CN1061038A

CN1061038A - 用于葡糖酰胺洗涤剂的改进催化方法

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Publication number: CN1061038A
Application number: CN91109860A
Authority: CN
Inventors: D·S·康纳尔; J·J·沙伊贝尔; J·-N·高
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1992-05-13
Anticipated expiration: 2006-09-27
Also published as: BR9106910A; CN1034928C; EP0550651B1; JP3051169B2; EP0550651A1; FI931356A0; AU8737891A; NO931026D0; JPH06501265A; DE69108038T2; DE69108038D1; WO1992006072A1; US5338487A; CA2092182C; MX9101370A; ES2069311T3; NO302292B1; CA2092182A1; NO931026L; FI931356A

Abstract

一种制备线性葡糖酰胺表面活性剂的改进方法，其包括使N-烷基葡糖胺，例如，N-印基葡糖胺、脂肪酯，例如，椰子甲酯和催化剂反应，催化剂选自磷酸三锂、磷酸三钠、磷酸三钾、焦磷酸四钠、焦磷酸四钾、三聚磷酸五钠、三聚磷酸五钾、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、酒石酸二钠、酒石酸二钾、酒石酸钠钾、柠檬酸三钠、柠檬酸三钾、碱性硅酸钠、碱性硅酸钾、碱性硅铝酸钠、碱性硅铝酸钾和它们的混合物。

Description

本发明属于洗涤剂领域，本发明涉及在某些催化剂存在下缩合N-烷基葡糖胺和脂肪酯以制备洗衣洗涤剂表面活性剂的改进方法。

本发明建立在使用怎样的天然资料的社会观念改变的基础上。石油原料是不可再生的，并且不断涨价，甚至大大冲击国家的支付平衡，并且来源是靠不住的。现在存在一种观念，通常愈来愈多的人认为，即，为了社会及环境的利益应降低消费者对基于这种原料制备的可任便的商品的依赖性。然而，对这种观念的重要的答复需要将局部地或区域性地可获得的可再生的资源转化成所需的消费品，例如，洗衣洗涤剂，的有效方法。

美国生产相当多吨数的糖，例如，葡萄糖或玉米糖浆，以及脂肪物质。对这些特定可再生的资源的消费的传统格式呈下降趋势：出于健康原因，人们趋向于吃更少的糖以及更少的脂肪食物，尤其是饱和脂肪。这使得它们发展为其它用途，例如，洗衣洗涤剂，这更加有吸引力。

多年以前，人们开始探索从脂肪酸或它们的衍生物与N-烷基葡糖胺结合（后者由葡萄糖还原胺化制得）制备纺织助剂或洗涤剂的方法，葡萄糖还原胺化过程在美国专利2，016，962（Flint等人，1935年10月8日颁布）中有更完整地描述。

Piggott的美国专利1，985，424（1934年12月25日颁布）公开了制备“纺织助剂”的方法，其包括（a）在氢气和加氢催化剂存在下，在压力下将加热的葡萄糖和含水甲胺的产物与（b）有机羧酸，例如，硬脂酸或油酸反应。在约160℃制备的缩合产物被认为“主要地，如果不是全部的话，是酰胺”，无疑地分子式为R-CO-NR₁-CH₂-（CHOH）₄-CH₂OH，其中，R是含有至少3个碳原子的烷基，而R₁是氢或烷基。

Schwartz的美国专利2，703，798（1955年3月8日颁布）声称由脂肪酸或酸酐与N-烷基葡糖胺反应（估计可能为例如Piggott说明的方法）制备的组合物具有较差的颜色和较差的洗涤性能。这在化学方面确实是合理的，因为，通过Piggott方法可以形成多于一种化合物，Piggott没有尝试定量地证明他制备的化合物或混合物的结构。

Schwartz（′798）继续报导了脂肪酯（不同于脂肪酸或酐）与N-烷基葡糖胺反应而得到的改善的结果。尽管这个方法可以克服现有技术，例如Piggott的一个或另一个方面的不足，但现在人们知道，Schwartz的方法仍有困难，更具体地说，Schwartz的方法同样可能形成化合物的复杂混合物。反应将花费几小时，该方法不能得到高质量的产物。人们均不知道Piggott和Schwartz的方法在商业实践中在任何时候产生过效果。

Schwartz更详细地说明，在N-单烷基葡糖胺与脂肪酯或油缩合时，仅发生若干可能的化学反应的一种。反应被认为得到下式的酰胺化合物，例如，

其中R′是脂族烷基而R是短链烷基，典型地为甲基，此结构显然与Piggott建议的结构相同。Schwartz对比单一产物结果，他相信，他获得了他断言的酸与N-烷基葡糖胺反应实际上制备的化合物，主要是酰胺（Ⅰ）与一种或多种付产物的混合物，对此，他假定为酯酰胺和酯胺结构，其无疑包括“惰性和蜡质的、降低表面活性的”结构式（Ⅰ）酰胺的化合物。

根据Schwartz的方法，通过在140℃-230℃，优选地为160℃-180℃，在常压、减压或超大气压下加热“稍微超过1小时”的时间，约等摩尔比例的N-单烷基葡糖胺能够与脂族烷基酰反应，在此期间，两个最初不相容的相合并形成被认为用作洗涤剂的产物。

