DE1941175A1 - N-Formyl-beta-(N'-alkylenimino)-alkylamine - Google Patents

N-Formyl-beta-(N'-alkylenimino)-alkylamine

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DE1941175A1
DE1941175A1 DE19691941175 DE1941175A DE1941175A1 DE 1941175 A1 DE1941175 A1 DE 1941175A1 DE 19691941175 DE19691941175 DE 19691941175 DE 1941175 A DE1941175 A DE 1941175A DE 1941175 A1 DE1941175 A1 DE 1941175A1
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ethyleneimine
formyl
methyl
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DE19691941175
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Rolf Dr Fikentscher
Felix Dr Dipl-Ing Miksovsky
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BASF SE
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BASF SE
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/02Polyamines
    • C08G73/0206Polyalkylene(poly)amines
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

  • N-Formyl-ß-(N'-alkylenimino)-alkylamine Die Erfindung betrifft Verbindungen der allgemeinen Formel I in der R1, R2 und R3 Wasserstoffatome oder Methylgruppen bedeuten, mit der Maßgabe, daß nur eine der Gruppen R1 und R2 eine Methylgruppe sein kann.
  • Sie betrifft speziell eine Verbindung der allgemeinen Formel, worin R1, R2 und R3 Wasserstoff bedeuten. Außerdem betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung der Verbindungen der Formel I.
  • Es ist bekannt, daß bei der Umsetzung von Äthylenimin mit Oxalsäuredialkylestern im Molverhältnis von mindestens 4 : 1 das Oxalsäureamidderivat des dimeren Äthylenimins (N-(ß-aminoäthyl)-äthylenimins) gebildet wird (DP 858 846 (1952).
  • Diese Reaktion stellt jedoch offensichtlich einen Ausnahmefall dar, denn andere Ester aliphatischer und aromatischer Mono- und Dicarbonsäuren wie z.B. Essigsäure-, Propionsäure-, Malonsäure-, Benzoesäure-, o-Phthalsäure- und Terephthalsäurealkylester reagieren unter den angewandten Reaktionsbedingungen nicht mit Alkyleniminen. Bei Anwendung schärferer Reaktionsbedingungen (z.B.
  • beim Arbeiten in Autoklaven) werden nur Polymere des eingesetzten Aziridins erhalten. Es wird jedoch keine im obigen Sinne verlaufende Umsetzung erzielt.
  • Uberraschenderweise wurde nun gefunden, daß auch bei der Umsetzung von Ameisensäurealkylestern mit monomerem Äthylenimin oder Propylenimin Acylderivate der dimeren Alkylenimine erhalten werden. Bei Verwendung von Äthylenimin kann die Reaktion durch folgende Bruttoreaktionsgleichung dargestellt werden.
  • R steht darin beispielsweise für eine aliphatische Gruppe, wie eine Methyl-, Äthyl-, n-Butyl oder n-Hexylgruppe. Die Kettenlänge des aliphatischen Restes R des Ameisensäureesters hat keinen merklichen Einfluß auf den Reaktionsverlauf. Statt Äthylenimin können auch 1,2-Alkylenimine oder Gemische beider eingesetzt werden. Bei Verwendung von Propylenimin (2-Methyläthylenimin) werden beide möglichen, bezüglich der Stellung der Methylgruppe isomeren Amine gebildet: N-Formyl-ß-(N'-propylenimino) N-Formyl-ß-(N' -propylenimino) - --methyl-äthylamin -ß-methyl-äthylamin Bei Verwendung eines Gemisches von Äthylen- und Propylenimin können zusätzlich noch Verbindungen der Formeln auftreten. Die Umsetsung der Ämeisensäureester mit Alkyleniminen, die exotherm verläuft, wird bei 20 bis 1000C durchgeführt, wobei Je nach Ansatzgröße die Komponenten entweder vor oder während der Reaktion miteinander vermischt werden. Hierbei ist es weitgehend gleichgtiltig, ob der Ameisensäureester zum Alkylenimin oder die Alkylenimine zum Eater zugegeben werden.
  • Zur Vervollständigung der Reaktion wird zweokinäßigerweise suletst noch 1 bis-3 Stunden auf 50 bis 1000C erhitzt. Durch vorheriges Erwärmen der vorgelegten Reaktionskomponente auf ca. 50 bis 1000C wird das Ingangkommen der Reaktion wesentlich erleichtert.
  • Die Reaktion wird vorzugsweise in Gegenwart geringer Mengen eines tertiären Amins (z.B. Triäthylamin) durchgeführt. Die Anwesenheit geringer Mengen eines tertiären Amins erleichtert einerseits ebenfalls das Ingangkommen der Reaktion, andererseits wird hierdurch jederzeit ein alkalisches Medium gewährleistet. Geringe Mengen saurer Verunreinigungen,wie freie Ameisensäure oder andere saure Komponenten, die beispielsweise durch teilweise Verseifung des Esters oder Kohlensäure aus der Luft vorliegen können, werden durch das Triäthylamin neutralisiert und damit die Polymerisation des Ameisensäureamids verhindert.
