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N-Acyldyl-N'-alkyl-alkylendiamine und Verfahren zu ihrer Herstellunq
Die Erfindung betrifft N-Acyloyl-N'-alkyl-alkylendiamine der allgemeinen Formel
I:
worin R einen zweiwertigen aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen oder
bicyclischen Rest, der zusammen mit der Dicarbonylaminogruppe einen 5, 6 oder 7gliedrigen
Ring bildet, R1 Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 8 bis 12 C-Atomen, R2 einen
Alkylrest mit 8 bis 22 C-Atomen, n die Zahl 2, 3, 4, 5 oder 6 bedeuten, sowie Verfahren
zu ihrer Herstellung.
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Bei den Verbindungen der.allgemeinen.Formel I kann die Kohlenstoffkette
des Restes R2 durch Schwefel, die Gruppe -NH- oder vorzugsweise Sauerstoff unterbrochen
sein.
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In der allgemeinen Formel I kann der Rest R insbesondere für folgende
zweiwertige Reste stehen:
für R3 = H oder CH3
für R41 R5, R6, R7 = Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis 6 C--Atomen,
für R4, R5 R6, R7, R8 R9 = Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis 6 C-Atomen,
für R4 bis R11 = Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis 6 C-Atomen.
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R2 bedeutet vorzugsweise Taigfettalkyl und n bedeutet vorzugsweise
die Zahl 3.
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Verbindungen der allgemeinen Formel I können dadurch hergestellt werden,
daß ein N-Alkyl-alkylendiamin der allgemeinen Formel fT:
mit einem Acylierungsmittel der allgemeinen Formel III:
umgesetzt wird, wobei R, R¹, R² und n die bereits genannte Bedeutung besitzen und
X, X = C1, Br, OH, OR (für R13 Alkyl mit 1 bis 4 C-Atomen), oder X und X1 in Formel
III zusammen -0- bedeuten.. Normalerweise besitzen X und X1 dieselbe Bedeutung oder
stehen zusammen für -O-. Die Acylierungsmittel der.allgemeinen Formel III sind dann
Säurechloride, Säurebromide, Alkylester oder Anhydride von Dikarbonsäuren der allgemeinen
Formel IV:
oder es sind diese Dikarbonsäuren selbst.
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Die Dikarbonsäuren der allgemeinen Formel IV sind bekannt.
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Insbesondere kommen folgende Dikarbonsäuren oder die davon abgeleiteten
Säurebromide, Säurechloride, Alkylester oder Anhydride für die Herstellung der Verbindung
der allgemeinen Formel I in Betracht: Bernstein - säure, Glutar - säure, Adipin
- säure, Malein - säure, Citracon - säure, Itacon - säure, 1,2 Dichlorbernstein
- säure, Alkylsubstituierte Bernsteinsäuren der Formel
für R3 = H oder CH3, 1,2 Cyclohexan - dikarbonsäure, 1,2 Cyclopentan - dikarbonsäure,
Phthal - säure, Tetrachlorphthal - säure, Tetrahydrophthal - säure,
Alkylierte
Phthalsäuren der Formel
für R bis R = Alkyl mit 1 bis 6 C-Atomen Naphthalsäure Alkylierte Naphthalsäuren
der Formel
für R4 bis R9 = Alkyl mit 1 bis 6 C-Atomen, Endomethylentetrahydrophthalsäure Diphensäure
Alkylierte Diphensäuren der Formel
für R4 bis R11 = Alkyl mit 1 bis 6-C-Atomen.
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Die Anhydride der angegebenen-alkylsubstituierten Bernsteinsäuren
können durch Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs der allgemeinen Formel V, worin
R3 = H oder CH3 ist,
mit Maleinsäureanhydrid (Formel VI) bei Reaktionstemperaturen von 120 - 1700 in
Gegenwart von Peroxid, z. B. Na202 oder Benzoylperoxid, hergestellt werden. Die
anderen erwähnten Dikarbonsäuren sind gut bekannte Verbindungen, aus denen die Säurechloride,
Säurebromide, Anhydride und Ester, nach den zur Herstellung solcher Verbindungen
allgemein bekannten Methoden Synthetisiert werden können.
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N-alkyl-alkylendiamine der allgemeinen Formel II können für n = 3
leicht dadurch hergestellt werden, daß ein Amin der allgemeinen Formel HNR1R an
die c-c Doppelbindung des Acrylnitrils angelagert wird und die Nitrilgruppe des
Zwischenprodukts zu einer Aminogruppe reduziert wird.
