DE102016122527A1 - Process for the synthesis of citric monoesters - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C67/00—Preparation of carboxylic acid esters
- C07C67/08—Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides with the hydroxy or O-metal group of organic compounds
Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart ein gezieltes Syntheseverfahren zur Verknüpfung von Fettalkoholen mit Citronensäuren in Gegenwart eines Additivs.The present invention discloses a synthetic method for linking fatty alcohols with citric acids in the presence of an additive.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Synthese von Citronensäuremonoester, insbesondere mit Fettalkoholen.The present invention relates to the synthesis of citric acid monoesters, in particular with fatty alcohols.
Citronensäureester sind von industriellem Interesse, denn sie können u.a. als Emulgatoren oder Tenside eingesetzt werden. Von Bedeutung sind insbesondere die Monoester von Fettalkoholen, polyethoxylierten Fettalkoholen sowie Mono- und Diglyceriden. Derartige Ester finden bereits Anwendung in der Lebensmittelindustrie, in der Kosmetik und in Reinigungsmitteln. Die Vorteile sind die gute Verträglichkeit (ungiftig, nicht hautreizend), die biologische Abbauarbeit sowie deren Herstellung ausgehend von nachwachsenden Rohstoffen.Citric acid esters are of industrial interest, as they may i.a. be used as emulsifiers or surfactants. Of particular importance are the monoesters of fatty alcohols, polyethoxylated fatty alcohols and mono- and diglycerides. Such esters are already used in the food industry, cosmetics and detergents. The advantages are the good compatibility (non-toxic, non-irritating to the skin), the biological degradation work as well as their production starting from renewable raw materials.
Die gezielte und reine Herstellung derartiger Verbindungen ist u. a. in der
Diese Aufgabe wird durch Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung gelöst. Demgemäß wird ein Verfahren zur Synthese von Citronensäuremonoestern vorgeschlagen, umfassend die Schritte:
- a) Vorlegen eines Überschusses an Citronensäure in einem niedermolekularen Additiv, enthaltend eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe Carbonate, β-Hydroxyverbindungen, sekundäre Alkohole sowie Mischungen daraus bei einer Temperatur von ≥ 100°C
- b) Zugabe eines Fettalkohols und/oder Fettalkoholderivats
- a) presenting an excess of citric acid in a low molecular weight additive containing a compound selected from the group of carbonates, β-hydroxy compounds, secondary alcohols and mixtures thereof at a temperature of ≥ 100 ° C.
- b) Addition of a fatty alcohol and / or fatty alcohol derivative
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass durch dieses Verfahren derartige Verbindungen gezielt in hohen Ausbeuten herstellbar sind. Insbesondere werden bei den meisten Anwendungen der vorliegenden Erfindung die Diester nur in geringen, z.T. nicht nachweisbaren Mengen gebildet.Surprisingly, it has been found that by means of this process, such compounds can be prepared in a targeted manner in high yields. In particular, in most applications of the present invention, the diesters are only sparingly, e.g. formed undetectable amounts.
Es sei angemerkt, dass die allermeisten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zugänglichen Citronensäureester chirale Verbindungen sind, unter dem Begriff „Citronensäure“ und „Citronensäuremonoester“ werden somit sämtliche Enantiomere und deren Mischungen verstanden.It should be noted that the vast majority of the citric acid esters obtainable by the process according to the invention are chiral compounds, the term "citric acid" and "citric acid monoesters" thus being understood to mean all enantiomers and mixtures thereof.
Der Term „Überschuss“ bezieht sich auf die Citronensäure gegenüber dem Fettalkohol und/oder dem Fettalkoholderivat aus Schritt b). Bevorzugt beträgt der Überschuss (in mol:mol) ≥1,2 :1 bis ≤3:1, noch bevorzugt ≥1,5 :1 bis ≤2,5:1The term "excess" refers to the citric acid over the fatty alcohol and / or the fatty alcohol derivative from step b). The excess (in mol: mol) is preferably ≥ 1.2: 1 to ≦ 3: 1, more preferably ≥ 1.5: 1 to ≦ 2.5: 1
Der Term „niedermolekular“ bedeutet und/oder umfasst insbesondere ein Molekulargewicht von ≤500 Da, noch bevorzugt ≤300Da.The term "low molecular weight" means and / or in particular comprises a molecular weight of ≦ 500 Da, more preferably ≦ 300 Da.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Additiv benutzt. Dieses Additiv wird bevorzugt bezogen auf die Citronensäure im Verhältnis (g/g) von ≥0,5 :1 bis ≤3:1 eingesetzt. Dies hat sich in der Praxis bewährt. Besonders bevorzugt ist ein Verhältnis von ≥0,1 :1 bis ≤1:1, noch bevorzugt ≥0,3 :1 bis ≤0,8:1.According to the present invention, an additive is used. This additive is preferably used based on the citric acid in the ratio (g / g) of ≥ 0.5: 1 to ≦ 3: 1. This has proven itself in practice. Particularly preferred is a ratio of ≥0.1: 1 to ≤1: 1, more preferably ≥0.3: 1 to ≤0.8: 1.