  • Bei Durchführung der Reaktion unter Ausschluß von potenten bzw.
  • latenten Säuren kann jedoch auch auf die Anwesenheit des Triäthylamins verzichtet werden.
  • Die Reaktion kann auch in Anwesenheit eines Lösungsmittels, z.B.
  • des Methanols, durchgeführt werden. Die Anwendung eines Lösungsmittels ist aber nicht unbedingt notwendig.
  • Aus der Stöchiometrie der Reaktion folgt ein Molverhältnis Alkylenimin : Ameisensäure wie 2 : 1. Um höhere Ausbeuten zu erzielen, ist es Jedoch günstig, einen Alkylenimin-Überschuß anzuwenden. Bei einem Molverhältnis Alkylenimin : Ameisensäureester wie 3 : 1 erhält man Ausbeuten über 90 ffi der Theorie.
  • Die Ameisensäureamide der Formel I sind farblose ölige Flüssigkeiten. Sie liegen nach Abdestillieren des überschüssigen Alkylenimins, Triäthylamins und des bei der Reaktion gebildeten Alkohols bereits in reiner Form vor. Bei der Destillation im Vakuum tritt teilweise Zersetzung ein, wobei 20 bis 30 * der Substanz verlorengehen können.
  • Die Formylderivate des dimeren Äthylenimins, 1,2-Propylenimins bzw. deren Gemische sind in Wasser und in polaren organischen Lösungsmitteln wie z.B. Methanol, Äthanol, Chloroform, Dimethylformamid usw. leicht löslich. In Benzol sind sie jedoch schlecht und in Äther praktisch unlöslich.
  • Infolge des Aziridinringes im Molekül sind die Produkte sehr reaktionsfähig. Durch Zusatz geringer Mengen Säure tritt u.U.
  • heftig verlaufende Polymerisation ein. Mit überschüssiger Säure können die Produkte unter Aufspaltung des Äthyleniminringes in die entsprechenden Ester übergeführt werden.
  • Durch Verseifung mit Alkalien wird das dimere Äthylenimin (N-(ß-Aminoäthyl)-äthylenimin) bzw. dessen Homologe (N-(ß-Methyl-B-amino-äthyl)-2-methyläthylenimin)und N- (-Methyl-ß-aminoäthyl )-2-methyl-äthylenimin) erhalten.
  • erläutert den Reaktionsverlauf im Falle der Herstellung von (N-(ß-Aminoäthyl)-äthylenimin; Durch diese Reaktion werden die bis Jetzt nur durch Anpolymerisieren der monomeren Alkylenimine schwer zugänglichen Produkte (u.a. das dimere Äthylenimin) auf einfache Weise undin hoher Ausbeute erhalten.
  • Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind wertvolle Auagangsprodukte für die Herstellung hochpolymerer Äthyleniminverbindungen.
  • Die unter Zusatz von Epichlorhydrin polymerisierten vernetzten Produkte besitzen eine ausgezeichnete Wirkung als Retentionsmittel bei der Herstellung von Papier. Die Retentionswirkung übertrifft besonders in saurem Medium die der bisher bekannten Äthyleniminpolymerisate.
  • Im Vergleich zu den bisher bekannten Retentionsmitteln auf Basis von Polyäthyleniminen ist auch eine wesentlich geringere Vergilbung der Papiere zu beobachten.
  • Die Polymerisation wird unter Zusatz von 2 bis 10 % Epichlorhydrin (bezogen auf eingesetztes Amin) in wäßrigem Medium durchgeführt, wobei die Viskosität in 20-iger wäßriger Lösung Werte von 1 000 bis 3 000 cP bei 2500 erreicht.
  • Durch Umsetzung der erfindungsgemäßen Amine mit höheren Carbonsäureestern lassen sich basische oberflächenaktive Verbindungen herstellen, die eine reaktionsfähige Gruppe im Molekül tragen.
  • Beispiel 1 1 720 Teile monomeres Äthylenimin und 50 Teile Triäthylamin werden vorgelegt und bei 50 bis 60°C innerhalb von 5 Stunden 800 Teile Ameisensäuremethylester portionsweise unter Rühren hinzugefügt.
  • Das Reaktionsgemisch wird dann noch 1 Stunde unter Rückflußkühlung zum Sieden erhitzt. Nach Abdestillieren der flüchtigen Bestandteile verbleiben 1 397 Teile (92,2 % d.Th.) N-Formyl-ß-(N-äthylenimino)-äthylamin C H N O Analyse: berechnet 52,5 8,83 24,53 14,02 gefunden 52,8 9,0 24,1 14,3 Beispiel 2 173 Teile monomeres Äthylenimin und 61 Teile Ameisensäuremethylester werden unter Rühren 3 Stunden unter Rückflußkühlung zum Sieden erhitzt. Nach dem Abdestillieren des überschüssigen Äthylenimins und des bei der Reaktion gebildeten Methanols verbleiben 111 Teile N-Formyl-ß-(N-äthylenimino)-äthylamin. Die Destillation im Hochvakuum~ergibt 82,6 Teile (72,4 % d.Th.) N-Formylß- (N-äthylenimino )-äthylamin. Sdp.: 95°C/0,4 Torr.