适当的N-单烷基葡糖胺的具体实例是N-甲基葡糖胺、N-乙基葡糖胺、N-异丙基葡糖胺和N-丁基葡糖胺。适当的脂族烷基酯的具体实例为C₆-C₃₀脂肪酸与链烷醇的反应产物，例如，月桂酸甲酯。Manila油的混合甘油酯或椰子干油的混合甘油酯显然也可用作脂肪酯。当葡糖胺是N-甲基葡糖胺时，与这些脂肪酯的相应产物的特征为“N-甲基葡糖胺的脂肪酸酰胺”，其用作洗涤剂表面活性剂。报导的另一种特殊组合物无疑是“N-异丙基葡糖胺椰子脂肪酸酰胺”。

Zech的美国专利2，993，887（1961年6月25日颁布）进一步揭示了脂肪物质与N-甲基葡糖胺反应的复杂性。Zech尤其断言，Schwartz公开的范围内的高温反应（180℃-200℃）的产物具有环状结构，给出不少于四种的可能的结构，参阅′887第1栏第63行至第2栏第31行。

目前所确切认定的由Schwartz的脂肪族酯-N-烷基葡糖胺方法提供的是组合物，其包括式（Ⅰ）化合物与适当比例（例如，约25%，通常更多）的若干种其它组分，尤其是环状葡糖胺付产物（包括，但不限于Zech提出的结构）或相应的衍生物，例如，其中与式（Ⅰ）相比较至少一个羟基部分被酯化的酯酰胺的混合物。

此外，Schwartz的重新研究提出在方法中存在其它重要的未解决的问题，包括趋向于形成给产物提供了非常不满意的颜色和/或气味的痕量物质。

新近，尽管Schwartz的工作，Hildreth仍断言式（Ⅰ）的化合物是新的，参阅Biochem.J.，1982，Vol.207第363-366页。总之，给予这些组合物一个新的命名：“N-D-葡糖基-N-甲基烷酰胺洗涤剂”，首字母缩略词为“MEGA”。Hildreth提供了基本上不同于Schwartz的溶剂促进的制备化合物的方法，即，它回转到使用脂肪酸反应物，而不是脂肪酯。此外，Hildreth用吡啶/氯甲酸乙酯作溶剂/活性剂。这方法尤其，被举例说明用于辛酰基-N-甲基葡糖酰胺（“OMEGA”）、壬酰基-N-甲基葡糖酰胺（“MEGA-9”）和癸酰基-N-甲基葡糖酰胺（“MEGA-10”）。该方法被认为是便宜和高产率的。当然，人们必须假定“便宜”是相对的，并意味着作者对特定生物化学应用的兴趣：在大规模洗涤剂生产方面，吡啶和氯甲酸乙酯的应用很难被认为是一个经济的或环境上的有吸引力的方法，因此，Hildreth方法本文不再进一步研究。

Hildreth和其它工作者提纯了某些式（Ⅰ）的化合物，例如，采用重结晶方法，并描述了某些结构式（Ⅰ）化合物的性质。当然，重结晶过程本身是一个昂贵的和潜在的危险（易燃溶剂）的步骤，大规模洗涤剂生产应更经济和完全，而没有重结晶步骤。

根据在前的Schwartz，Schwartz方法的产物可用于洗净硬的表面，根据Thomas Hedley & Co.Ltd.（现为Procter & Gamble）的英国专利809，060（1959年2月18日公开），式（Ⅰ）的化合物用作表面活性剂，用于例如具有颗粒形式的洗衣洗涤剂。Hildreth（在前）提到，在生物化学领域中，式（Ⅰ）的化合物以溶解血浆膜用于洗涤剂试剂，欧洲专利-A-285，768（1988年12月10日公开）描述了式（Ⅰ）化合物用作增稠剂。因此，这些化合物，或含有这些化合物的组合物可以是极为合乎要求的表面活性剂。

此外，另一种制备含有式（Ⅰ）化合物的组合物的方法包括在上文给出的改进的增稠剂的文献中，参阅EP-A-285，768。并参阅H.Kelkenberg，Tenside Surfactants Detergents 25（1988）8-13特别是用于制备N-烷基葡糖胺的方法的公开内容，它与上文给出的N-烷基葡糖胺方法的现有技术一起能够与本发明的方法相结合用于葡萄糖和脂肪材料转化成有用的表面活性剂组合物的过程。

EP-A-285，768的有关内容包括简单地陈述了一个结论，即“人们知道式（Ⅰ）的化学化合物的制备过程通过将熔融的脂肪酸或脂肪酸酯与可以带N-取代基的多羟基烷基胺并任意在碱性催化剂存在下反应来完成”。上述参考的现有技术强调这个论点是总体简化和不准确的。EP-A-285，768没有列举任何支持所提出的观点的参考文献，也没有发现除EP-A-285，768之外的任何实际地描述N-烷基葡糖胺与脂肪酯或脂肪甘油三酯的任何催化缩合方法的参考文献。

欧洲专利申请包含了标题为“N-甲基-椰子脂肪酸葡糖酰胺的制备方法”的如下实施例，其中“钠甲醇金属”被认为与“甲醇钠”同义，该实施例译自德语：

“在搅拌的烧瓶中，将669g（3.0mol）椰子脂肪酸甲酯和585g（3.0mol）N-甲基葡糖胺和附加的3.3g甲醇钠逐渐加热到135℃。反应过程中形成的甲醇在100至15mbar的增加的真空下在冷却收集器中冷凝。在甲醇析出结束后，反应混合物溶解在1.5l热的异丙醇中，并过滤和结晶。过滤和干燥后，得到882g（理论值的76%）蜡质的N-甲基椰子脂肪酸葡糖酰胺。软化点＝80至84℃;碱值：4mg.KOH/g”。

