DE2004099B2

DE2004099B2 - Verfahren zur herstellung von salzen von n-acylaminocarbonsaeuren

Info

Publication number: DE2004099B2
Application number: DE19702004099
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. 6105 Ober-Ramstadt; Gänzler Wolfgang Dr. 6100 Darmstadt; Babuliak Jozef 6102 Pfungstadt; Uddrich Peter Dr. 6100 Darmstadt-Eberstadt Schröder
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1970-01-30
Filing date: 1970-01-30
Publication date: 1977-04-28
Also published as: NL7100453A; US3836551A; DE2004099A1; GB1337782A; AU2481571A; FR2077090A5; BE762281A

Description

N-Acylaminocarbonsäuren haben als Zwischenprodukte oder, wenn sie hydrophobe Säurereste enthalten, als Tenside technische Bedeutung erlangt. Sie waren bisher aus den entsprechenden Aminocarbonsäuren nur durch Umsetzung mit hochaktiven Acylierungsmitteln, hauptsächlich Carbonsäurechloriden oder Carbonsäureanhydriden, zugänglich, wie dies z. B. in der deutschen Offenlegungsschrift 15 43 634 beschrieben ist. Die Aminosäuren werden bsi diesen Umsetzungen meist in Form ihrer Metallsalze eingesetzt. Die Anwendung der genannten Acylierungsmittel machte die Acylaminocarbonsäuren teuer, so daß ihre Anwendung eng begrenzt geblieben ist.

Es ist zwar bekannt, daß man Amine bei hoher Temperatur unmittelbar mit Carbonsäuren, Carbonsäureestern oder Carbonsäureamiden in die entsprechenden substituierten Amide überführen kann, jedoch ist diese Acylierungsmethode bisher nicht zur Darstellung von N-Acylaminocarbonsäuren herangezogen worden. Lediglich die Ameisensäure bildet, wenn sie in großem Überschuß angewendet wird, bei mehrmaligem Abdampfen mit den freien Aminosäuren N-Formyl-aminocarbonsäuren. Andere Carbonsäuren sowie deren Ester oder Amide reagieren jedoch mit den Aminocarbonsäuren praktisch nicht. Dies dürfte auf den amphoteren

Charakter der Aminocarbonsäuren zurückzuführen

Es wurde nun die überraschende Erfindung gemacht, daß aliphatische Aminocarbonsäuren mit wenigstens 3 C-Atomen im Molekül durch Umsetzung mit einer aliphatischen Carbonsäure mit 8 bis 22 C-Atomen in die Salze der entsprechenden N-Acylaminocarbonsäuren übergeführt werden, wenn man

a) die Aminocarbonsäure mit einem Salz der Carbonsäure,

b) ein Salz der Aminocarbonsäure mit der Carbonsäure oder

c) die Aminocarbonsäure mit der Carbonsäure in Gegenwart einer äquivalenten Menge eines Alkali-

oder Erdalkalihydroxids oder -carbonats

bei Temperaturen von 100 bis 250° umsetzt. Das Reaktionsprodukt ist dann das entsprechende SaI/ der N-Acylaminocarbonsäure. Der Reaktionsmechanismus ist nicbi im einzelnen bekannt, jedoch dürfte die Umwandlung der Carboxylgruppe der Aminocarbon säure in eine Carboxylgruppe der entscheidende Schritt sein. Für den Reaktionsverlauf erweist es sich als gleichgültig, ob das Alkali· oder Erdalkalihydroxid als solches oder in Form eines Salzeu nach vorangegange-

2·) ner Umsetzung mit der acylierenden Carbonsäurf; oder mit der Aminocarbonsäure eingesetzt wird.

