DD292239A5 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF ALKALISALCES OF THE N-ALKYL SUBSITUTED AMINO ALKANSAURES - Google Patents

PROCESS FOR THE PREPARATION OF ALKALISALCES OF THE N-ALKYL SUBSITUTED AMINO ALKANSAURES Download PDF

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DD292239A5
DD292239A5 DD31393788A DD31393788A DD292239A5 DD 292239 A5 DD292239 A5 DD 292239A5 DD 31393788 A DD31393788 A DD 31393788A DD 31393788 A DD31393788 A DD 31393788A DD 292239 A5 DD292239 A5 DD 292239A5
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alkyl
alkali metal
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Andreas Wagner
Hans Richter
Ralph Giebel
Gerhard Dietze
Manfred Parthey
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Buna Ag,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkalisalzen der N-alkylierten Aminoalkansaeuren nach der Streckersynthese. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, durch AEnderung der Ausgangsprodukte dieses Verfahren oekonomisch guenstiger und umweltfreundlicher zu gestalten. Es wurde gefunden, dasz sich N-alkylsubstituierte Aminoalkansaeurenitrile aus einem substituierten Amin, einem aliphatischen Aldehyd und einer 15 bis 30%igen Alkalizyanidloesung herstellen lassen, die sich ohne weitere Zugabe von Alkalihydroxiden zum Alkalisalz der N-alkylsubstituierten Aminoalkansaeure verseifen lassen. Die waeszrige Loesung der Salze, vorwiegend Alkalisalze, der N-alkylsubstituierten Aminoalkansaeuren werden vorwiegend zur selektiven Entfernung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid aus technischen Gasen verwendet.{N-alkylsubstituiertes Aminoalkansaeurealkalisalz; Streckersynthese; Umweltschutz; Alkalizyanidloesung; substituiertes Amin; aliphatisches Aldehyd; N-alkylsubstituiertes Aminoalkansaeurenitril; Verseifung; Herstellungsverfahren}The invention relates to a process for the preparation of alkali metal salts of N-alkylated Aminoalkansaeuren after the Strereckersynthese. It is based on the task of making this process more economically and environmentally friendly by modifying the starting materials. It has been found that N-alkyl-substituted Aminoalkansaeurenitrile can be prepared from a substituted amine, an aliphatic aldehyde and a 15 to 30% Alkalizyanidloesung that can be saponified without further addition of alkali metal hydroxides to the alkali metal salt of N-alkyl-substituted Aminoalkansäure. The aqueous solution of the salts, predominantly alkali salts, of the N-alkyl-substituted aminoalkanoic acids are used predominantly for the selective removal of hydrogen sulphide and carbon dioxide from industrial gases. {N-alkyl-substituted aminoalkanesaeurealkalisalt; Strecker synthesis; Environmental Protection; Alkalizyanidloesung; substituted amine; aliphatic aldehyde; N-alkyl-substituted aminoalkane acid nitrile; saponification; Production method}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkalisalzen N-alkylsubstituierter Aminoalkansäuren nach dar Streckersynthese. Die wäßrigen Lösungen dieser Salze werden zur selektiven Entfernung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid aus technischen Gasen vorwendet.The invention relates to a process for the preparation of alkali metal salts of N-alkyl-substituted aminoalkanoic acids according to the synthesis of stretchers. The aqueous solutions of these salts are used for the selective removal of hydrogen sulfide and carbon dioxide from industrial gases.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es ist bekannt, daß die Synthese von Alkalisalzen der N-alkylsubstituierten Aminoalkansäuren in zwei Schritten erfolgt. Im ersten Schritt wird aus einem alkylsubstituierten Amin, einem Aldehyd und Blausäure das N-alkylsubstituierte Aminoalkansäurenitril hergestellt. Dabei wird als Katalysator Kalziumzyanid verwendet (DRP 694808). Man kann auch auf den Katalysator verzichten und dosiert konzemrierte Blausäure so, daß die Konzentration an freier Blausäure in der Reaktionsmischung stets unter 0,1 % beträgt (DE-OS 2 503 582). Diese Synthese ist in der Literatur als Streckersynthese bekannt. In einem zweiten Schritt wird nach Zugabe 30 bis 50%iger Alkalilauge durch stufenweise Erwärmung die Verseifung zum entsprechenden Alkalisalz der N-alkylsubstituierten Aminoalkansäure durchgeführt.It is known that the synthesis of alkali metal salts of N-alkyl-substituted aminoalkanoic acids takes place in two steps. In the first step, the alkyl-substituted amine, an aldehyde and hydrocyanic acid is prepared from the N-alkyl-substituted Aminoalkansäurenitril. The catalyst used is calcium cyanide (DRP 694808). It is also possible to dispense with the catalyst and metered konzemrierte hydrocyanic acid so that the concentration of free hydrocyanic acid in the reaction mixture is always below 0.1% (DE-OS 2,503,582). This synthesis is known in the literature as Strereckersynthese. In a second step, saponification to the corresponding alkali metal salt of the N-alkyl-substituted aminoalkanoic acid is carried out after addition of 30 to 50% strength alkali hydroxide by heating in stages.

Nachteil dieses Verfahrens ist die notwendige Herstellung von hochkonzentrierter Blausäure durch Reaktion eines Alkalizyanids mit einer Mineralsäure und anschließender Destillation. Hierbei können Gefährdungen durch die Blausäure auftreten. Durch unvollständige Umsetzung der Alkalizyanide mit der Mineralsäure gelangen Anteile von Alkalizyanid ins Abwasser und führen zu Umweltschäden, falls nicht eine kostspielige Entgiftung erfolgt.Disadvantage of this method is the necessary production of highly concentrated hydrogen cyanide by reaction of an alkali metal cyanide with a mineral acid and subsequent distillation. This can cause hazards due to hydrocyanic acid. By incomplete reaction of the alkali metal cyanides with the mineral acid, portions of alkali cyanide enter the wastewater and lead to environmental damage, unless a costly detoxification takes place.

Weitere Nachteile sind eine hohe Salzbelastung des Abwassers, starke Korrosion der verwendeten Apparate und ein hoher Einsatz an Energien für die Destillation der Blausäure.Other disadvantages are a high salt load of the wastewater, severe corrosion of the equipment used and a high use of energy for the distillation of hydrogen cyanide.

Eine weitere Methode zur Herstellung von Aminonitrilen ist durch Knoevenagel/Bucherer genannt (B.37,4511,1904). Durch Eintragung einer Carbonylverbindung zu einer wäßrigen konzentrierten Natriumbisulfitlösung wird eine Additionsverbindung hergestellt. Durch weitere Zugabe des Amins und im Anschluß einer sehr konzentrierten Alkalizyanidlösung wird das Aminonitril hergestellt.Another method for the preparation of aminonitriles is Knoevenagel / Bucherer called (B.37,4511,1904). By adding a carbonyl compound to an aqueous concentrated sodium bisulfite solution, an addition compound is prepared. By further addition of the amine and following a very concentrated Alkalizyanidlösung the aminonitrile is prepared.

