DE1805411C3 - Process for the preparation of N- (w-aminoalkanoyl) -diamines - Google Patents
Process for the preparation of N- (w-aminoalkanoyl) -diaminesInfo
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Description
Es ist bekannt, Lactame mit Diaminen zu den entsprechenden ω-Aminoalkanoyl-Derivaten von Diaminen umzusetzen. Nach einem in der DE-PS 8 37 539 beschriebenen Verfahren wird diese Umsetzung bei Temperaturen von 150-300° C durchgeführt Dabei erhält man innerhalb von 7 Stunden bei 250° C diese Derivate lediglich in Ausbeuten von weniger als 50%.It is known to convert lactams with diamines to the corresponding ω-aminoalkanoyl derivatives of diamines to implement. According to a method described in DE-PS 8 37 539, this implementation is at Temperatures of 150-300 ° C carried out This is obtained within 7 hours at 250 ° C Derivatives only in yields of less than 50%.
Nach einem anderen, in der DE-PS 11 24 688 beschriebenen Verfahren werden unter den obengenannten Reaktionsbedingungen aus Caprolactam und mindestens 2 Aminogruppen enthaltenden Polyaminen N,N'-Bis-(6-aminohexanoyl)-Derivate von Diaminen hergestellt, und zwar auch dann, wenn pro Mol Diamin ein Mol Lactam eingesetzt wird.According to another, in DE-PS 11 24 688 The method described are under the above reaction conditions from caprolactam and Polyamines containing at least 2 amino groups, N, N'-bis (6-aminohexanoyl) derivatives of diamines produced, even if one mole of lactam is used per mole of diamine.
2 HN-(CH2I5-CO + H.N—R-NH2 ► H2N-(CH2)5—CO—HN-R — NH-OC-(CH2)5—NH2 2 HN- (CH 2 I 5 -CO + HN-R-NH 2 ► H 2 N- (CH 2 ) 5 -CO-HN-R-NH-OC- (CH 2 ) 5 -NH 2
Die Ausbeute soll bei 90% liegen, bezogen auf das eingesetzte Lactam, d. h. etwa die Hälfte des eingesetzten Diamins wird nicht umgesetzt und muß durch Destillation entfernt werden.The yield should be 90%, based on the lactam used, i.e. H. about half of the amount used Diamine is not converted and has to be removed by distillation.
Diese Feststellung konnte auch für die Homologen des Caprolactams mit 6—11 Ring-C-Atomen getroffen werden. N-(w-Aminoa'kanoyI)-Derivate von Diaminen sind unter den Reaktionsbedingungen dieses bekannten Verfahrens nicht erhältlich.This finding could also be made for the homologues of caprolactam with 6-11 ring carbon atoms will. N- (w-Aminoa'kanoyI) derivatives of diamines are known under the reaction conditions of this Procedure not available.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man auch N-(w-Aminoalkanoyl)-Derivate von Diaminen der allgemeinen FormelIt has now surprisingly been found that N- (w-aminoalkanoyl) derivatives of diamines can also be used the general formula
H2N-(CH2),,- C—NH- R — NH2
OH 2 N- (CH 2 ) 1 - C - NH - R - NH 2
O
in der η eine ganze Zahl von 3 bis 11 und R einen von aliphatischen oder von cycloaliphatischen Diaminen mit 2 bis 38 C-Atomen abgeleiteten zweiwertigen Rest oder den 3-Aza-l,5-pentylen-rest bedeuten, durch Erhitzen von Lactamen mit 4 bis 12 C-Atomen mit den entsprechenden Diaminen bei erhöhter Temperatur, in gezielter Weise und innerhalb kurzer Reaktionszeiten erhalten kann, wenn man die Umsetzung von Lactamen mit Diaminen in Gegenwart von sauren Katalysatoren und/oder Wasser bei Temperaturen von 100-350° C, vorzugsweise 150 bis 300° C, durchführt.in which η is an integer from 3 to 11 and R is a divalent radical derived from aliphatic or cycloaliphatic diamines having 2 to 38 carbon atoms or the 3-aza-1,5-pentylene radical, by heating lactams with 4 to 12 carbon atoms with the corresponding diamines at elevated temperature, in a targeted manner and within short reaction times, if the reaction of lactams with diamines in the presence of acidic catalysts and / or water at temperatures of 100-350 ° C, preferably 150 to 300 ° C.
