DE2062548B2 - Verfahren zur Herstellung von tertiären aliphatischen Aminen durch Aminierung eines Alkylhalogenids mit einem sekundären aliphatischen Amin - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von tertiären aliphatischen Aminen durch Aminierung eines Alkylhalogenids mit einem sekundären aliphatischen AminInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von tertiären aliphatischen Aminen durch Aminierung
eines Alkylhalogenids mit einem sekundären aliphatischen Amin mit weniger als 30 Kohlenstoffatomen bei
einer Temperatur zwischen 50 und 2000C in Gegenwart
von polaren Lösungsmitteln.
Es ist seit langem bekannt, tertiäre Amine durch Umsetzung eines sekundären Amins mit einem HaIogenalkan,
wobei das Halogenatom durch die Amingruppe ersetzt wird, herzustellen. Insbesondere sind die
folgenden Verfahren für die Herstellung von tertiären Aminen! ereitsbekannt:
a) Umsetzung von Formaldehyd und Ameisensäure mit einem primären Fettamin (Reaktion nach
Eschweiler-Clark); dabei kann die Ameisensäure
durch Wasserstoff ersetzt werden. Diese Umsetzung läuft nach einem komplizierten Mechanismus
ab, die erzielba.re Ausbeute beträgt höchstens 80%.
b) Umsetzung von Formaldehyd und Wasserstoff mit einem Alkylnitril bzw. Fettnitril. Dieses Verfahren
läuft im Prinzip wie das oben genannte Verfahren (a) ab. wobei man anstelle des Amins das
cntsorechende Nitril einsetzt. Die dabei crzielbare Ausbeute liegt in der gleichen Größenordnung wie
bei dem Verfahren (a).
c) Umsetzung von Dimethylformamid mit einem Fettalkohol unter sehr hohem Druck (200 bis 300
bar).
d) Umsetzung eines Dialkylamins, insbesondere von Dimethylamin, mit einem Alkylhalogenid. Diese
Umsetzung kann durch die folgende Reaktionsgleichung dargestellt werden:
R-X + H-N
R' R'
/ >R — N HX
worin R eine Alkylgruppe, X ein Halogenatom, R' und R" Alkyjgruppen mit niedrigem Molekulargewicht, wie
Methyl, Äthyl und Propyl, bedeuten.
Die Umsetzung wird im allgemeinen in einem wäßrigen Medium bei Temperaturen zwischen 50 und
190° ^durchgeführt, wobei der während der Umsetzung
entstehende Druck im allgemeinen bei 40 bis 50 bar liegt und manchmal 80 bar überschreiten kann. Diese
Reaktion läuft nur dann vollständig und schnell ab, wenn ein beträchtlicher Überschuß an Dialkylamin in der
Größenordnung voo 12 bis 18 Mol pro Mol Alkylhalogenid vorhanden ist. Wenn der Überschuß an
Dialkylamin nur 2 bis 3 Mol pro Mol Halogenid beträgt, dauert die Reaktion im allgemeinen mehr als 3 Stunden,
wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und die Qualität des dabei erhaltenen tertiären aliphatischen
Amins beeinträchtigt werden.
Aus der US-Patentschrift 33 71 118 ist ein Verfahren
bekannt, mit dessen Hilfe es möglich ist, tertiäre Amine herzustellen durch Umsetzung von Monochloralkanen
mit sekundären Aminen mit weniger als 30 Kohlenstoffatomen in Gegenwart von polaren Lösungsmitteln, wie
Dimethylformamid, bei einer Temperatur von 50 bis 2000C, wobei das Halogenatom durch die Amingruppe
ersetzt wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Mischung von Halogenalkanen verwendet, in denen das
Halogenatom an irgendein beliebiges Kohlenstoffatom der Kette verbunden ist, wobei das Problem auftritt, daß
nur die 1-Chloralkane, d. h. nur solche, in denen das
Chloratom an ein endständiges Kohlenstoffatom gebunden ist, reagieren sollen. Mit diesem bekannten
Verfahren ist es möglich, die 1-Chloralkane selektiv zu aminieren, während die in . dem Gemisch noch
enthaltenen sonstigen Chloralkane unverändert bleiben, wobei zum Abtrennen des gewünschten Amins von den
nichtumgesetzten Chloralkanen ein Verfahren angewendet wird, das darin besteht, daß man das erhaltene
Produkt mit sauren Lösungen wäscht, die das Amin lösen, ohne die nichtumgesetzten Chloralkane zu lösen.
Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es verhältnismäßig umständlich und technisch
aufwendig ist, da innerhalb des Verfahrens mehrere aufeinanderfolgende Aufarbeitungen durchgeführt werden
müssen, nämlich eine Entfernung des Lösungsmittels durch Destillation, eine Extraktion mit einer sauren
Lösung, die das Amin in Form eines Salzes extrahiert, eine Neutralisation zur Freisetzung des Amins aus
seinem Salz, eine Extraktion des freigesetzten Amins , mittels Pentan, wobei man als Endprodukt ein braun
gefärbtes Produkt erhält, das anschließend noch destilliert werden muß, um für den Handel akzeptabel
zu sein.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur
Herstellung von tertiären aliphatischen Aminen zu entwickeln, das nicht nur technisch einfach und
wirtschaftlich durchgeführt werden kann, sondern auch zu einem qualitativ hochwertigen Produkt führt, das
ohne weitere Reinigung im Handel vertrieben und für die Synthese von oberflächenaktiven Mitteln eingesetzt
werden kann.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgen.aß dadurch gelöst werden kann, daß man
bei einem Verfahren der eingangs genannten Art kontinuierlich ein zu wenigstens 85 Gew.-% aus
1-Halogenalkan bestehendes Alkylhalogenid mit 4 bis 22
Kohlenstoffatomen, das durch Hydrohaiogenierung von a-Glefinen nach einer Radikalreaktion erhalten worden
ist, mit einem aliphatischen sekundären Amin mit I bis
18 Kohlenstoff atomen je Alkyirest bei einem Mol verhältnis von sekundärem Amin zu Alkyihalogenid von
2:1 bis 4 :1 in einem dipolaren aprotischen Lösungsmittel und einer Lösungsmittelmenge von 2 bis 5
Gew.-Teilen je Gew.-Teil Alkylha'ogenid bei einem
Druck über Atmosphärendruck und unterhalb 4 bar bei 20 bis 150° C umsetzt, wobei man das Reaktionsgemisch
auf seinem Weg einer progressiv wachsenden Temperatur aussetzt, dann das Reaktionsgemisch abkühlt und in
ein Dekantiergefäß leitet und, nach Abdekantieren des tertiären Amins, das zurückbleibende Gemisch in den
Kreislauf zurückführt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, auf kontinuierlichem Wege tertiäre
aliphatische Amine in hoher Ausbeute und mit hoher Reinheit herzustellen, wobei man die Reaktionsmischung
zuerst in der Wärme und dann in der Kälte im Kreislauf führt bis zur Bildung eines aus zwei Schichten
bestehenden flüssigen Produktes, dessen obere Schicht im wesentlichen aus dem gewünschten tertiären Amin
besteht und die auf einfache und wirtschaftliche Weise durch einfaches kontinuierliches Dekantieren abgetrennt
werden kann. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man ein
Lösungsmittel, das in kaltem Zustand zwar die Ausgangsverbindungen, nämlich das sekundäre Amin
und das Alkyihalogenid, nicht jedoch das Endprodukt, nämlich das tertiäre Amin, löst Das erfindungsgemäße
Verfahren ist technisch einfach und wirtschaftlich durchführbar, es führt zu einem qualitativ hochwertigen
Produkt, das ohne weitere Reinigung im Handel vertrieben und für die Synthese von oberflächenaktiven
Mitteln eingesetzt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet man als dipolares aprotisches Lösungsmittel
Dimethylformamid, Hexamethylphosphortriamid, Tetrahydrofuran oder N-Methylpyrrolidop. Gemäß
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung geht man von einem sekundären Amin aus.
das je Alkyirest 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält. Ein besonders vorteilhaftes Produkt erhält man bei
Durchführung des Verfahrens unter einem Druck von weniger als 2 bar.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber den eingangs erörterten bekannten Verfahren den Vorteil,
daß es in einem homogenen Medium abläuft und daß die Aminierungsgeschwindigkeit wesentlich höher ist als
bei den bekannten Verfahren, während das Verfahren gleichzeitig bei niedrigeren Temperaturen und Drucken
durchgeführt wird als die bekannten Verfahren.
