DD200739A1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF NEW SULFOBETAIN SULPHONATES - Google Patents

PROCESS FOR THE PREPARATION OF NEW SULFOBETAIN SULPHONATES Download PDF

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DD200739A1
DD200739A1 DD23319881A DD23319881A DD200739A1 DD 200739 A1 DD200739 A1 DD 200739A1 DD 23319881 A DD23319881 A DD 23319881A DD 23319881 A DD23319881 A DD 23319881A DD 200739 A1 DD200739 A1 DD 200739A1
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Detlef Ballschuh
Horst Seibt
Jochen Rusche
Roland Ohme
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Detlef Ballschuh
Horst Seibt
Jochen Rusche
Roland Ohme
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sulfobetainsulfonaten der Formel II, in der R&ind1! Wasserstoff und Alkyl mit 1-22C-Atomen, von denen das Beta-staendige C-Atom gegebenfalls mit einer Hydroxylgruppe substituiert sein kann, verzweigt oder geradkettig, und R&ind2!3'-sulfopropyl bedeuten oder R&ind1! und R&ind2! unter Einbeziehung des Stickstoffatoms zu einem 3-Methyl-4-sulfomethyl-pyrrolidiniumring geschlossen sein koennen. Zur Herstellung der Verbindungen erfolgt eine Umsetzung von Triallyl- oder Tetraallkylammoniumsalzen unter guter Durchmischung bei milden Reaktionsbedingungen in Gegenwart von Katalytisch wirkenden Ionen der Uebergangsmetalle des PSE und Radikaliniatoren bei ph 2-9 mit Salzen der Schwefligen Saeure. Zur Durchfuehrung des Verfahrens sind technische Chemikalien einsetzbar, das Verfahren ist energiearm und technologisch einfach durchfuehrbar. In nur einem Reaktionsschritt entstehen die Verbindungen selektiv und in fast quantitativer Ausbeute. Die Sulfobetainsulfonate mit langkettigen Alkylresten (R) stellen wertvolle Tenside mit teilweise amphoterem Charakter dar, die vielseitig einsetzbar sind. FormelThe invention relates to a process for the preparation of sulfobetaine sulfonates of the formula II in which R & ind1! Hydrogen and alkyl having 1-22C atoms, of which the beta-C atom may be optionally substituted with a hydroxyl group, branched or straight chain, and R & ind2! 3'-sulfopropyl or R & ind1! and R & ind2! may be closed with the inclusion of the nitrogen atom to a 3-methyl-4-sulfomethyl-pyrrolidiniumring. To prepare the compounds, a reaction of triallyl or tetraalkylammonium salts takes place with thorough mixing under mild reaction conditions in the presence of catalytically active ions of the transition metals of the PSE and radical initiators at pH 2-9 with salts of the sulfuric acid. To carry out the process, technical chemicals can be used, the process is low in energy and technologically simple to carry out. In just one reaction step, the compounds are formed selectively and in almost quantitative yield. The sulfobetaine sulfonates with long-chain alkyl radicals (R) are valuable surfactants with partially amphoteric character, which are versatile. formula

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zur Herstellung von neuen SuIfobetainsulfonatenProcess for the preparation of novel sulfobetaine sulfonates

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Sulfobetainsulfonaten eines neuen Strukturtyps» Die Verbindungen besitzen durch Einführung einer v/eiteren Sulfogruppe eine bessere Löslichkeit in polaren lösungsmitteln als Sulfobetaine und stellen Tenside dar, die auf Grund ihrer Struktur in einem weiten pH-Bereich nutzbar sind*The invention relates to a novel process for the preparation of Sulfobetainsulfonaten a new structural type »The compounds have by introducing a V / eiteren sulfo group better solubility in polar solvents than sulfobetaines and are surfactants, which are available due to their structure in a wide pH range *

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Sulfobetaine mit einer zusätzlichen Sulfogruppe der Formel I sind bekannt,Sulfobetaines having an additional sulfo group of the formula I are known,

CH0 - CH0 - CH0 - SO®CH 0 - CH 0 - CH 0 - SO®

j d. c. d. J j dcd J

Alkyl J% - CH2 ~ CH2 - OH TAlkyl J% -CH 2 -CH 2 -OH T

CH2 - CH2 - CH2 - SO®CH 2 - CH 2 - CH 2 - SO®

(P. D# Smith und W. M* Linfield, J. Amer· Oil Chemists' Soc· 55 (1978) 741)· Sie zeichnen sich durch ein sehr gutes KaIkseifendispergiervermögen aus und werden durch Einwirkung von 2 Molen Propansulton auf die entsprechenden Hydroxyethylaminoverbindungen hergestellt*(P. D # Smith and W. M * Linfield, J. Amer. Oil Chemists' Soc. 55 (1978) 741). They are characterized by very good caustic soap dispersibility and are obtained by the action of 2 moles of propane sultone on the corresponding hydroxyethylamino compounds manufactured*

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß Propansulton zu den gefährlichsten Cancerogenen gehört (Z· Krebsforschung, 25 (1970) 69; Registry of Toxic Effects of Chemical Substances, National Institute for Occupational Safety and Health, Maryland, USA,1975 edition, 826) und für technische Synthesen nurThe disadvantage of this method is that propanesultone is one of the most dangerous carcinogens (Z.Cancer Research, 25 (1970) 69; Registry of Toxic Effects of Chemical Substances, National Institute for Occupational Safety and Health, Maryland, USA, 1975 edition, 826). and for technical syntheses only

unter besonders aufwendigen GesundheitsSchutzmaßnahmen eingesetzt werden kann.can be used under particularly complex health protection measures.

