DE19533010A1

DE19533010A1 - Verfahren zur Herstellung von N-Acylamino-dicarbonsäure-diamiden

Info

Publication number: DE19533010A1
Application number: DE19533010A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Mengler; Bernhard Dr Mees
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-13

Description

N-Acylamino-dicarbonsäure-diamide sind wertvolle nichtionische Tenside. Aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften können sie vielseitig verwendet werden, so zum Beispiel als Reinigungs- und Kosmetikmittel, als Antioxidans, als Antistatikum und als antibakterielles Mittel. Ein weiterer häufiger Einsatz ist ihre Verwendung als Coagulations- oder Verdickungsmittel für unpolare organische Flüssigkeiten und Öle.

Es sind bereits zahlreiche Versuche unternommen worden, um N-Acylamino-dicarbonsäure-diamide in hoher Ausbeute und Reinheit herzustellen. Stellvertretend genannt sei JP-A-61/000050 [vergleiche Chemical Abstract 105 (17), 153544s (1986)]. Danach werden die in Rede stehenden N-Acylamino-säureamid-Verbindungen durch Umsetzung von einer N-Acylamino-dicarbonsäure mit einem primären Amin oder Ammoniak in Gegenwart einer wasserlöslichen Borsäureverbindung als Katalysator hergestellt. Dieses Verfahren beruht also auf einer Direktkondensation von zum Beispiel N-Lauroyl-glutaminsäure und n-Butylamin. Mit Hilfe des speziellen Borsäurekatalysators soll ein schneller Reaktionsverlauf und eine hohe Ausbeute an gewünschter Amidverbindung erreicht werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß auch diese Methode der Direktkondensation zur Bildung von Nebenprodukten führt, die eine nachfolgende Reinigungsoperation erfordern. Auch die Ausbeute an angestrebter Verbindung erreicht nicht die für ein industriell nutzbares Verfahren erforderliche Höhe.

Es besteht demnach weiterhin ein Bedürfnis nach einem Verfahren, das die in Rede stehenden Amidverbindungen in hoher Ausbeute und Reinheit liefert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von N-Acylamino-dicarbonsäure-diamiden der allgemeinen Formel (1)

in der RCO einen aliphatischen Acylrest mit 2 bis 22 C-Atomen, vorzugsweise 6 bis 18 C-Atomen, R¹ H oder einen Alkylrest mit 1 bis 18 C-Atomen, vorzugsweise 1 bis 6 C-Atomen, und n 1 oder 2 bedeuten, ist dadurch gekennzeichnet, daß man

a) zunächst eine N-Acylamino-dicarbonsäure der allgemeinen Formel (2) worin R und n die angegebenen Bedeutungen haben, mit einem C₁ bis C₄-Alkanol in Gegenwart eines sauren Katalysators bei einer Temperatur von 50 bis 90°C verestert zur Bildung eines N-Acylamino-dicarbonsäure di-C₁ bis C₄-alkylesters und
b) das im Schritt a) erhaltene Veresterungsprodukt einer Esteraminolyse unterwirft durch Umsetzung mit Ammoniak oder einem primären Amin der allgemeinen Formel (3) R¹-NH₂ (3)worin R¹ die genannte Bedeutung hat, bei einer Temperatur von 60 bis 100°C zur Bildung der Diamidverbindung der genannten Formel (1).

