DE69612745T2

DE69612745T2 - Verfahren zur herstellung von hydroxyalkylamiden

Info

Publication number: DE69612745T2
Application number: DE69612745T
Authority: DE
Inventors: Nils Brolund; Maurice Dery
Original assignee: Akzo Nobel NV
Current assignee: Akzo Nobel NV
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2016-03-23
Also published as: US5646318A; DE69612745D1; WO1996033967A1; EP0833814B1; BR9608282A; JPH11508873A; EP0833814A1; EP0833814A4

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxyalkylamiden und insbesondere auf ein derartiges Verfahren, welches hohe Umsatzraten und eine geringe Bildung von Nebenprodukten bereitstellt.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Hydroxyalkylamids beinhaltet die Umsetzung eines Alkylesters und eines Alkanolamins in Gegenwart eines Lösungsmittels und eines Katalysators, wobei ein niedrigsiedendes Alkohol-Nebenprodukt entfernt wird, um die Umsetzung zur Vervollständigung zu zwingen. Neben dem niedrigsiedenden Alkohol ergibt dieses Verfahren üblicherweise die Herstellung eines oder mehrerer zusätzlicher Nebenprodukte, z. B. cyclische Produkte, Alkylester, Amidester und dergleichen. Ein typisches Verfahren dieses Typs beinhaltet die Umsetzung eines Fettsäureesters und eines N-Alkylglucamins gemäß der Reaktion:
R'COOCH&sub3; + CH&sub3;NHR" R'CONCH&sub3;R" + CH&sub3;OH,
worin R' eine Alkylgruppe mit etwa 5 bis etwa 31 Kohlenstoffatomen ist, und R" eine Polyhydroxy-substituierte, gesättigte Kohlenwasserstoffgruppe mit etwa 5 bis etwa 8 Kohlenstoffatomen ist.
Der Fettsäureester-Reaktant wird typischerweise durch Umsetzung eines Alkohols mit einer Fettsäure hergestellt. Der N-Alkylglucamin-Reaktant wird typischerweise durch Umsetzung eines Alkylamins mit einem reduzierenden Polyhydroxyzucker hergestellt. Das Hydroxyalkylamid-Produkt wird aus der Reaktionsmischung durch Abstrippen des Lösungsmittels aus der Reaktionsmischung, z. B. durch Destillation, gewonnen. Hydroxyalkylamide können als Tenside in kommerziellen Produkten, wie Waschmitteln, Tensiden zur Solubilisierung von Plasmamembranen und als Verdickungsmittel verwendet werden.
EP-0 473 380 offenbart ein Verfahren zur Herstellung fester Hydroxyalkylamide durch Umsetzung von Alkylestern mit Alkanolaminen bei gesteuerten Reaktionstemperaturen, das Entfernen des Alkohol (Methanol)- Nebenprodukts, die Steuerung der Temperatur der Reaktionsmischung, um eine dicke Aufschlämmung zu bilden, das Beibehalten der Aufschlämmung und die Gewinnung der festen Hydroxyalkylamide.
Das US Patent Nr. 2 703 798 bezieht sich allgemein auf Verfahren zur Herstellung verschiedener Detergentien, worin ein aliphatischer Ester einer Fettsäure mit einem N-Monoalkylglucamin umgesetzt wird. Der aliphatische Alkohol, der als Produkt der Umsetzung freigesetzt wird, wird aus dem Reaktionsgefäß entfernt, sobald er gebildet wird.
WO92/06070, WO92/06071, WO92/06072 und WO92/06073 offenbaren Verfahren zur Herstellung linearer Glucamid-Tenside durch Umsetzung eines N-Alkylglucamins und eines Fettsäureesters in Gegenwart eines Katalysators.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Hydroxyalkylamids bereitgestellt, worin ein Alkylester und ein Alkanolamin in Gegenwart eines Katalysators umgesetzt werden, um eine Reaktionsmischung bereitzustellen, die Hydroxylalkylamid, Alkylester, Alkanolamin und ein niedrigsiedendes Alkohol-Nebenprodukt enthält. Die Reaktionsmischung wird dann auf eine Temperatur abgekühlt, die ausreichend ist, um eine Verfestigung des Hydroxyalkylamid-Produkts bewirkt, und die Inhaltsstoffe der Reaktionsmischung werden bei dieser Temperatur gehalten. Die Umwandlung wird fortgesetzt, bis die Reaktionsmischung spürbar wenig Alkanolamin und Alkylester und signifikante Mengen von Hydroxyalkylamid und niedrigsiedendem Alkohol-Nebenprodukt enthält. Der Katalysator kann neutralisiert werden, damit die Produkte der Umsetzung in einer unveränderten, erwünschten Zusammensetzung beibehalten werden. Das Hydroxyalkylamid-Produkt kann aus der Reaktionsmischung durch Filtration gewonnen werden oder durch Destillation eingeengt werden.