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Zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel II können
auch Diamine der allgemeinen Formel H2N(CH2)nNH2 in bekannter Weise mit Alkylierungsmitteln
alkyliert werden.
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Geeignete Alkylierungsmittel sind z. B. Alkylchloride der Formel C1
- R2 Man erhält so Verbindungen der Formel H2N(CH2)nNHR2 , Diese Verbindungen können
acyliert, z, B.
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acetyliert, und anschließend mit einem Alkylierungsmittel, z. B. einem
Alkylchlorid der Formel C1 - R1 alkyliert werden.
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Nach der Abspaltung der Acylgruppe erhält man Verbindungen der allgemeinen
Formel II, bei denen sowohl R2 als auch R1 einen Alkylrest der bereits genannten
Art bedeuten.
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Die Umsetzung des N-Alkyl-a-lkylendiamins der allgemeinen Formel II
mit dem Acylierungsmittel der allgemeinen Formel III wird zweckmäßigerweise in einem
geeigneten inerten Lösungsmittel durchgeführt. Geeignete Lösungsmittel sind z. B.
aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, z. B, Xylol, Toluol, Decalin, Tetralin
usw. Die Umsetzung wird normalerweise bei Temperaturen von 80 bis 1800C durchgeführt
und ist im allgemeinen nach 1 bis 3 Stunden beendet.
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Die bei der Reaktion entstehenden Reaktionsprodukte, Wasser bei der
Acylierung mit den freien Dikarbonsäuren oder den Anhydriden und ein niederer Alkohol
bei der Acylierung mit einem Ester, werden zweckmäßigerweise laufend aus dem Reaktionsgemisch
abdestilliert. Bei der Acylierung mit Dikarbonsaureanhydriden hat sich die Durchführung
der Umsetzung bei 140 - 150 C als besonders zweckmäßig erwiesen.
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Der bevorzugte Temperaturbereich bei der Acylierung mit den Estern
betragt 120 bis 1300C und mit den freien Säuren 1200C, Zur Vervollständigung der
Umsetzung kann es, insbesondere bei der Acylierung mit den freien Säuren, erforderlich
sein, bei Temperaturen von 100 bis 110 C, 1 bis 2 Stunden bei vermindertem Druck,
zweckmäßig bei einem Druck
von 20 bis 25 Torr nachzukondensieren,
d. h. entstehende Reaktionsprodukte wie Wasser oder Alkohol abzudestillieren.
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Die Verbindungen der allgemeinen Formel I sind normalerweise gelbbraune
wachsartige hochviskose Produkte ohne genau definierten Schmelzpunkt, die sich überraschenderweise
als temporäre Retarder mit erstaunlich geringer Permanenz und hohem Egalisiervermögen
als Hilfsmittel zum Färben von Polyacrylnitril oder Polyestern mit basischen Farbstoffen
eignen.
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Fasergebilde aus Polyacrylnitril oder sauer modifizierten Polyestern
können mit basischen Farbstoffen angefärbt werden. Ohne Zusatz von Egalisierhilfsmitteln
besteht jedoch, insbesondere bei hellen Nuancen die Gefahr, daß unegale Färbungen
erhalten werden. Um beim Färben der genannten Fasern mit basischen Farbstoffen trotzdem
gleichmäßige Färbungen zu erhalten, ist der Einsatz spezieller Egalisierhilfsmittel,
sogenannter Retarder, erforderlich. Beispielsweise ist zum egalen Färben von Polyacrylnitril-Gebilden
ein Verfahren bekannt, bei dem als Retarder quaternäre Alkoxy-Alkyl-ammonium-Verbindungen
(DAS 1,123.286) Verwendung finden.
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Im allgemeinen haben aber Verbindungen mit langkettigen, hydrophoben
Kohlenwasserstoffresten den entscheidenden Nachteil, daß sie im Falle einer versehentlichen
Überdosierung die zu färbenden Polyacrylnitrilfaser hartnäckig reservieren
und
es praktisch unmöglich machen, diegewünschte Farbtiefe oder Nuance zu erhalten.
Egalisierhilfsmittel mit solchen Eigenschaften werden permanente Retarder genannt,
Um derartige Fehl färbungen und Farbstoffverluste zu vermeiden, kommen häufig die
leichter anwendbaren temporären Retarder, beispielsweise Benzyl-pyridiniumchlorid
(U,S. Patent 2.986.444) zum Einsatz, Temporäre Retarder sind in der Anwendung leicht
zu handhaben, Sie erlauben, auch bei versehentlicher Überdosierung eine gute Baderschöpfung
innerhalb der üblichen Färbezeit und die gewünschte Farbtiefe zu erhalten. Sie haben
aber den entscheidenden Nachteil, daß sie bei gleichen Einsatzmengen im Vergleich
zu den permanenten Retardern weniger wirksam sind. Es wurde nun überraschenderweise
und keineswegs vorhersehbar gefunden, daß die Verbindungen der allgemeinen Formel
1 sowohl das hervorragende Egalisiervermögen der permanenten Retarder wie auch die
geringe Permanenz der temporären Retarder in sich vereinigen, Sie sind als Egalisierhilfsmittel
bei allen Färbungen von Gebilden aus Polyacrylnitril, aus Acrylnitril enthaltenden
Mischpolymerisaten wie auch sauer modifizierten Polyesterfasern hervorragend wirksam
und kommen vorzugsweise in Form der Salze mit der allgemeinen Formel VIII:
als ca, 50-prozentige Lösungen oder Dispersionen zum Einsatz, In der allgemeinen
Formel VIII besitzen R, R¹, R² und n die bereits angegebenen Bedeutungen, X bedeutet
das Anion einer anorganischen Säure oder einer Karbonsäure. Insbesondere kann X
für folgende Anionen stehen: 3-PO4 S04 NO3-Cl-HCOO-CH3COO 2H5COO Das Acetatanion
wird bevorzugt.
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Die Salze der allgemeinen Formel VIII werden dadurch hergestellt,
daß die Verbindungen der allgemeinen Formel I mit den berechneten Mengen Säuren
vermischt werden
Als Lösungs- bzw. Dispergiermittel für die Verbindungen
der allgemeinen Formel I oder ihre Salze der allgemeinen Formel VIII kommen z. B.
Wasser oder Isopropanol in Betracht. fur die Salze der allgemeinen Formel VIII auch
Säuren, insbesondere Ameisen- und Essigsäure.
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Die Färbungen können mit basischen Farbstoffen z. B, basischen Azo-
und Anthrachinonfarbstoffen, Indulin-, Cyanin- und Methinfarbstoffen, Chinolin-
und Acridinfarbstoffen, Farbstoffen der Di- oder Triarylmethan-, Oxazin-, Thiazin-,
Diazinreihe durchgeführt werden.
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Im allgemeinen geschieht die Anwendung so, daß das Färbegut in einem
Flottenverhältnis von 1 : 3 bis 1 : 200, insbesondere von 1 : 10 bis 1 : 20 in ein
auf Kochtemperatur gebrachtes Färbebad gegeben wird. Im Färbebad sind die genannten
Farbstoffe und 0,01 bis zu 5 g/Liter, insbesondere 0,025 bis 3,5 g/Liter, der Verbindungen
der allgemeinen Formel 1. vorzugsweise in Form der Salze der allgemeinen Formel
VIII enthalten. Beispielsweise beträgt bei einem Flottenverhältnis von 1:3 die Konzentration
der Verbindungen der allgemeinen Formel I oder ihrer Salze 0;8 bis 3,5 g/l, bei
einem Flottenverhältnis von 1 : 100 0,025 bis 0,1 g/l.
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Die Verbindungen der allgemeinen Formel I oder ihre Salze werden vorzugsweise
als ca. 50 %ige Lösungen oder Diapersionen in das Färbebad eingebracht.
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Als Lösungs- oder Dispergiermittel kann z. Bs Wasser, Isopropanol,
eine Säure, insbesondere Essigsäure verwendet werden. Die Färbung kann wie üblich
in Anwesenheit von Zusatzstoffen, wie z, B. von Säuren, z. B.
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Ameisen- und Essigsäure ausgeführt werden. Es ist ebenso möglich mit
Gemischen der erfindungsgemäß beanspruchten Substanzen zu arbeiten.
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In den nachfolgenden Beispielen sind die Temperaturen in Grad Celsius,
Prozente in Gewichtsprozenten, Teile in Gewichtsteilen angegeben.
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Beispiel 1 In eine Schmelze von 223 g (0,6 Mol) Talgfettpropylendiamin
werden bei einer Temperatur von 80 - 85 0C in ca. 1 Stunde 70 g (0,7 Mol) Bernsteinsäureanhydrid
eingetragen und innerhalb 1 Stunde auf 1600 hochgeheizt.