EP-A-285.768继续陈述如下：

“在类似的方法中，制备如下的脂肪酸葡糖酰胺：

产率% 软化点（℃）碱值（mg.KOH/g）

N-甲基十二酸葡糖酰胺 76 94-95 6

N-甲基十四酸葡糖酰胺 75 98-100 3

N-甲基十六酸葡糖酰胺 75 103-105 5

N-甲基十八酸葡糖酰胺 84 96-98 6″

为概括从现有技术收集的某些重要论点，上述的Schwartz专利说明从脂肪酯或甘油三酯和N-烷基葡糖胺制备式（Ⅰ）化合物的问题可以通过选择脂肪酯（代替脂肪酸）作为脂肪反应物，并进行简单的非催化缩合方法来完成。后来的文献，例如Hildreth，方向改回至脂肪酸类型的合成，但没有用资料证明Schwartz专利的论点是错误的，也没有简单的制备高纯度式（Ⅰ）化合物的方法以证明如何制备满足洗涤剂配制者的技术要求的这类表面活性剂。另一方面，在一个完全不同的技术领域内，有一篇甲醇钠催化的式（Ⅰ）化合物合成的文献，如上所述，步骤包括逐步升温至135℃和重结晶产物。

从如上的观察结果来看，人们将非常需要制备含式（Ⅰ）化合物的表面活性剂组合物的进一步改进的方法。这类方法应能以大规模地应用，并能直接制备满足洗衣洗涤剂配制者技术要求的组合物，而不需要重结晶过程。

此外，本发明的目的在于提供一种在特定的催化剂存在下使脂肪酯和N-烷基葡糖胺反应制备表面活性剂组合物的改进的催化方法。

本发明的另一目的在于提供用于洗衣洗涤剂的本发明的产物组合物，其不仅包括具有很好的质量和颜色的线性葡糖酰胺表面活性剂组合物，还包括由线性葡糖酰胺表面活性剂与一种或多种固体形式的碱性洗衣洗涤剂助剂，例如碳酸钠相结合组成的组合物。

所得到的这个和其他的目的，将从下文中看出。

本发明涉及制备洗涤剂表面活性剂，尤其是具有高比例式（Ⅰ）化合物的表面活性剂组合物的改善方法，在式（Ⅰ）中，R′是脂族烷基，R是短链烃基，典型的为甲基、乙基或类似基团。本发明的产物包括洗涤剂表面活性剂以及基本上由表面活性剂与一种或多种附加的洗衣用组分，尤其是碱性洗衣洗涤剂助剂的混合物组成的洗涤剂组合物。

通常，本方法包括在特定催化剂存在下使脂肪酯和N-烷基葡糖胺反应。

适用于本发明的催化剂选自磷酸三锂、磷酸三钠、磷酸三钾、焦磷酸四钠、焦磷酸四钾、三聚磷酸五钠、三聚磷酸五钾、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、酒石酸二钠、酒石酸二钾、酒石酸钠钾、柠檬酸三钠、柠檬酸三钾、碱性硅酸钠、碱性硅酸钾、碱性硅铝酸钠、碱性硅铝酸钾或它们的混合物。

尤其优选的催化剂包括碳酸钠和碳酸钾。

本发明的方法有效地将N-烷基葡糖胺，例如，N-甲基-D-葡糖胺，转化成质量适合于洗衣洗涤剂配制者的，不需要重结晶过程的线性葡糖酰胺表面活性剂。

在一个优选的实例中，本发明包括一种方法，其中催化剂选自碳酸钠、碳酸钾和它们的混合物，上述催化剂的量为N-烷基葡糖胺的约0.5（mole）%至约50（mole）%，将N-烷基葡糖胺转化为具有如下线性结构的分子式的化合物：

其中R是葡糖胺的烷基残基，R′是脂肪酯的残基，转化率基于N-烷基葡糖胺为约70（mole）%或更高，N-烷基葡糖胺转化成环状葡糖酰胺或酯酰胺付产物的转化率约为15（mole）%或更低。

本发明的催化剂，当它们用于方法中时，具有不催化增加付产物，例如酯酰胺或环状葡糖酰胺的形成而同时催化所需的酰胺化过程的优点。这是令人惊奇的，因为酯酰胺付产物的形成是一种酯化反应，而催化剂，例如碳酸钠或碳酸钾在此以前已被用于催化酯化反应。参见，例如，Curtis的美国专利2，999，858（1961年9月12日颁布），其公开了蔗糖转化为蔗糖脂肪酯的转化过程。还参见von Brachel等人的美国专利3，558，597（1971年1月26日颁布）。

总之，本发明在催化选择性地形成富含式（Ⅰ）化合物的表面活性剂组合物而不同时催化增加付产物的形成过程，尤其是经酯化过程，的能力方面是令人惊奇的。

通常，本发明的方法将N-烷基葡糖胺以基于N-烷基葡糖胺约70（mole）%或更高，更优选地为80（mole）%或更高的转化率转化成式（Ⅰ）的线性葡糖酰胺，而N-烷基葡糖胺转化成具有环状葡糖酰胺结构的付产物的转化率通常为约15（mole）%或更低。

N-烷基葡糖胺起始物料可以通过任何上述参考文献的方法制备，其实例为N-甲基葡糖胺、N-乙基葡糖胺、N-丙基葡糖胺和N-丁基葡糖胺。

较优选的脂肪酯选自饱和脂肪甲酯和脂肪甘油三酯。

按照每摩尔N-烷基葡糖胺所需的脂肪酯的脂肪羰基部分的摩尔数，N-烷基葡糖胺和脂肪酯优选地以大约等摩尔比例使用，如果脂肪酯稍过量，例如，每摩尔N-烷基葡糖胺约1.05-1.10摩尔，也能得到很好的结果。

本发明具有许多优点，包括通常迅速有效地获得产物的方法，其中产物无需进一步提纯即可用于配制洗衣洗涤剂。本发明方法的产物通常有好的颜色和仅仅低含量的非挥发性付产物（特别是环状付产物以及酯酰胺等等）。在本发明的某些具体实例中，还获得了新的和有用的组合物，例如，表面活性剂/助洗剂中间体，它们用于颗粒洗衣洗涤剂的配制。

除非另有说明，本文的百分数和比例通常指基于摩尔百分数基准。

本发明涉及从脂肪酯和N-烷基葡糖胺制备线性葡糖酰胺表面活性剂的改进的催化方法。在优选的产物组合物中，高比例（通常70（mole）%或更高，优选为80（mole）%或更高）的N-烷基葡糖胺被转化为式（Ⅰ）的化合物，其中，R′是脂族烷基，R是短链烃基，典型地为甲基、乙基等等。

当本文提到“转化率”百分数时，该转化率百分数基于摩尔百分数表示。

尽管可理解为基本上纯的式（Ⅰ）的化合物，或者在另一极端下，含有（Ⅰ）的高度不纯的组合物都不是新的，但用于本文的术语“线性葡糖酰胺表面活性剂”指的是本发明方法的特征产物，其直接用作大规模洗衣洗涤剂配制过程的表面活性剂。

通常，本发明制备的“线性葡糖酰胺表面活性剂”具有大部分的N-烷基葡糖胺起始物料被转化成式（Ⅰ）化合物，而仅仅小部分，例如，15（mole）%或更少，被转化为环状葡糖酰胺和/或酯酰胺。

作为比较，现有技术得到的产物，例如，Schwartz的产物被认为包含了由于多羟基部分的环化过程（环状葡糖酰胺）或羟基部分的酯化过程（酯酰胺），起始物料转化成不同于式（Ⅰ）的化合物的很大的转化率（例如，25（mole）%或更高）。

此外，本发明的方法包括使N-烷基葡糖胺、脂肪酯和催化剂的混合物反应。

催化剂

适用于本发明的催化剂选自磷酸三锂、磷酸三钠、磷酸三钾、焦磷酸四钠、焦磷酸四钾、三聚磷酸五钠、三聚磷酸五钾、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、酒石酸二钠、酒石酸二钾、酒石酸钠钾、柠檬酸三钠、柠檬酸三钾、碱性硅酸钠、碱性硅酸钾、碱性硅铝酸钠、碱性硅铝酸钾和它们的混合物。

适用于本发明的优选的催化剂选自磷酸三钠、磷酸三钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾和它们的混合物。这组中最优选的催化剂选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾和它们的混合物。

适合的硅铝酸盐的较好实例为沸石，尤其是沸石Na-A。这类含硅催化剂都优选小尺寸，例如，约1-10微米。

一般地说，本发明中的“催化剂”指的是能显著提高由N-烷基葡糖胺和脂肪酯形成式（Ⅰ）化合物的速率的化合物或混合物。这是唯一的胺化反应，因为在N-烷基葡糖胺中还存在着潜在活性的可酯的或可环化的羟基。更具体地说，由催化剂获得的改进包括在方法的优选温度的较低端，比其它过程可更迅速地形成所需的式（Ⅰ）化合物，并且在方法的优选温度的较高端，极快地形成（Ⅰ），例如，在大约几分钟内。本文的催化剂在反应条件下，以适当的程度促进胺化过程，而不同时催化不需要的付反应，例如环化过程和酯酰胺形成过程到明显的程度，也就是说，催化剂是选择性的。

催化剂不同于任何杂质化合物，例如，水皂或脂肪酸，它在用工业级初始反应物进行的方法中可能是固有的。因此，“催化剂”总是指本发明方法的必不可少的物料，它需要加入到进行本发明操作的N-烷基葡糖胺和脂肪酯中。

“催化剂”以实用的方式定义指的是完整的、稳定的化学物质或它们的混合物。单个的催化剂或混合物是商业上所获得的，或通过文献的方法制备。在本发明的方法中，它们可称出并添加到其他反应物中，因此，本文的催化剂不能象化学家在机理讨论中那样定义为“活性物质”。这类物质实质上可以或不可以在本发明方法的反应混合物中就地生成，本发明不能被认为受催化剂操作的任何理论限制。

本文的催化剂通常与方法相适应，它们不包含高活性的，显然不令人满意的官能团，例如，过氧、氯、碘、烯酮和普通熟练的化学家通常认识到的对本发明任何高温胺化反应不需要的等等一类基团。

本文的催化剂优选地具有颗粒的形式：通常，呈粉末形式，并通常从商业上得到。细的粉末是尤其优选的，小的颗粒尺寸，例如，小于50微米的尺寸或1-10微米是非常适用的。

本文的催化剂优选地基本上为无水形式：含水的盐可以被使用，但显然不如无水催化剂;排除使用含水的催化剂溶液，除非如在下文中有关氢氧化物催化剂的内容中所进一步说明的那样除去水分，添加水会导致形成脂肪酸，这在本发明中最好降至最少程度。

本发明较优选的催化剂是具有一价阳离子的水溶性催化剂，这类优选的催化剂尤其特殊的实例为碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾。

尽管碱金属氢氧化物催化剂是相当常用的，但与碳酸盐相比较，至少在相对难以操作方面，它们不是优选的。当操作氢氧化物催化剂时的优选步骤顺序为用氢氧化物催化剂的水溶液或甲醇溶液，优选地为水溶液浸渍N-烷基葡糖胺。更具体地说，在本发明中，用氢氧化钠或氢氧化钾作催化剂的一种这样的方法包括通常在室温下向N-烷基葡糖胺中添加氢氧化物水溶液;在较缓和的条件，例如，在50℃，在真空中干燥所得到的N-烷基葡糖胺和氢氧化物催化剂的紧密混合物，然后将干燥的紧密混合物与脂肪酯反应。

通常，用于本发明方法的催化剂的含量基于N-烷基葡糖胺为约0.5（mole）%或更高，例如，从约0.5（mole）%至约50（mole）%。优选的含量为约1（mole）%至约20（mole）%，更优选的为约2（mole）%至约10（mole）%。

在本发明方法的一个更为优选的具体实例中，催化剂是无水碳酸钾粉末，用量为N-烷基葡糖胺的约2（mole）%至约5（mole）%。

本文中也使用混合催化剂，其实例为各种比例的碳酸钠和碳酸钾的混合物。

本文中尤其有用的催化剂是多孔的颗粒无水碳酸钾，尽管催化剂呈细粉末形式时，多孔性不是必需的。

显然，本发明的方法在发现比甲醇钠更缓和和更方便的催化剂以改善线性葡糖酰胺表面活性剂的形成方面是惊人的。

N-烷基葡糖胺

各种N-烷基葡糖胺用于本发明的实践中。这些N-烷基葡糖胺的较特定的实例为N-甲基葡糖胺、N-乙基葡糖胺、N-丙基葡糖胺和N-丁基葡糖胺。优选的N-烷基葡糖胺由D-葡萄糖得到，例如，N-甲基-D-葡糖胺。

N-烷基葡糖胺可以是纯的或可以是带有某些说明的工业级的，因此，工业级的N-烷基葡糖胺可以含有糖，例如，葡萄糖、山梨醇和其它来自N-烷基葡糖胺制备过程的相对惰性的付产物（通常为0-5（wt）%）。然而，如果必须使颜色的形成或其它不利结果降低至最低程度，用于本方法的工业级N-烷基葡糖胺应含有低的或很小含量的，以每百万中的份数表示，（例如，0-20ppm，优选为0-2ppm）的过渡金属，例如，镍。我们发现，由于N-烷基葡糖胺是葡萄糖或玉米糖浆经过渡金属催化的还原胺化过程制备，因此，工业级的N-烷基葡糖胺通常含有这类过渡金属。

用于本文的N-烷基葡糖胺通常有好的颜色，优选为纯白色，而没有痕量的有色杂质，此外，N-烷基葡糖胺优选地为基本无水。

一种简便的检验N-烷基葡糖胺质量的方法包括简单地加热试样至本发明方法的温度，例如，140℃，在此温度下迅速变黑的工业级N-烷基葡糖胺很显然含有不可接受的含量的杂质。

通常可以通过用甲醇/水洗涤或重结晶过程来清洗最初不能通过质量检验的工业级的N-烷基葡糖胺。用于降低镍含量的常用方法是用碱性硅胶或漂白土过滤N-烷基葡糖胺溶液。

脂肪酯

用于本发明的脂肪酯优选的为高度饱和的脂肪（例如C₁₂-C₂₀）甲酯或甘油三酯，尽管其它的酯，例如，饱和的或混合的饱和的/不饱和的脂肪乙酯、脂肪甘油单酯或脂肪甘油二酯也可以使用。适当的脂肪酯包括上文的Schwartz中举例说明的那些，优选的脂肪酯的较好实例为十二烷基甲酯、十六烷基甲酯，如果使用链长混合物的话，为椰子甲酯。当使用工业级脂肪酯时，根据如下将得到很好的结果：

Procter & Gamble CE-1270 甲酯：

酸值 0.2

碘值 0

水分（%.K.F） 0.03

颜色（在460nm下的透光比%） 97

链长（GC，wt%）

C10 0.4

C12 73.0

C14 25.9

C16 0.2

Procter & Gamble CE-1218甲酯：

酸值：0.6

皂化值：242

碘值：9.4

水分（%.K.F） 0.04

颜色（在460nm下的透光比%） 97

链长（GC，wt%）

C10 0.5

C12 57.4

C14 20.7

C16 10.0

C18 1.9

C18 1-不饱和的 7.3

C18 2-不饱和的 1.5

C20 0

当然，基本上纯的十二烷基甲酯和十六烷基甲酯也能使用。用于本发明方法的优选的工业级脂肪酯通常含有10ppm或更低，较好的为0ppm的重金属，游离脂肪酸含量为5（wt）%或更低，优选为1（wt）%或更低。

在本发明的方法中，N-烷基葡糖胺和脂肪酯有点难以混合，当脂肪酯与椰子甲酯相比较相对疏水时，例如，C₁₆饱和脂肪酸乙酯，尤其如此。对于最疏水的脂肪酯，例如，C₁₆或更高级的乙酯或甘油三酯，很难能够进行令人满意的反应。为解决这个问题，我们发现非离子表面活性剂，例如，预生成的式（Ⅰ）化合物，其中R′是C₁₁H₂₃和R是甲基，可用作相转移试剂或乳化剂。当本发明的方法中使用相转移试剂时，它的使用量为反应混合物重量的约0.5%至约95%。高含量，例如50%或更高，最好适用于连续方式的具体实例，此时，反应时间可保持非常短。在一个间歇（即，非连续的）方法中，优选的含量为约0.5（wt）%至约20（wt）%，更优选的为约1（wt）%至约10（wt）%。这些含量也适合于连续方式的具体实例。