Bekannt sind weiter zwei Verfahren zur Herstellung von SuIfobctaincn ohne zusätzliche SuIfοalkylgruppe ^ ϊ,ώ äe7ier> Mono— oder Diallylammoniumverbindungen durch eine homogenkatalytisch verlaufende radikalische Hydrogensulfitaddition zu entsprechenden Sulfobetainen umgesetzt werden (DD-Anmeldungen: WP C 07 C/ 222 562 und WP C 07 D/222 563)* Nachteilig ist, daß die hergestellten Sulfobetaine eine für manche Einsatzgebiete zu geringe Löslichkeit besitzen·Two processes for the preparation of sulfobutaines without additional sulfoalkyl group ( II ) mono- or diallylammonium compounds by a homogeneous catalytic free-radical bisulfite addition reaction are also known to give corresponding sulfobetaines (DD applications: WP C 07 C / 222 562 and WP C 07 D) / 222 563) * A disadvantage is that the sulfobetaines produced have a too low solubility for some applications.

lach G, B# Butler u· Mitarb* ist bekannt, daß aus polyfunktionellen Allylammoniumverbindungen unter radikalischen Reaktionsbedingungen nebeneinander Polymere 'und vernetzte Polymere entstehen (J. Amer« Chem· Soc, 2§ (1954) 713 und J· Amer· Chem. Soc, 76 (1954) 2418).It is known from polyfunctional allylammonium compounds under radical reaction conditions that polymers and crosslinked polymers coexist (J. Amer. Chem. Soc., 2§ (1954) 713 and J. Amer. Chem. Soc. 76 (1954) 2418).

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung neuer Sulfobetainsulfonate zu erarbeiten* Dabei soll die Verwendung cancerogener Alkylantien vermieden werden. Das Verfahren soll von verfügbaren Ausgangsstoffen ausgehen, den Einsatz technischer Chemikalien ermöglichen und unter milden Reaktionsbedingungen in kurzen Reaktionszeiten bei hoher Selektivität zu einem möglichst quantitativen Umsatz führen. Durch den Einsatz annähernd stöchiometrischer Mengen der Reaktionspartner soll der Anfall an Ab- oder Nebenprodukten minimiert werden.The aim of the invention is to develop a process for the preparation of new Sulfobetainsulfonate * The use of carcinogenic alkylating agents should be avoided. The process should be based on available starting materials, allow the use of technical chemicals and lead under mild reaction conditions in short reaction times with high selectivity to the highest possible quantitative conversion. By using approximately stoichiometric amounts of the reactants, the accumulation of by-products or by-products should be minimized.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren zur Herstellung von neuen Sulfobetainsulfonaten der allgemeinen Formel II,This object is achieved by a process for the preparation of novel sulfobetaine sulfonates of general formula II,

- CH - CH - CH0 - S0~- CH - CH - CH 0 - S0 ~

CH2 CH2 χτ CH 2 CH 2 χτ

in der R. Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis .22 C-Atomen, von denen das /3-ständige gegebenenfalls mit einer Hydroxylgruppe substituiert sein kann, verzweigt oder geradkettig, und R^ 3-Sulfopropyl bedeuten oder R^ und Rp unter Einbeziehung des. Stickstoffatoms zu einem 3*-Methyl-4"-sulfomethyl- oder 3-Sulfomethyl~4-methyl-pyrrolidiniumring geschlossen sein können, indem man erfindungsgemäß auf Alkylammoniumsalze mit mehr als zwei Allylsubstituenten in Lösung im pH-Bereich von 2 bis 9 gleichzeitig Salze der Schwefligen Säure und ein Oxydationsmittel einwirken läßt·in the R. hydrogen or alkyl having 1 to .22 C-atoms, of which the / 3-substituent may optionally be substituted by a hydroxyl group, branched or straight-chain, and R ^ 3-sulfopropyl or R ^ and Rp including the Nitrogen atom can be closed to a 3 * -methyl-4 "-sulfomethyl- or 3-sulfomethyl-4-methyl-pyrrolidinium ring by simultaneously salts according to the invention on alkylammonium salts with more than two allyl substituents in solution in the pH range from 2 to 9 sulfuric acid and an oxidizing agent

Als Oxydationsmittel eignet sich entweder Luftsäuerstoff in Gegenwart von Spuren von Metallionen der 1·, 5*, 7· oder 8« Uebengruppe des Periodensystems der Elemente oder solche Oxydationsmittel wie Peroxodisulfate, HpO2, organische Peroxide oder Hydroperoxide sowie Hitrate oder nitrite» Die Umsetzung kann im Temperaturbereich von 5 - 100 0C erfolgen, vorzugsweise bei Zimmertemperatur» Als Lösungsmittel sind Wasser oder Wasser-Alkohol-Gemische geeignet* Während der Reaktion ist eine gute Durchmischung der Komponenten vorteilhaft«Suitable oxidizing agent is either aerated acid in the presence of traces of metal ions of the 1, 5 *, 7 * or 8 "transition group of the Periodic Table of the Elements or such oxidizing agents as peroxodisulfates, HpO 2 , organic peroxides or hydroperoxides and Hitrate or nitrite" The reaction can in the temperature range from 5 to 100 ° C., preferably at room temperature. "Water or water-alcohol mixtures are suitable as solvents." Good mixing of the components is advantageous during the reaction. "