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also in einem ersten Reaktionsschritt eine N-Acylamino-dicarbonsäure in eine aktivierte Form übergeführt, und zwar in den entsprechenden Diester eines C₁ bis C₄-Alkohols. Der Veresterungsalkohol ist vorzugsweise Methanol, Ethanol, Propanol oder Isopropanol, wobei Methanol besonders bevorzugt ist. Die Veresterungsreaktion wird bei einer Temperatur von 50 bis 90°C, vorzugsweise 65 bis 80°C, durchgeführt. Es ist vorteilhaft, saure Veresterungskatalysatoren einzusetzen, beispielsweise Toluolsulfonsäuren wie p-Toluolsulfonsäure oder saure Ionenaustauscher. Die Menge an saurem Katalysator liegt im allgemeinen bei 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise bei 0,5 bis 2 Gew.-%, Gewichtsprozente bezogen auf N-Acylamino-dicarbonsäure. Die bei Atmosphärendruck ablaufende Veresterungsreaktion kann man nach der Methode der extraktiven Veresterung oder als Veresterung in überschüssigem Veresterungsalkohol durchführen. Für die extraktive Veresterung kommen als Lösungsmittel solche in Frage, die möglichst wenig oder kein Wasser lösen, die inert sind und in denen der gebildete Ester gut löslich ist. Solche Lösungsmittel sind zum Beispiel halogenierte Kohlenwasserstoffe und vorzugsweise Toluol oder Xylol. Die Menge an solchen Lösungsmitteln liegt bei etwa 3 bis 6 mol pro mol N-Acylamino-dicarbonsäure. Die Veresterung in überschüssigem Veresterungsalkohol als Lösungsmittel (ohne Einsatz eines weiteren Lösungsmittels) wird man dann durchführen, wenn es zum Beispiel im Hinblick auf die Aufarbeitung des Reaktionsproduktes vorteilhaft ist, daß das Lösungsmittel mit Wasser mischbar ist. Stöchiometrisch werden 2 mol Veresterungsalkohol pro mol Dicarbonsäureverbindung benötigt. Fungiert der Veresterungsalkohol auch als Lösungsmittel, setzt man im allgemeinen 5 bis 100 mol Alkohol ein, vorzugsweise 20 bis 40 mol, pro mol Dicarbonsäureverbindung. Im Falle der genannten extraktiven Veresterung verwendet man im allgemeinen 5 bis 10 mol Veresterungsalkohol, vorzugsweise 2 bis 5 mol, pro mol Dicarbonsäure. Nach einer Veresterungszeit von etwa 5 bis 15 Stunden wird die Diesterverbindung ohne Nebenreaktionen und damit praktisch quantitativ und mit hoher Reinheit erhalten. Deshalb sind auch irgendwelche Reinigungsoperationen für das erhaltene Reaktionsprodukt (Reaktionsgemisch) unnötig. Wurde die Veresterungsreaktion nach der extraktiven Veresterung durchgeführt, läßt man das Reaktionsgemisch zur Trennung in eine wäßrige (untere) Phase und in eine organische (obere) Phase (das ist zum Beispiel die Xylol-Phase) mehr oder weniger lang bei Raumtemperatur stehen. Die obere Phase enthält die gebildete Diesterverbindung und kann so im zweiten Reaktionsschritt (Esteraminolyse) eingesetzt werden. Wurde in überschüssigem Veresterungsalkohol verestert, wird man einen großen Teil des Alkohols bei Atmosphärendruck abdestillieren und das Veresterungsgemisch so für die Esteraminolyse vorbereiten.

Im Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das im Schritt a) erhaltene Produkt (bestehend im wesentlichen aus der gebildeten Diesterverbindung, dem eingesetzten Lösungsmittel und gegebenenfalls sauren Katalysator) mit Ammoniak oder einem primären Amin (Monoalkylamin) der genannten Formel (3), wobei ein primäres Amin bevorzugt ist, bei einer Temperatur von 60 bis 100°C, vorzugsweise 70 bis 90°C, unter Bildung der Diamidverbindung gemäß genannter Formel (1) umgesetzt (Esteraminolyse); die nachfolgende Reaktionsgleichung soll dies veranschaulichen:

N-Lauroyl-glutaminsäure-dimethylester n-Butylamin

N-Lauroyl-glutaminsäure-bis-n-butylamid Methanol

Stöchiometrisch werden 2 mol Ammoniak oder primäres Amin pro mol Diesterverbindung benötigt. Da ein Überschuß an Ammoniak oder Amin vorteilhaft ist, verwendet man im allgemeinen 2 bis 20 mol Ammoniak oder Amin, vorzugsweise 2 bis 5 mol, pro mol Diesterverbindung. Auch diese bei Atmosphärendruck ablaufende Reaktion mit einer Reaktionszeit von etwa 5 bis 25 Stunden verläuft ohne Bildung unerwünschter Nebenprodukte in praktisch quantitativer Ausbeute und liefert die angestrebte Diamidverbindung gemäß Formel (1) in hoher Reinheit. Zu einer eventuellen Aufarbeitung des Reaktionsgemisches von der Esteraminolyse kann man die Diamidverbindung mit Wasser ausrühren, wenn zum Beispiel Xylol das Lösungsmittel ist. Wurde zum Beispiel in Methanol als Lösungsmittel gearbeitet, fügt man dem Reaktionsgemisch gegebenenfalls weiteres Methanol zu und erhitzt die Mischung, um das Produkt in Lösung zu bringen, worauf man abkühlt und die auskristallisierte Diamidverbindung abtrennt.

Zu den Ausgangsverbindungen für das erfindungsgemäße Verfahren sei noch folgendes gesagt: Der Acylrest RCO in Formel (1) oder Formel (2) kann gerade oder verzweigt sein, wobei gerade bevorzugt ist, und gesättigt oder ungesättigt. Er ist vorzugsweise ein Fettacylrest mit 6 bis 18 C-Atomen. Der RCO-Rest leitet sich also zum Beispiel von den folgenden Carbonsäuren ab: Essigsäure, Propionsäure, Caprylsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure oder von natürlichen gemischten Fettsäuren wie Talgfettsäure und Cocosfettsäure. Die Aminodicarbonsäure ist vorzugsweise die Aminobernsteinsäure (L-Asparaginsäure) und die Aminoglutarsäure (L-Glutaminsäure). Für die Amidbildung geeignete primäre Amine sind beispielsweise n-Butylamin, Octylamin, Ethylhexylamin, Laurylamin und Stearylamin, wobei n-Butylamin bevorzugt ist.

Die Erfindung wird nun an Beispielen noch näher erläutert. Die analytische Charakterisierung der erfindungsgemäß herstellten Produkte erfolgt mit NMR- und GC-Methoden.

Beispiel 1 (N-Lauroyl-L-glutaminsäure-bis-n-butylamid, Arbeitsweise in Xylol)

84,9 g (0,25 mol) N-Lauroyl-L-glutaminsäure (GC 97%), 48,1 g (1,5 mol) Methanol, 150 ml (1,2 mol) Xylol (Isomerengemisch) und 2,50 g (0,013 mol) p-Toluolsulfonsäure-monohydrat werden 10 Stunden bei circa 75°C unter starkem Methanol-Rückfluß gerührt. Nach 15stündigem Stehen bei Raumtemperatur wird die Unterphase abgetrennt. Die Oberphase wird mit 74,6 g (1,0 mol) n-Butylamin versetzt. Es wird aufgeheizt, und man läßt 8 Stunden bei circa 80 C unter starkem Rückfluß (Methanol und Amin) rühren. Nach 15stündigem Stehen bei Raumtemperatur hat sich dann eine weiche, reinweiße Kristallmasse gebildet. Diese wird nach Zusatz von 500 ml entsalztem Wasser etwas aufgelockert und zur Auswaschung des überschüssigen Amins 2 bis 3 Stunden bei Raumtemperatur verrührt. Nach Absaugen, Waschen mit entsalztem Wasser und Trocknen bei 60°C in Vakuum werden 68,9 g des obengenannten Produktes als weißes Pulver erhalten. Ausbeute 57% der Theorie (über zwei Stufen, bezogen auf die N-Lauroyl-L-glutaminsäure), Reinheit 91% (GC), Schmelzpunkt 149 bis 153°C.

Beispiel 2 (N-Lauroyl-L-glutaminsäure-bis-n-butylamid, Arbeitsweise in Methanol)

166,9 g (0,50 mol) N-Lauroyl-L-glutaminsäure (GC 98,7%), 480,6 g (15,0 mol) Methanol und 4,80 g (0,025 mol) p-Toluolsulfonsäure-monohydrat werden 10 Stunden unter starkem Rückfluß (circa 65°C) gerührt. (Aus einer Probe dieser Reaktionslösung läßt sich der Dimethylester in Form farbloser Nädelchen mit einer Reinheit von zum Beispiel 95% (GC) und einem Schmelzpunkt von 62,5 bis 63,5°C isolieren.) Dann werden bei Atmosphärendruck 368,0 g (11,5 mol) Methanol destilliert. Das Reaktionsprodukt (Dimethylester) enthält dann noch 2,5 mol Methanol. Nach Abkühlen auf circa 50°C werden 149,3 g (2,0 mol) n-Butylamin zugegeben, und man läßt 24 Stunden bei circa 75°C unter starkem Rückfluß (Methanol und Amin) rühren. Anschließend werden bei 60°C 1220 g Methanol zugesetzt, es wird wieder aufgeheizt und alles bei 60°C gelöst. Dann läßt man unter Rühren und Abkühlen auf Raumtemperatur kristallisieren. Es wird noch 3 Stunden bei Raumtemperatur nachgerührt, abgesaugt, mit Mutterlauge gespült und bei 60°C in Vakuum getrocknet. Man erhält 127,7 g weiße Substanz. Ausbeute 56% der Theorie (über zwei Stufen, bezogen auf die N-Lauroyl-L-glutaminsäure), Reinheit 96% (GC), Schmelzpunkt 153 bis 156 °C. Bei Rücksichtigung des in der Mutterlauge enthaltenen, in Methanol leicht löslichen Produktes liefert die beschriebene Reaktion eine Ausbeute von 77% der Theorie.

Wird ein entsprechend Beispiel 2 durchgeführter Ansatz nach der Aminolyse mit nur 260 g Methanol verdünnt und die heiße Lösung in 2 l entsalztem Wasser von Raumtemperatur eingerührt, so wird nach Absaugen, Waschen mit entsalztem Wasser und Trocknen bei 60°C in Vakuum das Produkt in 76%iger Ausbeute mit einer Reinheit von 86% (GC) erhalten; Schmelzpunkt 144 bis 151 °C.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von N-Acylamino-dicarbonsäure diamiden der allgemeinen Formel (1) in der RCO einen aliphatischen Acylrest mit 2 bis 22 C-Atomen, R¹ H oder einen Alkylrest mit 1 bis 18 C-Atomen und n 1 oder 2 bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) zunächst eine N-Acylamino-dicarbonsäure der allgemeinen Formel (2) worin R und n die angegebenen Bedeutungen haben, mit einem C₁ bis C₄-Alkanol in Gegenwart eines sauren Katalysators bei einer Temperatur von 50 bis 90°C verestert zur Bildung eines N-Acylamino dicarbonsäure-di-C₁ bis C₄-alkylesters und
b) das im Schritt a) erhaltene Veresterungsprodukt einer Esteraminolyse unterwirft durch Umsetzung mit Ammoniak oder einem primären Amin der allgemeinen Formel (3) R¹-NH₂ (3)worin R¹ die genannte Bedeutung hat, bei einer Temperatur von 60 bis 100°C zur Bildung der Diamidverbindung der genannten Formel (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veresterung im Schritt a) mit Methanol und einer Toluolsulfonsäure oder einem sauren Ionenaustauscher als Katalysator bei einer Temperatur von 65 bis 80 °C und die Esteraminolyse im Schritt b) bei einer Temperatur von 70 bis 90°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Formel (1) RCO ein Acylrest mit 6 bis 18 C-Atomen, R¹ H oder ein Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen und n 1 oder 2 ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Formel (1) RCO ein Acylrest mit 6 bis 18 C-Atomen, R¹ ein Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen und n 1 oder 2 ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine Fettacylamino-bernsteinsäure oder eine Fettacylamino-glutarsäure mit Methanol und einer Toluolsulfonsäure oder einem sauren Ionenaustauscher als Katalysator bei einer Temperatur von 65 bis 80°C verestert und
b) das im Schritt a) erhaltene Veresterungsprodukt mit einem C₁ bis C₆-Monoalkylamin bei einer Temperatur von 70 bis 90°C zur Diamidverbindung umsetzt.