当然，连续方式的具体实例将同时循环部分催化剂。

更一般说来，本文的相转移试剂选自非离子表面活性剂。更优选的是，相转移试剂基本上由饱和脂肪醇多乙氧基化物、烷基聚苷表面活性剂或类似物组成。

于是，在本发明的优选的具体实例中，引入了碳酸盐催化的、相转移试剂促进的N-烷基葡糖胺和脂肪酯的缩合过程以形成式（Ⅰ）表面活性剂的想法。

反应条件

通常，温度、压力、时间和两种主要反应物的比例可以如现有技术中公开的那样。本发明方法的温度通常为约120℃至约200℃，较优选的为约138℃或更高。方法的反应时间通常为约0.5分钟至约5小时。

然而，本发明要根据方法是以连续的方式还是非连续的方式进行来确定优选的温度和反应时间。因此，在非连续方式中，优选的温度为约138℃至约170℃，相应的时间为约20分钟至约90分钟。在连续方式中，优选的温度为约160℃至约200℃，相应的时间为约0.5分钟至约10分钟。通常，较高的温度伴随着较短的时间。此外，较高的催化剂含量加速过程的进行，以致与较高催化剂含量相应的是最短的时间。

对于现有技术，Schwartz赞成高温，例如170℃，人们必须设想，因为他没有适当的催化剂：这种温度，尤其具有相对长的反应时间，例如，1小时或更长，会明显地增加付产物的形成，尤其是环化过程。

EP-A285，768需要缓慢加热到相对低的温度，尤其是135℃：这也许是由于需要避免炭化甲醇钠催化剂，并且是相对不经济的。

本发明的方法优选地在不存在空气或氧气条件下进行。这可以通过在反应混合物上保持氮或氩的惰性气氛或产生真空来方便地完成，后者尤其用于方法的稍后步骤。

当不根据本发明而进行非催化方法操作时，例如，采用Schwartz的方法，在这样的中等温度下，需要非常长的反应时间（通常为数小时），由于长的反应器持续时间，使得在该温度下的非催化方法相当没有吸引力。例如，在约150℃，Schwartz方法通常需要约7-8小时。

与此相反，当根据本发明催化的和无溶剂的方法操作时，在上文确定的优选温度范围，例如，在约150℃，以间歇的方式，在通常的约2（mole）%催化剂含量下，反应时间无需超过90分钟。当然，连续的方法需要更短的反应时间是可能的。

根据本发明，较优选的是反应应通过任何适当的技术，例如，通过观察甲醇析出的结束、通过薄层色谱法（参见下文）或通过气体色谱法来检测反应的完成，因此，一旦反应完成，即可通过冷却来停止反应。

本发明的方法通常在搅拌下进行以适当地混合反应物。显然，在本发明方法的最初，反应混合物为三相，其包括液态脂肪酯相、熔融的N-烷基葡糖胺相和固体催化剂相。因此，重要的是如何适当地混合反应物。最好的结果通常在设计用于有效地加热和质量传递的反应器中获得，在反应器中使用挡板是有利的。

N-烷基葡糖胺和脂肪酯的相对比例通常如Schwartz的美国专利2，703，798所公开的，该专利在此引为参考文献，为了最好的结果，通常的比例为大致等摩尔。

本文的方法通常不需要，优选地在不添加溶剂下进行，因而不同于现有技术公开的Hildreth的方法。然而，本发明的方法能容忍，甚至能从存在不同量的甲醇、乙醇和甘油中得到益处，它们实质上是方法的付产物。二醇，例如，乙二醇、1，2-丙二醇和丙三醇可以在初期加入方法中，通常以相对小的，非溶剂的量，作为活化剂。

在本发明的方法中，任意地应用真空，尤其是在方法趋向于完成时，以便有效地除去方法中产生的挥发物（尤其是甲醇）。采用真空也可改善产物的气味。当脂肪酯是甘油三酯时，在方法中形成甘油而不是甲醇，在任何情况下，甘油不必从方法的产物中除去，因为它可用于最终产物或其衍生物（通常的例子为由本发明的产物冲压条皂）。

可以使用同时用作催化功能和其它所需功能的催化剂，使催化剂作为最终产物的一个完整部分。于是，方法具有制备过程简化的优点，当催化剂已知可用于洗衣洗涤剂功能时尤其有价值。至今还不知道使用以后在产物中起调节产物所需性质，例如，含有线性葡糖酰胺的颗粒的水分散性的作用的物料作为制备线性葡糖酰胺的催化剂。如果催化剂或相转移试剂是高水溶性的话，或能降低葡糖酰胺的克拉夫特边界的话，可以调节水分散性，尤其是向上调节，这对于制备低温或全温洗涤剂是十分需要的。

根据本发明的新的研究，形成了制备均匀的颗粒洗涤剂中间体的经济上有吸引力的方案，例如，制备含有线性葡糖酰胺表面活性剂和催化活性的或相转移活性的材料的紧密混合物的颗粒。这种颗粒易分散在水中，增加了洗涤剂配制者的制备便利，因为它们能直接与其它洗涤剂成分干混，而不需要附加的预混合步骤。

本发明方法的简单性使得该方法广泛适用于国内外，例如，适用于落后的工业经济。

本发明的方法有许多变化的具体实例，于是可使用许多添加顺序。在一种这样的顺序中，方法包括如下顺序的步骤：（a）预热脂肪酯到上文确定的温度，（b）在上述温度下添加N-烷基葡糖胺，混合至所需程度形成两相液/液混合物;（c）混入催化剂;和（d）在上述温度下搅拌，直到上文确定的反应时间结束。