Der technische Vorteil des neuen Verfahrens liegt einerseits darin, daß die freien Carbonsäuren oder ihre Salze in den meisten Fällen wesentlich billiger sind als die entsprechenden Carbonsäurechloride oder -anhydride, andererseits darin, daß bei der Kondensationsreak tion lediglich Wasser gebildet wird, das gasförmig entweicht, während bei den bekannten Verfahren Kochsalz oder die carbonsauren Salze als Nebenpro-

3S dukt der Acylierung entstehen.

Unter den aliphatischen Aminocarbonsäuren erwies sich lediglich Glycin als dem Verfahren nicht zugänglich, da eine starke Verharzung auftrat und aus dem Reaktionsprodukt keine einheitliche Verbindung gewonnen werden konnte. Die um ein Kohlenstoffatom reicheren Homologen des Glycins, nämlich Alanin, ^-Alanin oder Sarkosin, lassen sich bereits glatt erfindungsgemäß acylieren. Der Schutzumfang ist daher auf aliphatische Aminocarbonsäure mit wenigstens drei

■is Kohlenstoffatome beschränkt, wobei — wie im Fallt des Sarkosins — nicht alle Kohlenstoffatome in einer ununterbrochenen Kette angeordnet zu sein brauchen.

Aliphatische Aminocarbonsäuren mit 3 und mehr Kohlenstoffatomen sind dem Verfahren ohne grundsätzliche Einschränkung zugänglich, wenn auch nicht jede aliphatische Aminocarbonsäure gleich gut umzusetzen ist. Es können nicht nur die natürlichen aliphatischen α-Aminocarbonsäuren eingesetzt werden, sondern auch Aminocarbonsäuren mit mehreren Koh-

si lenstoffatomen zwischen der Amino- und der Carboxylfunktion, z. B. ^-Alanin oder ε-Aminocapronsäure. Mit zunehmendem Molekulargewicht der aliphatischen Aminocarbonsäure verläuft die Reaktion weniger glatt, so daß diejenigen mit 3 bis 10 C-Atomen bevorzugt

Λ« werden. Gute Ausbeuten erhält man z. B. mit Valin, Leucin, Norleucin, Alanin, /?-Alanin oder Sarkosin, aber auch Phenylglycin, Phenylalanin, I-Aminocyclohexancarbonsäure, a-Aminoisobuttersäure und andere «-Aminocarbonsäuren sind der Reaktion zugänglich.

^f'S Bei der Acylierung von sterisch gehinderten oder temperaturempfindlichen aliphatischen Aminocarbonsäuren muß mit einer verhältnismäßig niedrigen Ausbeute gerechnet werden.

Als Acylierungsmittel, die in Form der freien Carbonsäuren oder ihrer Salze eingesetzt werden, verwendet man z. B. gesättigte Monocarbonsäuren, wie Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Stearinsäure, Behensäure sowie ungesättigte Monocarbonoäure, wie ölsäure oder Linolsäure.

Nach der Ausführungsform a) gemäß Anspruch 1 wird die Carbonsäure, nach der Ausführungsform b) die Aminocarbonsäure in Form eines Salzes einer basischen Verbindung eingesetzt Als basische Verbindung korn- ι ο men alle Stoffe in Betracht, die die Carboxylgruppe der Aminocarbonsäure oder der Carbonsäure mit 8 bis 22 C-Atomen in eine Carboxylgruppe umzuwandeln vermögen.

Basische Verbindungen, die nicht acylierbar sind, ergeben weniger Nebenreaktionen und weiden wegen des glatteren Reaktionsverlaufes bevorzugt.

Nicht acylierbar sind einerseits basische Metallverbindungen, andererseits alle organischen Stickstoffbasen, die keine reaktionsfähige Wasserstoffatome besitzen. Sofern organische Stickstoffbasen am Stickstoffatom acylierbar sind, treten sie in Konkurrenz mit den Aminogruppen der Aminocarbonsäure, d. h., sie können in die entsprechenden Carbonamide übergehen, die dann ihrerseits als Acylierungsmittel wirken.

Anorganische basische Verbindungen werden allgemein bevorzugt; unter ihnen sind die Alkali- und Erdalkalihydroxide und -carbonate besonders geeignet. In der Praxis wird überwiegend Natriumhydroxid eingesetzt, da es hohe Ausbeuten erreichen läßt und billig ist. In besonderen Fällen kann es zur Erzielung bestimmter Eigenschaften von Vorteil sein, andere basische Metallverbindungen einzusetzen, z. B. die Hydroxide, Carbonate oder basischen Salze des Aluminiums, Zinks, Cadmiums oder Bleis. Ammoniak kann ebenfalls verwendet werden.

Geeignete organische basische Verbindungen sind tertiäre Amine oder quartäre Ammoniumbasen. Die letzteren haben den Vorteil, daß sie nicht flüchtig sind. Bei Verwendung tertiärer Amine muß durch geeignete Verfahrensmaßnahmen dafür Sorge getragen werden, daß sie nicht dampfförmig aus dem Reaktionsgemisch entweichen. Zu diesem Zweck kann in einem geschlossenen Reaktionsgefäß gearbeitet werden, was jedoch den Nachteil hat, daß die Abtrennung des bei der Kondensationsreaktion gebildeten Wassers, mit einem vertretbaren technischen Aufwand schwer möglich ist. Es ist vorteilhafter, ein tertiäres Amin von einem über der Umsetzungstemperatur liegenden Siedepunkt zu verwenden.

Hierfür kommen z. B. Tributylamin, Tribenzylamin, Triäthanolamin, Diäthanoimethylamin oder Dimethylanilin in Frage.

Von den Ausführungsformen a) und b) kann mit Vorteil z. B. dann Gebrauch gemacht werden, wenn die Aminocarbonsäure oder dk! acylierende Carbonsäure in Form eines Salzes leichter zugänglich ist als in Form der freien Säure. Salze der acylierenden Carbonsäure sind auch dann von Vorteil, wenn die Umsetzung bei einer über dem Siedepunkt der freien Carbonsäure liegenden ^o Temperatur durchgeführt wird.

Wenn die basische Verbindung nicht — gemäß der Ausführungsform a) oder b) — in Form eines Salzes mit der Aminocarbonsäure oder der acylierenden Carbonsäure eingesetzt wird, arbeitet man gemäß Ausfüh- <>5 rungsform c) mit einem Alkali- oder Erdalkalihydroxid oder -carbonat.

Die aliDhatischc Aminocarbonsäure, die Carbonsäure und die basische Verbindung kommen in der Regel in äquivalenten Mengen zur Anwendung, jedoch kann es in einzelnen Fällen vorteilhaft sein, einen oder mehrere der Ausgangsstoffe im Überschuß anzuwenden. Ein Überschuß der basischen Verbindung ist nur selten erforderlich, dagegen kann ein Überschuß des Acylierungsmittels bis zum Zehnfachen des Aminocarbonsäureäquivalents eine Ausbeuteverbesserung bewirken. Ein noch größerer Überschuß übt in der Regel keinen Einfluß mehr aus. Es kann jedoch in bestimmten Fällen erwünscht sein, als Reaktionsprcdukt ein Gemisch aus z. B. einem mit einer langkettigen Carbonsäure acylierten Aminocarbonsäure-Salz mit einer Alkaliseife zu erhalten. Derartige Gemische haben sehr vorteilhafte Tensideeigenschaften. Man kann ein solches Gemisch in einfacher Weise dadurch erzeugen, daß man eine Alkaliseife mit einem Unterschuß einer Aminocarbonsäure umsetzt. In einem derartigen Fall richtet sich das Mischungsverhältnis der Reaktionspartner nach den an die gewünschte Produktzusammensetzung gestellten Forderungen.

Die erf'ndungsgemäße Umsetzung wird im allgemeinen im schmelzflüssigen Zustand ohne Zusatz ^ines Lösungsmittels durchgeführt. Dieses Vorgeher, ist besonders dann angebracht, wenn das Reaktionsgemisch basische Metallverbindungen enthält, für die nur in wenigen Fällen wasserfreie Lösungsmittel, wie z. B. Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid, zur Verfügung stehen.

Die Umsetzungstemperatur liegt bei 100 bis 250"C, vorzugsweise 160 bis 2OO'^JC. Für viele im Rahmen der Erfindung liegende Umsetzungen liegt die günstigste Reaktionstemperatur zwischen 180 bis 200⁰C. Grundsätzlich kann man auch in einer geschlossenen Apparatur unter autogenem Druck arbeiten.

Das Verfahren der Erfindung läßt bei geeigneter Wahl der Reaktionsp \rtner und der Umsetzungsbedingungen Ausbeuten von mehr als 90% d. Th. erreichen. Die Aufarbeitung und Reinigung des Produkts erfolgt nach üblichen Methoden. Aus dem als Produkt erhaltenen Salz der Acylaminocarbonsäure mit der basischen Verbindung läßt sich die freie Acylaminocarbonsäure durch Mineralsäure in Freiheit setzen und kann dann in üblicher Weise — z. B. durch Ausschütteln der wäßrigen sauren Lösung mit einem nicht wassermischbaren organischen Lösungsmittel — in reiner Form gewonnen werden.

Die nach d.m Verfahren der Erfindung erzeugten acylaminocarbonsäuren Alkalisalze mit Einern langkettigen Säurerest stellen wertvolle Tenside dar, die z. B. in der deutschen Patentschrift 12 62 216 beschrieben sind. Hierfür ist u. U. die Verwendung des rohen Umsetzungsproduktes möglich.

Beispiele
Allgemeine Arbeitsweise

Äquivalente Mengen der Reaktionsteilnehmer werden gemischt und in einem mit einem RückfluiJkühler ausgerüsteten Rührgefäß, das in einem ölbad erhitzt wird, geschmolzen und auf 200°C erhitzt. Die Umsetzung wird unter einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt, um eine Dunkelfärbung des Reaktionsgemisches zu vermeiden. Im allgemeinen beobachtet man während der Umsetzung eine schwache CCh-Entwicklung in der Größenordnung von 1 bis 3 Mol.-% (bezogen auf ein

Äquivalent des Umsetzungsgemisches). Die Umsetzungszeiten sind in der Tabelle angegeben.

Die erkalteten Reaktionsgemische werden nach verschiedenen Methoden aufgearbeilet.

A) Das aus einer Aminocarbo.'isäure, einer Fettsäure und einer Base entstandene Reaktionsgemisch wird in Wasser gelöst, von unlöslichen Anteilen gegebenenfalls ibfiltriert und die Lösung mit Salzsäure angesäuert. Dabei fällt die Acylaminocarbonsäure, gegebenenfalls vermischt mit nicht umgesetzter Fettsäure, aus. Diese Gemische sind in der Rege! ohne weitere Auftrennung nach Neutralisation als Tenside verwendbar.

B) Das aus einem Alkalisalz der Aminocarbonsäure und einer Fettsäure entstandene Rohprodukt wird mit heißem Dimethylformamid behandelt und die Lösung gegebenenfalls heiß filtriert. Beim Abkühlen kristallisiert zuerst das Alkalisalz der Fettsäure aus. Aus dem Filtrat wird durch Einengen im Vakuum die acylierte Aminocarbonsäure in hoher Reinheit erhalten.

Ausbeutebestimmung

Sofern sich die Ausbeute nicht durch die Aufarbeitungsverfahren A oder B ergibt, wird sie durch quantitative Dünnschichtchromatographie (Methode C) nach K. Randerath, »Dünnschichtchromatographie«, Verlag Chemie, 1962, S. 59 und 60, oder durch Ermittlung des Umsetzungsgrades der basischen Gruppen der Aminocarbonsäure mittels Perchlorsäure-Titration (Methode D) nach W. H u b e r, »Titration in nichtwäßrigen Lösungsmitteln«, Akademische Verlagsgesellschaft, Frankfurt, 1964, Seite 164 und 165, bestimmt.