Das Additiv enthält dabei eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Carbonate, β-Hydroxyverbindungen, sekundäre Alkohole oder Mischungen daraus. Bevorzugt besteht es überwiegend aus diesen Verbindungen.The additive contains a compound selected from the group containing carbonates, β-hydroxy compounds, secondary alcohols or mixtures thereof. Preferably, it consists predominantly of these compounds.
Der Term „überwiegend“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet dabei ≥90 Gew-%, bevorzugt ≥95%, noch bevorzugt ≥98 Gew-% sowie am meisten bevorzugt ≥99 Gew-%.The term "predominantly" for the purposes of the present invention means ≥90% by weight, preferably ≥95%, more preferably ≥98% by weight, and most preferably ≥99% by weight.
Bevorzugte Carbonate sind dabei 1,2-Propylencarbonat, Ethylencarbonat, 2,3-Butylencarbonat.Preferred carbonates are 1,2-propylene carbonate, ethylene carbonate, 2,3-butylene carbonate.
Bevorzugte β-Hydroxyverbindungen sind zum einen β-Hydroxycarbonsäuren, insbesondere bevorzugt Glykolsäure, Milchsäure, Lactid. Es sei angemerkt, dass insbesondere Milchsäure oder Lactid auch als wäßrige Lösung eingesetzt werden kann. In diesem Fall sind ≥60 Gew-%- Lösungen besonders bevorzugt.Preferred β-hydroxy compounds are on the one hand β-hydroxycarboxylic acids, particularly preferably glycolic acid, lactic acid, lactide. It should be noted that in particular lactic acid or lactide can also be used as an aqueous solution. In this case, ≥60% by weight solutions are particularly preferred.
Andere bevorzugte Additive sind sekundäre Alkohole, wobei auch höherwertige Alkohole eingesetzt werden können, solange keine primären Alkoholfunktionen vorhanden sind. Bevorzugt ist hier 2,3- Butandiol.Other preferred additives are secondary alcohols, although higher alcohols can be used as long as no primary alcohol functions are present. Preference is given here 2,3-butanediol.
Der Term „Fettalkohol und/oder Fettalkoholderivat“ umfasst oder beinhaltet insbesondere:
- • primäre lineare Alkohole mit mehr als 6 Kohlenstoffatomen, besonders dabei bevorzugt sind Decanol, Dodecanol, Hexadenaol, Oleylalkohol, Octadecanol
- • technische Fettalkoholgemische
- • Ricinolsäure oder Ricinolsäureester, Ricinus-öl, 12-Hydroxystearinsäure oder 12-Hydroxystearinsäureester
- Primary linear alcohols having more than 6 carbon atoms, especially preferred are decanol, dodecanol, hexadecanol, oleyl alcohol, octadecanol
- • technical fatty alcohol mixtures
- Ricinoleic acid or ricinoleic acid ester, Ricinus oil, 12-hydroxystearic acid or 12-hydroxystearic acid ester
Bevorzugt findet Schritt a) bei einer Temperatur von ≥130°C und ≤180°C statt. Dies hat sich bei den meisten Anwendungen der vorliegenden Erfindung bewährt.Preferably, step a) takes place at a temperature of ≥130 ° C and ≤180 ° C. This has been proven in most applications of the present invention.
Bevorzugt findet Schritt b) ebenfalls bei einer Temperatur von ≥100°C, bevorzugt von ≥130°C und ≤180°C statt. Insbesondere ist es bevorzugt, dass Schritt b) bei in etwa derselben Temperatur wie Schritt a) stattfindet, d.h. dass der Temperaturunterschied bei Schritt a) und b) ≤10°C beträgt.Preferably, step b) also takes place at a temperature of ≥100 ° C., preferably of ≥130 ° C. and ≦ 180 ° C. In particular, it is preferred that step b) take place at about the same temperature as step a), i. the temperature difference in steps a) and b) is ≤10 ° C.
Bevorzugt beträgt der zeitliche Abstand zwischen Schritt a) und Schritt b) ≥5 bis ≤30 Minuten. Dies hat sich in der Praxis bewährt, da so bei den meisten Anwendungen eine klare Reaktionslösung entsteht.The time interval between step a) and step b) is preferably ≥ 5 to ≦ 30 minutes. This has proven itself in practice, since in most applications a clear reaction solution is created.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt c)
- c) Reagierenlassen der Mischung aus Schritt b) über einen Zeitraum von ≥30 min und ≤3h
- c) allowing the mixture of step b) to react for a period of ≥30 min and ≤3h
Diese Reaktionszeit hat sich bei vielen Anwendungen der vorliegenden Erfindung bewährt. Insbesondere bevorzugt ist in Schritt c) ein Zeitraum von ≥1h und ≤2hThis reaction time has been proven in many applications of the present invention. Particularly preferred in step c) is a period of ≥1h and ≤2h
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass Schritt c) bei in etwa derselben Temperatur wie Schritt b) stattfindet, d.h. dass der Temperaturunterschied bei Schritt c) und b) ≤10°C beträgt.According to another embodiment of the present invention, it is preferred that step c) take place at about the same temperature as step b), i. the temperature difference in step c) and b) is ≤10 ° C.
Üblicherweise werden die so erhaltenen Produkte ohne weitere Reinigungsschritte direkt genutzt. Jedoch können z.B. durch wässrige Extraktion der Produktmischung der Überschuss an Citronensäure und in den meisten Fällen das Additiv weitestgehend entfernt werden, so dass der Anteil an Citronensäuremonoester im Produkt bis auf 94-99% steigen kann.Usually, the products thus obtained are used directly without further purification steps. However, e.g. by aqueous extraction of the product mixture, the excess of citric acid and in most cases the additive are removed as far as possible, so that the proportion of citric acid monoester in the product can rise to 94-99%.
Hochreine Monoester können schließlich durch die Umkristallisation fester Rohprodukte erhalten werden.Highly pure monoesters can finally be obtained by the recrystallization of solid crude products.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Beispiele, in denen - beispielhaft - mehrere Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt sind. Die Beispiele sind rein illustrativ und nicht als beschränkend zu verstehen.Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the subclaims and from the following description of the accompanying examples, in which - by way of example - several embodiments of the method according to the invention are shown. The examples are purely illustrative and not restrictive.
BeispieleExamples
Herstellung von (technischen) Citronensäure-mono-octylester GemischenPreparation of (technical) citric acid mono-octyl ester mixtures
40,0g Citronensäure (0,21mol) wurden jeweils mit denen in den Beispielen 1-5 angegebenen Mengen Additiv/ Lösungsvermittler für etwa 10min bei 160°C Ölbadtemperatur mit einem mechanischen Rührer in einem offenen 250ml Becherglas gerührt. Dabei entstehen klare Reaktionslösungen.
Anschließend wurde zu dieser Reaktionsschmelze 13,0g Octanol (0,10mol) in der angegebenen Zeit hinzugefügt und danach die Temperatur des Ölbades auf 145°C verändert. Bei dieser Temperatur wurde 1h nachgerührt (1H-NMR Analysen zeigten einen vollständigen Umsatz des Fettalkohols). Die so erhaltene Reaktionsmischung kann nach Abkühlen direkt verwendet werden. Den Anteil an Citronensäuremonooctylester im Produktgemisch (Gew.-%) kann den Beispielen 1-5 der oberen Tabelle entnommen werden. Subsequently, 13.0 g octanol (0.10 mol) was added to this reaction melt in the specified time and then the temperature of the oil bath changed to 145 ° C. At this temperature, stirring was continued for 1 h ( 1 H-NMR analyzes showed complete conversion of the fatty alcohol). The reaction mixture thus obtained can be used directly after cooling. The proportion of citric acid in the product mixture (% by weight) can be taken from Examples 1-5 in the table above.
Herstellung von (technischen) Citronensäure-mono-decylester GemischenPreparation of (technical) citric acid mono-decyl ester mixtures
40,0g Citronensäure (0,21mol) wurden jeweils mit denen in den Beispielen 6-10 angegebenen Mengen Additiv/ Lösungsvemittler für etwa 10min bei 160°C Ölbadtemperatur mit einem mechanischen Rührer in einem offenen 250ml Becherglas gerührt. Dabei entstehen klare Reaktionslösungen.