Als saure Katalysatoren sind geeignet Mineralsäuren, z. B. Phosphorsäure oder Schwefelsäure; saure Salze Mehrbasiger Mineralsäuren, wie Mono-Natriumphosphat oder Mono-Natriumsulfat; organische Säuren, wie Adipinsäure, Dekandicarbonsäure, Benzoesäure, Sulfonsäure; saure Salze mehrbasiger organischer Säuren, z. B. Mono-Natriumcitrat oder Mono-Na-adipat; saure Ionenaustauscher, z. B. Polystyrolpolysulfonsäure. Alle diese Säuren und Salze können sich auch auf einem feindispersen oder porösen Träger befinden, der selbst keine katalytische Wirksamkeit zu besitzen braucht, z. B. mit Schwefel- oder Phosphorsäure behandelte poröse Tonscheiben. Eine spezielle Ausführungsform ist die Verwendung von festen oder flüssigen Säuren, die im Reaktionsgemisch unlöslich sind. Auch Wasser wirkt bei diesen Reaktionen wie eine Säure.Suitable acidic catalysts are mineral acids, e.g. B. phosphoric acid or sulfuric acid; acid salts Polybasic mineral acids such as monosodium phosphate or monosodium sulfate; organic acids, such as Adipic acid, decanedicarboxylic acid, benzoic acid, sulfonic acid; acidic salts of polybasic organic Acids, e.g. B. mono-sodium citrate or mono-Na-adipate; acidic ion exchangers, e.g. B. polystyrene polysulfonic acid. All these acids and salts can also be on a finely dispersed or porous carrier, the does not need to have any catalytic activity itself, e.g. B. with sulfuric or phosphoric acid treated porous clay discs. A special embodiment is the use of solid or liquid Acids that are insoluble in the reaction mixture. Water also acts like an acid in these reactions.
Die Wirksamkeit von Wasser und sauren Verbindungen bei der Polykondensation von Lactamen ist
bekannt. Man kann daraus jedoch nicht schließen, daß die gleichen Katalysatoren die Reaktion von Lactamen
mit Diaminen beschleunigen müssen. Noch veniger vorhersehbar und daher überraschend ist die Tatsache,
daß die genannten Katalysatoren bevorzugt die Bildung der N-(o)-Aminoalkanoyl)-Verbindungen beschleunigen
in dem gleichen Reaktionsgemisch, das ohne Katalysatoren die N,N'-Bis-(w-Aminoalkanoyl)-Verbindung liefert.
Die letzteren entstehen bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise in geringer Menge als Nebenprodukt Sie
können fast vollständig vermieden werden durch Anwendung eines Aminüberschusses.The effectiveness of water and acidic compounds in the polycondensation of lactams is known. However, one cannot conclude from this that the same catalysts must accelerate the reaction of lactams with diamines. Even less predictable and therefore surprising is the fact that the catalysts mentioned preferentially accelerate the formation of the N- (o) -aminoalkanoyl) compounds in the same reaction mixture which, without catalysts, the N, N'-bis- (w-aminoalkanoyl) -Connection supplies.
The latter are formed in small amounts as a by-product in the procedure according to the invention. They can be avoided almost completely by using an excess of amine.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren werden — soweit sie homogen mischbar sind — bereits in sehr kleinen Mengen wirksam. Bei Mineralsäuren ist der bevorzugte Bereich 0,005 — 5%, bei organischen Säuren 0,1-10% und bei Wasser 0,05-10%. So genügt beispielsweise bei Phosphorsäure ein Zusatz von 0,01 Gew.-%. Bei einem Zusatz von 0,1 Gew.-% verläuft die Reaktion beispielsweise bei Caproluctam so schnell, daß bei 200-230° C der Caprolactamgehalt im Reaktionsgemisch innerhalb von 30 Minuten auf weniger als 4% sinkt. Durch kleine Wassermengen kann die Säurekatalyse nochmals verbessert werden.The catalysts according to the invention are - as long as they are homogeneously miscible - already very much effective in small amounts. For mineral acids the preferred range is 0.005-5%, for organic acids 0.1-10% and for water 0.05-10%. For example, in the case of phosphoric acid, an addition of 0.01 is sufficient Wt%. With an addition of 0.1% by weight, for example in the case of caproluctam, the reaction proceeds so quickly that at 200-230 ° C, the caprolactam content in the reaction mixture drops to less than 4% within 30 minutes sinks. The acid catalysis can be further improved by using small amounts of water.