Tabelle

Beispiel
Nr.

Aminocarbonsäure bzw. deren Salz
(oder Basenzusatz)

1 a Valin, Na-SaIz

1 b Valin

1 c Valin + NaOH

2 Valin, Na-SaIz

3 a-Amino-isobuttersäure, Na-SaIz

4 Phenylglycin, Na-SaIz

5 Sarkosin, Na-SaIz

6 0-Alanin, Na-SaIz

7 ε-Aminocapronsäure, Na-SaIz

8 Valin, K-SaIz

9 Valin, Magnesiumsalz

10 Vaün, Aluminiumsalz

11 Valin, Bleisalz

12 Valin, Ammoniumsalz

13 Valin + Trimethylamin

14 Valin + Tetramethylammoniumhydroxyd

Aeylierungsmittel	Reakiions-	Ausbeule	Aufarbeitung
	dauer	in % der	bzw. Ausbeute
	(Stunden)	Theorie	bestimmung
Myristinsäure	9	90	A
Myristinsäure, Na-SaIz	9	90	A
Myristinsäure	9	90	A
Ölsäure	9	85	B
Myristinsäure	9	30	C
Myristinsäure	15	22	C
Myristinsäure	8	55	C
Myristinsäure	14	03	D
Myristinsäure	8	59	D
Myristinsäure	16	74	A
Stearinsäure	8	74	D
Stearinsäure	8	70	D
Stearinsäure	8	80	D
Myristinsäure	3	40	D
Myristinsäure	8	50	C
Myristinsäure	5	25	C

Umkristallisation aus Aceton

7,5 g des gemäß Beispiel 3 erhaltenen Rohproduktes werden aus 100 ml Aceton umkriitaUisiert. Dabei werden als erste Fraktion 4,5 g (60%) N-Myristoyl-iX-aminoisobuttersäure-Natriumsalz erhalten. Das erhalte nc Produkt ist dünnschichtchromatographisch rein. Als zweite Fraktion wurden weitere 10% mit dünnschichtchromatographisch nachweisbaren Verunreinigungen gewonnen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Salzen von N-Acylaminocarbonsäuren durch Acylieren der entsprechenden Aminocarbonsäuren bzw. von Salzen dieser Säuren, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine Aminocarbonssyre mit einem Salz einer Carbonsäure oder

b) ein Salz einer Aminocarbonsäure mit einer Carbonsäure oder

c) eine Aminocarbonsäure mit einer Carbonsäure in Gegenwart einer äquivalenten Menge eines Alkali- oder Erdalkalihydroxids oder -carbonats

bei Temperaturen von 100 bis 250⁰C umsetzt, wobei die Aminocarbonsäure eine aliphatische Aminocarbonsäure mit wenigstens 3 C-Atomen im Molekül und die Carbonsäure eine alipbaiisnbe Carbonsäure mit 8 bis 22 C-Atomen ist.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man dieses mit einer aliphatischen Aminocarbonsäure, die 3 bis IO C-Atome im Molekül enthält, durchführt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Temperaturen von 160 bis 200° C, vorzugsweise 180 bis 200°, arbeitet.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Verfahrensweise a) gemäß Anspruch 1 das Salz der Carbonsäure, bei der Verfahrensweise b) die Carbonsäure oder bei der Verfahrensweise c) das Gemisch aus einer Carbonsäure und einer äquivalenten Menge an Alkali oder Erdalkalihydroxid oder carbonat in einem Überschuß bis zum lOfachen des Äquivalents der Aminocarbonsäure bzw. ihres Salzes einsetzt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man unter autogenem Druck arbeitet.