DD299643A5 - Verfahren zur herstellung von neuen n-carboxymethyl-n-alkyl-2.6-morpholiniumbetainen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von neuen * Sie ist dadurch charakterisiert, dasz man Carboxymethylbetaine gemaesz der Formel herstellt, indem man * und/oder * mit Halogenessigsaeureester in alkoholischer Loesung unter Rueckflusz umsetzt, unter Anwendung nachfolgend genannter Reaktionsbedingungen die Reaktion so steuert, dasz man vorrangig die 2.6-Stellungsisomere quaternisiert, die im wesentlichen reaktionsinerten 2.5-Stellungsisomeren aus dem Reaktionsgemisch zurueckgewinnt, als Reaktionsbedingungen: Loesungsmittel: Alkohol von C1 bis C4, Art des Alkylierungsmittels: BrCH2COOCH2CH3 oder ClCH2COOCH2CH3 (oder auch JCH2COOCH2CH3 bei ausschlieszlichem Einsatz von * Molverhaeltnis (Amin:Alkylierungsmittel): 1:1,1 bis * Reaktionszeit: 5-10 h, anwendet und die so erhaltenen quaternaeren Ammoniumsalze durch alkalische Verseifung bei 15-65C im stark alkalischen Medium zu entsprechenden Betainen umwandelt. Der Vorteil der erfindungsgemaeszen Loesung besteht in der Reindarstellung von Stellungsisomeren und in der damit gegebenen Moeglichkeit der Ausnutzung ihrer spezifischen Eigenschaften, das heiszt bei Einsatz von * an N-Alkyl-dimethylmorpholinen ist eine selektive Carboxymethylierung der 2.6-Isomerverbindungen und die extraktive Rueckgewinnung unumgesetzter 2.5-Isomerverbindungen gegeben. Formel{Verfahren; Herstellung; * Carboxymethylbetaine; * Halogenessigsaeureester; Ammoniumsalze; Verseifung; Betaine; Stellungsisomere}

Description

Anwendungegebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N-Carboxymethyl-N-alkyl^.e-morpholiniumbetainen. Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind industriell und in der Landwittschaft anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Neben der direkten Carboxymathylierung von tertiären Aminen mit Halogenacetaten (A.M.Schwartz u. J.W. Perry, Surface Active Agents VoM (1949) S.226, K.Lindner, Textilhilfsmittel u. Waschrohstoffe (1954) S. G65-568,0. Liebreich, Chem. Berichte

2/12 [1869], F. B. Downing US-PS 2129264 (1938)) besteht eine weitere Variante in der Umsetzung tertiären Amine mit

Halogenesssigsäureester. Erst durch eine der eigentlichen Alkylierungsreaktion nachgeschalteten alkalischen Verseifungsreaktion wird das gewünschte Betain zugänglich.

IT

R - N + X-CH₂COOR

R'

-CH₂COOR^'

R'

R - N®-CH₂C00R R'

+ NaOH

> R -

N^-CH₂COO

- NaX

R = langkottiger Alkylrest R' = Methyl, Ethyl, Hydroxyethyl R" = Methyl, Ethyl, Hydroxyethyl Die Herstellung der quaternion Ammoniumverbindungen gemäß Gleichung 1) ist bekannt (OE-PS 1167588, Angewandte Chemie 77 [1965], S. 327-333). Wie in der DD 263685 vorausgesetzt wurde, wird allgemein angenommen, daß sowohl die Stellungsisomeren (2,6/2,5) als auch die Konfigurationsisomeren im gleichen Maße quaternisiert werden. Auf die Herstellung

entsprechender Betainverbindung gemäß Gleichung 2 wurde bisher nicht eingegangen.

Carboxylmethylbetaine auf Basis zusätzlich im Morpholinring substituierter Tertiäramine, z. B. N-Carboxymethyl-N-alkyl-2,6-

dimethylmorpholiniumverbindungen sind bisher in der Literatur nicht beschrieben.

Begründe» ist dies in folgenden Annahmen:

- Die bei Einsatz offenkettiger N-Alkyl-bis(2-hydroxyethyl)-amine als Rohstoffbasis für die Carboxymethylierung erreichten unbefriedigenden Ausbeuten ließen für die N-Alkyl-bis(2-hydroxypropyl)-amine einen weiteren Ausbeuteabfall infolge zusätzlicher sterischer Beeinflussung des Stickstoffatoms erwarten.

- Appiikationsseitig ist auf eine weitere detaillierte Bearbeitung quaternierter Tetrahydrooxazine im Rahmen der von König und Mitarbeiter durchgeführten Untersuchungen verzichtet worden, da sich z. B. das zusätzliche Blockieren des freien Elektronenpaares am Stickstoffatom nicht erhöhend auf die fungiziden Eigenschaften von Tetrahydrooxazinderivaten auswirkte.

Die aufgeführten in die Prüfung einbezogenen quaternären Ammoniumstrukturen waren:

- N-Tridecyl-2,e-dimethylmorpholinsalze

- N-Tridecyf-2,6-dimethylmorpholiniumoxide ·

- N-Tridecyl-N-methyl^.e-dimethylmorpholinium-methosulfat, -bromid und

- N-Tridecyl-N-benzyl^e-dimethylmorpholiniumchlorid.

Neueste Untersuchungen gemäß DD-PS 263685 bis 263690 befassen sich mit der Umsetzung von N-Alkyl-2,6/2,5-cis/lransdimethylmorpholinen mit Haiogenessigsäureester. In diesen Patentschriften wird unter den angegebenen Bedingungen davon ausgegangen, daß sowohl die Stellungs- als auch die Konformationsisomere gleichrangig zum quaternären Ammoniumsalz umgesetzt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von nauen N-Carboxymethyl-N-alkyl-2,6-morpholiniumbelainen durch Q'iaternisierung von N-Alkyl-2,6-dimethylmorpholinen und/oder N-Alkyl-2,6/2,5-dimethylmorpholinen mittels Halognnessigsäureester und anschließender Verseifung zum Betainen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von neuen N-Carboxymethyl-N-alkyl^.e-morpholiniumbetainen durch Quaternisierung von N-Alkyi-2,6-cis- und/oder N-Alkyl-2,6-trans-dimethylmorpholine und/oder N-Alkyl-2,6/2,5-cis/transdimethylmorpholine mittels Haiogenessigsäureester und anschließender Verseifung zu Betainen.

-3- "99 643

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man die neuen N-Carboxymethyl-N-alkyl^.e-morpholinlumbetalne gemäß der Formel,

CH₃

+ CH₂ - CH^ R - N /°

- ClT

CH₂ CH₃

COO" wobei

R = -1-C₁₃H₂₇, -C_nH_2n+1 (mit η = 8 - 18), -ciT7cH₂)₁₁ oder -CH₂^CH(CH₃)-CH₂-C₆H₄-C(CH₃)₃

bedeutet, herstellt, indem man N-Alkyl-2,6-cis· und/oder N-Alkyl-2,6-trans-dlmethylmorpholine und/oder N-Alkyl-2,6/2,5-cis/ transdimethylmorpholine mit Halogenessigsäureester in alkoholischer Lösung unter Rückfluß umsetzt, unter Anwendung nachfolgend genannter Reaktionsbedingungen die Reaktion so steuert, daß man vorrangig die 2,6-Stellungsisomere quatemisiert, die im wesentlichen reaktionsinerten 2,5-Stellungsisomeren aus dem Reaktionsgemisch zurückgewinnt, als

Reaktionsbedingungen: Lösungsmittel: Alkohol von C, bis C₄ ArtdesAlkylierungsmittels: BrCH₂COOCH₂CH₃ der CICH₂COO-

-CH₂CH₃ (oder auch JCH₂COOCH₂-

-CH3 bei ausschließlichem Einsatz von

N-Alkyl-2,6 cis/trans-dimethylmorpholinon) Molverhältnis

(Amin:Alkylierungsmittel): 1:1,1 bis 1:1,5

Reaktionszeit: 5-1Oh

anwendet und die so erhaltenen quaternären Ammoniumsalze durch alkalische Verseifung bei 15-65⁰C im stark alkalischen Medium zu entsprechenden Betainen umwandelt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, bei Einsatz von 2,6/2,5-N-Alkyldimethylmorpholinen die Stellungsisomeren 2,6-Betaine zu gewinnen, wobei gleichzeitig N-Alkyl-2,6-dimethylmorpholine zurückgewonnen werden. Bei Einsatz von N-Alkyl-2,6-cis/trans-dimethylmorpholinen reagier*, vorrangig die cis-Formation. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Reindarstellung von Stellungsisomeren und in der damit gegebenen Möglichkeit der Ausnutzung ihrer spezifischen Eigenschaften, das heißt bei Einsatz von 2,6/2,S-Kon8titutionsisomeren an N-Alkyldimethylmorpholinen ist eine selektive Carboxymethylierung der 2,6-lsomerverbindungen und die extraktive Rückgewinnung unumgesetzter 2,5-lsomerverbindungen gegeben.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1 . Zvyeistufen-Betainisierung

(Carboxymethylierung mittels Bromessigsäureethylester)

In einem 100-ml-Dreihalskolben, versehen mit Thermometer, Rührer und Rückflußkühler werden 14,1 g (= 0,05mol) N-I fecyl-

2,6-cis-dimethylmorpholin, 9,19g (= 0,055mol) Bromessigsäureethylester und 155ml abs. Methanol vorgelegt und 10 Stunden bei 64⁰C unter Rückfluß zur Reaktion gebracht. Nach beendeter Quaternisierungsreaktion wird dem auf Raumtemperatur abgekühlten Reaktionsgemisch 4,4g (0,11 mol) Natronlauge-Plätzchen vorsichtig zugegeben und unter Rühren bei ca. 40⁰C in

Lösung gebracht. Anschließend wird das Reaktionsgemisch auf 64⁰C erwärmt und 3 Stunden verseift. An unumgesetzten N-Dodecyl-2,6-cis-dimethylmorpholin wurden 1,08g zurückgewonnen (Umsetzungsgrad 92,4%). Nach

mehrfacher Reinigung der Zielverbindung wurden 15,2 g an N-Carboxyrnethyl-N-n-dodecyl-2,6-cisdimethylmorpholiniumbetain mit folgenden analytischen Kennzahlen erhalten:

%H2O	= 5,2
%cr	= 2,7
% Sulfatasche	= 5,48
%N-titriart	= 4,80
%N-korrigiert	= 3,72.

Aus den ermittelten Kennzahlen ergeben sich Reinheiten von 90,4% (errechnet über Gehalt an Nebenbestandteilen) bzw. 90,73% ermittelt durch potentiometrische Titration nach J.Gyenes, „Titration in non-aqueomedia" Akademia Kiado Budapest (1967). Beide Werte stimmen in guter Näherung übarein. Unter Berücksichtigung dieses Reinheitsgrades ergibt sich eine Ausbeute von 80,2% bezogen auf 100% Wirkstoffgehalt an Betain.

Das erhaltene Reaktionsprodukt konnte mittels "C-NMR-Spektroskopie strukturseitig als N-Carboxymethyl-N-n-dodecyl^.e-cisdimethylmorpholiniumbetain zweifelsfrei identifiziert werden.

Beispiel 2 N Carboxvmethyl-N-n-dodecyl^.e-trans-dimethylmorpholiniumbetaln In einem lOO-ml-Dreihalskolben, versehen mit Thermometer, Rührer und Rückflußkühlerwerden 14,1 g(= 0,05mol)N-Dodecyl-

2,6-trans-dimethylmorpholin, 9,19g (= 0,055mol) Bromesslgsäureethylester und 155,5ml abs. Methanol vorgelegt und 10 Stunden bei 64⁰C unter Rückfluß zur Reaktion gebracht. Nach beendeter Quaternislerungsreaktlon wird dem auf

Raumtemperatur abgekühlten Reaktionsgemisch 4,4g (0,11 mol) Natronlaugeplätzchen vorsichtig zugegeben und unter Rühren

bei ca. 4O⁰C in Lösung gebracht. Anschließend wird das Reaktionsgemisch auf 64⁰C erwärmt und 3 Stunden verseift.

An unumgosetzten N-Dodecyl-2,6-trans-dimethylmorpholln wurden 4,01 g zurückgewonnen (Umsetzungsgrad 71,6%). Wach

mehrfacher Reinigung der Zielverbindung wurden 10,8g an N-Carboxymethyl-N-n-dodecyl-2,6-trans· dimothylmorpholinlumbetain erhalton, mit folgenden analytischen Kennzahlen:

%H,0	= 9,19
%cr	= 4,70
% Sulfatasche	= 9,55
% N-titriort	= 5,29
%N-korrigiert	= 3,49.

Aus den ermittelten Kennzahlen ergeben sich Reinheiten von 83% (errechnet über Gehalten Nebenbestandteilen) bzw. 85,1 %,

ermittelt durch potentiometrische Titration.

Beide Werte stimmen in guter Näherung überein. Unter Berücksichtigung dieser Reinheitsgrade ergibt sich eine Ausbeute von

53,0% bezogen auf 100% Wirkstoffgehalt an Betain.

Das erhaltene Reaktionsprodukt konnte mittels "C-NMR-Spektroskopio strukturseitlg als N-Carboxymethyl-N-n-dodecyl-2,6-

trans-dimethylmorpholiniumbetain zweifelsfrei identifiziert werden.

Beispiel 3 N-Carboxymethyl-N-n-kokosalkyl^.ecis/trans-dimethylmorpholiniumbetain Destillative Reinigung des Praxiserzeugnisses „Falimorph" Der zur Synthese von Falimorph eingesetzte 2,2'-Dichlor-di-isopropylether enthält, wie 'H-NMR-spektroskopische Untersuchungen zeigen, ca. 15% an 2,2'-Dichlorisopropyl-n-propylether. Hieraus ergibt sich das für das Falimorph

charakteristische Konstitutionsisomerenverhältnis von ca. 85% 2,6-lsomer- und ca. 15% an 2,5-lsomerverblndungen. Da<3

Praxisprodukt „Falimorph" stand nur als undestillierte Ware zur Verfügung und wurde destillativ gereinigt. Das erhaltene Destillat besitzt folgende Konstitutions- und Konfigurationsisomerenzusammensetzung (kapillar-GC):

2,6-cis-lsomerverbindungen = 44,0%

2,6-trans-lsomerverbindungen _v = 41,2% 2,5-cis/trans-l8omerverbindungen = 14,3%.

Elementaranalytisch wurden für dieses Destillat folgende Kennzahlen ermittelt:

%N(theor. = 4,82) gefunden: 4,83/4,82

% C (theor. = 76,55) gefunden: 76,35/76,47

% H (theor. = 13,10) gefunden: 12,87/12,96. MG (theor. = 290)

Dieses destillativ gereinigte Falimorph wild unter Einsatz molarer Mengen in mehrfachen Zyklen untei den im Beispiel 1 angegebenen Reaktionsbedingungen carboxymethyliert. Die extrahierten, unumgesetzten Tertiäramino weisen folgende Zusammensetzung auf:

Zyklen extrahierte GC-Zusammensetzung (%) Menge (g) . 2,6-cis 2,6-trans 2,5-cis/trans

1 43,7 12,7 39,3 46,2

3 " 28,3 0,2 27,5 70,8

10 9,1 - 0,1 98,9

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von neuen N-Carboxymethyl-N-alkyl^e-morpholiniumbetainen, dadurch gekennzeichnet, daß man Carboxymethylbetalne gemäß der Formel,

   + /CH₂ - CH
   R-N⁷ O

   |^XCH₂ - Ch/
   CH₂ CH₃

   COO"
   wobei

   R =. -IHS^₃H₂₇. -C_nH_2n+1 (mit η r 8 - 18); -CH-JjCH₂)H oder
   -CH₂-CH(CH₃)-CH₂-C₆H₄-C(CH₃)₃

   bedeutet, herstellt, indem man N-Alkyl-2,6-cis- und/oder N-Alkyl-2,6-trans-dimethylrnorpholine und/ oder N-Alkyl-2,6/2,5-cis/transdimethylmorpholine mit Halogenessigsäureester in alkoholischer Lösung unter Rückfluß umsetzt, unter Anwendung nachfolgend genannter Reaktionsbedingungen die Reaktion so steuert, daß man vorrangig die 2,6-Stellungsisomere quaternisiert, die im wesentlichen reaktionsinerten 2,5-Stellungsisomeren aus dem Reaktionsgemisch zurückgewinnt, als Reaktionsbedingungen:

   Lösungsmittel: Alkohol von Ci bis C₄

   ArtdesAlkylierungsmittels: BrCH₂COOCH₇CH-, oder CICH₂COO-

   -CH₂CH₃ (oder auch JCH₂COOCH₂- > -CH₃ bei ausschließlichem Einsatz von

   N-Alkyl-2,6-cis/trans-dimethylmorpholinen) Molverhältnic

   (Amin:Alkylierungsmittel): 1:1,1 bis 1:1,5

   Reaktionszeit: 5-1Oh

   anwendet und die so erhaltenen quaternären Ammoniumsalze durch alkalische Verseifung bei 15-65⁰C im stark alkalischen Medium zu entsprechenden Betainen umwandelt.