Das vorhergehende Verfahren ergibt eine signifikante Zunahme der Umwandlung hin zu dem Hydroxyalkylamid-Produkt und eine Abnahme der nichtumgesetzten Ausgangsreaktanten im Vergleich zu bekannten Verfahren, wie solchen, die oben erwähnt wurden, bei denen das niedrigsiedende Nebenprodukt vor der Katalysatorneutralisation entfernt wird. Ein anderer Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass es unter relativ milden organischen Umwandlungsbedingungen der organischen Reaktion durchgeführt werden kann, wodurch die Bildung unerwünschter cyclischer Nebenprodukte, Amidester-Nebenprodukte und dergleichen auf signifikante Weise reduziert wird. Darüber hinaus reduziert das Vorliegen eines niedrigsiedenden Nebenprodukts in der Reaktionsmischung die Viskosität der Reaktionsmischung, wodurch die Gewinnung des Hydroxyalkylamid-Produkts daraus erleichtert wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Der Alkylester-Reaktant leitet sich hierin vorzugsweise von einer gesättigten Carbonsäure oder Kokossäure mit etwa 5 bis 31 Kohlenstoffatomen, d. h. einer Fettsäure, und eines gesättigten, aliphatischen Alkohols mit 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen und 1 bis etwa 6 Hydroxylgruppen ab. Vorzugsweise hat der Alkylester die folgende Struktur:
worin R eine verzweigtkettige oder geradkettige C&sub5;-C&sub2;&sub5;-Alkyl- oder Alkenylgruppe oder eine substituierte oder unsubstituierte Phenylgruppe ist, und R' eine substituierte oder unsubstituierte C&sub1;-C&sub6;-Alkyl- oder Phenylgruppe ist. Der Methylester von Stearinsäure wird insbesondere bevorzugt. Palmstearintriglycerid und ähnliche Triglyceride können hierin auch mit im allgemeinen guten Ergebnissen verwendet werden.
Der hierin verwendete Alkanolamin-Reaktant ist vorteilhafterweise ein N- Alkylpolyhydroxyamin, das durch Umsetzung eines Alkylamins, z. B. Methylamin, mit einem reduzierenden Polyhydroxyzucker z. B. Glucose, Fruktose, Maltose, Lactose, Galactose, Mannose, Xylose, Sorbit usw. in einem geeigneten Lösungsmittel und einer katalytischen Hydrierung des sich ergebenden Produkts erhalten wird. Reaktionen dieses Typs werden in WO/92/06984, veröffentlicht am 30. April 1992, und WO/92/08687, veröffentlicht am 29. Mai 1992, offenbart.
Das bevorzugte N-Alkylpolyhydroxyamin ist rein weiß und enthält keine gefärbten Verunreinigungen. Auch ist das N-Alkylpolyhydroxyamin vorzugsweise im im wesentlichen wasserfrei. Geeignete N-Alkylpolyhydroxyamine, die hierin vorteilhafterweise verwendet werden können, schließen N-Methylglucamin, N-Ethylglucamin, N-Propylglucamin, N-Butylglucamin und N-Methyllactoseamin ein. Die bevorzugten N-Alkylglucamine leiten sich von D-Glucose, z. B. N-Methyl-D-glucamin, ab.
N-Alkylpolyhydroxyamin von industrieller Qualität kann hierin verwendet werden, mit der Maßgabe, dass verschiedene Spezifikationen eingehalten werden. So kann N-Alkylpolyhydroxyamin von industrieller Qualität freie Zucker, wie Glucose, Sorbit oder andere relativ inerte Nebenprodukte, in Mengen von bis zu etwa 5 Gew.-% enthalten. Jedoch sollte jedes hierin verwendete N-Alkylpolyhydroxyamin von industrieller Qualität geringe oder vernachlässigbar geringe Mengen, z. B. nicht mehr als etwa 20 ppm und vorzugsweise nicht mehr als etwa 2 ppm an Übergangsmetallen, wie Nickel, aufweisen, wenn die Bildung von Farbkörpern oder anderen unerwünschten Nebenprodukten minimiert werden soll. Es wurde gefunden, dass N-Alkylpolyhydroxyamine von industrieller Qualität üblicherweise solche Übergangsmetalle als Ergebnis ihrer Herstellung durch Übergangsmetall-katalysierte Hydrierung aminierter, reduzierender Zucker enthalten. Eine zweckmäßige Überprüfung der Qualität des N-Alkylpolyhydroxyamins umfasst das einfache Erwärmen einer Probe des Amins auf eine erhöhte Temperatur, z. B. auf etwa 140ºC. Ein N-Alkylpolyhydroxyamin, das bei einer solchen Temperatur schnell dunkel wird, enthält sehr wahrscheinlich unannehmbare Mengen einer oder mehrerer Verunreinigungen. Es ist üblicherweise möglich, N-Alkylpolyhydroxyamine von industrieller Qualität zu reinigen, die bei anfänglichen Qualitätsprüfungen versagen, z. B. entweder durch Waschen derselben mit Methanol/Wasser oder durch Umkristallisation derselben. Ein brauchbares Verfahren zur Reduzierung des Nickelgehalts in solchen Materialien ist die Filtration einer Lösung des N-Alkylglucamins durch basisches Silicagel oder Bleicherde.
Der Alkylester und das Alkanolamin können in Gegenwart eines Lösungsmittels und Umesterungskatalysators umgesetzt werden. Geeignete Lösungsmittel schließen Hydroxylösungsmittel, wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Glycerin, 1,2-Propylenglycol, 1,3-Propylenglycol und dergleichen ein. Methanol ist ein bevorzugtes Monohydroxy- Lösungsmittel und 1,2-Propylenglycol ist ein bevorzugtes Dihydroxy- Lösungsmittel. Mischungen von Lösungsmitteln können hierin auch verwendet werden.
Katalysatoren, die hierin verwendet werden können, sind nicht speziell eingeschränkt und können aus den Alkoxiden, Hydroxiden, Carbonaten, Phosphaten, Pyrophosphaten, Polyphosphaten, Tartraten, Citraten, Silicaten, Aluminiumsilicaten und dergleichen ausgewählt werden. Bevorzugte Alkoxid-Katalysatoren schließen die Alkalimetall-C&sub1;-C&sub4;-Alkoxide ein, wie Natriummethoxid, Kaliumethoxid usw. Die Alkoxid-Katalysatoren können separat von der Reaktionsmischung hergestellt werden oder können in situ unter Verwendung eines Alkalimetals, wie Natrium, hergestellt werden. Für die in situ Herstellung, z. B. Natriummetall in einem Methanol-Lösungsmittel, wird es bevorzugt, dass die anderen Reaktanten nicht vorliegen, bis die Herstellung des Katalysators vervollständigt ist.
Andere Katalysatoren, die zur Verwendung hierin geeignet sind, schließen ein: Trilithiumphosphat, Trinatriumphosphat, Trikaliumphosphat, Tetranatriumpyrophosphat, Tetrakaliumpyrophosphat, Pentanatriumtripolyphosphat, Pentakaliumtripolyphosphat, Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Dinatriumtartrat, Dikaliumtartrat, Natriumkaliumtartrat, Trinatriumcitrat, Trikaliumcitrat, basische Natriumsilicate, basische Kaliumsilicate, basische Natriumaluminosilicate, basische Kaliumaluminosilicate. Kaliumcarbonat hat besonders gute Ergebnisse ergeben. Der Katalysator wird typischerweise in Gehalten von etwa 0,1 bis etwa 50, vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 20, mehr bevorzugt von etwa 5 bis etwa 15 Mol-% des N-Alkylpolyhydroxy-Ausgangsreaktants verwendet. Mischungen von Katalysatoren können auch verwendet werden.
Der Alkylester und das Alkanolamin lassen sich möglicherweise mit einer gewissen Schwierigkeit vermischen. Dies gilt insbesondere, wenn der Alkylester relativ hydrophob ist, z. B. im Falle des Ethylesters einer gesättigten C&sub1;&sub6;- oder höheren Fettsäure oder -triglycerids. Um dieses Problem zu lösen, kann ein nichtionisches Tensid als Phasenübertragungsmittel oder Emulgator verwendet werden, wie in WO92/06071, veröffentlicht am 16. April 1992, offenbart wird. Wenn ein Phasenübertragungsmittel in dem vorliegenden Verfahren verwendet wird, wird es mit einem Gehalt von etwa 0,5 bis etwa 95 Gew.-% der Reaktionsmischung verwendet, ausschließlich des Katalysators. Höhere Gehalte wie 50 Gew.-% oder mehr, werden am besten für solche Verfahren reserviert, in denen die Reaktionszeiten sehr kurz gehalten werden können, z. B. in kontinuierlichen Verfahren. In einem ansatzweisen Verfahren (diskontinuierliches Verfahren) beträgt ein bevorzugter Gehalt etwa 0,5 bis etwa 20 Gew.-%, mehr bevorzugt etwa 1 bis etwa 20 Gew.-%, am meisten bevorzugt etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% der Reaktionsmischung, ausschließlich des Katalysators. Derartige Gehalte sind auch zur Verwendung in kontinuierlichen Verfahren geeignet. In einem kontinuierliche Verfahren wird natürlich ein gewisser Anteil des Katalysators gleichzeitig wiederaufgearbeitet.