Verwendet man Wasser allein als Katalysator, so findet eine deutliche Katalyse im Sinne dieser Erfindung bereits bei einem Gehalt von 0,25% statt. Brauchbare Reaktionsgeschwindigkeiten mit einem fast 100%igen Umsatz in höchstens 2 Stunden erhält man bei einem Wassergehalt von 1 - 2%.If water is used alone as a catalyst, there is clear catalysis for the purposes of this invention already take place at a content of 0.25%. Usable reaction rates with an almost 100% Conversion in a maximum of 2 hours is obtained with a water content of 1-2%.
Die Reaktion kann sowohl in der Gasphase als auch in der flüssigen Phase durchgeführt werden. Das Reaktionsgemisch kann z. B. in einem Rührkessel erhitztThe reaction can be carried out either in the gas phase or in the liquid phase. The reaction mixture can e.g. B. heated in a stirred kettle
werden oder flüssig bzw. gasförmig durch ein Rohr mit fest angeordneten Kontakten geführt werden. Wenn Produkte hoher Reinheit verlangt werden, so kann das Reaktionsgemisch durch Destillation im Vakuum gereinigt werden. Das ist z. B. dann notwendig, wenn die als Verunreinigungen enthaltenen N,N'-Bis-(ü)-Aminoalkanoyl)-Verbindungen sich in feinverteilter und schwerfiltrierbarer Form ausscheiden.or in liquid or gaseous form through a tube with fixed contacts. if If products of high purity are required, the reaction mixture can be purified by distillation in vacuo getting cleaned. This is e.g. B. necessary when the N, N'-bis (ü) -aminoalkanoyl) compounds contained as impurities precipitate in a finely divided form that is difficult to filter.
Die Ausbeuten an Mono-(ö-Aminoalkanoyl)-Verbindungen liegen bei mindestens 85%.The yields of mono- (δ-aminoalkanoyl) compounds are at least 85%.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist anwendbar zur Herstellung von N-(ü)-Aminoalkanoyl)-Derivaten aliphatischer und cycloaliphatischer Diamine mit 2 — 38 C-Atomen im Molekül, das sind gemäß Umsetzungsgleichung von Spalte 1,2 Amine mit 2 primären Aminogruppen, z. B. Äthylendiamin, 1,4-Diaminobutan, 1,9-Diaminononan, 1.2-Diaminodekan, 2,2,4- und/oder 2,4,4-Triinetnylhexamethylendiamin, Diäthylentriamin, 1,4-Diaminocyclohexan und l-Amino-3-aminomethyl-3A5-trimethylcyclohexan. The process according to the invention can be used for the preparation of N- (ü) -aminoalkanoyl) derivatives of aliphatic form and cycloaliphatic diamines with 2 - 38 carbon atoms in the molecule, according to the conversion equation from column 1,2 amines with 2 primary amino groups, e.g. B. ethylenediamine, 1,4-diaminobutane, 1,9-diaminononane, 1,2-Diaminodecane, 2,2,4- and / or 2,4,4-Triinetnylhexamethylenediamine, Diethylenetriamine, 1,4-diaminocyclohexane and 1-amino-3-aminomethyl-3A5-trimethylcyclohexane.
Diese werden umgesetzt mit Lactamen der FormelThese are implemented with lactams of the formula
OC- (CH2)„— NHOC- (CH 2 ) "- NH
worin /7=3 — 11 ist, z.B. Pyrrolidon, Caprolactam, önanthlactam, Capryllactani, Laurinlactam.where / 7 = 3-11, e.g. pyrrolidone, caprolactam, Oenanthlactam, Capryllactani, Laurinlactam.
Es wurde weiter gefunden, daß der Gehalt an N,N'-Bis-(ü)-aminoalkanoyl)-Verbindungen bei der Umsetzung von verzweigten aliphatischen und cycloaliphatischen Diaminen geringer ist als die bei den entsprechenden unverzweigten Verbindungen. Bei den besonders vorteilhaften Trimethylhexamethylendiaminen und Trimethylaminomethylcyclohexylaminen ist der Gehalt an N,N'-Bis-(o)-aminoalkanoyl)-Verbindung so gering, daß eine Destillation im Anschluß an die Reaktion nicht mehr notwendig ist Die Reaktion mit diesen stark verzweigten aliphatischen bzw. cycloaliphatischen Diaminen, die 3 oder mehr Alkylgruppen als Substituenten am C-Gerüst tragen, stellt daher eine besonders günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.It was also found that the content of N, N'-bis (ü) -aminoalkanoyl) compounds in the implementation of branched aliphatic and cycloaliphatic diamines is less than that of the corresponding unbranched connections. With the particularly advantageous trimethylhexamethylene diamines and trimethylaminomethylcyclohexylamines is the content of N, N'-bis (o) -aminoalkanoyl) compound so low that a distillation after the reaction is no longer necessary. The reaction with these highly branched aliphatic or cycloaliphatic diamines, which have 3 or more alkyl groups than Carrying substituents on the C skeleton therefore represents a particularly favorable embodiment of the invention Procedure.
Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen sind ausgezeichnete Härter für Epoxidharze.The compounds prepared according to the invention are excellent hardeners for epoxy resins.
Beispiel la
(Vergleichsbeispiel, DE-AS 11 24 688, Beispiel B)Example la
(Comparative example, DE-AS 11 24 688, example B)
226 Gew.-Teile (2MoI) Caprolactam und 206 Gew.-Teile (2 Mol) Diäthylentriamin wurden 24 h in einem Druckgefäß auf 215° C erhitzt und gerührt. Anschließend wurde durch Vakuumdestillation das überschüssige Amin abdestilliert und ca. 110 Gew.-Teile zurückgewonnen. Die Ausbeute an N,N'-Bis-(6-aminohexanoyl)-Verbindung betrug 306 Gew.-Teile (93% der stöchiometrisch berechneten Ausbeute). N-(6-Aminohexanoyl)-Verbindung kann nach der Stoffbilanz nur in sehr kleinen Mengen enthalten sein.226 parts by weight (2MoI) caprolactam and 206 Parts by weight (2 mol) of diethylenetriamine were heated to 215 ° C. and stirred in a pressure vessel for 24 hours. The excess amine and about 110 parts by weight were then distilled off by vacuum distillation recovered. The yield of N, N'-bis (6-aminohexanoyl) compound was 306 parts by weight (93% of the stoichiometrically calculated yield). N- (6-aminohexanoyl) compound can only be contained in very small amounts according to the material balance.
Beispiel Ib
(erfindungsgemäßes Verfahren)Example Ib
(inventive method)
226 Gew.-Teile Caprolactam, 206 Gew.-Teile Diäthylentriamin und 8 Gew.-Teile Wasser wurden in einem226 parts by weight of caprolactam, 206 parts by weight of diethylenetriamine and 8 parts by weight of water were in a
Druckgefäß 3 h auf 215° C erhitzt und gerührt. Durch Entspannen wurde das Wasser abdestilliert. Anschließend wurden ca. 15 Gew.-Teile Amin durch Vakuumdestillation zurückgewonnen. Der Rückstand von 415 Gew.-Teilen bestand aus 367 Gew.-Teilen N-(6-Aminohexanoyl)-Verbindung und 48 Gew.-Teilen Bis-(6-Amiliohexanoyl)-Verbindung. Pressure vessel heated to 215 ° C. for 3 h and stirred. By The water was distilled off by letting down the pressure. About 15 parts by weight of amine were then removed by vacuum distillation recovered. The residue of 415 parts by weight consisted of 367 parts by weight of N- (6-aminohexanoyl) compound and 48 parts by weight of bis (6-amiliohexanoyl) compound.
Beispiel 2a
(Vergleichsbeispiel)Example 2a
(Comparative example)
237 Gew.-Teile (1,5 Mol) eines Gemisches aus etwa gleichen Teilen 2,2,4- und 2,4,4-Trimethylhexamethylendiamin und 113 Gew.-Teile (1 MoI) Caprolactam wurden 20 h auf 240° C erhitzt Anschließend wurden 160 Gew.-Teile nicht umgesetztes Amin im Vakuum abdestilliert. Der Rückstand enthielt 175 Gew.-Teile N,N'-Bis-(6-Aminohexanoyl)-Verbindung (91% der stöchiometrisch berechneten Menge).237 parts by weight (1.5 mol) of a mixture of approximately equal parts of 2,2,4- and 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine and 113 parts by weight (1 mol) of caprolactam were heated to 240 ° C. for 20 h Parts by weight of unreacted amine distilled off in vacuo. The residue contained 175 parts by weight N, N'-bis (6-aminohexanoyl) compound (91% of the stoichiometrically calculated amount).
Beispiel 2b
(srfindungsgemäßes Verfahren)Example 2b
(method according to the invention)
237 Gew.-Teile eines Gemisches aus etwa gleichen Teilen 2,2,4- und 2,4,4-Trimethylhexamethylendiamin, 113 Gew.-Teile Caprolactam und 0,1 Gew.-Teile Phosphorsäure wurden V2 h auf 24O0C erhitzt Anschließend wurden 87 Gew.-Teile überschüssiges Amin im Vakuum abdestilliert Im Rückstand befanden sich 258 Gew.-Teile N-(ö-Aminohexanoyl)-Verbindung (95% der stöchiometrisch berechneten Menge) und 12 Gew.-Teile N,N'-Bis-(6-Aminohexanoyl)-Verbindung.237 parts by weight of a mixture of approximately equal parts of 2,2,4- and 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine, 113 parts by weight of caprolactam and 0.1 parts by weight of phosphoric acid were V2 h at 24O 0 C then heated 87 parts by weight of excess amine were distilled off in vacuo The residue contained 258 parts by weight of N- (δ-aminohexanoyl) compound (95% of the stoichiometrically calculated amount) and 12 parts by weight of N, N'-bis- (6-aminohexanoyl) compound.
1 kg Tonscherben mit einer Korngröße unter 5 mm wurden mit 20%iger Schwefelsäure behandelt und nach Waschen mit Wasser getrocknet. Diese Kontaktmasse wurde in ein beheizbares Glasrohr gefüllt. Ein Gemisch aus 255 Gew.-Teilen l-Amino-3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexan und 113 Gew.-Teile Caprolactam wurde bei 24O0C durch das Kontaktrohr geleitet Die Verweilzeit betrug 20 Minuten. Der Ablauf wurde abgekühlt und das überschüssige Diamin im Vakuum abdestilliert. Der Rückstand bestand zu 95% aus N-(6-AminohexanoyI)-Verbindung. Die Analyse ergab 268 Gew.-Teile N-(a)-Aminohexanoyl)-Derivat und 15 Gew.-Teile N,N'-Bis-(ü)-Aminohexanoyl)- Derivat.1 kg of pottery shards with a grain size of less than 5 mm were treated with 20% sulfuric acid and, after washing with water, dried. This contact mass was filled into a heatable glass tube. A mixture of 255 parts by weight of l-amino-3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexane, and 113 parts by weight caprolactam was passed through the contact tube at 24O 0 C The residence time was 20 minutes. The effluent was cooled and the excess diamine was distilled off in vacuo. 95% of the residue consisted of N- (6-aminohexanol) compound. The analysis showed 268 parts by weight of the N- (a) -aminohexanoyl) derivative and 15 parts by weight of the N, N'-bis- (ü) -aminohexanoyl) derivative.
Beispie! 4Example! 4th
197 Gew.-Teile (1,5 Mol) 2,2,4-Trimethylhexamethylendiamin, 197 Gew.-Teile (1 Mol) Laurinlactam und 0,4 Gew.-Teile Phosphorsäure wurden in einem Druckgefäß 2 Stunden unter Rühren auf 270°C erhitzt. Anschließend wurden 95 Gew.-Teile Trimethylhexamethylendiamin im Vakuum abdestilliert. Die zurückbleibende hochviskose Flüssigkeit bestand zu 95% aus der N-ico-AminododecanoylJ-Verbindung des Trimethylhexamethylendiamins. Die Analyse ergab 338 Gew.-Teile N-(aj-Aminododecanoyl)-Derivat und 17 Gew.-Teile N, N'-Bis-(cü-Aminododecanoyl)- Verbindung. 197 parts by weight (1.5 mol) of 2,2,4-trimethylhexamethylenediamine, 197 parts by weight (1 mole) of laurolactam and 0.4 parts by weight of phosphoric acid were placed in a pressure vessel Heated to 270 ° C. for 2 hours with stirring. Then 95 parts by weight of trimethylhexamethylenediamine were added distilled off in vacuo. The remaining highly viscous liquid consisted of 95% the N-ico-aminododecanoylJ compound of trimethylhexamethylenediamine. The analysis showed 338 parts by weight of N- (aj-aminododecanoyl) derivative and 17 Parts by weight of N, N'-bis (cü-aminododecanoyl) compound.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OGA | New person/name/address of the applicant | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |