DE2155727A1 - Verfahren zur isomerisierung von ungesaettigten fettsaeureestern - Google Patents
Verfahren zur isomerisierung von ungesaettigten fettsaeureesternInfo
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Description
- Verfahren zur Isornerisierung von ungesättigten Fettsäureestern NatUrliche Öle enthalten eine Reihe von Fettsäuren nit zwei oder riehr Doppelbindungen. Öle mit relativ grossen Anteilen solcher Fettsäuren werden z.B. von der Lack- und Farbenindustrie zur Herstellung von oxydativ trocknenden Alkydharzen verwendet. Dabei wird die Fähigkeit der ungesättigten Fettsäuren ausgenutzt, mit den Sauerstoff der Luft zu reagieren.
- Dies führt bei einem lufttrocknenden Alkydharz zur oxydativen Vernetzung. Besonders reaktionsfähig sind Fettsäuren, die konjugierte Doppelbindungen enthalten. Solche Fettsäuren ko:;lmen in der Natur relativ selten vor. Dafür besteht ein großes Angebot an natUrlichen Fettsäuren nit zwei oder mehr durch je eine Methylengruppe voneinander getrennten Doppelbindungen.
- Es ist bekannt,die isolierten Doppelbindungen von Fettsäuren zu konjugierten Doppelbindung zu isomerisieren. Die bekannten Verfahren bedienen sich einer Reihe von Katalysatoren, wie Metallcarbonylen, netallischem Nickel auf Kohle oder Schwefel bzw. Tellur, die die Isonerisierung unter Ausbildung energetisch gUnstiger Zwischenstufen unter Gewinn von Energie ermöglichen. Ein großer Teil solcher Katalysatoren, z. B. Nickel-oder Edel.metallkatalysat # en, die jeweils auf Kohle adsorbiert sind, hat den Nachtell, bei relativ hohen Temperaturen, das heidt bei mindestens 150°C, nur eine unvollständige Isonerlsierung zu bewirken. AuBerdem reagieren die reaktionsfreudigen konjugierten Doppelbindungen unter solchen Bedingungen zum Teil unter Bildung unerwünschter Nebenprodukte welter, besonders unter Polymerisation oder Cycllßierlmg.
- Es ist ferner bekannt, Fettsäureester einwertiger Alkohole in gegenwart katalytischer Mengen von Alkoholaten bei 60 bis 180° C zu isomerisieren. Hierbei besteht der Nachteil, daß Fettsäureester mehrwertiger Alkohole, sowie Fette selbst diesem bekannten Verfahren nicht zugänglich sind, außerdem hat die Erfahrung gelehrt, daß dieser Verfahren nur bei über mit 100°C parktisch brauchbaren Ergebnissen durchführbar ist.
- Es wurtie nun gefunden, daß sich die Nachteile zwei bekannten Verfahren vermeiden lassen und dan Fettsäureester mit isolierten Doppelbindungen zu den entsprechenden Verbindungen mit konjugierten Doppelbindungen unter Verwendung von alkalisch reagierenden Alkoholate erreichen kann, wenn die Isomerisierung in stark polaren, aprotenischen Lösungsmitteln vorgenommen wird.
- Die Umwandlung kann innerhalb eines weiten Temperaturbereichs erfolgen, z. B. von 0 bis 150°C, insbesondere von Raumtemperatur bis 100°C, vorzugsweise bis 35°C. Auch bei Verwendung reiher Fettsäureester kann die Temperatur verhältnis mäßig hoch gesteigert werden, sofern das Lösungsmittel bei dieren Temperaturen nicht zu flüchtig ist. Trotzdem ist noch ein günstiger Konjugationsgrad gewährleistet.
- Die erfindungsgemäße Arbeitsweise hat den Vorteil, daß die Isomerisierung unter verhältnismäßig schonenden Bedingungen vor sich geht und unerwünschte Nebenprodukte, z. B. Cyclisierungs- oder Polymerisationsprodukte praktisch nicht oder nur in geringfügiger Menge entstehen. Unter diesen Bedingungen, die durch die Anwesenheit der stark polaren aprotonischen Lösungsmittel gegeben sind, bewirken die Katalysatoren überraschender Weise nur eine Verschiebung der Doppelbindungen, aber keine Umesterung. Dadurch ist es möglich, den Katalysator je nach Wunsch sogar nur in katalytischen Mengen einzusetzen, weil in diesem mit dem Katalysator Fall z. B. eine U@esterung des Fettsäureester / die sonst rascher als die Isomerisierung abläuft, nicht mehr statton finden kann. Geeignete aprot/ische Lösungsmittel sind z. B.
- Dimethylsulfoxyd, Diemthylformamid, Dimethylacetamid, Äthylenglykoldiäthyläther, Tetramethylharnstoff, Tetramethylensulfon, H-Methylpyrrolidon, Hexamethylphosphorsäuretriamid, Cyclohexanon, Isophoron, Acetophenon, Äthylencarbonat.
- Als Alkoholate eignen sich beispielsweise die Alkoholate von Alkali- und/oder Erdalkalimetallen, z. B. die von Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium oder von Zink, von einwertigen Alkoholen mit 1 bis 12, vorzugsweise bis 6 C-Atomen, wie Methanol, Äthanol, den Propanolen, Butanolen, Pentanolen, Hexanolen, Octanolen, Nonanolen.
- Anionen on Da die Alkoholat-/ in den aprot/ischen Lösungsmitteln keine Solvatnälle bilden, besitzen sie eine erheblich größere Basizität als in üblichen Lösungsmitteln. Infolgedessen ist auch die katalytische Wirkung bei der erfindungsgemäßen Isomerisierung um ein Vielfaches verstärkt.
- Geeignete Fettsäureester sind solche von Fettsäuren mit 10 bis 24 C-Atomen und ein- oder mehrwertigen Alkoholen mit 1 bis 12 C-Atomen, beispielsweise Glycerin-ester bzw. deren Gemische, die auch in Form natürlicher oder synthetischer Öle vorliegen können. Insbesondere verwendet man natürlich vorkommende hier- und/oder Pflanzenöle wie Leinöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl, Fischöl, Hanföl Lupinenöl, Maisöl, Nohnöl, Saffloöl, Tallöl. @c@. Mischender sind geeignet. Geeignete Alkoholkomponenten sind beispielsweise geradkettige oder verzweigte Alkohole mit primären, sekundären oder tertiären alkoholischen Oh-Gruppen, z. . die oben genannten, ferner Trimethylolpropan, Pentaeryth@@ , ie Glykole, @, -Dimethylpropandiol oder dergleichen.
- Zweckmäßig werden die Alkoholate in einer Menge von mindestens 0,1 , vorzugsweise 1 bis 5 Gewichts-%, bezogen auf die Summe von Fettsäureester eingesetzt. Der Anteil an Alkoholat kann auch noch hoher liegen, z. B. bei 6 % oder noch hdher, jedoch ist der Vorteil der Erfindung In der Möglichkeit zu sehen, mit geringen Katalysatormengen auszukommen.
- Die erfindungsgemäß umgesetzten Fettsäureester oder Öle kennen nach der Isomerisierung gefärbt sein. Die Farbe verschwindet aber praktisch vollständig, nachdem das verwendete Lösungsmittel abdestilliert und das Produkt mit verdünnter Säure und Wasser gewaschen worden iEt, Es empfiehlt sich, die Isomerisierung unter einer Schutzgasatmosphäre durchzuführen, wobei die Verwendung von Kohlen dioxid auszuschliessen ist. Kohlendioxid reagiert nämlich mit Alkoholaten unter Bildung von Carbonaten und Alkohol.
- Das Mengenverhältnis Lösungsmittel zu Fettsäureester betrQ;t im allgemeinen (0,5 bis 10) : 1 von vorzugsweise (&,8 bis 5) : 1, kann jedoch in einzelnen Fällen, je nach dem verwendeten Lösungsmittel bzw. Fettsäureester, auch mehr als 10 : 1 betragen.
- Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Produkte haben die vorteilhafte Eigenschaft, daß sie verhältnismäßig rein sind und daß ihr Gehalt an konjugierten Doppelbindungen hoch ist. Sie eignen sich vor allem~zur IIerstellung von Bindemitteln, z. B. lufttrocknende Anstriche, Überzüge, Auskleidungen, Schichtkörper, Papierleim, Verfugungsmassen, Gieß- und Formkörper, ferner als Imprägniermittel, besonders für Faserstoffe, Schlichtemittel und als Bestandteil von Haarsprays.
- Es ist aucii möglich, sie als Ausgangsstoffe ftfr weitere Urnsetzungen, z. B. f;fr Diels-Alder-Synthesen, wie zur Addition von Maleinsäurederivaten, Vinylmonomeren, oder andere Reaktionen konjugierter Doppelbindungen, zu verwenden. Geeignete Reaktionen sind auch die Cyclisierung oder die Oxydation der konjugierten Doppelbindungen, beispielsweise an der Luft unter Filmbildung.
- Beispiele In allen Beispielen beträgt die Ausbeute 100% 1. 500 g Sojafettsäuremethylester werden in 500 g Dimethyl sulfoxyd gelöst und mit 5 g pulverförmigem Kallummethylat versetzt. Das Gemisch wird 3 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre unter Rühren auf 50°C erhitzt. Nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels und den Waschen des Produkts mit verdünnter Salzsäure (0,01 n) und Wasser erhült man ein Produkt mit einem Anteil an konjugierten Doppelbindungen von 97%, bezogen auf die Summe der konjugierbaren Doppelbindungen.
- Dieser %-Satz wurde durch UV-Spektroskopie ermittelt (vergleiche B. Sreenivasan und J.B. Brown im "Journal of American Oil Chemists' Society", Band 33 (1956), Seite 521; Band 35 (1958), Seite 89).
- 2. 500 g Sojafettsäuremethylester werden in 500g Dimethylforrnamid gelöst und mit 5 g pulverförmigem Kaliummethylat versetzt. Das Gemisch wird unter Stickstoff 14 Stunden bei Zimmertemperatur (20°C) gerührt. Nach dem Aufarbeiten gemäß Beispiel 1 erhält man ein Produkt mit einem Anteil konjugierter Doppelbindungen von 94%.
- 3. 1000 g Sojaöl werden mit einer Lösung von 30 g pulverförmigem Kaliummethylat in 1000 g Dimethylformamid versetzt und unter Stickstoff 24 Stunden bei Zimmertemperatur (?o0c) gerührt. Nachsdem Aufarbeiten gemäss Beispiel 1) erhält man ein Produkt mit einem Konjugationsgrad von 98%. Der gleiche Konjugationsgrad wird erhalten, wenn ansteile des, Sojaöls Leinöl isomerisiert wird.
- Wird das Kaliummethylat durch die äquivalente Menge Natriummethylat ersetzt, so erhält !nan einen Konjugationsgrad von 94%.
- 4. 1000 g Sojaöl werden mit einer Lösung von 45 g pulverförmigen Kalium-tert-butylat in 1000 g Hexametylphosphorsäuretriatnid unter Stickstoff 24 Stunden bei Raumtemperatur (20°C) gerührt. Ilach dem Aufarbeiten gemäss Beispiel 1) besitzt das roduct einen Konjugationsgrad von 95%.
- 5. 1000 g Leinöl werden mit einer lösung von 40 g Kaliumtert-butylat in 1000 g Dimetylformamid unter Stickstoff 24 Stunden bei Raumtemperatur (20°C) gerührt. Nach dem Aufarbeiten gemäss Beispiel 1) erhält nan ein Produkt mit einem Konjugationsgrad von Wenn anstelle des Leinöls dieselbe Menge an Sonnenblumenöl eingesetzt wird, erhält nan einen Konjugationsgrad von 96%.
- 6. 500 g Sojaöl werden mit einer lösung von 20 g Kalium-tertbutylat in 500 g Dimethylformamid unter Stickstoff bei 1000C gerührt. Eine nach einer Stunde entnommene Probe besitzt nach Aufarbeitung gemäss Beispiel 1) einen Konjugationsgrad von 5, der sich bei weiterer Bearbeitung nicht mehr Hundert.
- 7. 500 g Sojaöl werden mit einer Lösung von 15 g pulverförmigem Kaliummethylat in 500 g Hexamethylphosphorsäuretriamid unter Stickstoff bei 100°C gerührt. Eine nach jeiner Stunde entnom?lene Probe besitzt nach Aufarbeitung gerniss Beispiel 1) einen Konjugationsgrad von 55, der sich bei weiterer nearbeitung nicht mehr ändert.
- 8. 500 g Sojaöl werden mit einer Lösung von 15 ; gepulvertem Kaliummethylat in 500 g Dimetylformamid unter Stickstoff bei 150°C gerührt. Nach 1 Stunde erhält man ein Produkt, das nach der Aufarbeitung gemäß Beispiel 1 einen Konjugationsgrad von 52 ffi aufweist, 500 g Sojaffetsäuremethylester werden in 500 g Hexametylphosphorsäuretriamid gelöst und mit 5 g gepulvertem Kalliummethylat versetzt. Das Gemisch wird unter Stickstoff 1 Stunde auf 1750C erhitzt und gerührt. Nach dem Aufarbeiten des Produkts gemmäss Beispiel 1 besitzt es einen Konjugationsgrad von 97 %.
- 10. 500g Sonnenblumenöl werden in 500 g N-Methylpyrrolidon gelöst und mit 20 g pulverförmigen Kalium-tert.-butylat versetzt. Nach 24stundigem Rühren bei Raumtemperatur unter Stickstoff und weiterem Aufarbeiten gemäß Beispiel 1 hat das Produkt einen Konjugationsgrad von 93 %.
Claims (7)
1. Verfahren zur Isomerisierung von Fettsäureestern mit isolierten
Doppelbindungen in die entsprechenden Verbindungen mit konjugierten Doppelbindungen
unter Verwendung von alkalisch reagierenden Alkoholaten, dadurch gekennzeichnet,
daß on die Isomerisierung in stark polaren, aprot/ischen Lösungsmitteln vorgenommen
wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichme, daß ein Alkoholat
eines einwertigen A ikohols wiS eines Alkalimetalls, Erdalkalimetalls oder von Zink
vervendet wird.
3. Verfahren nach Ansprüchten 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet.
daß das Alkoholat in iner Menge von mindestens 0,1, vor-.zugsweise
1 bis 5 , bezogen aur Fettsäureester, einige sets wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, on daß
das aprot/ische, stark polare Lösungsmittel Dimethylsulfoxyd oder Dimethylformamid
ist.
5. Verfahren nach Ansprechen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Mengenverhältnis von Lösungsmittel zu F'ettsäureester (0,5 bis 10) : 1 bevorzugt
(0,8 bis 5) : 1 betragt.
6. Verfahren onach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Isomerisierung bei Temperaturen bis zu 100°C, vorzugsweise bis zu 35°C durchgeführt
wird.
7. Verwendung nach dem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 5 von isomerisierten
Fettsäureestern zur Herstellung von Bindemitteln.
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