在另一种顺序中，进行如下步骤：（a）在混合的条件下预热N-烷基葡糖胺和脂肪酯的固/液混合物至上文确定的温度，从而熔化N-烷基葡糖胺，并同时使其在最短的时间内与脂肪酯混合;（b）在上述温度下，在搅拌下添加预生成的产物，上述预生成的产物提供线性葡糖酰胺表面活性剂作为相转移剂，并同时提供了一部分催化剂，加入作为相转移剂和催化剂的预生成的产物的总量为反应物重量的约2%至约20%;（c）在上述温度下，添加附加的催化剂，其数量足以达到上文确定的催化剂含量;和（d）在搅拌下连续反应，直到反应时间结束。对这种顺序，可增加步骤（e）：以熔融形式的步骤（d）的产物和大量过量的上述催化剂混合，从而形成线性葡糖酰胺表面活性剂/碱性洗涤助洗剂混合物。

实施例Ⅰ

尽管一个熟练的化学工作者能够改变装置结构，但是，用于本文的适合的装置包括3升的四颈烧瓶，其装有马达驱动的搅捧搅拌器和一个长度足以接触反应介质的温度计。烧瓶的另外两个颈装有一个氮气吹扫和一个大孔的侧臂（注：在非常迅速的甲醇析出的情况下大孔侧臂是重要的），其连接一个有效的收集冷凝器和真空出口管，后者连接到一个氮气泄放孔和真空计，然后连接到一个吸气器和一个捕集器。一个装有可调变压器温度控制器（“Variac”）的500瓦加热罩用于加热反应，其安装在实验室的支柱上，以致加热罩能迅速上升或下降以进一步控制反应的温度。

将N-甲基葡糖胺（195g，1.0mole，Aldrich M4700-0）和月桂酸甲酯（Procter & Gamble CE-1270，220.9g，1.0mole）放在烧瓶中，在氮气吹扫和搅拌下加热固/液混合物形成熔融物（约25分钟）。当熔融物的温度达到145℃时，加入催化剂（无水粉末碳酸钠，10.5g，0.1mole，J.T.BaKer）。关闭氮气吹扫，调节吸气器和氮气泄放孔得到5英寸（5/31atm）Hg真空度，从此时起，通过调节Variac和/或上升或下降加热罩使反应温度保持在150℃。

在7分钟内，在反应混合物的弯月面上方可看到第一个甲醇气泡，随后发生强烈的反应。蒸馏出甲醇，直到其速率衰减。随后，调节真空度得到约10英寸Hg（10/31atm）真空度，真空度大致按如下增加（在分钟数时的英寸Hg数）：在3分钟时为10，在7分钟时为20，在10分钟时为25，在甲醇析出开始后11分钟，仃止加热和搅拌，此时泡沫也停止了，用TLC（参阅下文）分析表明此时反应完成，产物被冷却和固化。

实施例Ⅱ

提供一个带挡板的不锈钢夹套的反应器。反应器有一个可增压的蒸汽夹套，并装有马达驱动的搅拌器、温度测量装置、氮气/真空入口/出口，类似于实施例Ⅰ的装置，并有一个大孔侧臂连接有效的甲醇收集冷凝器和捕集器。反应器有一个观察玻璃的可关闭的孔和一个用于添加反应物的球阀可关闭的孔，可通过在底部的第三个孔排出。蒸汽能以高达150psi的可控压力通过夹套，以致反应器可迅速加热到高达150℃或更高的控制的温度。

通过观察玻璃孔将脂肪甲酯（41.5Ibs.，18.85Kg，85.68gram mole，Procter & Gamble CE-1270甲基酯）加入清洁的氮气吹扫的反应器中。搅拌器置于运动，用50psi的蒸汽加热搅拌的甲酯至100℃（212°F）。然后通过观察玻璃孔加入N-甲基葡糖胺（36.8lbs，16.71Kg，86.58gram mole，99%以上的纯度，重金属含量小于2ppm，Aldrich或Merck）。将孔关闭，在常压和氮气下，在搅拌过程中，用70psi.的蒸汽加热反应器，以致温度达到130℃（266°F），基本上所有的N-甲基葡糖胺溶解或熔融了。

然后采用46cm Hg的部分真空。

在氮气中，当反应器内部温度为约138℃（280°F）时，通过球阀加入催化剂（碳酸钾无水粉末（＜50微米，236g，1.71gram mole，LCP Chemicals）。

在搅拌和保持40-60cm Hg的真空下，反应持续约90分钟，按需调节真空度以控制泡沫。

释放蒸汽压力，反应器的物料以熔融状态排放在平的钢表面上，在此发生固化。在约20℃保持足以使之脆化的时间，例如，18小时之后，产物碎成薄片，并磨成粉末。

实施例Ⅲ

重复实施例Ⅱ的步骤，只是反应时间为约30分钟，通过在温度略高于熔点时，在反应器中的迅速搅拌的产物中缓慢地添加水，得到浓缩的含水混合物的产物。

实施例Ⅳ

重复实施例Ⅱ的步骤，只是用等摩尔量的Procter & Gamble甲酯CE-1295代替CE-1270酯。

实施例Ⅴ

重复实施例Ⅰ的步骤，只是脂肪甲酯被等摩尔量的椰子油代替，并且加入约40g实施例Ⅰ的预生成的产物作为相转移试剂。

实施例Ⅵ

重复实施例Ⅰ的步骤，只是熔融的产物倒在预热至150℃的1000g无水碳酸钠粉末上，用熔块打浆机充分混合，同时缓慢冷却至约25℃。产物是用于配制颗粒洗衣洗涤剂的中间体的颗粒。产物也可在含水洗衣槽中直接用于洗涤织物，具有很好的效果。