Anschließend wurde zu dieser Reaktionsschmelze 15,8g Decanol (0,10mol) in der angegebenen Zeit hinzugefügt und danach die Temperatur des Ölbades auf 145°C verändert. Bei dieser Temperatur wurde 1h nachgerührt (1H-NMR Analysen zeigten einen vollständigen Umsatz des Fettalkohols). Die so erhaltene Reaktionsmischung kann nach Abkühlen direkt verwendet werden. Den Anteil an Citronensäuremonodecylester im Produktgemisch (Gew.-%) kann den Beispielen 6-10 der oberen Tabelle entnommen werden.Subsequently, to this reaction melt, 15.8 g of decanol (0.10 mol) was added in the specified time and then the temperature of the oil bath changed to 145 ° C. At this temperature, stirring was continued for 1 h ( 1 H-NMR analyzes showed complete conversion of the fatty alcohol). The reaction mixture thus obtained can be used directly after cooling. The proportion of citric acid monodecyl ester in the product mixture (% by weight) can be taken from Examples 6-10 in the table above.
Herstellung von (technischen) Citronensäure-mono-dodecylester GemischenPreparation of (technical) citric acid mono-dodecyl ester mixtures
40,0g Citronensäure (0,21mol) wurden jeweils mit denen in den Beispielen 11-15 angegebenen Mengen Additiv/ Lösungsvermittler für etwa 10min bei 160°C Ölbadtemperatur mit einem mechanischen Rührer in einem offenen 250ml Becherglas gerührt. Dabei entstehen klare Reaktionslösungen.
Anschließend wurde zu dieser Reaktionsschmelze 18,6g Dodecanol (0,10mol) in der angegebenen Zeit hinzugefügt und danach die Temperatur des Ölbades auf 145°C verändert. Bei dieser Temperatur wurde 1h nachgerührt (1H-NMR Analysen zeigten einen vollständigen Umsatz des Fettalkohols). Die so erhaltene Reaktionsmischung kann nach Abkühlen direkt verwendet werden. Den Anteil an Citronensäure-mono-dodecylester im Produktgemisch (Gew.-%) kann den Beispielen 11-15 der oberen Tabelle entnommen werden.
Je nach Bedarf kann zur weiteren Aufreinigung der Produkte wie folgt vorgegangen werden: Die Reaktionsmischungen (aus den Beispielen 11-15) werden in adäquaten Mengen Wasser/Ethylacetat aufgenommen und gut vermischt. Die Organische Phase wird zwei weitere Male mit Wasser und einmal mit ges. NaCl Lösung extrahiert, über Na2SO4 getrocknet und das Lösungsmittel vollständig entfernt. (Beispiele 16, 17) Depending on requirements, the further purification of the products can be carried out as follows: The reaction mixtures (from Examples 11-15) are taken up in adequate amounts of water / ethyl acetate and mixed well. The organic phase is washed two more times with water and once with sat. NaCl solution, dried over Na 2 SO 4 and the solvent is completely removed. (Examples 16, 17)
Der so erhaltene Feststoff kann aus Hexan/ Ethylacetat (6:2) Gemischen umkristallisiert werden. (Beispiel 18)The resulting solid can be recrystallized from hexane / ethyl acetate (6: 2) mixtures. (Example 18)
Herstellung von (technischen) Citronensäure-mono-hexadecylester und monooleylester und mono-octadecylester GemischenPreparation of (technical) citric acid mono-hexadecyl esters and monooleyl esters and mono-octadecyl ester mixtures
40,0g Citronensäure (0,21mol) wurden jeweils mit denen in den Beispielen 19-27 angegebenen Mengen Additiv/ Lösungsvermittler für etwa 10min bei 160°C Ölbadtemperatur mit einem mechanischen Rührer in einem offenen 250ml Becherglas gerührt. Dabei entstehen klare Reaktionslösungen.
Anschließend wurde zu dieser Reaktionsschmelze die in den Beispielen 19-27 angegebenen Mengen an Fettalkohol (0,10mol) in der angegebenen Zeit hinzugefügt und danach die Temperatur des Ölbades auf 150°C verändert. Bei dieser Temperatur wurde 1h nachgerührt (1H-NMR Analysen zeigten einen vollständigen Umsatz des Fettalkohols). Die so erhaltene Reaktionsmischung kann nach Abkühlen direkt verwendet werden. Den Anteil an Citronensäuremonoester im Produktgemisch (Gew.-%) kann den Beispielen 19-27 der oberen Tabelle entnommen werden.