Im allgemeinen schließen Phasenübertragungsmittel die nichtionischen Tenside ein. Vorzugsweise werden Phasenübertragungsmittel aus Polyethylenoxid-Kondensaten von Alkylphenolen, den Kondensationsprodukten von aliphatischen Alkoholen und Ethylenoxid, den Kondensationsprodukten von Ethylenoxid und einer hydrophoben Base, die sich aus der Kondensation von Propylenoxid und Propylenglycol ableitet, den Kondensationsprodukten von Ethylenoxid und dem Produkt, das aus der Umsetzung von Propylenoxid und Ethylendiamin resultiert und den Alkylpolysacchariden ausgewählt. Mehr bevorzugt schließen Phasenübertragungsmittel gesättigte Fettalkohol-Polyethoxylate, Alkylpolyglycoside, lineare Glucamide, Mischungen derselben und dergleichen ein.
Die Bedingungen der organischen Umwandlungsreaktion, d. h. Temperatur, Druck, Zeit und Anteile der hierin verwendeten Ausgangsreaktanten können die folgenden sein. Die Temperaturen werden in diesem Verfahren im allgemeinen 100ºC nicht übersteigen und liegen vorzugsweise im Bereich von etwa 25 bis etwa 80ºC und mehr bevorzugt im Bereich von etwa 65 bis etwa 75ºC. Die in dem vorliegenden Verfahren verwendeten Drücke sind atmosphärische Drücke. Die Hauptreaktionszeit, d. h. die Zeitspanne, welche erforderlich ist, damit der Alkylester und das Alkanolamin sich vollständig umgesetzt haben, kann von etwa 0 bis etwa 12 Stunden, vorzugsweise von etwa 60 bis etwa 360 Minuten reichen. Der Alkylester und das Alkanolamin werden als Ausgangsreaktanten in diesem Verfahren in etwa äquimolaren Verhältnissen in Form der Anzahl der Stoffmengen von Fettcarbonylresten des Alkylesters pro mol Alkanolamin verwendet. Ein geringer molarer Überschuss von Alkylester, z. B. etwa 1,10 mol pro mol Alkanolamin, kann mit vorteilhaften Ergebnissen verwendet werden. Ein geringer molarer Überschuss von Alkanolamin kann auch verwendet werden.
Im Gegensatz zu oben genannten Verfahren des Standes der Technik verfestigt sich das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Hydroxyalkylamid-Produkt vor der Gewinnung durch Kühlen der Hydroxyalkylamid und das niedrigsiedende Alkohol-Nebenprodukt enthaltenden Reaktionsmischung auf eine Temperatur, welche eine Kristallisation wenigstens eines Hauptteils des Hydroxyalkylamid-Produkts ("Hauptfraktion") ergibt. Es wurde gefunden, dass, wenn die Reaktionsmischung auf eine Temperatur gekühlt wird, die niedriger als 45ºC ist, im allgemeinen die Kristallisation des Hydroxyalkylamid-Produkts erfolgt. Im allgemeinen wird es bevorzugt, die Reaktionsmischung auf eine Temperatur von weniger als 35ºC, d. h. in etwa auf Raumtemperatur, abzukühlen. Im allgemeinen sollte die Reaktionsmischung während einer Zeitspanne gekühlt werden, die von etwa 0,5 Stunden bis etwa 48 Stunden reichen kann. Vorzugsweise wird die Reaktionsmischung während einer Zeitspanne gekühlt, die von etwa 1 bis etwa 36 Stunden und mehr bevorzugt von etwa 6 bis etwa 15 Stunden reichen kann. Danach kann der Katalysator neutralisiert werden, damit die Reaktionsprodukte in einer unveränderten, erwünschten Zusammensetzung beibehalten werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die kristallisierte Hauptfraktion aus dem Reaktionsmedium gewonnen. Die Gewinnung der Hauptfraktion kann durch jede geeignete Technik, z. B. Filtration, durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform wird kein Versuch unternommen, irgendein niedrigsiedendes Nebenprodukt aus der Reaktionsmischung zu entfernen. Es kann vorteilhaft sein, die Kristallisationsstufe zu wiederholen, um zusätzliche Mengen des Hydroxyalkylamid- Produkts zu gewinnen, die ursprünglich nicht als Hauptfraktion gewonnen wurden. Somit wird die Mutterlauge, die nach der Gewinnung der Hauptfraktion zurückbleibt, wieder auf eine geeignete Temperatur gekühlt, um darin verbleibendes Hydroxyalkylamid-Produkt ("Nebenfraktion") zu kristallisieren. Die kristallisierte Nebenfraktion wird wie oben gewonnen, z. B. durch Filtration, um zusätzliches Hydroxyalkylamid-Produkt bereitzustellen. Alternativ dazu kann die Mutterlauge im Kreislauf in nachfolgende Ansätze zurückgeführt werden.