实施例Ⅶ

重复实施例Ⅰ的步骤，只是约40g基本纯的CH₃（CH₂）₁₀C（O）N（CH₃）CH₂（CHOH）₄CH₂OH作为相转移试剂加到熔融的N-甲基葡糖胺和Procter & Gamble CE1270甲酯的混合物中。

薄层色谱法（TLC）分析

本文的方法可以用TLC监测，TLC使用硅胶GF板（Analtech）和由体积比为80∶23∶3的CHCl₃∶MeOH∶NH₄OH组成的溶剂系统，在使用前，这些板在2∶1V/V CHCl₃∶MeOH中预稳定，以避免在溶剂中脱色。

用于分析的常规程序包括制备在甲醇中的本发明方法的样品的5-10（wt）%溶液。用溶液打点板，然后干燥，并在80∶23∶3的溶剂溶液中处理约10-15分钟，板从处理室中取出并加热干燥。冷却后，板浸渍在磷钼酸的10（wt）%溶液中，随后使其干燥。随后板放在热平板上，缓和加热5-10分钟，直到色斑明显为止。过热可使板脱色及点样脱色。碘室处理可用于代替磷钼酸浸渍，但染色不太耐久。典型的RF因素为：

化合物 RF

未反应的N-甲基-D-葡糖胺 0.0

脂肪酸杂质 0.2

式（Ⅰ）化合物 0.3

由式（Ⅰ）化合物脱水形成的

环状付产物 0.5

酯酰胺付产物 0.7

未反应的脂肪酯 0.9

Claims

1、一种制备线性葡糖酰胺表面活性剂的改进方法，其特征在于，使N-烷基葡糖胺、脂肪酯和催化剂反应，其中催化剂选自磷酸三锂、磷酸三钠、磷酸三钾、焦磷酸四钠、焦磷酸四钾、三聚磷酸五钠、三聚磷酸五钾、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、酒石酸二钠、酒石酸二钾、酒石酸钠钾、柠檬酸三钠、柠檬酸三钾、碱性硅酸钠、碱性硅酸钾、碱性硅铝酸钠、碱性硅铝酸钾和它们的混合物。

2、根据权利要求1的方法，其中，所述N-烷基葡糖胺选自N-甲基葡糖胺、N-乙基葡糖胺、N-丙基葡糖胺和N-丁基葡糖胺，所述脂肪酯选自脂肪甲酯、脂肪乙酯和脂肪甘油三酯，所述催化剂的量基于N-烷基葡糖胺为至少0.5（mole）%，所述催化剂选自磷酸三钠、磷酸三钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾及其混合物。

3、根据权利要求2的方法，其中所述催化剂选自碳酸钠、碳酸钾及其混合物，所述催化剂的量基于N-烷基葡糖胺为0.5（mole）%至50（mole）%，N-烷基葡糖胺转化成具有下式的线性结构的化合物：

其中R是葡糖胺的烷基残基，R′是脂肪酯的残基，N-烷基葡糖胺的转化率为70，优选地为80（mole）%或更高，N-烷基葡糖胺转化成环状葡糖酰胺或酯酰胺付产物的转化率为15，优选为10（mole）%或更低。

4、根据权利要求3的方法，其中，所述N-烷基葡糖胺是N-甲基-D-葡糖胺，所述脂肪酯选自饱和脂肪甲酯和脂肪甘油三酯，N-烷基葡糖胺和脂肪酯是大约等摩尔比例，这是由每摩尔N-烷基葡糖胺脂肪酯的脂肪羰基的摩尔数确定，所述催化剂是碳酸钠。

5、根据权利要求4的方法，其中，所述N-烷基葡糖胺是重金属含量为20ppm或更低，游离糖含量为5（wt）%或更低的工业级N-烷基葡糖胺。

6、根据权利要求5的方法，其中，所述脂肪酯是重金属含量为10ppm或更低，游离脂肪酸含量为5（wt）%或更低的工业级脂肪酯。

7、根据权利要求6的方法，其中，N-烷基葡糖胺、脂肪酯和催化剂以非连续方式作为混合物在138℃至170℃的温度下反应20-90分钟。

8、根据权利要求7的方法，其中，所述反应在相转移试剂存在下进行，相转移试剂优选地选自非离子表面活性剂，所述相转移试剂的量为反应物（包括催化剂）总重量的0.5%至20%。

9、根据权利要求8的方法，其中，所述相转移试剂选自饱和脂肪醇多乙氧化物、烷基聚葡糖苷、线性葡糖酰胺表面活性剂及其混合物，其中，所述催化剂的含量基于N-烷基葡糖胺为2（mole）%至10（mole）%;所述相转移试剂的量为1（wt）%至10（wt）%。

10、根据权利要求1的方法，其包括如下顺序的步骤：

（a）在混合条件下，预热N-烷基葡糖胺和脂肪酯的固/液混合物至上述温度，从而熔融所述N-烷基葡糖胺并同时在最短的时间内与所述脂肪酯混合;

（b）在所述温度下，在搅拌过程中添加预生成的产物，所述预生成的产物提供线性葡糖酰胺表面活性剂作为相转移剂，并同时提供一部分所述催化剂;所述预生成产物的总量为反应物的2%至20（wt）%;

（c）在上述温度下，添加附加的催化剂，其数量足以达到所述催化剂含量;

（d）在搅拌下连续反应，直到所述时间结束;并且，任意地，

（e）将熔融形成的步骤（d）的产物与大量过量的所述催化剂混合，从而形成线性葡糖酰胺表面活性剂/碱性洗涤助洗剂混合物。