Je nach Bedarf kann zur weiteren Aufreinigung der Produkte wie folgt vorgegangen werden: Die Reaktionsmischungen (aus den Beispielen 11-15) werden in adäquaten Mengen Wasser/Ethylacetat aufgenommen und gut vermischt. Die Organische Phase wird zwei weitere Male mit Wasser und einmal mit ges. NaCl Lösung extrahiert, über Na2SO4 getrocknet und das Lösungsmittel vollständig entfernt. (Beispiele 28, 29)Depending on requirements, the further purification of the products can be carried out as follows: The reaction mixtures (from Examples 11-15) are taken up in adequate amounts of water / ethyl acetate and mixed well. The organic phase is washed two more times with water and once with sat. NaCl solution, dried over Na 2 SO 4 and the solvent is completely removed. (Examples 28, 29)
Der so erhaltene Feststoff kann aus Hexan/ Ethylacetat (95:5) Gemischen umkristallisiert werden. (Beispiele 30, 31)The resulting solid can be recrystallized from hexane / ethyl acetate (95: 5) mixtures. (Examples 30, 31)
Herstellung von (technischen) Citronensäure-mono-ricinolsäureester Gemischen Preparation of (technical) citric acid mono-ricinoleic acid ester mixtures
40,0g Citronensäure (0,21mol) wurden jeweils mit denen im Beispiel 32 angegebenen Mengen Additiv/ Lösungsvermittler für etwa 10min bei 160°C Ölbadtemperatur mit einem mechanischen Rührer in einem offenen 250ml Becherglas gerührt. Dabei entsteht eine klare Reaktionslösung.
Anschließend wurde zu dieser Reaktionsschmelze die im Beispiel 32 angegebenen Mengen an Ricinolsäure (0,10mol) in der angegebenen Zeit bei 170°C hinzugefügt und bei dieser Temperatur für 2h und danach bei 150°C Ölbad-Temperatur noch eine weitere Stunde nachgerührt. (1H-NMR Analysen zeigten einen vollständigen Umsatz des Fettalkohols). Die so erhaltene Reaktionsmischung kann nach Abkühlen direkt verwendet werden.Subsequently, the amounts of ricinoleic acid (0.10 mol) indicated in Example 32 were added to this reaction melt at 170 ° C. in the indicated time and stirring was continued for a further hour at this temperature for 2 h and then at 150 ° C. oil bath temperature. ( 1 H-NMR analyzes showed a complete conversion of the fatty alcohol). The reaction mixture thus obtained can be used directly after cooling.
Die einzelnen Kombinationen der Bestandteile und der Merkmale von den bereits erwähnten Ausführungen sind exemplarisch; der Austausch und die Substitution dieser Lehren mit anderen Lehren, die in dieser Druckschrift enthalten sind mit den zitierten Druckschriften werden ebenfalls ausdrücklich erwogen. Der Fachmann erkennt, dass Variationen, Modifikationen und andere Ausführungen, die hier beschrieben werden, ebenfalls auftreten können ohne von dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist die obengenannte Beschreibung beispielhaft und nicht als beschränkend anzusehen. Das in den Ansprüchen verwendete Wort „umfassen“ schließt nicht andere Bestandteile oder Schritte aus. Der unbestimmte Artikel „ein“ schließt nicht die Bedeutung eines Plurals aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maße in gegenseitig verschiedenen Ansprüchen rezitiert werden, verdeutlicht nicht, dass eine Kombination von diesen Maßen nicht zum Vorteil benutzt werde kann. Der Umfang der Erfindung ist in den folgenden Ansprüchen definiert und den dazugehörigen Äquivalenten.The individual combinations of the components and the features of the already mentioned embodiments are exemplary; the exchange and substitution of these teachings with other teachings contained in this document with the references cited are also expressly contemplated. Those skilled in the art will recognize that variations, modifications and other implementations described herein may also occur without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the above description is illustrative and not restrictive. The word "comprising" used in the claims does not exclude other ingredients or steps. The indefinite article "a" does not exclude the meaning of a plural. The mere fact that certain measures are recited in mutually different claims does not make it clear that a combination of these dimensions can not be used to advantage. The scope of the invention is defined in the following claims and the associated equivalents.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102011054602 [0003]DE 102011054602 [0003]
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DE2732210C3 (en) * | 1977-07-16 | 1983-11-17 | Th. Goldschmidt Ag, 4300 Essen | Process for the preparation of mixed esters from hydroxycarboxylic acids and partial fatty acid glycerides |
DE3886432T2 (en) * | 1987-03-10 | 1994-05-11 | Unilever Nv | Cosmetic products. |
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