In einer zweiten Ausführungsform zur Gewinnung des Hydroxyalkylamid- Produkts, welche in der Praxis der Erfindung bevorzugt wird, wird das verfestigte Hydroxyalkylamid-Produkt als wäßrige Lösung zubereitet, welche zur Handhabung zweckmäßig ist und nichtentzündlich ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass man eine ausreichende Menge Wasser zu der Reaktionsmischung gibt, um das Hydroxyalkylamid-Produkt als wäßrige Lösung zuzubereiten. Das niedrigsiedende Alkohol-Nebenprodukt kann dann durch jede geeignete Technik, z. B. Destillation, entfernt werden, um so das Hydroxyalkylamid zu gewinnen. Es ist wichtig, den Katalysator zu neutralisieren, bevor die Mischung erneut erwärmt wird, wenn das niedrigsiedende Alkohol-Nebenprodukt abdestilliert wird. Wenn die Reaktionsmischung vor der Neutralisation des Katalysators wieder erwärmt wird, geht die Umsetzung zu den Ausgangsmaterialien zurück, was einen beträchtlichen Ausbeuteverlust ergibt.
Obwohl das Entfernen des niedrigsiedenden Alkohol-Nebenprodukts aus der Reaktionsmischung in Gegenwart oder in Abwesenheit von Wasser durchgeführt werden kann, wird es bevorzugt, dass Wasser vorliegt, damit das sich ergebende Produkt flüssig und leicht handhabbar ist. Verschäumungsprobleme traten während der Destillation von Alkohol in Gegenwart von Wasser nicht auf. Die Destillation kann bei Drücken von etwa 1,01 bar (1 atm) bis etwa 0,13 mbar (0,1 mm Hg) durchgeführt werden, wobei Drücke von etwa 1,01 bar (1 atm) bevorzugt werden. Etwas Wasser kann mit dem niedrigsiedenden Alkohol abdestillieren, und es kann notwendig sein, während des Verlaufs der Destillation Wasser zuzufügen.
Die Auswahl des Neutralisationsmittels hängt von dem verwendeten Katalysator ab. Im allgemeinen kann das Neutralisationsmittel aus der aus schwachsauren Verbindungen, z. B. Citronensäure, Essigsäure, Kohlensäure, Mischungen derselben und dergleichen, bestehenden Gruppe ausgewählt werden. Citronensäure ist das bevorzugte Neutralisationsmittel.
Hydroxyalkylamid, das durch die Umsetzung eines Alkylesters und eines Alkanolamins gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, entspricht der allgemeinen Formel R¹CONR²R³, worin R¹ der Alkylrest des Alkylesters ist, R² der Alkylrest des Alkanolamins ist, und R³ die Polyhydroxy-substituierte, gesättigte, Kohlenwasserstoffgruppe des Alkanolamins ist. Typischerweise ist R¹ ein C&sub5;-C&sub3;&sub1;-Alkylrest, vorzugsweise eine C&sub7;-C&sub1;&sub9;-Alkyl, am meisten bevorzugt ein geradkettiges C&sub1;&sub1;-C&sub1;&sub9;-Alkyl oder eine Mischung derselben. Typischerweise ist R² ein C&sub1;-C&sub6;-Alkyl, 2-Hydroxyethyl, 2-Hydroxypropyl oder eine Mischung derselben, vorzugsweise C&sub1;-C&sub4;-Alkyl, mehr bevorzugt C&sub1;- oder C&sub2;-Alkyl, am meisten bevorzugt C&sub1;- Alkyl. Typischerweise ist R³ eine Polyhydroxy-substituierte Kohlenwasserstoffgruppe, die sich von einem reduzierenden Zucker, wie Glucose, Fructose, Maltose, Lactose, Galactose, Mannose, Xylose, Maissirup mit hohem Dextrosegehalt, Maissirup mit hohem Fructosegehalt und Maissirup mit hohem Maltosegehalt ableitet. Vorzugsweise ist R³ aus -CH&sub2;-(CHOH)n-CH&sub2;OH, -CH(CH&sub2;OH)-(CHOH)n-1-CH&sub2;OH, -CH&sub2;(CHOH)&sub2;(CHOR&sup4;)(CHOH)-CH&sub2;OH ausgewählt, worin n eine ganze Zahl von 3 bis 5 ist, und R&sup4; H oder ein cyclisches Mono- oder Polysaccharid und alkoxylierte Derivate derselben ist. Mehr bevorzugt ist R³ -CH&sub2;-(CHOH)&sub4;-CH&sub2;OH. Das gemäß der Erfindung hergestellte Hydroxyalkylamid kann in Form von Vormischungen mit Co-Tensiden, Lösungen oder festen Kristallen bereitgestellt werden.

Vergleichsbeispiele 1 bis 3

Die folgenden Vergleichsbeispiele erläutern das Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung von Hydroxyalkylamid, worin das niedrigsiedende Nebenprodukt, insbesondere Methanol, aus der Reaktionsmischung entfernt wird, bevor das Hydroxyalkylamid-Produkt entfernt wird.
Gehärtetes Palmstearintriglycerid (MOFAC 1660; Quelle: Akzo Pacific Oleo Chemicals; 140,8 g; 0,168 mol; MW 838 g/mol) wurde geschmolzen und in Methanol (48 g) gelöst, um eine Lösung von MOFAC 1660 bereitzustellen. Dann wurden N-Methylglucamin (NMGA; Quelle: Rhöne-Poulenc; (97,5 g; 0,5 mol; 195 g/mol) und NaOCH&sub3; als Katalysator (Vergleichsbeispiel 1; 2,25 g), K&sub2;CO&sub3; als Katalysator (Vergleichsbeispiel 2; 1,73 g) und Na&sub2;CO&sub3; als Katalysator (Vergleichsbeispiel 3; 1,33 g) jeweils einzeln mit der Lösung von MOFAC 1660 vermischt, während stark gerührt wurde, um drei Reaktionsmischungen bereitzustellen. Danach wurden die drei Reaktionsmischungen erwärmt, bis ein stabiler Rückfluss von Methanol bei einer von etwa 73 bis etwa 75ºC reichenden Temperatur erreicht wurde.
Alle Reaktionsmischungen wurden in Abhängigkeit von dem verwendeten Katalysator nach 3,5 bis 6,5 Stunden klare Lösungen. Die reine ReaktionsZeit, die zur Vervollständigung der Umsetzung in Betracht gezogen wurde, reichte von 6 bis 8 Stunden, bis das Entfernen von Methanol begann.
Methanol wurde durch schonende Destillation bei Umgebungsdruck entfernt. Um die Destillation von Methanol beizubehalten, wurde die Temperatur stufenweise erhöht, bis eine Endtemperatur von 130ºC erreicht wurde. Zum gleichen Zeitpunkt wurde auf vorsichtige Weise ein Vakuum angelegt, um die Bildung eines extrem stabilen Schaums zu verhindern. Eine beträchtliche Aufmerksamkeit war notwendig, um zu verhindern, dass die Reaktionsmischungen in Teile der Destillationsgerätschaften eindringen: Die gesamte Arbeitsweise des Vakuumgradienten benötigte etwa 90 Minuten. Schließlich wurde das Vakuum auf 45 mbar eingestellt, und ein Beibehalten desselben wurde während der nächsten 90 Minuten ermöglicht, um flüchtige Bestandteile vollständig zu entfernen. Dann wurde das GA-Produkt auf Raumtemperatur gekühlt und zu einem Pulver zermahlen.
Mit dem GA-Produkt wurde eine Analyse auf NMGA, Gesamt-GA und Seife durch Titration durchgeführt; lineares und cyclisches GA wurden durch HPLC bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle I aufgeführt.

Beispiel 1

Dieses Beispiel erläutert das Verfahren der Erfindung, worin das Hydroxyalkylamid-Produkt aus der Reaktionsmischung entfernt wird, ohne dass niedrigsiedendes Alkohol-Nebenprodukt entfernt wird.
Das Verfahren wurde wie folgt durchgeführt: gehärtetes Palmstearintriglycerid (MOFAC 1660; Quelle: Akzo Pacific Oleo Chemicals; 140,8 g; 0,168 mol; MW 838 g/mol) wurde geschmolzen und in Methanol (156,6 g) gelöst. Dann wurden N-Methylglucamin (NMGA; Quelle: Rhône-Poulenc; (97,5 g; 0,5 mol; 195 g/mol) und K&sub2;CO&sub3; als Katalysator (2,25 g; 10 Mol- %, bezogen auf NMGA) mit der Lösung von MOFAC 1660 vermischt, während stark gerührt wurde. Die Reaktanten wurden dadurch zur Reaktion gebracht; dass man dieselben mit 60 Gew.-% Feststoffen in Methanol bei 60ºC aufschlämmte. Zu keinem Zeitpunkt überstieg die Temperatur 70ºC. In dem Aufarbeitungsteil der Umsetzung wurde GA- Produkt durch Kristallisation gemäß der vorliegenden Erfindung gewonnen, anstelle des destillativen Entfernens von Methanol wie in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3.
In der anfänglichen Zeitspanne der Umsetzung wurde die Reaktionsmischung pastös, blieb jedoch rührbar. Die Aufschlämmung wurde schonend erwärmt, bis ein stabiler Rückfluss von Methanol bei 70ºC erreicht wurde. Gelegentlich schäumte die Mischung geringfügig in den nächsten 15 Minuten. Nach 45 Minuten war der größte Teil der NMGA-Feststoffe umgesetzt, und die Reaktionsmischung wurde durchscheinend. Während der nächsten 45 Minuten verschwanden die gesamten Feststoffe, und die Reaktionsmischung wurde klar. Dann wurde die Vervollständigung der Umsetzung in lineares GA während der nächsten 210 Minuten ermöglicht. Insgesamt betrug die Hauptreaktionszeit 300 Minuten seit dem Beginn des Rückflusses.
Zur Aufarbeitung ließ man die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur abkühlen und über Nacht kristallisieren. Kristalle ("Hauptfraktion") wurden auf einer SEITZ-Filterpresse eines Durchmessers von 5 cm entfernt und zweimal mit 6,5% Methanol in bezug auf die feuchte Filterkuchenmasse gewaschen. Der feuchte GA-Kuchen wurde an der freien Luft zu einem konstanten Gewicht getrocknet. Somit wurden 217 g pulverförmiges GA ohne nachweisbares cyclisches GA als Hauptfraktion erhalten. Die kombinierten Mutterlaugen wurden dann auf 5ºC abgekühlt und wiederum über Nacht bei 5ºC kristallisiert ("Nebenfraktion"). Die Feststoffe wurden entfernt, gewaschen und getrocknet, wie oben beschrieben ist. 8,4 g pulverförmiges GA wurden aus den Mutterlaugen gewonnen, ohne dass nachweisbares cyclisches GA gebildet wurde. Die finalen Mutterlaugen wurden in einem Rotationsverdampfer bis zur Trockne eingeengt und 13,5 g eines wachsartigen Materials wurde als Rest erhalten, der verworfen wurde.
Mit den GA-Haupt- und Nebenfraktionen wurde eine Analyse auf NMGA, Gesamt-GA und Seife durch Titration durchgeführt; lineares und cyclisches GA wurden durch HPLC bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle I aufgeführt. Tabelle I
Aus den in der Tabelle I aufgeführten Daten ist klar ersichtlich, dass die Menge an restlichem NMGA, das in der Hauptfraktion und der Nebenfraktion des Beispiels 1 gebildet wurde (1,0 Gew.-%) beträchtlich geringer war in bezug auf die Mengen von restlichem NMGA für die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 (3, 4, 3,7 bzw. 3,4 Gew.-%), während die Mengen an linearem GA, d. h. Hydroxyalkylamid-Produkt, die in der Hauptfraktion und der Nebenfraktion des Beispiels 1 gebildet wurden (94,2 bzw. 87,5 Gew.-%), signifikant größer waren als die Mengen an linearem GA, die in den Vergleichsbeispielen 1-3 (81,1, 77,5 bzw. 77,5 Gew.-%) gebildet wurden. Weiterhin ist ersichtlich, dass die Umsetzung des Beispiels 1 bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt wurde, d. h. 70ºC, was die Bildung von cyclischem GA verhinderte.

Vergleichsbeispiel 4

Das folgende Vergleichsbeispiel erläutert das Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung von Hydroxyalkylamid, worin das niedrigsiedende Nebenprodukt, insbesondere Methanol, aus der Reaktionsmischung entfernt wird, bevor der Katalysator neutralisiert wird. Das Produkt wird dann als wäßrige Lösung formuliert, die zur Verwendung in Tensidformulierungen geeignet ist.
N-Methylglucamin (NMGA; Quelle: Aldrich Chemicals; 73,7 g) und Propylenglycol (Quelle: Aldrich Chemicals; 15,4 g) wurden erwärmt und zusammen gerührt, bis eine homogene Lösung erhalten wurde. Eine Natriummethoxid-Lösung (Quelle: Aldrich Chemicals; 6,1 g) und Fettsäuremethylester (Quelle: Procter & Gamble CE 1270, 86,3 g) wurden zugefügt, und die Reaktionsmischung wurde 1 Stunde zwischen 90 und 100ºC gehalten. Ein gewisser Teil der Reaktionsmischung (56,7 g) wurde entfernt und zur Herstellung des nachstehenden Beispiels 2 verwendet. Methanol wurde durch Vakumdestillation entfernt. Es wurde eine ausreichende Menge Wasser zugegeben, um eine Lösung mit einem abschließenden Feststoffgehalt von etwa 50% herzustellen. Der pH wurde mit Citronensäure auf einen Wert zwischen 6 und 7 eingestellt.

Beispiel 2

Eine Probe der Reaktionsmischung, die oben im Vergleichsbeispiel 4 hergestellt wurde, ließ man über Nacht auf Raumtemperatur abkühlen. Wasser (30,2 g) und Citronensäure (0,4 g) wurden dazu gegeben, und die sich ergebende Aufschlämmung wurde vermischt und auf 88ºC erwärmt. Methanol wurde aufgefangen, als es destillierte. Die Feststoffe der fertigen Lösung wurden mit Wasser auf etwa 50% eingestellt, und der pH wurde geprüft, ob er einen Wert zwischen 6 und 7 aufweist.
Vergleichende Ergebnisse zwischen den beiden Verfahren sind in der nachstehenden Tabelle angegeben. Die Ergebnisse in der Tabelle wurden auf einen Feststoffgehalt von 51,5% normalisiert.
Wie aus diesen Daten ersichtlich ist, ergab das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine signifikante Produktionszunahme des Hydroxyalkylamid- Produkts (d. h. lineares GA) im Vergleich zu dem bekannten Verfahren des Standes der Technik, das im Vergleichsbeispiel 4 veranschaulicht ist. Weiterhin wurde eine signifikante Abnahme an cyclischem Nebenprodukt im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel 4 erhalten. Diese Daten zeigen auf klare Weise die Überlegenheit der vorliegenden Erfindung gegenüber Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung von Hydroxyalkylamiden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Hydroxyalkylamids, umfassend die Umsetzung eines Alkylesters und eines Alkanolamins in Gegenwart eines Katalysators, um eine Reaktionsmischung bereitzustellen, die ein Hydroxyalkylamid-Produkt, ein niedrigsiedendes Alkohol-Nebenprodukt und nichtumgesetzten Alkylester und nichtumgesetztes Alkanolamin enthält, und die anschließende Kühlung der Reaktionsmischung, um das Hydroxyalkylamid-Produkt zu verfestigen und das Gleichgewicht der Reaktion zur Herstellung von zusätzlichem Hydroxyalkylamid-Produkt und dem niedrigsiedenden Alkohol- Nebenprodukt zu verschieben, begleitet von einer Reduktion der Mengen von nichtumgesetztem Alkylester und nichtumgesetztem Alkanolamin, wobei das Verfahren durchgeführt wird, ohne dass eine nennenswerte Menge des niedrigsiedenden Alkohol-Nebenprodukts aus der Reaktionsmischung entfernt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, das in Gegenwart von Lösungsmittel durchgeführt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin nach der Herstellung von zusätzlichem Hydroxyalkylamid-Produkt die Aktivität des Katalysators beendet wird, um eine Rückwandlung von Hydroxyalkylamid- Produkt in Alkylester und Alkanolamin im wesentlichen zu verhindern.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, worin der Katalysator aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus den Alkoxiden, Hydroxiden, Carbonaten, Phosphaten, Pyrophosphaten, Polyphosphaten, Tartraten, Citraten, Silicaten, Aluminiumsilicaten und Mischungen derselben.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Hydroxyalkylamid-Produkt durch Kühlen der Reaktionsmischung auf eine Temperatur von weniger als 45ºC verfestigt wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Hydroxyalkylamid-Produkt durch Kühlen der Reaktionsmischung auf eine Temperatur von weniger als 35ºC verfestigt wird

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Alkylester sich von einer Fettsäure und einem Alkohol ableitet.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, worin die Fettsäure eine C&sub5;-C&sub2;&sub5;- Fettsäure ist, und der Alkohol ein C&sub1;-C&sub6;-Alkohol ist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Alkylester die Formel:

aufweist, worin R eine geradkettige oder verzweigtkettige C&sub5;-C&sub2;&sub5;- Alkyl- oder Alkenylgruppe oder eine substituierte oder unsubstituierte Phenylgruppe ist, und R' eine substituierte oder unsubstituierte C&sub1;-C&sub6;-Alkyl- oder Phenylgruppe ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Alkylester aus der aus Monoglycerid, Diglycerid und Triglycerid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Alkanolamin das hydrierte Produkt der Umsetzung eines Alkylamins und eines reduzierenden Zuckers ist.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Alkanolamin aus der aus N-Methylglucamin, N-Methyl-D-glucamin, N-Methyllactoseamin, N-Ethylglucamin, N-Propylglucamin und N-Butylglucamin bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

13. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Alkylester ein Triglycerid ist und das Alkanolamin das hydrierte Produkt der Umsetzung eines Alkylamins und eines reduzierenden Zuckers ist.

14. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Alkylester ein Triglycerid ist und das Alkanolamin aus der aus N-Methylglucamin, N-Methyl-D-glucamin, N-Methyllactoseamin, N-Ethylglucamin, N-Propylglucamin und N-Butylglucamin bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

15. Verfahren gemäß Anspruch 2, worin das Lösungsmittel aus der aus Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Glycerin, 1,2- Propylenglycol, 1,3-Propylenglycol und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin der Katalysator aus der aus den Alkoxiden, Hydroxiden, Carbonaten, Phosphaten, Pyrophosphaten, Polyphosphaten, Tartraten, Citraten, Silicaten, Aluminiumsilicaten und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

17. Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin die Umsetzung eines Alkylesters und eines Alkanolamins in Gegenwart eines Phasenübertragungsmittels umfasst.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, worin das Phasenübertragungsmittel aus der aus nichtionischen Tensiden, gesättigten Fettalkohol-Polyethoxylaten und Alkylpolyglycosiden bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

19. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, worin der Alkylester von einer C&sub5;-C&sub2;&sub5;-Fettsäure und einem C&sub1;-C&sub6;-Alkohol abgeleitet ist, das Alkanolamin das hydrierte Produkt der Umsetzung eines Alkylamins und eines reduzierenden Zuckers ist, und worin die Reaktionsmischung weiterhin ein inertes Lösungsmittel umfasst.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, worin das Lösungsmittel aus der aus Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Glycerin, 1,2- Propylenglycol, 1,3-Propylenglycol und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

21. Verfahren gemäß Anspruch 20, worin der Alkylester und das Alkanolamin bei einer Temperatur umgesetzt werden, welche die Herstellung irgendeiner signifikanten Menge eines cyclischen Hydroxyalkylamid-Nebenprodukts vermeidet.

22. Verfahren gemäß Anspruch 21, worin die Temperatur 70ºC nicht übersteigt.

23. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1, 2 oder 5 bis 22, worin nach der Herstellung von zusätzlichem Hydroxyalkylamid- Produkt, die Aktivität des Katalysators beendet wird, um eine Rückwandlung von Hydroxyalkylamid-Produkt in Alkylester und Alkanolamin im wesentlichen zu verhindern, und ein niedrigsiedendes Alkohol-Nebenprodukt aus der Reaktionsmischung entfernt wird.

24. Verfahren gemäß Anspruch 23, worin vor dem Entfernen des niedrigsiedenden Alkohol-Nebenprodukts Wasser in einer Menge zu der Reaktionsmischung gegeben wird, die ausreicht, um das Hydroxyalkylamid-Produkt als wäßrige Lösung zu formulieren.

25. Verfahren gemäß Anspruch 23, worin die Aktivität des Katalysators durch In-Kontakt-Bringen des Katalysators mit einer schwachsauren Verbindung beendet wird.

26. Verfahren gemäß Anspruch 25, worin die schwachsaure Verbindung aus der aus Citronensäure, Essigsäure, Kohlensäure und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.