κ; Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
führt man zweckmäßig das sekundäre Amin, gelöst in einem dipolaren aprotischen Lösungsmittel, und den
ersten Teil des Alkylhalogenids von unten in ein vertikales Reaktionsgefäß ein, in dem das Reaktionsge-
misch erhitzt wird, wobei es von unten nach oben an übereinander angeordneten Heizelementen vorbeitransportiert
wird, deren Temperatur um so höher ist, je höher sie in dem Reaktionsgefäü liegen, wobei das
Reaktionsprodukt dann durch den oberen Abschnitt des
2(i Reaktionsgefäßes in eine Kühlvorrichtung und schließlich
in einen Dekantierbehälter strömt, in dem man im
oberen Abschnitt das überschüssige, in gasförmiger Form vorliegende sekundäre Amin, in dem Bodenabschnitt
eine Lösung des Hydrohalogenids des sekundä-
:i ren Amins in dem Lösungsmittel und in Hone der
erhaltenen Flüssigkeit das tertiäre aliphatische Amin abzieht. Das Reaktionsgefäß besteht vorzugsweise aus
Glas oder Borsilicat.
Das erfindungsgemäß verwendete Halogenalkan
jo wird hergestellt durch Hydrohaiogenierung von a-Olefinen
nach einer Radikalreaktion. Es enthält im allgemeinen 4 bis 22, vorzugsweise 8 bis 18 Kohlenstoffatome.
Bevorzugt verwendet man Bromalkane, die zu mindestens 85% aus I-Bromalkan bestehen. Die
η Bromide können auch durch Chloride ersetzt werden.
Die Herstellung von 1-Chloralkan aus Erdöl ist jedoch
sehr viel schwieriger.
Als sekundäres Amin verwendet man °.in solches der Formel
R'
NH
R"
worin R' und R" gleiche oder verschiedene gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppen mit 1 bis 18, vorzugsweise
1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten. Vorzugsweise verwendet man Dimethylamin, Diäthylamin, Diallyl-
-,Ii amin, Dipropylamin und Diäthanolamin.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man das sekundäre Amin und das
Alkyltialogenid in einem Molverhältnis von 2 : 1 bis 4:1. wobei das überschüssige sekundäre Amin dazu dient, die
r, bei der Umsetzung freiwerdende Halogenwasserstoffsäure zu binden. Die dabei auftretende Reaktion kann
wie folgt dargestellt werden:
R- Hr + 2NH
R-
R-
Lösungsmittel R N
f HBr NH
R-
R"
Bei den erfindungsgemäß verwendbaren aprotischen dipolaren Lösungsmitteln handelt es sich um Lösungsmittel,
welche die Eigenschaft haben, die eingesetzten Ausgangsmaterialicn, nämlich das sekundäre Amin und
das Alkylhalogenid, zu lösen, das Endprodukt, nämlich das tertiäre Amin, jedoch in der Kälte nicht zu lösen.
Bevorzugte Lösungsmittel sind Dimethylformamid, Hexamethylphosphortriamid, Tetrahydrofuran und
N-Methylpyrrolidon.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche
rohe tertiäre Amin ist frei von Alkylhalogenid und hat einen Reinheitsgrad, der in der Regel oberhalb 90%
liegt. Das Produkt ist farblos und kann durch einfache Destillation gereinigt werden, wobei man ein Amin mit
einem Reinheitsgrad von mehr als 98% erhält. In diesem Zusammenhang darf auch darauf hingewiesen werden,
daß bei der Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens keine quaternären Ammoniumverbindungen
entstehen.
Anhand der Zeichnung wird eine beispielsweise Ausführungsform einer Anlage zur Durchführung des
erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahrens näher erläutert.
Die Anlage weist ein Reaktionsgefäß 1 auf, das aus einer vertikalen Kolonne: 2 aus Glas oder Bursiiikcit inii
4 m Höhe und einem Durchmesser von 0,10 m besteht.
Die Kolonne 2 ist mit. mehreren Heizelementen 3 versehen, beispielsweise Schlangen, die über die
Kolonne verteilt sind und beispielsweise mit einem Heizfluid unterschiedlicher Temperaturen beschickt
werden, wobei die Temperatur von unten nach oben im Reaktionsgefäß zunimmt. Vorteilhafterweise enthält die
Kolonne 2 nicht gezeigte Füllkörper, beispielsweise Rdschig-Ringe.
Die Kolonne 2 wird von unten so beschickt, daß das
Alkvlbromid durch eine Leitung 4. das Dimethylformamid durch eine Leitung 5 und das Dimethylamin durch
eine Leitung 6. welche in die Leitung 5 mündet, einströmt.
Auf der Oberseite der Kolonne 2 geht eine Leitung 7 weg. läuft wieder herunter durch eine Kühlvorrichtung
8. die aus einem Flächenwärmetauscher besteht, der von einem Kühlfluid durchflossen wird, und mündet in einem
Abschneider bzw. in ein Dekantiergefäß 9.
Das Dekantiergefäß 9 besteht aus einem geschlossenem
Behälter, an dessen Oberseite ein Evakuierungsrohr 10 für das überschüssige, im gasförmigen Zustand
vorliegende Dimethylamin sitzt, der seitlich in seinem oberen Teil und im wesentlichen auf der Höhe des
Spiegels der Flüssigkeit im Behälter ein Auslaßrohr 11
für erzeugtes flüssiges rohes tertiäres Amin. und ausgehend vom Boden ein Rohr 12 in Form eines
liegenden S aufweist, wodurch es möglich ist, nach unten eine Lösung von Dimethylaminhydrobromid in
dem Dimethylformamid abzuziehen. Ein kleines vertikales Rohr 13 bildet eine Öffnung zur Atmosphäre
ausgehend von einer hochgelegenen Stelle des Rohres 12. wodurch vermieden wird, daß es als Siphon wirkt.
Beim Betrieb der Anlage sorgen die Heizelemente 3 für die Erwärmung der Kolonne 2 von 20 auf 150° C
entsprechend einem in regelmäßigen Stufen von unten nach oben abgestuften Temperaturgradienten.
Das Alkylbromid und das sekundäre Amin in Lösung in dem Lösungsmittel werden unten in die Kolonne 2
durch die Leitungen 4, 5 und 6 eingeführt, wobei die Mengenströme mittels nicht gezeigter Dosierpumpen
geregelt werden. Die Rcakiionsmischung wird auf der
Oberseite der Kolonne entnommen und durch die Kühleinrichtung 8 zum Dekantierungsbehälter 9, welcher
kontinuierlich arbeitet, geführt, wo das Amin in der oberen Phase mit einem Reinheitsgrad in der Nähe von
90% gewonnen wird, wobei die Verunreinigungen im wesentlichen den Ausgangsstoffen entstammen. Der
eingeführte Mengenstrom an Erststoffen entspricht einer Reaktionsdauer von 4 bis 15 Minuten.
Obw.-.V.I der Überschuß an sekundärem Amin, der bei
diesem Verfahren benutzt wird, relativ gering ist, ist die Reaktionsgeschwindigkeit groß.
Am Auslaß der Rohre 12 und 10 werden die Unterprodukte der Reaktion scwie das Lösungsmitte
gewonnen und durch bekannte Einrichtungen zurückge führt bzw. rezyklisiert.
Die folgende Tabelle gibt die Werte von achi Versuchen, die entsprechend dem erfindungsgemäßer
Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von tertiä rem Amin durchgeführt wurden, wobei das verwende»
Lösungsmittel Dimethylformamid und das sekundän Amin Dimethylamin ist
Die in dieser Tabelle aufgeführte Ausbeute berechne sich folgendermaßen:
Gesamtgewicht an in dem rohen erhaltenen Amin enthaltenem reinen tertiären Amin X 100
Gewicht | des Amins | gegenüber dem theoretisi | deten | rohen .-' | :h erhaltenem. | ausgehend von 1-Bromalkan, das in der | Temp. | Mengen- | Zusammensetzung des | tertiären | Alkyl | Amins | I | quaternäte | verwen |
Mengen | Molvsrh | Ukylbromidmenge enthalten ist. | in C | Strom | rohen | in Hundertsteln | bromid | Ammo | |||||||
\er- | An/.ihl der | 1-Brrim- | strom | ms Di- | all- Gewichts- | roh in | niumsalze | Aus | |||||||
SUi. hi- | C-Atome | alk.m | MkU- | meihyl- | verhiiltnis | kg/h | Amin | 2,8 . | 0 | beute | |||||
Nr | im Alkyl- | Ment- | hromid | .imin/ | Dimethyl | in % | |||||||||
rest | in | in kg/h | Alkyl | formamid/ | |||||||||||
Gew.-" , | bromid | Alkyl | 85,6 | 0 | 0 | ||||||||||
bromid | 20 | 13 | |||||||||||||
15 | 3/1 | bis | |||||||||||||
I | 14 | 92 | 2.2/i | 120 | 88,7 | Spu | 0 | 90 | |||||||
20 | 12,5 | ren | |||||||||||||
15 | 4/1 | bis | |||||||||||||
2 | 14 | 92 | 3,8/1 | 140 | 88,2 | 0 | 0 | 95 | |||||||
20 | 13,1 | ||||||||||||||
15 | 2,1/1 | bis | |||||||||||||
3 | 14 | 91,2 | 2.2/1 | 140 | 88,8 | 94 | |||||||||
20 | 12,9 | ||||||||||||||
15 | 2,1/1 | bis | |||||||||||||
4 | 14 | 91.2 | 4.3/1 | 140 | 94 | ||||||||||
ci'isLi/iinu
SVt- Anzahl (It I-Hroni- Mengen- MoKerhall- (iewiehls- letup. Menken- Zusammensetzung des Aus-
suelis- ( -Atome alkali strom nis Di- \erhiiltnis in ( strom rollen tertiiireii Aniins heute
Nr. im Alkvl- Menuc AIk)I- methyl- Dimethyl- roh in in Hundertsteln in"..
rest in hromid amin/ formamid/ kü/li
(iett.-"., in ku/h Alkyl- Alkyl- Amin Alkyl- tiuatemare
hromid hromid hromid Ammo
niumsalze
92.6 15 2.3/1 3.25/1 20 13.05 86,3 1,4 0
his 140
88 10 3.2/1 3/1 20 8.65 87,6 0 0 94.8
his 140
K) 94,4 15 2.9/1 3/1 20 12.6 88,1 0 0 94,2
I M.S
140
93,4 15 3/1 3/1 20 13 88,0 0 0 95,1
his !40
Hicr/u I Mutt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von tertiären aliphatischen Aminen durch Aminierung eines
Alkylhalogenids mit einem sekundären aliphatischen Amin mit weniger als 30 Kohlenstoffatomen bei
erhöhter Temperatur in Gegenwart von polaren Lösungsmitteln, dadurch gekennzeichnet,
daß man kontinuierlich ein zu wenigstens 85 Gew.-% aus 1-Halogenalkan bestehendes Alkylhalogenid
mit 4 bis 22 Kohlenstoffatomen, das durch Hydrohalogenierung von «-Olefinen nach einer
Radikalreaktion erhalten worden ist, mit einem aliphatischen sekundären Amin mit 1 bis 18
Kohlenstoffatomen je Alkylrest bei einem Molverhältnis von sekundärem Amin zu Alkylhalogenid von
2:1 bis 4:1 in einem dipolaren aprotischen Lösungsmittel und einer Lösungsmittelmenge von 2
bis 5 Gew.-Teilen je Gew.-Teil Alkylhalogenid bei einem Druck über Atmosphärendruck und unterhalb
4 bar bei 20 bis 1500C umsetzt, wobei man das
Reaktionsgemisch auf seinem Weg einer progressiv wachsenden Temperatur aussetzt, dann das Reaktionsgemisch
abkühlt und in ein Dekantiergefäß leitet und, nach Abdekantieren des tertiären Amins,
das zurückbleibende Gemisch in den Kreislauf zurückführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als dipolares aprotisches Lösungsmittel
Dimethylformamid, Hexamethylphosphortriamid, Tetrahydrofuran oder N-Methylpyrrolidon
einsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein sekundäres Amin
einsetzt, das je Alkylrest 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei einem
Druck unter 2 bar durchführt. -»n
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |