein Ausgangsamin wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, aus 4530 kg n-Hexadecannitril hergestellt, Das Produkt dieser Umsetzung bestand nach der Analyse-zu 90,0% aus primärem und zu 5,1% aus sekundärem; Amin. Von dem rohen primären Amin wurden 453 kg-abgezogen und zu den verbleibenden 4077 kg 22,6 kg- frischer Raneynickelkatalysator und Methyl Formcel® mit 45,3 kg Essigsäure gegeben. Die Umsetzung wurde ungefähr 9 Stunden bei ungefähr 115 bis 1180C-und einem Wasserstoffdruck von 14,6kg/cm2 durchgeführt, wobei insgesamt 1790kg Methyl Formcel® zugegeben wurden. Das Reaktionsgefäß wurde auf 60° C abgekühlt, und das Reaktionswasser und der gebildete Methylalkohol wurden vom überstehenden tertiären Amin abgetrennt. Die Ausbeute betrug 4530 kg an 83,6 %igem tertiärem Amin.
B ei sρ iel 3
Ein Autoklav nach Magnadash von 11 Inhalt wurde mit 500 g eines Diamins, das durch Anlagerung von Talgfettsäureamin an Acrylnitril und anschließende Hydrierung hergestellt worden war, und 25 g Raneynickel beschickt. Nach der Analyse bestand das Ausgangsamin aus 42% primärem, 35,4% sekundärem und 4,8% tertiärem Amin, was einen Gesamtamingehalt von 82,7% ergibt. Es wurden im Verlauf von 21J2 Stunden 185 ecm Methyl Formcel® und 5 g Essigsäure kontinuierlich zugefügt-, wobei die Reaktionstemperatur 120°C und der maximale Wasserstoffdruck 10,5kg/cm2 betrug. Das Reaktionsgefäß wurde wie in den vorigen Beispielen abgekühlt. Das erhaltene Amin bestand nach der Analyse aus 0,08% primärem, 0,08% sekundärem und 75,7 % tertiärem Amin.
Beispiel 4
Ein Autoklav nach Magnadash von 11 Inhalt wurde mit 500 g n-Octadecylamin und 25 g Raneynickel beschickt. Insgesamt wurden 141,5 g (97 Molprozent) Methyl Formcel® zusammen mit 2,5 g Eisessig (0,5 % des Amins) kontinuierlich in das Reaktionsgefäß gegeben. Die Umsetzung wurde ungefähr 6 Stunden bei 120° C und einem maximalen Wasserstoffdruck von 10,5 kg/cma durchgeführt. Nach der Analyse bestand das Ausgangsamin zu 96,5% aus primärem und zu 2,2% aus sekundärem Amin. Nach der Analyse bestand das Amin am Ende der Reaktion zu 0% aus primärem, zu 0,7% aus sekundärem und zu 88,5 % aus tertiärem Amin.
Beispiel 5
Unter Verwendung des gleichen Ausgangsmaterials wie im Beispiel 4 und unter den gleichen Zeit-, Temperatur- und Druckbedingungen wurden 98 Molprozent Methyl Formcel® zusammen mit 5 g (1 % des Amins) Propionsäure zugegeben. Nach der Analyse bestand das Ausgangsamin zu 96,5 % aus primärem und zu 2,2% aus sekundärem Amin. Nach der Analyse bestand das Aminendprodukt zu 0,1 % aus primärem, zu 1,1 % aus sekundärem und zu 86,4 % aus tertiärem Amin.
Beispiel 6
Unter Verwendung des gleichen Ausgangsmaterials wie im Beispiel 4 und unter den gleichen Zeit-, Temperatur- und Druckbedingungen wurden 96 Molprozent Methyl Formcel® zusammen mit 5 g Milchsäure zugegeben. Die Analyse des Ausgangsamins war dieselbe wie in den Beispielen 4 und 5. Nach der Analyse bestand das Aminendprodukt zu 0% aus primärem, zu 1,1% aus sekundärem und zu 83,0% aus tertiärem Amin.
B e i s ρ i e 1 7
Bei einer Umsetzung wie im Beispiel 4, aber unter Verwendung von 96 Molprozent Methyl Formcel® zusammen mit 5 g Adipinsäure, bestand das Aminendprodukt zu 1,1% aus primärem, zu 1,4% aus sekundärem und zu 84,4 % aus tertiärem Amin.
Beispiele
Bei einer Umsetzung wie im Beispiel 4, aber unter Verwendung von 100 Molprozent Methyl Formcel® mit 5 g Benzoesäure, bestand das Aminendprodukt zu 0,2% aus primärem, zu 0,7% aus sekundärem und zu 88,0 % aus tertiärem Amin.
Beispiel 9
Ein Hydriergefäß wurde mit 4350 kg eines aus, hydrierten, dihalogenierten Talgfettsäuren hergestellten sekundären Amins, das ungefähr 24% Hexadecyl-, 75% Octadecyl- und 1% Octadecenylgruppen enthielt, beschickt.
Dieses Ausgangsmaterial wurde mit 3,7851 Eisessig und 39 kg Raneynickelkatalysator versetzt. Während 8 Stunden, bei 120 bis 140°C und einem Wasserstoffdruck von 14,06 kg/cm2, wurden insgesamt 525 kg Methyl Formcel® kontinuierlich zugegeben. Danach wurde das Reaktionsgefäß auf 6O0C abgekühlt, und der gebildete Alkohol und das gebildete Wasser wurden zusammen mit dem Nickelkatalysator abfließen gelassen. Das Produkt wurde getrocknet und filtriert. Die Ausbeute war 4400 kg. Nach der Analyse bestand das Endprodukt zu 0,7% aus primärem, zu 0,6% aus sekundärem und zu 99,6 % aus tertiärem Amin.
Der Vergleich der in der nachstehenden Tabelle enthaltenen Versuchsergebnisse läßt erkennen, daß der Gehalt an tertiärem Amin in dem Endprodukt in Gegenwart von 0,5% Essigsäure während der Umsetzung etwa um 9% höher ist als bei Abwesenheit von Essigsäure. Wird der Säureanteil auf 1 % erhöht, so nimmt der Anteil an tertiärem Amin in dem Endprodukt noch um 2,3% zu, während bei weiterer Erhöhung des Säureanteils auf 1,5% nur noch eine Zunahme an tertiärem Amin in dem Endprodukt um 0,3 % festzustellen ist. Dieser Reaktionsverlauf ändert sich auch nicht, wenn der Säureanteil noch weiter auf 2 oder 2,5 % erhöht wird. Als Ausgangsamin wurde ein Diamin eingesetzt, das durch Anlagerung von Talgfettsäureamin an Acrylnitril und anschließende Hydrierung hergestellt worden war. Die Reaktionstemperatur betrug 120°C, der Druck 10,5 kg/cm2. Die Menge an Formaldehyd betrug 98 Molprozent, die Menge an Raneynickel 2%·
Vergleichstabelle
35
CH3COOH Zusammensetzung däres tertiäres Gesamt
analyse
Ver
such
des hergestellten
Amins (%)
sekun-
Amin Amin
(7o) primäres 3,5 64,4 (%)
0 Amin 1,1 73,4 68,9
1 0,5 0,96 0,08 75,7 74,5
2 0,5 0,0 0,00 76,0 75,9
3 1,5 0,08 76,3
4 0,30

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von aliphatischen tertiären Methylaminen mit mindestens einem aus 8 bis 22 Kohlenstoffatomen bestehenden Alkylrest durch Umsetzung von Formaldehyd mit einem oder mehreren Aminen der allgemeinen Formeln RNH2, (R)2NH oder RNH(CH2)3NH2, worin R einen Alkylrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei der Formaldehyd nach und nach in das flüssige, unter Wasserstoffdruck gehaltene und den Hydrierungskatalysator enthaltende Amin gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung im alkalischen Medium unter Zusatz von etwa 0,5 bis 1 Gewichtsprozent, bezogen auf die Aminmenge, kurzkettiser einbasischer aliphatischer Carbonsäure oder Hydroxycarbonsäuren oder zweibasischer aliphatischer Carbonsäuren oder aromatischer Carbonsäuren bei etwa 50 bis 175 0C durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Carbonsäure Eisessig zugesetzt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 882 092; USA.-Patentschrift Nr. 2 414 031.
609 728/393 11.66 © Bundesdruckerei Berlin
DEA32018A 1958-05-16 1959-05-11 Verfahren zur Herstellung von aliphatischen tertiaeren Methylaminen Pending DE1229099B (de)

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US3136819A (en) 1964-06-09

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