Die weitere Verarbeitung ist nur nach extraktiver Isolierung des Nitrils möglich. Daher ist dieses Verfahren nicht industriell angewendet worden.Further processing is possible only after extractive isolation of the nitrile. Therefore, this method has not been industrially applied.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Umweltbelastung bei der Durchführung der Streckersynthese zur Herstellung N-alkylsubstituierter Aminoalkansäuren durch freie Blausäure oder Alkalizyanide in Atmosphäre und Abwasser bzw. die Kosten f'ir eine Entgiftung zu vermeiden.The aim of the invention is to avoid the environmental impact of carrying out the stretching synthesis for the production of N-alkyl-substituted aminoalkanoic acids by free hydrocyanic acid or alkali metal cyanides in the atmosphere and wastewater or the cost of detoxification.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Alkalisalzen der N-alkylsubstituierten Aminoalkansäuren nach der Streckersynthese mit einem mono- oder dialkylsubstituierten Amin mit 1 bis 4 C-Atomen in den Substituenten und einem Aldehyd mit 1 bis 4 C-Atomen als Ausgangsstoffe über die Zwischenstufe N-alkylsubstituiertes Aminoalkansäurenitril und anschließender Verseifung ohne Verwendung freier Blausäure zu entwickeln. Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß an Stelle der konzentrierten Blausäure eine 15 bis 30%ige wäßrige Alkalizyanidlösung des Alkalimetalls zum Einsatz kommt, die mit den Ausgangsstoffen Arnir; und Aldehyd im molaren Verhältnis bei 5 bis 15°C umgesetzt werden. Das entstehende Zwischenprodukt N-alkylsubstituiertes Aminoalkansäurenitril kann ohne Zugabe von Alkalilauge durch Temperaturerhöhung auf über 9O0C zu den Salzen der N-alkylsubstituierten Aminoalkansäure verseift werden. Dieser Effekt der Nitrilbildungsreaktion mit wäßrigem Alkalizyanid war nicht zu erwarten, da in der Literatur die Streckersynthese stets mit konzentrierter Blausäure durchgeführt wird (Organikum, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1977,558; Methodicum Chimicum, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1974, !3D. 6,616)1; H. Beyer, Lehrbuch der organischen Chemie, Hirzel Verlag, Leipzig, 1968,225).The invention is based on the object, a process for the preparation of alkali metal salts of N-alkyl-substituted aminoalkanoic acids after the Strereckersynthese with a mono- or dialkyl-substituted amine having 1 to 4 carbon atoms in the substituents and an aldehyde having 1 to 4 carbon atoms as starting materials to develop via the intermediate N-alkyl-substituted Aminoalkansäurenitril and subsequent saponification without using free hydrogen cyanide. According to the invention, the object has been achieved in that, instead of the concentrated hydrocyanic acid, a 15 to 30% strength aqueous alkali metal cyanide solution of the alkali metal is used, which is reacted with the starting materials arnir; and aldehyde in a molar ratio at 5 to 15 ° C are reacted. The resulting intermediate N-alkyl-substituted Aminoalkansäurenitril can be saponified without addition of alkali by raising the temperature to about 9O 0 C to the salts of N-alkyl-substituted aminoalkanoic acid. This effect of the nitrile formation reaction with aqueous alkali metal cyanide was not to be expected, since in the literature the stretching synthesis is always carried out with concentrated hydrogen cyanide (Organikum, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1977, 558; Methodicum Chimicum, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 1974,! 3D 6,616) 1; H. Beyer, Lehrbuch der organischen Chemie, Hirzel Verlag, Leipzig, 1968,225).

Durch Zusatz alkalisch reagierender Stoffe soll sich sogar die Reaktion in Richtung Ausgangsstoffe verschieben (Houben Weyl, Bd. VIII, 1952,275).By addition of alkaline substances, even the reaction should shift towards starting materials (Houben Weyl, Vol. VIII, 1952, 275).

Um SO überraschender war es, daß die Synthese zum N-alkylsubstituierten Aminoalkansäurenitril sich glatt mit Ausbeuten bisIt was thus more surprising that the synthesis of the N-alkyl-substituted aminoalkanesonitrile proceeds smoothly with yields up to

98% der Theorie durchführen läßt, wenn das Alkalizyanid als 15 bis 30%ige Lösung eingesetzt wird. Im ersten Schritt der Reaktion bildet sich aus dem Alkylsubstituierten Amin, einem Aliphatischen Aldehyd und Alkalizyanid das Nitril der N-alkylsubstituierten Aminoalkansäure.98% of theory, if the alkali metal cyanide is used as a 15 to 30% solution. In the first step of the reaction, the nitrile of the N-alkyl-substituted aminoalkanoic acid forms from the alkyl-substituted amine, an aliphatic aldehyde and alkali metal cyanide.