Die Übertragung der in DD-Anmeldung: WP G 07 C/222 562 vorgeschlagenen SuIfopropylierung auf AlIyIammoniumsalze mit mehr als zwei Allylresten sollte wegen der vielfachen Reaktionsmöglichkeit Gemische von einfach bis vielfach sulfopropylierten Verbindungen erwarten lassen« Da die Reaktion - im Gegensatz zur Sulfoalkylierung mit Propansulton - radikalisch initiiert ist, sollten aus polyfunktionellen Allylammoniumverbindungen gleichzeitig Polymere und vernetzte Polymere, wie sie von G· B. Butler und R# A„ Johnson, JY Amer* Chem· Soc, _7§ C1954) 713 bzw* von G· B* Butler und R» L· Goette, J. Amer· Chem* Soc·, 76i (1954) 24I8 bereits beobachtet wurden, entstehen» Es war daher völlig überraschend, daß aus Triallylalkylammoniumsalzen III unter radikalischen Bedingungen der gleichzeitigen Einwirkung von Hydrogensulfiten und Oxydationsmitteln in einheitlichem Reaktionsverlauf ausschließlich die neuen Sulf0-betainsulfonate IV gebildet werden· In den allgemeinen Formeln III und IV bedeutet R = Wasserstoff, geradkettige oderThe transfer of the proposed in DD application: WP G 07 C / 222 562 Sublimation on AlIyIammoniumsalze with more than two allyl radicals should be expected because of the multiple reaction possibilities mixtures of simple to often sulfopropylated compounds Since the reaction - in contrast to sulfoalkylation with propane sultone - free-radically initiated, polyfunctional allylammonium compounds should simultaneously contain polymers and crosslinked polymers such as those described by G.B. Butler and R # A "Johnson, JY Amer. Chem. Soc.,""C1954" 713 and G * B * Butler, et al R »L · Goette, J. Amer · Chem * Soc ·, 76i (1954) were 24I8 already observed result" It was therefore completely surprising that from Triallylalkylammoniumsalzen III under free radical conditions to the simultaneous action of bisulfites and oxidizing agents in a uniform reaction course exclusively the new sulfo-betainsulfonates IV are formed · In general formulas III and IV is R = hydrogen, straight-chain or

verzweigte Alkylreste mit 1 bis 22 C-Atomen, welche gegebenenfalls am β-C-Atom durch OH substituiert sein können» X"" kann übliche Anionen bedeuten, wie z» B· Halogenid, Metho-branched alkyl radicals having 1 to 22 carbon atoms which may be substituted by OH at the β-C atom optionally "X""can mean conventional anions, such as" B · halide, methods

OCLexOCLex

IIIIII

HSO" /HSO "/

pH 5 - 8pH 5 - 8

Ebenso überraschend war der Befund, daß aus den Tetraallylaarnioniumsalzen Y, wobei X- die oben genannte Bedeutung hat, mit vierfacher Möglichkeit des Radiicalangriffs Sulfobetaine sulfonate der Spirostrukturen YI und YII entstehen, ohne daß vernetzte Polymere als Nebenprodukt nachgewiesen werden können»Equally surprising was the finding that from the Tetraallylaarnioniumsalzen Y, where X - has the abovementioned meaning, with fourfold possibility of Radiicalangriffs Sulfobetaine sulfonates of the spiro structures YI and YII arise without crosslinked polymers can be detected as a byproduct »

HSO" / O, j fHSO "/ O, j f

pH 5 - 8pH 5 - 8

CH2 - SOJCH 2 - SOY

YIYI

CH0 -CH 0 -

YIIYII

Erfindungsgemäß verfährt man so, daß Allylammoniumsalze mit 3 oder 4 Ällylsubstituenten vorzugsweise in wässriger Lösung im pH-Bereich 2-9 gleichzeitig mit Hydrogensulfiten und einem Oxydationsmittel umgesetzt werden· Entsprechend dem Ziel, Sulfobetainsulfonate zu gewinnen, sind Hydrogensulfite in der zweifach molaren Menge mit eventuell geringem Überschuß einzusetzen, wobei es empfehlenswert ist, den pH-Bereich (vorzugsweise 5-8) durch Zusatz von neutralem Sulfit (ITa2SOo) einzustellen. Da die Reaktion nach einem Radikalkettenmechanismus verläuft, kann das erforderliche Oxydationsmittel im stöchiometrischen Unterschuß verwendet werden» Als Oxydationsmittel zur Erzeugung der Startradikale kann vorzugsweise Luftsäuerstoff in Gegenwart von Ionen der Übergangsmetalle eingesetzt werden. Anstelle von Sauerstoff können auch andere radikalische Initiatoren verwendet werden, beispielsweise Peroxodisulfate, ?/asserstoffpercxid, organische Peroxide, Hitrate, Nitrite u* a»The process according to the invention is carried out in such a way that allylammonium salts having 3 or 4 olefin substituents are preferably reacted simultaneously in an aqueous solution in the pH range 2-9 with hydrogen sulfites and an oxidizing agent. In accordance with the aim of obtaining sulfobetaine sulfonates, hydrogen sulfites are present in twice the molar amount with possibly minor amounts It is advisable to adjust the pH range (preferably 5-8) by addition of neutral sulfite (ITa 2 SOo). Since the reaction proceeds according to a radical chain mechanism, the requisite oxidant may be used in stoichiometric excess. As the oxidant for generating the starting radicals, aerated acid may preferably be used in the presence of transition metal ions. Other free-radical initiators may be used instead of oxygen, for example peroxodisulfates, perfluorocarboxylic acid, organic peroxides, hitrates, nitrites and the like.

Wenn die Löslichkeitsverhältnisse es erfordern, können anstelle von Wasser auch niedere Alkohole als Lösungsmittel dienen, vorzugsweise als Wasser-Alkohol-Gemische β Besonders geeignet ist Isopropanols. Wird das System Luftsauerstoff/Übergangsmetall-If the solubility conditions so require, lower alcohols may also be used as solvents instead of water, preferably as water-alcohol mixtures. Isopropanols are particularly suitable. If the system is oxygen / transition metal

—4. —8 ionen verwendet, genügen für die Homogenkatalyse 10 bis 10 Grammatom/Liter» Geeignet sind Ionen der Metalle der 1·, 5», 7« und 8» ITebengruppe des Periodensystems, z» B, Kupfer, Vanadium, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel, Erfindungsgemäß wird im Temperaturbereich von 10 - 100 0G, vorzugsweise zwischen 20 und 40 C, gearbeitet» Der Reaktionsverlauf ist exotherm*-4. 10 to 10 gram atoms / liter are sufficient for homogeneous catalysis. Suitable are ions of the metals of the Periodic Table 1, 5, 7 and 8, eg B, copper, vanadium, manganese, iron, cobalt and nickel, according to the invention is in the temperature range of 10 - 100 0 G, preferably between 20 and 40 C, worked »The course of the reaction is exothermic *

Die erfindungsgemäßen neuen Sulfobetainsulfonate IV mit langkettigen Alkylresten sind anionische Tenside mit teilweise amphoterem Charakter» Als hydrophiles Strukturelement sind Sulfobetainsulfonate besonders geeignet, auch sehr langkettige Amine in ausreichend lösliche Tenside zu überführen· Infolge des sowohl anionischen als auch amphoteren Charakters sind die Verbindungen in einem weiten pH-Bereich nutzbar, so daß dieser Verbindungstyp auch unter sauren Bedingungen Tensideigenschaften behält, was z» B. für den Einsatz in Reinigern für harte Oberflächen von besonderem Interesse ist·The novel sulfobetainesulfonates IV with long-chain alkyl radicals are anionic surfactants with a partially amphoteric character. As a hydrophilic structural element, sulfobetaine sulfonates are particularly suitable for converting even very long-chain amines into sufficiently soluble surfactants. As a result of their both anionic and amphoteric character, the compounds are in a wide pH Range, so that this type of compound retains surfactant properties even under acidic conditions, which is of particular interest, for example, for use in hard surface cleaners.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daßThe advantages of the method according to the invention are that

- keine cancerogenen Stoffe eingesetzt werden müssen,- no carcinogenic substances have to be used,

- die Reaktion unter milden Bedingungen (vorzugsweise Dei ca, 20 0C) erfolgt und praktisch quantitative Ausbeuten erreicht werden,the reaction is carried out under mild conditions (preferably Dei ca, 20 ° C.) and virtually quantitative yields are achieved,

- die entstehenden Verbindungen neu sind,- the resulting connections are new,

- die Verbindungen auf Grund der 2« Sulfogruppe in polaren Lösungsmitteln eine gute Löslichkeit besitzen und- The compounds have a good solubility due to the 2 'sulfo group in polar solvents, and

- infolge ihres sowohl amphoteren als auch sauren Charakters innerhalb eines weiten pH-Bereiches als Tenside zu verwenden sind«- to be used as surfactants within a wide pH range due to their amphoteric and acid character

Ausführungsbeispiele Beispiel 1 Exemplary embodiments Example 1

Sulfocyclisierung von Triallylaminhydrochlorid zum 1-(3>*-Sulfopropyl)-3-niethyl-4-sulf omethyl-»pyrrol idinium-betain Sulfocyclisierung of triallylamine for 1- (3> * sulfopropyl) -3-niethyl-4-sulf omethyl- "pyrrole idinium betaine

14,4 35,6 37,7 51,0 A H-aC - CH -CH - CH2 - SO®14.4 35.6 37.7 51.0 A H-aC-CH-CH-CH 2 -SO®

56,3X CH2 CH2 58,1X 56, 3 X CH 2 CH 2 58.1 X

N Έ / ν 61,6X 22,6 49,3 ö N Έ / ν 61.6 X 22.6 49.3 ö

H X XCH2 - CH2 - CH2 - S0~H XX CH 2 - CH 2 - CH 2 - S0 ~

1^C-HMR-Spektrum (D2O, externer Standard TMS): 1 ^ C-HMR spectrum (D 2 O, external standard TMS):

Die Zahlenangaben an den C-Atomsymbolen der Strukturformel entsprechen den chemischen Verschiebungen in ppm· χ: chemische Verschiebungen können vertauscht sein»The numbers on the C atom symbols in the structural formula correspond to the chemical shifts in ppm · χ: chemical shifts can be reversed »

Man bereitet folgende Lösungen:Prepare the following solutions:

1* 3,43 g (25 mMol) Triallylamin werden mit verdünnter Salzsäure in TriallylaminhydroChlorid überführt und mit Leitungswasser, welches pro Liter 10*" Grammatom Fe^+ enthält, verdünnt und auf 50 ml aufgefüllt; d.er pH-Wert der Lösung soll 7 betragen·1 * 3.43 g (25 mmol) of triallylamine are converted into triallylamine hydrochloride with dilute hydrochloric acid and diluted with tap water containing per liter 10 gram atom of Fe 2+ and made up to 50 ml, the pH of the solution being determined 7 ·

4 υ y ι w y υ4 υ y ι w y υ

2. 4,75 g (25 mMol) Natriummetabisrulfit und 3,15 g (25 mMol) Natriumsulfat werden in Leitungswasser gelöst und auf 50 ml aufgefüllt·2. Dissolve 4.75 g (25 mmol) of sodium metabisulfite and 3.15 g (25 mmol) of sodium sulfate in tap water and make up to 50 ml.

3· 0,63 g (5 mMol) Natriumsulfit v/erden in 150 ml Leitungswasser gelöste3 x 0.63 g (5 mmol) of sodium sulfite are dissolved in 150 ml of tap water

In einem mit Rührer, Tropftrichter, Gaseinleitungsrohr und Thermometer versehenen Sulfierkolben wird die Lösung 3« vorgelegt» Aus zwei Tropftrichtern tropft man nun simultan die Lösungen 1· und 2. im Verlaufe von 30 Minuten zu, beginnend bei einer Starttemperatur von 21 0C*In one with stirrer, dropping funnel, gas inlet tube and thermometer sulfonation flask provided the solution is "presented" 3 consists of two dropping funnels, one now simultaneously dropwise Solutions 1 · and 2. in the course of 30 minutes, starting at a starting temperature of 21 0 C *

Während des Zutropfens wird Luft eingeleitet und dabei heftig gerührt, um eine möglichst feine Verteilung der Luftbläschen zu erreichen, was eine wesentliche Voraussetzung für eine schnelle Umsetzung ist* Im Verlaufe der gesamten Zutropfzeit steigt die Temperatur auf 27 0C an; fünf Minuten später wird das Temperaturmasimum von 28 C durchlaufen· Man läßt noch15 Minuten nachreagieren» Der pH-Wert hält sich während der gesamten Reaktionsdauer um 7·During the dropwise addition, air is introduced while being stirred vigorously to achieve the finest possible distribution of the air bubbles, which is an essential prerequisite for a rapid conversion * over the entire dropping time, the temperature rises to 27 0 C; Five minutes later, the temperature of 28 C is passed through. The reaction is allowed to continue for a further 15 minutes. The pH value remains constant for 7 minutes during the entire reaction time.

Der Ξ-HMR-spektroskopisch bestimmte Umsatz war zu diesem Zeitpunkt quantitativ, wie dies, leicht am Verschwinden der Allylprotonensignale erkennbar ist.The Ξ-HMR spectroscopically determined conversion was quantitative at this point, as can be seen easily from the disappearance of the allyl proton signals.

Engt man die Reaktionslösung zur Trockne ein, erhält man ein farbloses Gemisch des Betains neben Natriumchlorid, natriumsulfat und restlichem Hatriumsulfit,'aus dem das Betain durch Ionenaustausch von den Begleitsalzen abgetrennt werden kann«If the reaction solution is concentrated to dryness, a colorless mixture of the betaine is obtained in addition to sodium chloride, sodium sulfate and residual sodium sulphite, from which the betaine can be separated from the accompanying salts by ion exchange.

Beispiel 2 ' . Example 2 '.

1,3-Dimethyl-1~(3'-sulfopropyl)-4-sulfomethyl-pyrrolidiniumbetain 1,3-Dimethyl-1 ~ (3'-sulfopropyl) -4-sulfomethylpyrrolidinium betaine

14,4 33,9 35,9 51,2 ß 14.4 33.9 35.9 51.2 ß

HoC - CH - CH - CH0 - SO^ 3 / I ^HoC - CH - CH - CH 0 - SO ^ 3 / I ^

66,4^ CH9 Ä CH0 69,66.4 ^ CH 9 Ä CH 0 69,

H3C CH2 - CH2 - CH2 - SOJ 71,8 63,7X 21,0 49,0H 3 C CH 2 - CH 2 - CH 2 - SOJ 71.8 63.7 X 21.0 49.0

13C-HMR-Spektrum (D2O, externer Standard TMS): 13 C-HMR spectrum (D 2 O, external standard TMS):

Die Zahlenangaben an den C-Atomsymbolen der Strukturformel ent sprechen den chemischen Verschiebungen in ppm* x: chemische Verschiebungen können vertauscht sein«The numbers on the C atom symbols of the structural formula correspond to the chemical shifts in ppm * x: chemical shifts may be reversed «

a) durch Sulfocyclisierung von Methyl"aiallyl-3-sulf opropylammonium-b e t ain a) by sulfocyclization of methyl "aiallyl-3-sulfopropyl ammonium-b et ain

Methyldiallyl-3-sulfopropylaimnoniumbetain wird durch Umsetzung von Methyldiallylamin mit Propansulton. gewonnen* Das BetainMethyldiallyl-3-sulfopropylammonium betaine is prepared by reacting methyldiallylamine with propanesultone. won * The betaine

13 zeigt das folgende ^C-MR-Spektrum (Angaben vergl· oben):13 shows the following C-MR spectrum (see figures):

130,6 125,6 65,1 @ 48,6 60,6 19,3 48,9 = CH ' - CH2)2 Έ · (CH3) , (130.6 125.6 65.1 @ 48.6 60.6 19.3 48.9 = CH '- CH 2 ) 2 Έ · (CH 3 ),

Die Durchführung der Sulfocyclisierung erfolgt nach der im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise:The sulfocyclization is carried out according to the procedure described in Example 1:

Man bereitet zunächst drei Losungen. Als Lösung 1, verwendet man 25 ml einer Losung, die durch Lösen von 11,66 g (50 mMol) Methyldiallyl-3-sulfopropylammonium-betain in Leitungswasser hergestellt wird* Gegenüber Beispiel 1» v/ird die Lösung 2 anstatt auf 50 ml nur auf 25 ml bzw» Lösung 3» anstatt auf I50 ml nur auf 50 ml aufgefüllt· Während der 30minütigen Zutropfzeit der Lösungen 1* und 2» zu 3» erhöhte sich die Temperatur der Reaktionslösung von 24 0C auf 38,5 0C; 5 Minuten später war die Temperatur bereits wieder auf 38 0C abgefallen. Der pH-Wert hielt sich während der gesamten Reaktionsdauer um 7»You first prepare three solutions. As solution 1, use 25 ml of a solution which is prepared by dissolving 11.66 g (50 mmol) of methyldiallyl-3-sulfopropylammonium betaine in tap water. Compared with Example 1, the solution 2 instead of 50 ml only to 25 ml or »solution 3» replenished to 50 ml instead of to I50 ml · during the 30 minutes Zutropfzeit the solutions 1 * and 2 »to 3» increased the temperature of the reaction solution from 24 0 C to 38.5 0 C; 5 minutes later, the temperature had already dropped to 38 0 C again. The pH remained at 7 »throughout the reaction.

H-HMR—spektroskopisch waren zu diesem Zeitpunkt keine Allylprotonensignale mehr nachweisbar·H-HMR spectroscopy no more allyl proton signals were detectable at this time

Ein vom eingeengten Reaktionsprodukt (farblose, kristallineOne of the concentrated reaction product (colorless, crystalline

1 31 3

Masse) angefertigtes ^C~MR-Spektrum wies chemische Verschiebungen aus, wie sie der obigen Strukturformel - Zahlenangaben an den C-Atomsymbolen - ,zu entnehmen sind*Mass) produced ^ C ~ MR spectrum showed chemical shifts, as they can be seen from the above structural formula - numbers on the C atomic symbols - *

b) durch Sulfocyclisierung; von Methyl-triallyl-ammoniumbromid b) by sulfocyclization; of methyl triallyl ammonium bromide d

Methyl-triallyl-ammoniumbromid (farblose Kristalle) wurde durch Quarternisierung von Methyldiallylamin und Allylbromid hergestellt· Man verfährt, wie in Beispiel 1 beschrieben, und bereitet folgende Lösungen mit Leitungswasser:Methyl triallyl ammonium bromide (colorless crystals) was prepared by quaternization of methyldiallylamine and allyl bromide. The procedure is as described in Example 1 and the following solutions are prepared with tap water:

υ υ-1 ** υ uυ υ-1 ** υ u

1» 50 ml Lösung - durch. Lösen von 11,6 g (50 mMol) Methyl-1 »50 ml solution - through. Dissolve 11.6 g (50 mmol) of methyl

triallylammoniumbromid· 2» 50 ml Lösung - durch Lösen von 50 mMol Hatriummetabisulfittriallylammonium bromide · 2 »50 ml solution - by dissolving 50 mmol of sodium metabisulfite

bzw· 50 mMol Hatriumsulfit* 3« 100 ml Lösung - durch Lösen von 10 mMol Natriumsulfat«or · 50 mmol of sodium sulphite * 3 «100 ml of solution - by dissolving 10 mmol of sodium sulphate«

Das Reaktionsgemisch erwärmte sich während 50 'Minuten Zutropfzeit von 23 0C auf 39 0C und hielt fünf Minuten diese Temperatur, um dann wieder allmählich abzufallen* Der pH-Wert hielt sich während der gesamten Reaktionsdauer um Die farblose Reaktionslösung wurde zur Trockne eingeengt; man erhielt,eine farblose Kristallmasse, die neben dem Betain noch Natriumbromid, natriumsulfat und Uatriumsulfit enthielt» Ein vom Salzgemisch angefertigtes _H-|TMR-Spektrum zeigte keine Allylprotonensignale mehr«The reaction mixture warmed from 23 0 C to 39 0 C during 50 'minutes of dropping and held this temperature for five minutes, then gradually drop again * The pH was maintained throughout the reaction time The colorless reaction solution was concentrated to dryness; a colorless crystal mass containing sodium bromide, sodium sulphate, and sodium sulphite in addition to the betaine was obtained. "A salt-blended _H | TMR spectrum showed no allyl proton signals."

Das ^C-MR-Spektrum des Rohbetains erwies sich als völlig identisch, mit dem unter a) gewonnenen Produkt*The ^ C-MR spectrum of the raw betaine proved to be completely identical to the product obtained under a) *

Beispiel 3Example 3

SuIfocyclisierung. von Tetraallylammoniumbromid zum Isomerengemisch der Bis-cyclos-pirosulfobetainsulfonate VI und VII SuIfocyclisierung. of Tetraallylammoniumbromid to the isomeric mixture of bis-cyclos-pirosulfobetainsulfonate VI and VII

H.C-CH CH-CH0-SO? H^C-CH— —CH-CH0-SO?HC-CH CH-CH 0 -SO? H ^ C-CH -CH-CH 0 -SO?

-3 j j 2 3 3 j I. 2 -3 jj 2 3 3 j I. 2

CH0 CH0 CHp CHpCH 0 CH 0 CHp CHp

CH0 * CH0 ,2 ,2CH 0 * CH 0 , 2, 2

MD3S-CH2-CH CH-CH3 H3C-CH CH-CH2-SOJMD 3 S-CH 2 -CH CH-CH 3 H 3 C-CH CH-CH 2 -SOJ

VI VIIVI VII

13C-NMR-Spektrum (DpO, externer Standard TMS) Die Zahlenangaben entsprechen den chemischen Verschiebungen in 13 C-NMR spectrum (DpO, external standard TMS) The numbers correspond to the chemical shifts in

-CH3: 14,4; 14,6 -CH2-SO3: 51,4-CH 3 : 14.4; 14.6 -CH 2 -SO 3 : 51.4

-CH-: 34,5; 36,5 _GH _+. 69,8; 70,0; 70,2;-CH-: 34.5; 36.5 _ GH _ +. 69.8; 70.0; 70.2;

" 2 * 71,8; 72,1; 72,7;" 2 * 71.8; 72.1; 72.7;

Signalaufspaltung durch %-QuadrupolmomentSignal splitting by% quadrupole moment

Tetraallylajnmoniumbromid (farblose Kristalle) wurde durch Quaternisierung von Triallylamin mit Allylbromid hergestellt. Man verfährt, wie in Beispiel 1 beschrieben, und stellt 50 ml Lösung 1. durch Lösen von 12,91 g (50 mMol) Tetraallylammoniumbromid in Leitungswasser her» Die Lösungen 2» und 3* werden nach Beispiel 2b bereitet»Tetraallylamine monombromide (colorless crystals) was prepared by quaternization of triallylamine with allyl bromide. The procedure is as described in Example 1, and prepares 50 ml of solution 1. by dissolving 12.91 g (50 mmol) Tetraallylammoniumbromid in tap water forth »The solutions 2» and 3 * prepared according to Example 2b »

Das Reaktionsgemisch erwärmte sich während 50 Minuten Zutropfzeit von' 26 0G auf 42 0C und hielt für 10 Minuten diese Temperatur, um dann wieder allmählich abzufallen» Der pH-Wert blieb während der gesamten Zutropfdauer um 7» Die farblose Reaktionslösung wurde zur Trockne'eingeengt; man erhielt eine farblose Kristallmasse, die neben dem Betaingemisch noch Natriumbromid, Natriumsulfat und Natriumsulfat enthielt,The reaction mixture warmed from '26 0 G to 42 0 C for 50 minutes and kept this temperature for 10 minutes, then gradually dropped again.' The pH remained 7 throughout the dropping time 7 'The colorless reaction solution became dry'evaporated; a colorless crystal mass was obtained which, in addition to the betaine mixture, also contained sodium bromide, sodium sulfate and sodium sulfate,

1 °> 1 °>

Ein von dieser Krfetallmasse angefertigtes ^C~NMR-Spektrum wies die oben angeführten chemischen Verschiebungen aus»A ^ C NMR spectrum prepared from this Krfetallmasse rejected the above-mentioned chemical shifts »

Sin Vergleich des ^G-ITMR-Spektrums mit dem des nach DD-Anmeldung: WP C 07 D/222 5β3. hergestellten 1,1,3-Trimethyl-4-sulfo- methyl-pyrrol idiniumb et ainszeigt, daß die chemischen Verschiebungen praktisch identisch sind· Das 1,1,3-Trimethyl~4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betain kann als Modellsubstanz betrachtet werden*Comparison of the ^ G-ITMR spectrum with that of the DD application: WP C 07 D / 222 5β3. prepared 1,1,3-trimethyl-4-sulfo-methyl-pyrrole idiniumb et a shows that the chemical shifts are virtually identical. The 1,1,3-trimethyl-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betaine can be considered as a model substance.

Beispiel 4Example 4

3-Methyl-iT-tetradecyl-1-(3i-sulfopropyl)-4-sulfomethyl-pyrro-1 idinium-b e t ain .3-methyl-iT-tetradecyl-1- (3 i sulfopropyl) -4-sulfomethyl-1 pyrrolysine idinium-b et ain.

n-Tetradecyl-triallylammoniumbromid wurde durch Umsetzung von n-Tetradecyl-diallylamin mit Allylbromid hergestellt. In einem SuIfierkolben mit Rührer, Thermometer und Lufteinleitungsrohr werden 1,26 g (0,01 Mol) ITa2SO- in 300 ml Leitungswasser gelöst· Zu dieser Lösung tropft man simultan eine Lösung aus 6,3 g (0,05 Mol) Ha2SO3 und 29,4 g (0,1 Mol) 35,54 %iger NaHSO ,,-Lösung mit Leitungswasser auf 200 ml aufgefüllt sowie eine Lösung von 20,73 g (0,05 Mol) n-Tetra-decyl-triallylammoniumbromid, in Leitungswasser gelöst, zu 200 ml Lösung. Während des Zutropfens wird Luft eingeleitet und heftig gerührt, um eine möglichst feine Verteilung des Sauerstoffs zu erzielen·n-Tetradecyl-triallylammonium bromide was prepared by reacting n-tetradecyl-diallylamine with allyl bromide. 1.26 g (0.01 mol) of ITa 2 SO- are dissolved in 300 ml of tap water in a boiling flask with stirrer, thermometer and air inlet tube. A solution of 6.3 g (0.05 mol) of Ha is simultaneously added dropwise to this solution 2 SO 3 and 29.4 g (0.1 mol) of 35.54% NaHSO ,, - solution with tap water made up to 200 ml and a solution of 20.73 g (0.05 mol) of n-tetra-decyl triallylammonium bromide, dissolved in tap water, to 200 ml solution. During the dropwise addition, air is introduced and stirred vigorously to obtain as fine a distribution of the oxygen as possible.

Palls das Reaktionsgemisch hierbei zu stark schäumt, kann man die Schaumbildung durch Zusatz von z. B· Isopropanol mäßigen· In der Zutropfzeit von cac 1,5 Stunden erhöht sich die Temperatur um ca* 10 0CoPalls the reaction mixture here foams too much, you can foam formation by addition of z. B · isopropanol moderate · In the dropping time of approximately c 1.5 hours, the temperature increases by about 10 * 0 Co

Man dampft ein und extrahiert aus dem festen Reaktionsrückstand das Sulfobetainsulfonat mit Ethanol.It is evaporated and extracted from the solid reaction residue, the Sulfobetainsulfonat with ethanol.

Durch Umkristallisation des Rohproduktes aus Ethanol erhält man farblose KristalleoRecrystallization of the crude product from ethanol gives colorless crystals

Schmp«: 248 - 253 0G; ab 190 0C langsame Zersetzung Ausbeute: 90 %Mp: 248 - 253 0 G; from 190 ° C. slow decomposition Yield: 90%

Claims (6)

ErfindungsanspriicheErfindungsanspriiche 1· Verfahren zur Herstellung von neuen SuIfobetainsulfonaten d-2r Ξ."'~* 0"ΘΠΙ2ΪΏ.5'η Ij1QT*10"' TI1 · A process for the preparation of novel SuIfobetainsulfonaten d-2r Ξ. "'~ * 0" ΘΠΙ2ΪΏ.5' Ij η 1 * QT 10 '"TI I3 - CH - CH - CH2 - SO"I 3 - CH - CH - CH 2 --SO " 2. Verfahren nach Punkt 1,' gekennzeichnet dadurch,' daß als Oxydationsmittel Luftsäuerstoff in Gegenwart von Spuren von Metallionen der 1», 5·» T* oder 8» Hebengruppe des Periodensystems der Elemente verwendet wird«2. Method according to item 1, characterized in that aerated acid is used as the oxidizing agent in the presence of traces of metal ions of the 1 ", 5 *" T * or 8 "lifting group of the Periodic Table of the Elements" 2 WXA22 WXA 2 CH2 CHCH 2 CH TD *DTD * D R1 R2 R 1 R 2 in der R^ Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis 22 C-Atomen, von denen das /2-ständige C-Atom gegebenenfalls mit einer Hydroxylgruppe substituiert sein kann, verzweigt oder geradkettig, und Rp 3' -SuIfopropyl bedeuten oder R-. und R2 unter Einbeziehung des Stickstoffatoms zu einem 3-Methyl~4-sulfomethyl- oder 3~8ulfomethyl-4-niethyl-pyrrolidiniumring geschlossen sein können, gekennzeichnet dadurch, daß man auf Allylainmoniumsalze mit mehr als zwei Allylsubstituenten in Lösung im pH-Bereich von 2 bis 9 gleichzeitig Salze der Schwefligen Säure und ein Oxydationsmittel einwirken läßt.in which R 1 is hydrogen or alkyl having 1 to 22 C atoms, of which the C 2 -substituted atom may optionally be substituted by one hydroxyl group, branched or straight-chain, and R p is 3'-sulfopropyl or R-. and R 2 including the nitrogen atom to a 3-methyl ~ 4-sulfomethyl or 3 ~ 8ulfomethyl-4-niethyl-pyrrolidinium ring may be closed, characterized in that one on Allylainmoniumsalze with more than two allyl substituents in solution in the pH range of 2 to 9 at the same time salts of sulfurous acid and an oxidizing agent act. 3· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Oxydationsmittel Peroxodisulfate, Wasserstoffperoxid, organische Peroxide oder Hydroperoxide, Hitrate oder Nitrite verwendet werden*3 * Process according to item 1, characterized in that peroxodisulfates, hydrogen peroxide, organic peroxides or hydroperoxides, hitrates or nitrites are used as the oxidizing agent * 4. Verfahren nach Punkt 1-3» gekennzeichnet dadurch, daß die Umsetzung im Temperaturbereich von 5 - 100 0C erfolgt,4. Process according to point 1-3 »characterized in that the reaction takes place in the temperature range of 5 - 100 0 C, 5» Verfahren nach Punkt 1-4, gekennzeichnet dadurch, daß als Lösungsmittel Wasser oder Wasser-Alkohol-Gemische eingesetzt5 »method according to item 1-4, characterized in that the solvent used is water or water-alcohol mixtures werden·become· 6* Verfahren nach Punkt 1-5» gekennzeichnet dadurch, daß während der Umsetzung eine gute Durchmischung erfolgt*6 * Procedure according to point 1-5 »characterized in that during the implementation of a good mixing *
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0163318A1 (en) * 1984-06-01 1985-12-04 Akademie der Wissenschaften der DDR Novel 2-substituted 3-sulphopropyl-ammoniumbetaines and process for their preparation
US4877885A (en) * 1985-04-26 1989-10-31 Akademie Der Wissenschaften Der Ddr Novel 3-sulfinatomethyl-or 3-sulfonatomethyl-4-sulfomethyl pyrrolidinium betaines and their salts as well as process for making the same

Cited By (3)

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EP0163318A1 (en) * 1984-06-01 1985-12-04 Akademie der Wissenschaften der DDR Novel 2-substituted 3-sulphopropyl-ammoniumbetaines and process for their preparation
US4687602A (en) * 1984-06-01 1987-08-18 Akademie Der Wissenschaften Der Ddr Novel 2-substituted 3-sulfopropyl-ammonium betaines and processes for making same
US4877885A (en) * 1985-04-26 1989-10-31 Akademie Der Wissenschaften Der Ddr Novel 3-sulfinatomethyl-or 3-sulfonatomethyl-4-sulfomethyl pyrrolidinium betaines and their salts as well as process for making the same

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