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Nun wird bei einer Innentemperatur von 150 - 1600C zwei Stunden kondensiert
und das entstehende Reaktionswasser laufend abdestilliert. Schließlich destilliert
man das restliche Reaktionswasser im Vakuum bei 105 bis 1100 ab.
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Dem entstandenen gelbbraunen zähflüssigen Produkt kommt die Formel
zu:
Das Produkt ist in Eisessig klar löslich und kommt als ca. 50-prozentige
Lösung in Eisessig zur Anwendung.
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Analyse: Molgewicht ca. 452, NBer.: 6,2 % Gef,: 6,0 % In analoger-Weise
werden 214 g (0,6 Mol) Talgfettäthylendiamin bzw. 230 g (0,6 Mol) Talgfettbutylendiamin
bzw.
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247 g (0,6 Mol)Talgfetthexylendiamin-mit 70 g (0,7 Mol) Bernsteinsäureanhydrid
umgesetzt.-Die entsprechenden Produkte sind ebenfalls in Eisessig gut löslich und
können als ca. 50-prozentige Lösungen in Eisessig angewandt werden. In gleicher
Weise können 185 g (0,5 Mol) Talgfettpropylendiamin mit 52 g (0,53 Mol) Maleinsäureanhydrid
umgesetzt werden.
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Beispiel 2 In eine Schmelze von 223 g (0,6 Mol) Talgfettpropylendiamin
werden 84,5 g (0,65 Mol) Itaconsäure bei 95 bis 1000C eingetragen. Dann wird eine
halbe Stunde bei 110 bis 1150C und zwei Stunden bei 1200C erhitzt und das entstandene
Wasser anschließend im Vakuum abdestilliert.
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Der entstandenen dunkelbraunen Masse kommt die Formel zu:
Analyse: Molgewicht 480 N Ber.: 5,8 % Gef.: 6,0 % Das Produkt
ist in Eisessig klar löslich und besitzt eine gute Egalisierwirkung beim Färben
von Polyacrylnitril-Gebilden mit basischen Farbstoffen.
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Beispiel 3 Bei 80 - 900C werden in eine Schmelze von 41 g (0,22 Mol)
N-Octyl-propylendiamin 34,5 g (0,233 Mol) Phthalsäureanhydrid in 1 Stunde eingetragen,
20 Minuten bei 100 -1100C nachgerührt und innerhalb von 1,5 Stunden auf 140 bis
1500C hochgeheizt. Dann wird 2 Stunden bei 140 bis 150°C weiter kondensiert und
das Reaktionswasser während der Reaktion laufend abdestilliert. Die letzten Wasserreste
werden bei 100 - 110°C im Wasserstrahlvakuum entfernt. Die braune, zähflüssige Masse
hat die Formel
Analyse: Molgewicht: ca. 316 N Ber.: 8,8 % Gef.: 8,2 % Das Produkt ist in Eisessig
klar löslich.
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Auf die gleiche Weise werden 39 g (0,18 Mol) N-Decylpropylendiamin
mit 29 g (0,196 Mol) Phthalsäureanhydrid, 38 g (0,127 Mol) N,N-Dioctylpropylendiamin
mit 20,7 g (0,14 Mol) Phthalsäureanhydrid, 42,8 g (0,125 Mol) N,N-Dilauryläthylendiamin
mit 20,7 g (0,14 Mol) Phthalsäureanhydrid oder 163 g (0,5 Mol) N-Octadecylpropylendiamin
mit 74 g (0,5 Mol) Phthalsäureanhydrid umgesetzt. Es werden so Produkte folgender
Formeln erhalten:
Die erhaltenen Produkte sind braun, zähflüssig und lösen sich sehr gut in Eisessig.
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Beispiel 4 In eine Schmelze von 41,5 g (0,149 Mol) N-Isononyloxypropyl-propylendiamin
werden bei 90 bis 1000C 24 g (0,16 Mol) Phthalsäureanhydrid eingetragen, Dann wird
bei 100 bis 1100C 1 Stunde nachgeheizt und in 15 Minuten auf 150 bis 1550C hochgeheizt,
2 Stunden bei 150 bis 1550C weiter kondensiert und das Reaktionswasser fortwährend
abdestilliert. Die letzten Reste an Wasser werden bei 100 bis 1100C im Vakuum entfernt.
Das entstandene gelbbraune und zähflüssige Produkt der Formel
ist in Eisessig klar löslich.
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In gleicher Weise werden 38,5 g (0,124 Mol) N-Isotridecyloxypropyl-propylendiamin
bzw. 39,2 g (0,124 Mol) N-Isotridecyl-mercaptopropyl-propylendiamin mit jeweils
20,3 g
(0,137 Mol) Phthalsäureanhydrid und 48,1 g (0,125 Mol) N-Octadecyl-aminopropyl-propylendiamin,
bzw. N-Octadecylaminoäthyl-äthylendiamin mit 23,2 g (0,137 Mol) Naphthalsäureanhydrid
unter den genannten Reaktionsbedingungen umgesetzt. Es werden so Produkte folgender
Formeln erhalten:
Beispiel 5 Bei 90 bis 95°C werden in eine Schmelze von 185 g (0,5
Mol) Talgfettalkylpropylendiamin 119 g (0,6 Mol) Naphthalin-1, 8-dicarbonsäureanhydrid
(Naphthalsäureanhydrid) eingetragen. Dann heizt man innerhalb 1 Stunde auf 140 bis
1500C, kondensiert 2 Stunden bei 140 bis 1500C und destilliert laufend das entstehende
Wasser ab, Die entstandene braungelbe Masse der Formel
ist in Eisessig klar löslich und besitzt beim Färben von PolyacrylnitrilGebilden
mit basischen Farbstoffen gute Egalisierwirkung, Analyse: Molgewicht ca, 550 N Ber.:
5,1 % Gef.: 4,9 % Beispiel 6 In eine Schmelze von 185 g (0,5 Mol) Talgfettalkylpropylendiamin
werden bei 90 bis 100°C 80,6 g (0,53 Mol) Tetrahydrophthalsäureanhydrid eingetragen
und innerhalb 1 Stunde auf 150 bis 1600C geheizt. Dann wird 2,5 Stunden bei dieser
Temperatur kondensiert und das Wasser laufend abdestilliert
Es
entsteht ein braunes, zähflüssiges Produkt der Formel
das in Eisessig klar löslich ist.
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Unter den gleichen Reaktionsbedingungen werden 185 g (0,5 Mol) Talgfettalkylpröpylendiamin
mit 87 g (0,53 Mol) Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid zu einem Produkt der
Formel
umgesetzt, das ebenfalls in Eisessig klar löslich ist.
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Beispiel 7 10 g Polyacrylnitrilgarn werden in einem Laborfärbegerät
im Flottenverhältnis 1 : 40 in ein auf 980C erwärmtes Bad eingebracht, das in einem
Liter 0,075 g des Handelsfarbstoffes
0,225 ml Eisessig und 0,45 g einer ca. 50 prozentigen Lösung der Verbindung
in Eisessig enthält.
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Man färbt 90 Minuten bei 980C und erhält eine einwandfreie, egale
rotviolette Färbung. Ähnlich gute Ergebnisse erhält man mit 50 prozentigen Lösungen
in Eisessig der folgenden Verbindungen
Beispiel 8 Ersetzt man bei dem in Beispiel 7 beschriebenen Verfahren den dort genannten
Farbstoff durch 0,1 g des Handelsfarbstoffes
und die dort genannten Hilfsmittel durch die Produkte des Beispiels 3 in gleicher
Konzentration, dann erhält man grüne Färbungen von ausgezeichneter Egalitat und
eine gute Baderschöpfung.
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Beispiel 9 Ersetzt man bei dem in Beispiel 7 beschriebenen Verfahren
den dort genannten Farbstoff durch 0,5 g des Handelsfarbstoffes
und die dort genannten Hilfsmittel durch die Produkte des Beispiels 4 in gleicher
Konzentration, dann erhält man sehr egale rote Färbungen.
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Beispiel 10 Ersetzt man bei dem in Beispiel 7 beschriebenen Verfahren
den dort genannten Farbstoff durch 0,5 g des Farbstoffes
und setzt 0,225 ml Eisessig und 0,45 g eines im Beispiel 6 beschriebenen Produktes
als ca, 50-prozentige Lösung in Eisessig zu, so erhält man bei einer Färbezeit von
90 Minuten sehr egale blaue Färbungen. Ohne die genannten Hilfsmittel fallen die
Färbungen dagegen fleckig aus.