Durch Erwärmung der entstandenen Reaktionslösung wird das N-alkylsubstituierte Aminoalkansäurenitril zum Alkalisalz derBy heating the resulting reaction solution, the N-alkyl-substituted Aminoalkansäurenitril to alkali metal salt of

N-alkylsubstituierten Aminoalkansäure verseift.Saponified N-alkyl-substituted aminoalkanoic acid.

Das N-alkylsubstituierte Aminoalkansäurenitril ist auch mit üblichen Lösungsmitteln extrahierbar.The N-alkyl-substituted Aminoalkansäurenitril is also extractable with conventional solvents.

Durch den Einsatz von wäßrigem Alkalizyanid zur Synthese ist es möglich, Umweltschäden zu vermeiden. Die Ökonomie des Verfahrens bessert sich beträchtlich, da Anlagenteile, Energien und Chemikalien eingespart worden.By using aqueous alkali metal cyanide for synthesis, it is possible to avoid environmental damage. The economics of the process are improving considerably as plant parts, energies and chemicals have been saved.

Das Verhältnis von N-alkylsubstituierten Aminoalkansäurenitril zum Alkalihydroxid stellt sich bei der Verseifung von selbst ein.The ratio of N-alkyl-substituted Aminoalkansäurenitril to alkali metal hydroxide in the saponification on its own.

Dosierfehler werden vermieden.Dosing errors are avoided.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung soll nachstehend an Hand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to the following embodiments.

Beispiel 1example 1

614ml (5 Mol) Dimethylamin 40% werden unter Rühren und Kühlen so zu 476ml (5 Mol) Formaldehyd 30% gegeben, daß die Temperatur 3O0C nicht übersteigt. Anschließend wird auf 10°C abgekühlt. Danach werden bei dieser Temperatur 245g (5 Mol) Natriumzyanid, gelöst in 1000 ml Wasser, so dosiert, daß sich die Temperatur zwischen 5 bis 15°C bewegt. Nach einer Verweilzeit von 1 Stunde bei 150C wird die Reaktionsmischung auf 60 bis 650C erwärmt. Nach weiteren 2 Stunden wird die Reaktionslösung bis auf 1050C erhitzt, wobei eine wäßrige Ammoniaklösung abdestilliert. Nach 8 Stunden ist die Verseifung abgeschlossen614 ml (5 mol) of dimethylamine 40% are added with stirring and cooling to 476 ml (5 mol) of formaldehyde 30% so that the temperature does not exceed 3O 0 C. It is then cooled to 10 ° C. Thereafter, at this temperature, 245 g (5 mol) of sodium cyanide, dissolved in 1000 ml of water, so metered that the temperature between 5 to 15 ° C moves. After a residence time of 1 hour at 15 0 C, the reaction mixture is heated to 60 to 65 0 C. After a further 2 hours, the reaction solution is heated to 105 0 C, wherein distilled off an aqueous ammonia solution. After 8 hours saponification is complete

Es werden 612,5g des Natriumsalzes der Dimethylaminoessigsäure (98% der Theorie) in 1,51 wäßriger Lösung erhalten. There are obtained 612.5 g of the sodium salt of dimethylaminoacetic acid (98% of theory) in 1.51 aqueous solution.

Beispiel 2Example 2

614ml (5 Mol) Dimethylamin 40% werden unter Rühren und Kühlen so zu 476ml (5 Mol) Formaldehyd 30% gegeben, daß die614 ml (5 mol) of dimethylamine 40% are added with stirring and cooling to 476 ml (5 mol) of formaldehyde 30%

Temperatur nicht übersteigt 30°C. Anschließend wird auf 1O°C abgekühlt. Danach werden bei dieser Temperatur 325g (5 Mol)Temperature does not exceed 30 ° C. It is then cooled to 1O ° C. Thereafter, at this temperature, 325g (5 moles)

Kaliumzyanid, gelöst in 1200 ml Wasser, so dosiert, daß sich die Temperatur zwischen 5 bis 15°C bewegt.Potassium cyanide, dissolved in 1200 ml of water, dosed so that the temperature between 5 to 15 ° C moves.

Nach einer Verweilzeit von 1 Stunde bei 150C wird die Reaktionsmischung auf 60 bis 65°C erwärmt. Nach weiteren 2 Stunden wird die Reaktionslösung auf 1050C erhitzt, wobei eine wäßrige Ammoniaklösung abdestilliert. Nach 8 Stunden ist die Verseifung abgeschlossen.After a residence time of 1 hour at 15 0 C, the reaction mixture is heated to 60 to 65 ° C. After a further 2 hours, the reaction solution is heated to 105 0 C, wherein an aqueous ammonia solution distilled off. After 8 hours saponification is complete.

Es werden 680g des Kaliumsalzes der Ν,Ν-Dimethylsminoessigsäure (96,5% der Theorie) in 1,51 wäßriger Lösung erhalten.There are obtained 680 g of the potassium salt of Ν, Ν-dimethylsinoacetic acid (96.5% of theory) in 1.51 aqueous solution.

Beispiel 3Example 3

365g (5 Mol) n-Butylamin werden in 500ml Wasser gelöst. Unter Rühren und Kühlen wird dazu 360g (5 Mol) Butyraldehyd so gegeben, daß die Temperatur 3O0C nicht übersteigt. Anschließend wird auf 100C abgekühlt. Danach werden bei dieser Temperatur 325g (5 Mol) Kaliumzyanid, gelöst in 1200ml Wasser, so dosiert, daß sich die Temperatur zwischen 5 bis 150C bewegt.365 g (5 mol) of n-butylamine are dissolved in 500 ml of water. While stirring and cooling 360 grams (5 moles) of butyraldehyde is added thereto so that the temperature does not exceed 3O 0 C. It is then cooled to 10 0 C. Thereafter, at this temperature, 325 g (5 mol) of potassium cyanide, dissolved in 1200 ml of water, so metered that the temperature between 5 to 15 0 C moves.

Nach einer Verweilzeit von 1 Stunde bei 15°Cwird die P.eaktionsmischung auf 60 bis 65°C erwärmt. Nach weiteren 2 StundenAfter a residence time of 1 hour at 15 ° C, the reaction mixture is heated to 60-65 ° C. After another 2 hours

wird die Reaktionsmischung auf 1050C erhitzt, wonach eine wäßrige Ammoniaklösung abdestilliert. Nach 8 Stunden ist die Verseifung abgeschlossen.the reaction mixture is heated to 105 0 C, after which distilled off an aqueous ammonia solution. After 8 hours saponification is complete.

Der Umsatz beträgt 93% der theoretischen Ausbeute.The conversion is 93% of the theoretical yield.

Claims (1)

Verfahren zur Herstellung von Alkalisalzen der N-alkylsubstituierten Aminoalkansäuren nach der Streckersynthese mit einem mono- oder dialkylsubstituierten Amin mit 1 bis 4 C-Atomen in den Substituenten und einem aliphatischen Aldehyd mit 1 bis 4 C-Atomen als Ausgangsstoff über die Zwischenstufe N-alkylsubstituiertes Aminoalkansäurenitril und anschließender Verseifung, gekennzeichnet dadurch, daß dio Umsetzung zum N-alkylsubstituierten Aminoalkansäurenitril mit einer wäßrigen 15bis30%igen Alkalizyanidlösung im molaren Verhältnis bei einer Temperatur von 5 bis 150C erfolgt.A process for the preparation of alkali salts of N-alkyl-substituted aminoalkanoic acids after the streamer synthesis with a mono- or dialkyl-substituted amine having 1 to 4 carbon atoms in the substituents and an aliphatic aldehyde having 1 to 4 carbon atoms as starting material via the intermediate N-alkyl-substituted Aminoalkansäurenitril and subsequent saponification, characterized in that the reaction takes place to the N-alkyl-substituted Aminoalkansäurenitril with an aqueous 15 to 30% strength alkali metal cyanide solution in a molar ratio at a temperature of 5 to 15 0 C.
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