  • Beispiel 3 Eine Lösung aus 90 Teilen N-Formyl-a-(N-äthylenimino )-äthylamin, das nach Beispiel 1 oder 2 hergestellt wurde, und 60 Teilen Waser versetzt man bei 60 bis 900C unter kräftigem Rühren tropfenweise mit insgesamt 4,4 Teilen Epichlorhydrin. Gleichzeitig wird durch Zusatz von weiteren Portionen Wasser die exotherme Reaktion so geführt, daq das Reaktionsprodukt gut rührbar bleibt.
  • Insgesamt werden 360 Teile Wasser zugefügt. Nach Zusatz von 0,45 Teilen Dimethylsulfat beträgt die Viskosität der Lösung ca.
  • 1 975 cP (bei 250C).
  • Beispiel 4 74 Teile Ameisensäureäthylester, 6 Teile Triäthylamin und 129 Teile monomeres Äthylenimin werden unter Rühren 3 Stunden unter Rückflußkühlung zum Sieden erhitzt. Nach Abdestillieren des überschüssigen Äthanols (bis 800C Sumpftemperatur bei 20 Torr) werden 109 Teile (95,7 % d.Th.) N-Formyl-ß-(N-äthylenimino)-äthylamin erhalten.
  • Beispiel 5 Zu 102 Teilen Ameisensäure-n-butylester, den man auf ca. 50°C erwärmt, werden 129 Teile monomeres Äthylenimin unter Rühren hinzugefügt. Zur Vervollständigung der Reaktion wird das Reaktionsgemisch noch ca. 2 Stunden auf ca. 500C gehalten. Nach dem Abdestillieren der flüchtigen Bestandteile Äthylenimin, Triäthylamin und n-Butanol) verbleibt in praktisch quantitativer Ausbeute das N-Formyl-ß-(N-äthylenimino)-äthylamin.
  • Beispiel 6 Die Lösung aus 85,6 Teilen Propylenimin, 32 Teilen Ameisensäuremethylester und 4 Teilen riäthylamin erhitzt man 2 Stunden unter Rückflußkühlung zum Sieden. Nach Abdestillieren der flüchtigen Anteile (bis 11000 Sumpftemperatur bei 20 Torr) verbleiben 64 Teile (90 % d.Th.) Produkt, das auf Grund der NMR-spoktroskopischen Untersuchung ein Gemisch aus N-Formyl-ß-(N'-propylenimino)-M-methyl-Cthylamin und N-Formyl-ß- (N' -propylenimino )-ß-äthylamin darstellt.
  • Sdp. des Produktes: 63 bis 69°C/0,02 bis O1 Torr.
  • a H N O Analyse: berechnet 59,1 9,9 19,7 11,3 gefunden 59,0 10,1 19,6 11,3 Beispiel 7 172 Teile monomeres Äthylenimin in 200 ml Methanol gelöst werden unter Rückflußkühlung zum Sieden erhitzt und unter Rühren 60 Teile Ameisensäuremethylester zugetropft. Die Reaktionslösung wird anschließend noch ca. 2 Stunden weiter erhitzt. Dann werden die flüchtigen Bestandteile abdestilliert, wobei 108 Teile (94,8 % d. Th.) N-Formyl-ß-(N-äthylenimino)-äthylamin zurückbleiben.
  • Beispiel 8 Zu einer Mischung aus 19 eilen Propylenimin, 14 Teilen Äthylenimin und 1 Teil Triäthylamin werden bei 50°C unter Rühren langsam 13 Teile Ameisensäuremethylester zugefügt. Man erhitzt ca.
  • 2 Stunden unter Rückflußkühlung zum Sieden und destilliert dann die flüchtigen Bestandteile ab. Die Analyse des zurückbleibenden Produktes (Elementaranalyse, NMR und Dünnschichtchromatographie) läßt eindeutig auf das Vorliegen aller möglichen isomeren Formylamine schließen.

Claims (4)

Patentansprüche
1. Verbindungen der allgemeinen Formel I in der R1, R2 und R3 Wasserstoffatome oder Methylgruppen bedeuten, mit der Maßgabe, daß nur einer der Reste R1 und R2 eine Methylgruppe sein kann.
2. Verbindung der allgemeinen Formel gemäß Anspruch 1, in der R1, R2 und R3 Wasserstoff bedeuten.
3. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Äthylenimin und/oder Propylenimin und Ester der Imeisensäure mit niederen Alkoholen gegebenenfalls in Gegenwart eines Lösungsmittels bei Temperaturen von 20 bis 1000C innerhalb von 1 bis 10 Stunden umsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart eines tertiären Alias durchführt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997024390A1 (de) * 1995-12-27 1997-07-10 Basf Aktiengesellschaft Lineare polymerisate von n-(2-(1'-aziridino)ethyl)formamid, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1997024390A1 (de) * 1995-12-27 1997-07-10 Basf Aktiengesellschaft Lineare polymerisate von n-(2-(1'-aziridino)ethyl)formamid, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung

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