DE3943488C2 - Process for reducing or eliminating free formaldehyde with carbamates, which are generated on the substrate in the critical phase when formaldehyde is released - Google Patents

Process for reducing or eliminating free formaldehyde with carbamates, which are generated on the substrate in the critical phase when formaldehyde is released

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DE3943488C2 DE19893943488 DE3943488A DE3943488C2 DE 3943488 C2 DE3943488 C2 DE 3943488C2 DE 19893943488 DE19893943488 DE 19893943488 DE 3943488 A DE3943488 A DE 3943488A DE 3943488 C2 DE3943488 C2 DE 3943488C2
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    • C08L61/00Compositions of condensation polymers of aldehydes or ketones; Compositions of derivatives of such polymers
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    • C08L61/24Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen of aldehydes with acyclic or carbocyclic compounds with urea or thiourea

Description

Für die Anwendung bei der Sperrholz- und Spanplattenherstellung mit Aminoplast-Klebern werden Carbamate als Formaldehydfänger vorgeschlagen, die mit Hilfe von binären Reaktionsgemischen vorbereitet werden, so daß zur selben Zeit Carbamate sich bil­ den, so bald Formaldehyd beim Aushärten von z. B. Harnstoff- Formaldehyd-Copolymer Klebern freigesetzt wird. Ein solches binäres Reaktionsgemisch besteht aus festem Harnstoff und einer Komponente, die Träger von aziden OH-Gruppen ist. Dieses binäre Reaktionssystem kann zusätzlich einen Katalysator enthalten.For use in plywood and particle board production with aminoplast adhesives, carbamates are used as formaldehyde scavengers proposed using binary reaction mixtures be prepared so that at the same time Carbamate bil the, as soon as formaldehyde when curing z. B. urea Formaldehyde copolymer glue is released. Such one binary reaction mixture consists of solid urea and one Component which is the carrier of acidic OH groups. This binary The reaction system can additionally contain a catalyst.

Anhand von Modellreaktionen wird gezeigt, daß azide OH-Gruppen, insbesondere halbacetalische OH-Gruppen, im Unterschied zu ge­ wöhnlichen alkoholischen OH-Gruppen, in geschmolzenem Harnstoff sehr schnell und vollzählig Isocyansäure addieren, wobei Carba­ matgruppen sich bilden und alle Folgereaktionen mit den ersten Reaktionsschritten festgelegt werden, die ganz anders verlau­ fen als bei gewöhnlichen Polyalkoholen wie z. B. beim Sorbit.Model reactions show that acidic OH groups, in particular semi-acetal OH groups, in contrast to ge usual alcoholic OH groups, in molten urea Add isocyanic acid very quickly and completely, whereby Carba mat groups form and all subsequent reactions with the first Reaction steps are determined that are completely different fen than with ordinary polyalcohols such. B. sorbitol.

Mit Hilfe eines durch einen Katalysator abgeglichenen binären Reaktionsgemisches kann die Produktion von Carbamatgruppen so gesteuert werden, daß diese zeitgleich und in der richtigen Menge mit der Freisetzung von Formaldehyd beim Aushärten vom betreffenden Aminoplast-Kleber einsetzt. Diese zeitliche Ab­ stimmung der Carbamaterzeugung mit der Formaldehydentwicklung erlaubt die weitgehende Eliminierung von unerwünschtem freiem Formaldehyd in den fertigen Produkten, ohne daß die bekannten Nachteile von Harnstoff als Formaldehydfänger in Kauf genommen werden müssen wie die Ergebnisse der Beispiele in der Patent­ anmeldung vom 04. 05. 1988 mit dem amtlichen Aktenzeichen P 38 15 204.5 dokumentieren. With the help of a binary matched by a catalyst Reaction mixture can the production of carbamate groups can be controlled that these at the same time and in the correct Quantity with the release of formaldehyde when hardening from uses the relevant aminoplast adhesive. This temporal Ab adjustment of carbamate production with formaldehyde development allows the extensive elimination of unwanted free Formaldehyde in the finished products without the known Disadvantages of urea accepted as a formaldehyde scavenger must be like the results of the examples in the patent registration dated May 4, 1988 with the official file number Document P 38 15 204.5.  

In Versuchsreihen werden die angestrebten optimalen gegen­ seitigen Äquivalentverhältnisse - azide OH-Gruppen/fester Harnstoff und fester Harnstoff/Ammoniumchlorid - empirisch festgelegt, so daß die Bildung von Carbamat zeitlich mit der Freisetzung von Formaldehyd beim Aushärten vom Kleber so ab­ gestimmt ist, daß am Schluß ein tolerierbarer Restgehalt bis hin zur vollständigen Eliminierung von freiem Formaldehyd erreicht wird.In the series of tests, the desired optimal are compared side equivalent ratios - acidic OH groups / solid Urea and solid urea / ammonium chloride - empirically set so that the formation of carbamate coincides with the Release of formaldehyde during curing from the adhesive it is true that at the end a tolerable residual content up to towards the complete elimination of free formaldehyde is achieved.

In der Patentanmeldung vom 04. 05. 1988 unter der Nummer P 38 15 204.5 und mit dem Titel - Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen mit verringert er Formaldehydemission - wird in den Patentansprüchen davon gesprochen, daß der "Form­ aldehydfänger in geprillter Form" auf das zu verleimende Gut vor der Beleimung aufgebracht bzw. untermischt oder dem Formaldehydharz zugegeben wird.In the patent application dated May 4, 1988 under number P 38 15 204.5 and with the title - Process of manufacture of composite materials with reduced formaldehyde emissions - it is said in the claims that the "form aldehyde scavenger in prilled form "on the material to be glued applied or mixed before gluing or the Formaldehyde resin is added.

Weiter wird dieser so gekennzeichnete Formaldehydfänger ande­ ren bekannt gewordenen Formaldehydfängern wie Melamin(e), Dicyandiamid, Thioharnstoff, Dibutylthioharnstoff, Ammonium­ carbonat, Polyacrylsäureamide, Guanidin, Carbamate mit freien Amidfunktionen, Phenole, Resorcin oder Diphenylmethandiiso­ cyanat und insbesondere Harnstoff gleichgestellt.This formaldehyde scavenger, which is labeled in this way, also becomes other known formaldehyde scavengers such as melamine (e), Dicyandiamide, thiourea, dibutylthiourea, ammonium carbonate, polyacrylic acid amides, guanidine, carbamates with free Amide functions, phenols, resorcinol or diphenylmethane diiso cyanate and especially urea.

Mit der vorliegenden Erfindung wird der oben erwähnte "Form­ aldehydfänger in geprillter Form" zur Chemikalie degradiert, die zu einem binären Reaktionssystem gehört, mit Hilfe dessen es gelingt, den beim Aushärten vom Aminoplast-Kleber in der heißen Presse austretenden Formaldehyd abzufangen.With the present invention, the above-mentioned "shape aldehyde scavenger in prilled form "degraded to chemical, which belongs to a binary reaction system, with the help of it it succeeds in curing the aminoplast adhesive in the hot press to catch escaping formaldehyde.

Harnstoff-Formaldehyd-Copolymer und die mit dieser Art von Klebern zusammenhängende Chemie wird von A. Pizzi beschrieben (WOOD ADHESIVES, Chemistry and Technology, edited by A. Pizzi, MARCEL DEKKER, Inc., New York and Basel 1983; darin A. Pizzi: Aminoresin Wood Adhesives, 59-104). Die im folgenden aus dieser Quelle entnommenen Zitate und Literaturstellen werden jeweils nach "A Pizzi, S. . . .:" aufgeführt. Urea-formaldehyde copolymer and those with this type of Adhesive related chemistry is described by A. Pizzi (WOOD ADHESIVES, Chemistry and Technology, edited by A. Pizzi, MARCEL DEKKER, Inc., New York and Basel 1983; in it A. Pizzi: Aminoresin Wood Adhesives, 59-104). The following from citations and references from this source each listed after "A Pizzi, S.....:".  

Beim Aushärten der beleimten lignocellulosischen Substrate bilden sich einerseits Ätherbrücken vor allem zwischen dem cellulosischen Anteil vom lignocellulosischen Substrat und dem Harnstoff-Formaldehyd-Gopolymer aus, wobei Wasser freigesetzt wird; andererseits erfolgt Vernetzung vom Harnstoff-Formalde­ hyd-Copolymer (A. Pizzi, S. 71: R. Steele and L. E. Giddens, Ind. Eng. Chem. 48: 110 (1956)) und auch Bildung von cyclischen Uronen (A. Pizzi, S. 64: H. Kadowaki, Bull. Chem. Soc. Jap. 11: 248 (1936)), wobei Wasser und Formaldehyd abgespalten wird, was auf die Substitution von Methylolgruppen durch ebensolche Methylolgruppen zurückzuführen ist.When curing the glued lignocellulosic substrates On the one hand, ether bridges form, especially between the cellulosic part of the lignocellulosic substrate and the Urea-formaldehyde copolymer, releasing water becomes; on the other hand, crosslinking of urea formaldehyde takes place hyd copolymer (A. Pizzi, p. 71: R. Steele and L. E. Giddens, Ind. Eng. Chem. 48: 110 (1956)) and also formation of cyclic Urons (A. Pizzi, p. 64: H. Kadowaki, Bull. Chem. Soc. Jap. 11: 248 (1936)), whereby water and formaldehyde are split off, which indicates the substitution of methylol groups by such Methylol groups is due.

Der beim Aushärten unvermeidlich freigesetzte Formaldehyd darf im Produkt gemäß dem deutschen E1-Emissionsstandard 10 mg Form­ aldehyd pro 100 g Spanplatte atro nicht überschreiten.The formaldehyde that is inevitably released during curing is allowed in the product according to the German E1 emission standard 10 mg form Do not exceed aldehyde per 100 g chipboard dry.

Diese Norm kann nur eingehalten werden, wenn Harnstoff-Form­ aldehyd-Copolymer als Kleber verwendet wird, bei dessen Her­ stellung das molare Verhältnis Formaldehyd : Harnstoff auf 1,2 : 1 oder, um auf der sicheren Seite zu liegen, besser auf < 1,1 : 1 heruntergedrückt worden ist, wobei aber die ebenso vorgeschriebene Norm für die Biegefestigkeit und die Querzugs­ festigkeit der Produkte nur eingehalten werden kann, wenn bei der Herstellung des Klebers ein molares Verhältnis Formaldehyd : Harn­ stoff ≧ 1,2 eingehalten wird; ganz abgesehen von der Norm für die 24-Stundenquellung der Produkte in kaltem Wasser, die nur erfüllt werden kann bei einem molaren Verhältnis Formalde­ hyd : Harnstoff ≧ 1,2 oder wahrscheinlich ≧ 1,3 (George E. Myers, "How mole ratio of UF resin affects formaldehyde emis­ sion and other properties: A literature critique", For. Prod. J. 34(5), 35-41 (1984); Chem. Abstr. 101: 40029b).This standard can only be met if urea form aldehyde copolymer is used as an adhesive, in whose manufacture the molar ratio of formaldehyde: urea 1.2: 1 or better to be on the safe side <1.1: 1 has been pushed down, but so too prescribed standard for bending strength and transverse tension strength of the products can only be maintained if at a molar ratio of formaldehyde: urine during the manufacture of the adhesive substance ≧ 1.2 is observed; quite apart from the norm for 24-hour swelling of the products in cold water can only be met with a molar ratio of formaldehyde hyd: urea ≧ 1.2 or probably ≧ 1.3 (George E. Myers, "How mole ratio of UF resin affects formaldehyde emis and other properties: A literature critique ", For. Prod. J. 34 (5), 35-41 (1984); Chem. Abstr. 101: 40029b).

In der Praxis wird oft so verfahren, daß bei der Herstellung von Spanplatten lediglich die Deckschichtspäne mit unverstärk­ tem Harnstoff-Formaldehyd-Copolymer imprägniert werden, aber die Mittelschichtspäne mit Melaminharz-verstärktem Harnstoff- Formaldehyd-Copolymer bedeckt werden. In practice, the procedure is often that of production of chipboard only the top layer chips with unreinforced urea-formaldehyde copolymer can be impregnated, however the middle layer chips with melamine resin reinforced urea Formaldehyde copolymer can be covered.  

Mit Formaldehydfängern kann ebenfalls der Gehalt an freiem Formaldehyd in den Produkten abgesenkt werden, ohne daß dabei die übrigen, von Normen ,vorgeschriebenen Eigenschaften der Produkte beeinträchtigt werden. Auch Harnstoff ist als Form­ aldehydfänger beschrieben worden (Edmone Roffael und Lutz Mehlhorn, Verfahren zur Verminderung der Formaldehydabgabe von Spanplatten, Patentschrift 28 29 021, Int. Cl. 2: B 29 J 5/00, Anmeldetag: 01.07.78; Hans Diem, Christian Dudeck und Dieter Merkel, Verfahren zur Verminderung der Formaldehydentwicklung von Aminoplast-Schaumstoffen, OS 29 17 064, Int. Ci. 3: C 08 J 9/30, Anmeldetag: 27.04.79; Edmone Roffael und Hans-Albrecht May, Verfahren zur Verminderung der Formaldehydabgabe von mit Veredelungsschichten furnierten Span- und Faserplatten, Patent­ schrift DE 33 44 239 C2, Int. Cl. 4: B 32 B 21/02, Anmeldetag: 07.12.83).With formaldehyde scavengers, the free formaldehyde content in the products can also be reduced without impairing the other properties of the products prescribed by standards. Urea has also been described as a formaldehyde scavenger (Edmone Roffael and Lutz Mehlhorn, process for reducing the release of formaldehyde from chipboard, patent specification 28 29 021, Int. Cl. 2 : B 29 J 5/00, filing date: July 1, 1978; Hans Diem, Christian Dudeck and Dieter Merkel, methods for reducing the formaldehyde evolution from aminoplast foams, OS 29 17 064 Ci Int 3: C 08 J 9/30, date of filing: 04.27.79; Edmone Roffael and Hans-Albrecht May, methods for.. Reduction of the formaldehyde release of chipboard and fiberboard veneered with finishing layers, patent specification DE 33 44 239 C2, Int. Cl. 4 : B 32 B 21/02, filing date: 07.12.83).

Harnstoff ist ein wirkungsvoller Formaldehydfänger. Mit Form­ aldehyd bildet sich Methylolharnstoff, Die beiden Amidfunktio­ nen im Harnstoff sind reaktiver gegen Formaldehyd als die Amid­ funktion im Methylolharnstoff, deshalb wird zunächst der Harn­ stoff bevorzugt einseitig mit Formaldehyd belegt.Urea is an effective formaldehyde scavenger. With form aldehyde forms methylol urea, the two amide functions Nene in urea are more reactive to formaldehyde than the amide function in the methylol urea, therefore the urine first Fabric preferably coated on one side with formaldehyde.

Methylolharnstoff kondensiert leichter mit Harnstoff als Dime­ thylolharnstoff, wobei Wasser freigesetzt wird und bevorzugt Methylendiharnstoff sich bildet. Methylendiharnstoff ist wie die höhermolekularen Methylenharnstoff-Formaldehyd-Copolymere im schwach sauren Milieu hydrolyseempfindlich, wobei Formalde­ hyd freigesetzt wird, wenn die Methylendiamidgruppierung sich auflöst. Nach der Aufzehrung vom Harnstoff wird der durch Hydro­ lyse freigesetzte Formaldehyd nur sehr schwer von den höher­ gliedrigen Amiden abgefangen. Diese höhergliedrigen Amide sind deshalb ziemlich nutzlos, weil sie nicht zur Klebekraft bei­ tragen, weil dazu nur Methylolgruppen imstande sind, die mit den Hydroxylgruppen vor allem im cellulosischen Anteil vom lignocellulosischen Substrat Ätherbrücken bilden können (vgl. A. Pizzi, S. 68). Diese Fehlentwicklung kann so weit gehen, daß die paradoxe Situation eintritt, daß beim Zusetzen von immer mehr Harnstoff zum Vorkondensat immer mehr Formaldehyd durch Hydrolyse von Methylendiamiden gebildet wird, dem stets zu wenig Harnstoff zum Abfangen zur Verfügung steht (A. Pizzi, S. 83: P. R. Steiner, For. Prod. J. 23(12): 32 (1973)). Das dabei entstehende Harz hat dann eine niedrige Viskosität und riecht stark nach Formaldehyd.Methylol urea condenses more easily with urea than dime thylolurea, water being released and preferred Methylene diurea forms. Methylene diurea is like the higher molecular weight methylene urea-formaldehyde copolymers sensitive to hydrolysis in a weakly acidic environment, whereby formaldehyde hyd is released when the methylenediamide grouping dissolves. After the urea is consumed, the hydro lysed formaldehyde released very difficult from the higher intercepted amides. These are higher amides reasonably useless because it doesn't add to the adhesive force wear, because only methylol groups are able to do that with the hydroxyl groups, especially in the cellulose part of lignocellulosic substrate can form ether bridges (cf. A. Pizzi, p. 68). This wrong development can go as far as that the paradoxical situation arises, that when  more and more urea to the precondensate more and more formaldehyde is always formed by hydrolysis of methylene diamides too little urea is available to intercept (A. Pizzi, P. 83: P. R. Steiner, For. Prod. J. 23 (12): 32 (1973)). The the resulting resin then has a low viscosity and smells strongly of formaldehyde.

Harnstoff, aufgelöst im Harnstoff-Formaldehyd-Copolymer, ent­ faltet eine ausgeprägt depolymerisierende Wirkung, was die Her­ stellung von Harnstoff-Formaldehyd-Copolymer mit niedrigem molaren Verhältnis Formaldehyd : Harnstoff schwierig gestaltet. Dazu kommt, daß solche sogenannten E1-Leime wegen der hohen Gehalte an nutzlosen höhergliedrigen unsubstituierten Amiden reaktionsträge sind und sich dementsprechend nur mit aggres­ siven Härtern wie Ameisensäure aushärten lassen.Urea, dissolved in the urea-formaldehyde copolymer, ent folds a pronounced depolymerizing effect, which the Her position of low urea-formaldehyde copolymer molar ratio of formaldehyde: urea difficult. In addition, such so-called E1 glues because of the high Levels of useless higher-membered unsubstituted amides are slow to react and accordingly only with aggres Allow hardeners such as formic acid to harden.

Harnstoff als Formaldehydfänger, angewendet als wäßrige Lösung, ist nur sinnvoll, wenn der Gehalt an freiem Formaldehyd in den ausgehärteten fertigen Produkten abgesenkt werden soll.Urea as a formaldehyde scavenger, used as an aqueous solution, only makes sense if the content of free formaldehyde in the cured finished products should be lowered.

Die vorliegende Erfindung geht von einem anderen Ansatz aus. Harnstoff wird nicht als Formaldehydfänger, vielmehr als Chemikalie eingesetzt, die in der Hitze Isocyansäure und Ammo­ niak liefert.The present invention takes a different approach. Urea is not considered a formaldehyde scavenger, but rather Chemical used in the heat isocyanic acid and ammo niak supplies.

Ganz allgemein verläuft die Umsetzung von Harnstoff mit Alko­ holen über die Dissoziation von Harnstoff zu Ammoniak und Iso­ cyansäure (HOUBEN-WEYL, Methoden der organischen Chemie, Band E4, Kohlensäurederivate, S. 177, Georg Thieme Verlag Stuttgart. New York 1983; T. L. Davis und S. C. Lane, Org. Synth. Coll. Vol. I, 140 (1941)).In general, the implementation of urea with alcohol bring about the dissociation of urea to ammonia and iso cyanoic acid (HOUBEN-WEYL, Methods of Organic Chemistry, Volume E4, carbonic acid derivatives, p. 177, Georg Thieme Verlag Stuttgart. New York 1983; T.L. Davis and S.C. Lane, Org. Synth. Coll. Vol. I, 140 (1941)).

Die niederen Carbamidsäure-ester, die auch Urethane oder Carbamate heißen können, werden auf diese Weise technisch hergestellt (P. Adams und F. A. Baron, Chem. Rev. 65, 567 (1965); Ullmann, 4. Aufl., Bd. 9, S. 115 (1975)). The lower carbamic acid esters, which are also urethanes or Carbamates can be called technical in this way (P. Adams and F.A. Baron, Chem. Rev. 65, 567 (1965); Ullmann, 4th ed., Vol. 9, p. 115 (1975)).  

Technische Verfahren zur Herstellung von Carbamaten aus Alko­ holen und Polyalkoholen, die darauf beruhen, daß aus Harnstoff beim Erhitzen Isocyansäure freigesetzt wird, die sich an alko­ holische OH-Gruppen addiert, sind bekannt; ebenso die Verwen­ dung von Katalysatoren (Toni Dockner und Harro Petersen, Ver­ fahren zur Herstellung von Carbamaten, OS 24 59 765, Int. Cl. 2: C 07 C 125/04, Anmeldetag: 18.12.74; Harro Petersen, Subraya Panemangalore und Manfred Eichert, Gemische von Pentaerythrit­ carbamaten mit Polyalkylenglykoläthercarbamaten und mit Alkyl­ alkylenglykolcarbamaten und Verfahren zu ihrer Herstellung, OS 26 20 010, Int. Cl. 2: C 07 C 125/04, Anmeldetag: 06.05.76). Diese Verfahren zur Herstellung von Carbamaten haben für die vorliegende Erfindung keine Bedeutung, weil die darin beschrie­ benen Umsetzungen gewöhnlich mehrere Stunden dauern. Eine lange Reaktionszeit ist auch für die Herstellung von Cellulosecarba­ maten erforderlich (Herbert Griesser, Thomas Jeszenszky, Klaus Weinrotter und Raimund Jurkowitsch, Verfahren zur Herstellung von Cellulosecarbamaten, Europäische Patentanmeldung 0 178 292 A2, Int. Cl. 4: C 08 B 15/06, Priorität: 09.10.84).Technical processes for the production of carbamates from alcohols and polyalcohols, which are based on the fact that isocyanic acid is released from the urea when heated and is added to alcoholic OH groups are known; likewise the use of catalysts (Toni Dockner and Harro Petersen, process for the production of carbamates, OS 24 59 765, Int. Cl. 2 : C 07 C 125/04, filing date: 18.12.74; Harro Petersen, Subraya Panemangalore and Manfred Eichert, mixtures of pentaerythritol carbamates with polyalkylene glycol ether carbamates and with alkyl alkylene glycol carbamates and process for their preparation, OS 26 20 010, Int. Cl. 2 : C 07 C 125/04, filing date: 06.05.76). These processes for the preparation of carbamates are of no importance for the present invention because the reactions described therein usually take several hours. A long reaction time is also required for the production of cellulose carbamates (Herbert Griesser, Thomas Jeszenszky, Klaus Weinrotter and Raimund Jurkowitsch, process for the production of cellulose carbamates, European patent application 0 178 292 A2, Int. Cl. 4 : C 08 B 15/06 , Priority: 09.10.84).

In der Offenlegungsschrift DE 36 38 456 A1 werden Beispiele beschrieben, wie Carbamate, die aus Zuckern wie Glucose oder Lactose in einer Harnstoffschmelze entstehen, sich innerhalb von wenigen Sekunden bilden (Dieter Ekkehard Autenrieth, Ge­ schmolzener Harnstoff als Aufschlußmittel für lignocellulo­ sische Rohstoffe und als chemischer Reaktionspartner für die beim Aufschluß anfallenden Polyole oder für andere Polyole aus anderen Quellen, Offenlegungsschrift DE 36 38 456 A1, Int. Cl. 4: C 08 B 15/00, Anmeldetag: 11.11.86). Zucker wie z. B. Glucose enthalten eine halbacetalische OH-Gruppe, die zusammen mit dem C-Atom, an dem sie sitzt, nichts anderes darstellt als eine verborgene Aldehydgruppe - ein Aldehyd, an den sich zu­ nächst ein Molekül Wasser angelagert hat, wobei anschließend eine der durch Hydratisierung entstandenen vicinalen OH-Grup­ pen mit der alkoholischen OH-Gruppe am C-Atom in Position 5 des Glucosemoleküls unter Wasserabspaltung einen halbacetali­ schen Ring bildet, der stabil ist. Die übriggebliebene OH-Gruppe aus dem hydratisierten Aldehyd wird nun als halbacetalische OH-Gruppe bezeichnet.The published patent application DE 36 38 456 A1 describes examples of how carbamates, which are formed from sugars such as glucose or lactose in a urea melt, form within a few seconds (Dieter Ekkehard Autenrieth, Ge molten urea as a disintegrant for lignocellulosic raw materials and as a chemical Reaction partner for the polyols obtained during the digestion or for other polyols from other sources, published patent application DE 36 38 456 A1, Int. Cl. 4 : C 08 B 15/00, filing date: 11.11.86). Sugar such as B. glucose contain a semi-acetal OH group, which together with the carbon atom on which it is located is nothing more than a hidden aldehyde group - an aldehyde to which a molecule of water has first attached, after which one of the by Hydration resulting vicinal OH groups with the alcoholic OH group on the C atom in position 5 of the glucose molecule forms a semi-acetal ring with elimination of water, which is stable. The remaining OH group from the hydrated aldehyde is now called the semi-acetal OH group.

Auch Formaldehyd kann ein analoges Strukturelement ausbilden, z. B. dann, wenn Formaldehyd und Harnstoff miteinander rea­ gieren:
Formaldehyde can also form an analog structural element, e.g. B. if formaldehyde and urea react with each other:

H2N-CO-NH2 + O=CH2 → H2N-CO-N=CH2 + H2O
H 2 N-CO-NH 2 + O = CH 2 → H 2 N-CO-N = CH 2 + H 2 O

H2N-CO-N=CH2 + H-O-H → H2N-CO-NH-CH2OH.H 2 N-CO-N = CH 2 + HOH → H 2 N-CO-NH-CH 2 OH.

Es entsteht so ein Halbacetal, das verdeckten Formaldehyd dar­ stellt, aus dem Formaldehyd auch wieder freigesetzt werden kann (unerwünschte Reaktion beim Aushärten vom Harnstoff-Form­ aldehyd-Gopolymer, auf der das "Formaldehydproblem" beruht). Die Methylolgruppe enthält eine OH-Gruppe derselben Art wie z. B. im halbacetalischen Strukturelement des Glucosemoleküls, an das sich sehr schnell Isocyansäure addieren kann, was Voraussetzung für die technische Verwertbarkeit dieser Carba­ matbildung ist, wenn im binären System aus festem Harnstoff und Trägern von aziden OH-Gruppen in der heißen Presse Iso­ cyansäure derart schnell und erschöpfend abgefangen wird, daß dadurch die Zersetzung vom Harnstoff in erster Näherung einer thermodynamischen Kontrolle unterliegt, die durch das Massen­ wirkungsgesetz beschrieben wird.This creates a hemiacetal, the hidden formaldehyde from which formaldehyde can also be released can (undesirable reaction when curing urea form aldehyde copolymer on which the "formaldehyde problem" is based). The methylol group contains an OH group of the same kind as e.g. B. in the semi-acetal structural element of the glucose molecule, to which isocyanic acid can add up very quickly, which Prerequisite for the technical usability of this carba Mat formation is when in the binary system made of solid urea and carriers of acidic OH groups in the hot press Iso Cyanic acid is caught so quickly and exhaustively that thereby the decomposition of urea in a first approximation subject to thermodynamic control by mass effect law is described.

Mit Hilfe der Umsetzung von Zuckern in geschmolzenem Harn­ stoff als Modellreaktionen kann die Addition von Isocyansäure an alle möglichen aziden OH-Gruppen in der heißen Presse demon­ striert werden. Dies wird dadurch möglich, weil die zur Iso­ cyansäure äquimolekulare Menge Ammoniak, die bei der Zerset­ zung von Harnstoff freigesetzt wird, nicht einfach entweicht, sondern quantitativ in jeweiligen Destillat unter Toluol oder Xylol im Wasserabscheider aufgefangen und im betreffenden Des­ tillat durch Titrieren quantitativ erfaßt werden kann und auf Grund dieses glücklichen Umstandes zum Schlüssel für das Ver­ ständnis dieser Art von Umsetzung wird. Dazu kommt, daß die Reaktionsschmelzen mit Ammoniak gesättigt sind, der aus diesen ausgast, was bei jeder Umsetzung der Zucker in geschmolzenem Harnstoff dieselbe energetische Basis schafft, so daß das Aus­ maß der Zersetzung des Harnstoffs nur von der Konzentration der Isocyansäure im Reaktionsgemisch kontrolliert wird. Das Konzentrationsniveau der Isocyansäure in den Reaktionsschmel­ zen hat dieselbe Bedeutung wie die Stellung eines Ventils in einer Wasserleitung. Solange die Isocyansäure durch Addition an halbacetalische OH-Gruppen aufgezehrt wird und deswegen ihre Konzentration auf einem niedrigen Niveau gehalten wird, zersetzt sich Harnstoff, wobei Isocyansäure nachgeliefert wird. Ändert sich diese Situation im Verlauf der Umsetzung, hört die Zersetzung von Harnstoff auf, weil die Konzentration der Iso­ cyansäure in der Reaktionsschmelze ansteigt. Weil bei allen Umsetzungen der Zucker in geschmolzenem Harnstoff in erster Näherung tatsächlich ein derart einfaches und übersichtliches thermodynamisch kontrolliertes System vorliegt, können diese (außer der Umsetzung des Rohrzuckers) gedeutet werden.With the help of the conversion of sugars in melted urine The addition of isocyanic acid can serve as a model reaction to all possible acidic OH groups in the hot press demon be treated. This is possible because the Iso cyanic acid equimolecular amount of ammonia used in the decomposition release of urea, does not simply escape, but quantitatively in the respective distillate under toluene or Xylene caught in the water separator and in the Des tillat can be quantified by titration and on Because of this happy fact, the key to ver of this kind of implementation. In addition, the  Reaction melts are saturated with ammonia from this outgassing what every time the sugar is converted into melted Urea creates the same energetic basis, so that the end measured the decomposition of urea only by concentration the isocyanic acid is controlled in the reaction mixture. The Concentration level of isocyanic acid in the reaction melt zen has the same meaning as the position of a valve in a water pipe. As long as the isocyanic acid by addition is consumed on semi-acetal OH groups and therefore their concentration is kept at a low level, decomposes urea, with isocyanic acid being supplied later. If this situation changes in the course of the implementation, hear the Decomposition of urea because of the concentration of iso cyanic acid increases in the reaction melt. Because with everyone Reactions of sugar in molten urea in the first place Approximation is actually such a simple and clear thermodynamically controlled system, these can (except for the implementation of the cane sugar).

Während der ersten, leicht exothermen Reaktionsphase ist die Masse an ausgasendem Ammoniak, der mit den Destillaten in die Vorlage oder den Wasserabscheider getragen wird, direkt pro­ portional zur Masse an freigesetzter Isocyansäure bzw. zur Anzahl der Moläquivalente von unmittelbar zur Verfügung stehen­ der halbacetalischer OH-Gruppen, welche die Isocyansäure auf­ nehmen bzw. zur Masse an zersetztem Harnstoff.During the first, slightly exothermic reaction phase, the Mass of outgassing ammonia, which with the distillates in the Template or the water separator is worn, directly per proportional to the mass of released isocyanic acid or Number of mole equivalents of immediately available of the semi-acetal OH groups which the isocyanic acid on take or the mass of decomposed urea.

Wenn darüber hinaus Harnstoff in den Reaktionsschmelzen umge­ setzt wird, bedeutet dies, daß diese zusätzliche Masse an Harnstoff in intakter Form mit den Zuckermolekülen reagiert. Dies geschieht tatsächlich, was daran zu erkennen ist, daß in den Destillaten Wasser aus Kondensationsreaktionen und Form­ amid bzw. Ammoniumformiat enthalten sind. Mehr Carbamidsäure am Kühler ist dagegen darauf zurückzuführen, daß bei ausgedehn­ ten Reaktionszeiten von mehreren Stunden auch normale alkoho­ lische OH-Gruppen Isocyansäure addieren, wobei gleichzeitig auch mehr Ammoniak als erwartet im Destillat gefunden wird. If, in addition, urea is reversed in the reaction melts is set, this means that this additional mass Urea reacts intact with the sugar molecules. This actually happens, which can be seen from the fact that in the distillates water from condensation reactions and form amide or ammonium formate are included. More carbamic acid on the radiator, however, is due to the fact that at reaction times of several hours also normal alcohol lische OH groups add isocyanic acid, whereby at the same time more ammonia than expected is found in the distillate.  

Beispiel 2 (Nr. 2) Example 2 (No. 2)

Reaktionsbedingungen: 2½ Stunden unter kochendem p-Xylol.Reaction conditions: 2½ hours under boiling p-xylene.

Beispiel 3 (Nr. 3) Example 3 (No. 3)

Reaktionsbedingungen: 6½ Stunden unter kochendem p-Xylol.Reaction conditions: 6½ hours under boiling p-xylene.

Beispiel 4 (Nr. 4) Example 4 (No. 4)

Reaktionsbedingungen: 6 Stunden unter kochendem Toluol.Reaction conditions: 6 hours under boiling toluene.

Beispiel 5 (Nr. 5) Example 5 (No. 5)

Reaktionsbedingungen: 7½ Stunden unter kochendem p-Xylol.Reaction conditions: 7½ hours under boiling p-xylene.

Wie aus der folgenden Tabelle hervorgeht, wird bei der Umset­ zung von Monosacchariden und Disacchariden in geschmolzenem Harnstoff bei 100°-140°C in der Regel 1 Moläquivalent Ammoniak auf formal 5 OH-Gruppen im betreffenden Zucker frei­ gesetzt. 1 Mol Traubenzucker (Monosaccharid) ergibt 1 Mol Ammoniak, aber 1 Mol Milchzucker (Disaccharid) lediglich 1,6 Mole Ammoniak entsprechend den im Milchzucker enthaltenen 8 OH-Gruppen. Von diesem Befund weicht Beispiel 5 ab. Bei der Umsetzung des Rohrzuckers wird genau die Hälfte der Ammoniak­ menge erhalten wie beim Milchzucker.As can be seen from the following table, the implementation of monosaccharides and disaccharides in molten Urea at 100 ° -140 ° C usually 1 mole equivalent Ammonia formally released on 5 OH groups in the sugar concerned set. 1 mole of glucose (monosaccharide) gives 1 mole Ammonia, but 1 mole of milk sugar (disaccharide) only 1.6 Moles of ammonia corresponding to those contained in milk sugar 8 OH groups. Example 5 deviates from this finding. In the Implementation of the cane sugar is exactly half of the ammonia Get the same amount as with milk sugar.

Diese formale Betrachtungsweise zum Einstieg wird damit be­ gründet, daß schließlich Ammoniak nur übrigbleiben kann, wenn vorher Isocyansäure erzeugt und anschließend an OH-Gruppen addiert wird. Ohne Verbrauch von Isocyansäure hört die Zer­ setzung vom Harnstoff auf. Im Sorbit sind 6 OH-Gruppen, die tatsächlich in der Harnstoffschmelze 6 Moläquivalente Isocyan­ säure abfangen, wobei 6 Moläquivalente Ammoniak übrigbleiben, die als Masseverlust registriert werden, weil in diesem Bei­ spiel Ammoniak als Gas verloren geht; Beispiel 1.This formal approach to getting started is thus founds that ammonia can only be left if previously generated isocyanic acid and then on OH groups is added. The Zer hears without consuming isocyanic acid from urea. There are 6 OH groups in sorbitol actually 6 molar equivalents of isocyan in the urea melt trap acid, leaving 6 molar equivalents of ammonia, which are registered as loss of mass, because in this case play ammonia is lost as a gas; Example 1.

Die Spalten in der Tabelle 1 sind durchgehend nummeriert. Die Angaben in den so gekennzeichneten Spalten bedeuten:
Spalte 1: Beispiel, Nr. . . .
Spalte 2: Molmenge vom eingesetzten Zucker (MS bzw. DS) oder vom Zuckeralkohol Sorbit und Molmenge vom Harnstoff.
Spalte 3: Masse vom Destillat im Wasserabscheider in g.
Spalte 4: Dichte des wasserhellen Destillats; δ = g/cm3.
Spalte 5: Entstandener Ammoniak in g; als Masseverlust beim Sorbit bzw. im Destillat gelöst bei den Zuckern.
Spalte 6.: Entstandener Ammoniak in Mol; als Masseverlust beim Sorbit bzw. im Destillat enthalten bei den Zuckern.
Spalte 7: Ammoniak in % der erwarteten Menge; bei den Zuckern (MS bzw. DS) bezogen auf die in den Experimenten gefundenen Regel.
The columns in Table 1 are numbered consecutively. The information in the columns marked in this way means:
Column 1: Example, No. . .
Column 2: molar amount of the sugar used (MS or DS) or of the sugar alcohol sorbitol and molar amount of the urea.
Column 3: Mass of the distillate in the water separator in g.
Column 4: density of the water-white distillate; δ = g / cm 3 .
Column 5: Ammonia produced in g; as a loss of mass in the case of sorbitol or in the distillate dissolved in the sugars.
Column 6 .: Ammonia produced in moles; as a loss of mass in sorbitol or in the distillate contained in the sugars.
Column 7: ammonia in% of the expected amount; for sugars (MS or DS) based on the rule found in the experiments.

Tabelle 1 Table 1

Bei den Mono- und Disacchariden beruht der ganz andere Reak­ tionsverlauf im Vergleich zur Umsetzung von Sorbit in ge­ schmolzenem Harnstoff keineswegs darauf, daß die in den Sac­ chariden auch enthaltenen alkoholischen OH-Gruppen eine andere Reaktivität gegen Isocyansäure aufweisen würden; vielmehr be­ ruht der andersartige Reaktionsverlauf auf halbacetalischen und acetalischen Strukturelementen in den Sacchariden, mit denen die Umsetzungen beginnen und dann folgerichtig ihren Verlauf nehmen - ganz anders als beim Sorbit. Dabei ist der Unterschied im chemischen Verhalten der Aldosen und Ketosen nicht so ausgeprägt wie der zwischen gewöhnlichen Aldehyden und Ketonen. "Bemerkenswert ist die leichte Oxydierbarkeit von Hydroxylgruppen, die in α-Stellung zur Oxogruppe stehen. Daher wirken auch die Ketosen - im Gegensatz zu den Ketonen - redu­ zierend, d. h., der Unterschied im chemischen Verhalten der Aldosen und Ketosen ist nicht so ausgeprägt wie der zwischen Aldehyden und Ketonen". Aus diesem Grund werden Halbketale und Ketale nicht weiter von Halbacetalen und Acetalen unter­ schieden (vgl. Hans Beyer, Lehrbuch der organischen Chemie, 9. Aufl., S. 285, S. Hirzel Verlag LEIPZIG 1962).With the mono- and disaccharides, the completely different reak is based tion course compared to the conversion of sorbitol into ge molten urea in no way that the in the Sac Chariden also contained another alcoholic OH group Would have reactivity to isocyanic acid; rather be the different course of the reaction rests on semi-acetal and acetal structural elements in the saccharides, with to whom the implementation begins and then logically theirs Take course - very different from sorbitol. Here is the Difference in the chemical behavior of aldoses and ketoses not as pronounced as that between ordinary aldehydes and ketones. "The easy oxidizability of is remarkable Hydroxyl groups which are in the α-position to the oxo group. Therefore In contrast to the ketones, the ketoses also have a reduced effect ornamental, d. that is, the difference in chemical behavior of the Aldose and ketosis is not as pronounced as the one between Aldehydes and ketones ". For this reason semi-ketals and ketals no further from hemiacetals and acetals below divorced (see Hans Beyer, textbook of organic chemistry, 9th edition, p. 285, S. Hirzel Verlag LEIPZIG 1962).

"Bei den in der Lactolform vorliegenden Monosacchariden hat man grundsätzlich zwei funktionell verschiedene Hydroxyl­ gruppen, die glykosidischen (in Aldosen am C-Atom 1, in Ketosen am C-Atom 2) und die alkoholischen zu unterscheiden. Die glykosidische Verknüpfung zweier Zuckermolekeln zum Di­ saccharid ist daher in zweierlei Weise möglich: Einmal erfolgt der Wasseraustritt zwischen den beiden glykosidischen Hydro­ xylen (Bauprinzip 1) und zum anderen zwischen einem glykosi­ dischen und einem alkoholischen Hydroxyl (Bauprinzip 2). Im ersten Fall spricht man von der Dicarbonylverbindung und im zweiten von der Monocarbonylverbindung der Disaccharide. Beide Bauprinzipien, die am Beispiel des Rohr- und Milch­ zuckers veranschaulicht werden sollen, unterscheiden sich dadurch, daß ersterer nicht reduzierend, der zweite jedoch reduzieren wirkt" (Hans Beyer, Lehrbuch der organischen Chemie, wie oben, S. 304)."With the monosaccharides present in the lactol form basically two functionally different hydroxyl groups, the glycosidic (in aldoses at the C atom 1, in Distinguish ketoses at the C atom 2) and alcoholic ones. The glycosidic linkage of two sugar molecules to form the di Saccharide is therefore possible in two ways: once is done  the water leak between the two glycosidic hydro xylene (construction principle 1) and the other between a glycosi and an alcoholic hydroxyl (principle 2). in the in the first case one speaks of the dicarbonyl compound and im second from the monocarbonyl compound of the disaccharides. Both building principles, using the example of pipe and milk sugar to be illustrated differ in that the former is not reducing, but the second reduce works "(Hans Beyer, textbook of organic Chemistry, as above, p. 304).

In der mit Ammoniak gesättigten Harnstoffschmelze werden die Disaccharide unter Aufnahme von Ammoniak jeweils in zwei Mono­ saccharide gespalten. Für diese Ammonolyse muß zuerst 1 Mol­ äquivalent Ammoniak aufgebracht werden, um die acetalische Brücke zwischen den beiden Molekülhälften vom Disaccharid aufzuheben. Bei der Ammonolyse des Rohrzuckers (Bauprinzip 1) ist am Beginn der Umsetzung in geschmolzenem Harnstoff eine auffallend ausgedehnte Induktionsphase zu beobachten. Es dauert ca. 10 Minuten unter kochendem Xylol bis sich die an­ fänglich farblose Reaktionsschmelze dunkel verfärbt. Die In­ duktionsphase beim Rohrzucker ist deshalb die längste, ver­ glichen mit den Induktionsphasen bei allen anderen untersuch­ ten Zuckern, weil im intakten Rohrzucker keine halbacetalische OH-Gruppe vorhanden ist, die unmittelbar für die Addition von Isocyansäure zur Verfügung stehen würde, wie das bei der Um­ setzung des Milchzuckers (Bauprinzip 2) der Fall ist. Reim Milchzucker dauert die Induktionsphase nur wenige Sekunden, obwohl unter kochendem Toluol (Sdp. 110,6°C) statt unter kochendem p-Xylol (Sdp. 138,4°C) umgesetzt wird. Dies macht deutlich, daß bereits von intaktem Milchzucker in der Harn­ stoffschmelze Isocyansäure verbraucht wird und Ammoniak übrig­ bleibt, der dann ohne Verzögerung die Ammonolyse bewirkt.In the urea melt saturated with ammonia, the Disaccharides with the absorption of ammonia in two mono saccharide cleaved. For this ammonolysis, 1 mol equivalent ammonia to be applied to the acetal Bridge between the two halves of the disaccharide repeal. During the ammonolysis of cane sugar (construction principle 1) is one at the start of the reaction in molten urea remarkably extensive induction phase. It lasts about 10 minutes under boiling xylene until it turns on catchy colorless reaction melt darkened. The In The production phase for cane sugar is therefore the longest, ver Same with the induction phases in all other investigations ten sugars because there are no semi-acetal ones in the intact cane sugar OH group is present immediately for the addition of Isocyanic acid would be available, like the one at Um setting of milk sugar (building principle 2) is the case. rhyme Milk sugar lasts only a few seconds for the induction phase, although under boiling toluene (bp 110.6 ° C) instead of under boiling p-xylene (bp. 138.4 ° C) is reacted. This does clearly that already intact milk sugar in the urine melt isocyanic acid is consumed and ammonia is left remains, which then causes ammonolysis without delay.

Sobald die Disaccharide gespalten sind, reagieren die gebil­ deten Monosaccharide mit Isocyansäure bis alle halbacetalischen OH-Gruppen in Carbamatgruppen sich verwandelt haben. Damit ist die erste, nur wenige Sekunden bis Minuten dauernde Reak­ tionsphase beendet.As soon as the disaccharides are split, they react detects monosaccharides with isocyanic acid to all semiacetal OH groups have turned into carbamate groups. In order to  is the first reak that lasts only a few seconds to minutes tion phase ended.

Diese außerordentlich rasche Bildung von Carbamaten ist die Voraussetzung, daß Carbamate technisch als Formaldehydfänger, insbesondere bei der Sperrholz- und Spanplattenherstellung genutzt werden können. Beim Aushärten des Aminoplast-Klebers, was nur wenige Sekunden dauert, wird Formaldehyd freigesetzt, und in dieser kritischen Phase muß dieser am Ort seiner Ent­ stehung abgefangen werden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß innerhalb dieser kritischen Phase mit Carbamaten, die sich während der Aushärtung aus Verbindungen mit aziden OH-Gruppen und Isocyansäure bereitstellen lassen, freigesetz­ ter Formaldehyd sogleich abgefangen wird. Mono- und Disaccha­ ride mit halbacetalischen OH-Gruppen bzw. die rasch solche halbacetalischen OH-Gruppen bereitstellen können, aber auch Vollacetale reagieren schnell mit Isocyansäure und sind auf Grund rasch zur Verfügung stehender Carbamate als Formaldehyd­ fänger geeignet, wobei die bekannten Nachteile von intaktem Harnstoff als Formaldehydfänger vermieden werden. Geeignete Verbindungen werden mit Harnstoff als binäre Reaktionsgemische eingesetzt, die in der Hitze im richtigen Zeitpunkt die er­ forderlichen Carbamate bereitstellen.This extremely rapid formation of carbamates is the Prerequisite that carbamates technically as formaldehyde scavengers, especially in the production of plywood and chipboard can be used. When the aminoplast adhesive cures, what takes only a few seconds is released formaldehyde, and in this critical phase it must be at the place of its creation standing be intercepted. According to the invention, this becomes achieved that during this critical phase with carbamates, which are formed from compounds with acidic substances during the curing process Provide OH groups and isocyanic acid, released ter formaldehyde is immediately trapped. Mono and disaccha ride with semi-acetal OH groups or those quickly can provide semi-acetal OH groups, but also Full acetals react quickly with isocyanic acid and are on Because of quickly available carbamates as formaldehyde catcher suitable, the known disadvantages of intact Urea as a formaldehyde scavenger should be avoided. Suitable Compounds are made with urea as a binary reaction mixture used in the heat at the right time he provide required carbamates.

Die Carbamate der Monosaccharide verändern sich in der Harn­ stoffschmelze weiter. Am Beispiel der Umsetzung von D-Glucose in geschmolzenem Harnstoff wird der Ablauf der Eliminierung von Carbamidsäure, der Angriff von intaktem Harnstoff am Mono­ saccharidderivat und schließlich die Freisetzung von Formamid beschrieben, so daß die Menge vom Destillat erklärt ist.The carbamates of the monosaccharides change in the urine melt more. Using the example of the implementation of D-glucose in molten urea, the elimination process of carbamic acid, the attack of intact urea on the mono saccharide derivative and finally the release of formamide described so that the amount of distillate is explained.

Die Existenz von Carbamidsäure wird in Anlehnung an neue For­ schungsergebnisse (Johan K. Terlouw und Helmut Schwarz, Amgew. Chem. 99 (1987), 829-839) als erwiesen angesehen.The existence of carbamic acid is based on new For research results (Johan K. Terlouw and Helmut Schwarz, Amgew. Chem. 99 (1987), 829-839) as proven.

In Lösung und als Festkörper liegt D-Glucose als cyclisches Halbacetal, als Lactol vor und zwar zu 63% in der energetisch begünstigten β-D-Konfiguration und zu 37% als α-D-Glucopyra­ nose. Beide diastereomere D-Glucopyranosen stehen in Lösung wahrscheinlich über die offenkettige Aldehydform miteinander im Gleichgewicht. Sie sind mit der offenkettigen Aldehydform tautomer; man spricht von einer Oxo-cyclo-Tautomerie (vgl. Hans Beyer, Lehrbuch der organischen Chemie, wie oben, S. 294).In solution and as a solid, D-glucose is cyclic Hemiacetal, as lactol before and namely 63% in the energetic favored β-D configuration and 37% as α-D-glucopyra  nose. Both diastereomeric D-glucopyranoses are in solution probably through the open chain aldehyde form with each other in balance. They are with the open chain aldehyde form tautomer; one speaks of an oxo-cyclo-tautomerism (cf. Hans Beyer, Textbook of Organic Chemistry, as above, p. 294).

Die Umsetzung der D-Glucose in geschmolzenem Harnstoff erfolgt in Form von D-Glucopyranose. Sie wird dadurch eingeleitet, daß sich Isocyansäure an die azide halbacetalische OH-Gruppe in Position 1 addiert.The D-glucose is converted into molten urea in the form of D-glucopyranose. It is initiated by the fact that isocyanic acid attaches to the acidic semi-acetal OH group in Position 1 added.

In der Hitze wird Carbamidsäure eliminiert. Es handelt sich dabei um eine thermische cis-Eliminierung, die entsprechend der klassischen UGAEV-Reaktion abläuft. "Diese Pyrolyse ist eine monomolekulare Reaktion, sie verläuft jedoch im Gegensatz zur E1-Reaktion nicht über freie Ionen, sondern über einen cy­ clischen Übergangszustand, in dem Bindungsbruch und -bildung annähernd gleichzeitig erfolgen. Durch die Ringstruktur des Übergangszustandes ist gleichzeitig der sterische Verlauf als cis (syn-) Eliminierung festgelegt" (Autorenkollektiv, Organi­ kum, organisch-chemisches Grundpraktikum, Nachdruck der 15., überarbeiteten Aufl., S. 302-303, VEB deutscher Verlag der Wissenschaften BERLIN 1977).Carbamic acid is eliminated in the heat. It is about thermal cis elimination, which is appropriate the classic UGAEV reaction takes place. "This pyrolysis is a monomolecular reaction, but it is the opposite to the E1 reaction not via free ions, but via a cy clical transition state, in the bond breaking and formation occur almost simultaneously. Due to the ring structure of the Transition state is also the steric course as cis (syn-) elimination determined "(author collective, organi cum, basic organic-chemical internship, reprint of the 15th,  revised edition, pp. 302-303, VEB German publisher of Sciences BERLIN 1977).

Auf diese Weise entsteht aus β-D-Glucopyranosecarbamat zuerst ein Enol, das als vinyloges Halbacetal aufgefaßt werden kann, das im tautomeren Gleichgewicht mit der Keto-Form steht.In this way, β-D-glucopyranose carbamate emerges first an enol that can be thought of as a vinylogous hemiacetal, which is in tautomeric equilibrium with the keto form.

Mit der Ausbildung einer Carbonylgruppe kann der geschmolzene Harnstoff in intakter Form dort angreifen, wobei ein Moläqui­ valent Wasser freigesetzt wird.With the formation of a carbonyl group, the molten one Attack urea intact there, using one mole equi valent water is released.

In einer Reaktionsfolge, die mit einer AMADORI-Umlagerung be­ ginnt, wird Formamid abgespalten, wobei eine Keto-imino-Ver­ bindung übrigbleibt, die zu einem dunklen Harz polymerisiert (vgl. Hans Beyer, Lehrbuch der organischen Chemie, wie oben, S. 287-288). In a reaction sequence involving an AMADORI rearrangement starts, formamide is split off, a keto-imino ver bond remains, which polymerizes to a dark resin (cf. Hans Beyer, textbook of organic chemistry, as above, Pp. 287-288).  

Aus dem Enol, das mit der Keto-Verbindung sich im tautomeren Gleichgewicht befindet, wird Formamid abgespalten.From the enol that is tautomeric with the keto compound Formamide is split off.

Bei der Umsetzung der D-Glucose in geschmolzenem Harnstoff werden 78,45 g Destillat mit der Dichte δ = 1,104 g/cm3 auf­ gefangen. Davon sind 16,8 g als Ammoniak ermittelt worden. Der Rest besteht aus Wasser und Formamid; Sdp. 111°C bei 20 Torr; δ = 1,1334 g/cm3, von denen jeweils 1 Moläquivalent erwartet werden. Von der erwarteten Menge fehlen demnach 1,64 g = 2,05%. Außerdem sind im Kühler 60,85 g Carbamidsäure aussublimiert; das sind 99,68% von der erwarteten Menge. Diese experimentel­ len Befunde stützen die entwickelte Vorstellung vom Reaktions­ verlauf; vgl. Beispiel 2 und Tabelle 1 und 2. When the D-glucose is converted into molten urea, 78.45 g of distillate with a density of δ = 1.104 g / cm 3 are collected. 16.8 g of this have been determined as ammonia. The rest consists of water and formamide; Bp 111 ° C at 20 torr; δ = 1.1334 g / cm 3 , of which 1 mol equivalent are expected in each case. Accordingly, 1.64 g = 2.05% of the expected amount are missing. In addition, 60.85 g of carbamic acid are sublimed in the cooler; that's 99.68% of the expected amount. These experimental findings support the developed idea of the course of the reaction; see. Example 2 and Tables 1 and 2.

Beim Milchzucker in der Harnstoffschmelze gibt es keine ge­ dehnte erste Reaktionsphase wie beim Rohrzucker, weil nach der Addition von Isocyansäure an die halbacetalische OH-Gruppe im intakten Milchzucker 1 Moläquivalent übriggebliebener Ammoniak für die Ammonolyse von Anfang an zur Verfügung steht.With milk sugar in the urea melt there are no ge extended the first reaction phase as with cane sugar, because after the Addition of isocyanic acid to the semiacetal OH group in the intact milk sugar 1 mole equivalent of remaining ammonia is available for ammonolysis right from the start.

Gleichung 1, 2 und 3 zusammengezählt ergibt:
Adding up equations 1, 2 and 3 gives:

In der ersten Reaktionsphase bleibt kein Ammoniak übrig.No ammonia remains in the first reaction phase.

Wie D-Glucosecarbamat weiterreagiert, ist beschrieben worden.How D-glucose carbamate continues to react has been described.

Hinweise wie das D-Galaktosehalbaminal weiterreagiert, geben die experimentellen Daten, die gedeutet werden müssen.Provide information on how the D-galactose hemaminal continues to react the experimental data that must be interpreted.

Bei der Umsetzung von 1 Mol Milchzuckermonohydrat in geschmol­ zenem Harnstoff werden 135 g Destillat mit der Dichte δ = 1,140 g/cm3 im Wasserabscheider erhalten. Darin sind 26,96 g = 1,583 Mole Ammoniak enthalten. Wenn im Destillat außerdem noch 1 Mol­ äquivalent Wasser (18,016 g) und 2 Moläquivalente Formamid (90,08 g) nachgewiesen werden können, dann sind 135,056 g der erwarteten Menge erreicht. Die etwas erhöhte Dichte des erhal­ tenen Destillats im Vergleich zur Dichte van Formamid (δ = 1.1334 g/cm3) kann damit zusammenhängen, daß der Formamid (Sdp. 111°C bei 20 Torr) beim Abdestillieren im Toluol- Schlepper in Gegenwart von Wasser sich zersetzt, wobei Ameisensäure (δ = 1,220 g/cm3) bzw. Ammoniumformiat entsteht. Dadurch wird aber die durch Titrieren erfaßbare Menge an Ammoniak, die allein auf der Umsetzung von Milchzucker in ge­ schmolzenem Harnstoff stammt, kaum verändert, weil mit Methyl­ orange als Indikator titriert wird, dessen Umschlagsbereich zwischen pH 3,2-4,4 liegt, so daß sauer reagierendes Ammo­ niumformiat die Genauigkeit der Titration mit Salzsäure nicht beeinträchtigen kann.When 1 mol of milk sugar monohydrate is reacted in molten urea, 135 g of distillate with a density of δ = 1.140 g / cm 3 are obtained in a water separator. This contains 26.96 g = 1.583 moles of ammonia. If 1 mol equivalent of water (18.016 g) and 2 mol equivalents of formamide (90.08 g) can also be detected in the distillate, 135.056 g of the expected amount have been reached. The somewhat increased density of the distillate obtained compared to the density of formamide (δ = 1.1334 g / cm 3 ) can be related to the fact that the formamide (bp. 111 ° C at 20 torr) when distilling off in a toluene tractor in the presence of water decomposes, forming formic acid (δ = 1.220 g / cm 3 ) or ammonium formate. As a result, however, the amount of ammonia that can be determined by titration, which originates solely from the conversion of milk sugar into molten urea, is hardly changed, because titration is carried out with methyl orange as an indicator, whose turnover range is between pH 3.2-4.4, so that acidic ammonium formate cannot affect the accuracy of the titration with hydrochloric acid.

Ammoniumsalze sind in der Hitze flüchtig, wobei sie in der Gasphase als Ammoniak und undissoziierte Säure vorliegen.Ammonium salts are volatile in the heat, being in the Gas phase as ammonia and undissociated acid.

Entsprechend der kinetischen Gastheorie ist bei einer gegebe­ nen Temperatur der durchschnittliche Impuls von Molekülen unterschiedlicher Masse immer gleich; es gilt: I = m.v [g.cm/sec] = konst., d. h. die Diffusionsgeschwindigkeit v der Molekül­ sorten ist deren Masse umgekehrt proportional. Darauf beruht eine Methode zur Isotopentrennung von natürlichem Uran.According to the kinetic gas theory is given with one temperature is the average momentum of molecules different mass always the same; the following applies: I = m.v [g.cm/sec] = const., d. H. the diffusion rate v of the molecule varieties, their mass is inversely proportional. Based on it a method for the isotope separation of natural uranium.

Beim Beispiel 4 läßt sich auf diese Weise auch folgende Er­ scheinung erklären, was die Vorstellung vom Reaktionsablauf stützt: Beim Beispiel 4 wird am Kühlerende unter einem darüber befestigten Trichter mit einer Schlauchverbindung zu einer Wasserstrahlpumpe austretendes Gas abgesaugt. Im ablaufenden Wasser aus der Wasserstrahlpumpe ist von Anfang an nur wenig Ammoniak mit Indikatorpapier nachweisbar. Nach ca. 1 Stunde Kochen am Rückflußkühler zeigt das Indikatorpapier plötzlich einen sauren pH-Wert an, der bis pH ∼ 3,0 absackt, aber bald auf pH 4 und darüber klettert, jedoch nicht mehr über pH 7,0 bis zum Abbruch der Reaktion. Zuerst diffundiert der leichte Ammoniak (MG 17,032) aus dem Ammoniumformiat in der Gasphase aus dem Kühlerende heraus, dann folgt die schwere Ameisensäure (MG 46,03). Im Luftstrom erreichen beide Gase nacheinander die Wasserstrahlpumpe und verursachen scharfe Konzentrations­ spitzen im ablaufenden Wasser aus der Wasserstrahlpumpe, so daß deren Nachweis mit Indikatorpapier gelingt. In Example 4, the following Er can also be used in this way Apparently explain what the idea of the reaction process supports: In example 4 is at the end of the cooler below one attached funnel with a hose connection to one Water jet pump escaping gas. Im expiring Water from the water jet pump is little from the start Detectable ammonia with indicator paper. After about 1 hour Cooking on the reflux condenser suddenly shows the indicator paper an acidic pH that sinks to pH ∼ 3.0, but soon climbs to pH 4 and above, but no longer above pH 7.0 until the reaction is stopped. First the light diffuses Ammonia (MW 17.032) from the ammonium formate in the gas phase out of the cooler end, then the heavy formic acid follows (MG 46.03). In the air flow, both gases reach the one after the other Water jet pump and cause sharp concentration peak in the water flowing out of the water jet pump, see above that they can be proven with indicator paper.  

In Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden wird fol­ gender Reaktionsweg für D-Galaktosehalbaminal vorgeschlagen:In accordance with the experimental findings, fol Gender reaction pathway proposed for D-galactose hemaminal:

D-Galaktosehalbaminal reagiert mit intaktem Harnstoff, wobei 1 Moläquivalent Ammoniak freigesetzt wird.D-galactose hemaminal reacts with intact urea, whereby 1 molar equivalent of ammonia is released.

Das entsprechende, substituierte und dadurch stabilisierte, offenkettige Aldimin lagert sich in einer der AMADORI-Umlage­ rung analogen Reaktion um.The corresponding, substituted and thereby stabilized, open-chain aldimine is stored in one of the AMADORI levies analogue reaction.

Aus dem zur Ketoverbindung tautomeren Enol wird über einen 6-Ring-Mechanismus Formamid eliminiert.The enol tautomeric to the keto compound is converted into a 6-ring mechanism formamide eliminated.

Auf Grund der möglichen Tautomerie geht das Keto-aldimin in das geschlossene Keto-halbaminal über. Aus diesem wird ein azides Endiol zur Verfügung gestellt, das sogleich Isocyan­ säure addiert, wobei 1 Moläquivalent Ammoniak aus der zur Iso­ cyansäure entsprechenden Menge Harnstoff übrigbleibt.Due to the possible tautomerism, the keto-aldimin goes in the closed keto semi-aminal over. This becomes a provided acidic endiol, the immediately isocyan acid added, with 1 molar equivalent of ammonia from the Iso corresponding amount of urea remains.

Durch Ammonolyse entsteht Carbamidsäure und ein Enaminhalb­ aminal, wobei die soeben übrig gebliebene Menge Ammoniak ver­ braucht wird. Das Enaminhalbaminal steht mit dem entsprechen­ den Iminhalbaminal im tautomeren Gleichgewicht; beide können miteinander kondensieren, wobei 0,5 Moläquivalente Ammoniak freigesetzt werden.Ammonamic acid produces carbamic acid and an enamine half aminal, the amount of ammonia just left remaining is needed. The enamine half aminal stands with the correspond the imin hemiaminal in tautomeric equilibrium; both can condense with each other, with 0.5 molar equivalents of ammonia to be released.

Durch Aufnahme von 1 Moläquivalent Wasser kann schließlich im Kondensat die offenkettige Anordnung erreicht werden.By ingesting 1 molar equivalent of water, the Condensate the open chain arrangement can be achieved.

Nach dieser vielseitigen Reaktionsfolge, die sich der Ammono­ lyse von Milchzuckercarbamat in geschmolzenem Harnstoff an­ schließt, bleiben am Ende vom Milchzuckermonohydrat - außer dunklen harzigen Polymerisations- und Kondensationsprodukten als Rückstand - im Destillat 1,5 Moläquivalente Ammoniak, 1 Moläquivalent Wasser und 2 Moläquivalente Formamid, bzw. statt dem Wasser und 1 Moläquivalent Formamid, 1 Moläquivalent Ammoniumformiat übrig; zusammen 133,65 g. Am Kühler werden 2 Moläquivalente = 122,09 g Carbamidsäure erwartet.After this versatile reaction sequence, which the Ammono Lysis of milk sugar carbamate in melted urea closes, remain at the end of the milk sugar monohydrate - except dark resinous polymerization and condensation products as a residue - 1.5 mol equivalents of ammonia in the distillate, 1 molar equivalent of water and 2 molar equivalents of formamide, or instead of water and 1 mole equivalent of formamide, 1 mole equivalent Ammonium formate left; together 133.65 g. Be on the cooler 2 molar equivalents = 122.09 g of carbamic acid expected.

Im Destillat gefunden worden sind: 1,583 Moläquivalente = 26,96 g Ammoniak, 1 Moläquivalent Formamid und 1 Moläquivalent Ammoniumformiat; zusammen 135,06 g. Am Kühler sind 134,0 g = 2,195 Moläquivalente Carbamidsäure aussublimiert. The following were found in the distillate: 1.583 molar equivalents 26.96 g of ammonia, 1 mole equivalent of formamide and 1 mole equivalent Ammonium formate; together 135.06 g. The cooler has 134.0 g = 2.195 molar equivalents of carbamic acid sublimed.  

Der um 9,8% höheren Molmenge an Carbamidsäure im Kühler ent­ spricht gut eine um 5,5% höhere Molmenge an Ammoniak. Ein Fehlbetrag von 0,112 Moläquivalenten = 1,91 g Ammoniak ist plausibel erklärbar durch unvermeidlichen Verlust wegen Ab­ diffundieren von Ammoniakgas am Kühlerende. Mehr Carbamidsäure als erwartet macht deutlich, daß Addition von Isocyansäure an normale, wenig azide alkoholische OH-Gruppen, vergleichbar mit denjenigen im Sorbit, in untergeordnetem Ausmaß auch eintritt.The 9.8% higher molar amount of carbamic acid in the cooler ent speaks well a 5.5% higher molar amount of ammonia. A Shortage of 0.112 molar equivalents = 1.91 g of ammonia plausible explanation due to inevitable loss due to Ab diffuse ammonia gas at the end of the cooler. More carbamic acid than expected makes it clear that addition of isocyanic acid normal, slightly acidic alcoholic OH groups, comparable to those in sorbitol, to a lesser extent.

Analyse der Umsetzungen von Fruchtzucker und Rohrzucker in ge­ schmolzenem Harnstoff.Analysis of the conversions of fructose and cane sugar in ge melted urea.

Die D-Fructose ist nur in der ß-Konfiguration bekannt. Mit Isocyansäure bildet sie dementsprechend β-D-Fructosecarbamat, wobei 1 Moläquivalent Ammoniak übrigbleibt.The D-fructose is only known in the ß configuration. With Accordingly, isocyanic acid forms β-D-fructose carbamate, leaving 1 mole equivalent of ammonia.

Für die cis-Eliminierung von Carbamidsäure in einer UGAEV-Reaktion kann nur die CH2OH-Gruppe beansprucht werden; vgl. dazu die Analyse von Beispiel 2.Only the CH 2 OH group can be claimed for the cis elimination of carbamic acid in a UGAEV reaction; see. the analysis of example 2.

Dieses Fructosederivat trägt an der entstandenen Doppelbin­ dung eine azide OH-Gruppe, die als vinyloge halbacetalische OH-Gruppe aufgefaßt werden kann und dementsprechend addiert sie auch Isocyansäure.This fructose derivative contributes to the resulting double bin an acidic OH group that acts as a vinylogous semi-acetal OH group can be understood and added accordingly  they also use isocyanic acid.

Enole und Endiole sind Protonen-aktive Verbindungen, die sogar Salbe bilden wie z. B. die Ascorbinsäure. Enolester sind deshalb auch als gemischte Säureanhydride aufzufassen.Enols and endiols are proton-active compounds that even Form ointment such as B. ascorbic acid. Therefore, enol esters are also to be regarded as mixed acid anhydrides.

Zu den experimentellen Ergebnissen paßt gut eine Art AMADORI-Um­ lagerung des gebildeten sogenannten Enolesters, wobei die C=C-Doppelbindung die Rolle einer C=N-Doppelbindung wie in der klassischen AMADORI-Umlagerung übernimmt.A kind of AMADORI-Um goes well with the experimental results Storage of the so-called enol ester, the C = C double bond the role of a C = N double bond as in the classic AMADORI rearrangement.

Die Keto-Verbindung kondensiert mit Harnstoff, wobei 1 Mol­ äquivalent Wasser gebildet wird. Nach einer AMADORI-Umlagerung entsteht eine Verbindung, die in der Hitze Formamid als Frag­ ment abspaltet.The keto compound condenses with urea, 1 mol equivalent water is formed. After an AMADORI rearrangement creates a compound that formamide in the heat as Frag ment splits off.

Die Iminoverbindung stabilisiert sich zur Aminoverbindung - auch wieder in einer Art AMADORI-Umlagerung, so daß eine Ver­ bindung entsteht, die mit sich selbst kondensieren kann, wobei nach der Kondensation 1 Moläquivalent Wasser mehr vorhanden sein wird.The imino compound stabilizes to the amino compound - again in a kind of AMADORI rearrangement, so that a ver bond arises that can condense with itself, whereby after the condensation, 1 molar equivalent of water is present will be.

Damit haben die experimentellen Befunde im Beispiel 3 eine Er­ klärung gefunden (vgl. dazu Tabelle 1 und 2). Außer den 18,952 g = 1,113 Molen Ammoniak, der durch Titrieren ermittelt worden ist, werden 36,032 g = 2 Mole Wasser und 45,043 g = 1 Mol Form­ amid bzw. 18,016 g = 1 Mol Wasser und 63,059 g = 1 Mol Ammo­ niumformiat - zusammen 100,027 g erwartet. Tatsächlich haben sich als Destillat 97,0 g ergeben. Thus the experimental results in Example 3 have an Er clarification found (see Tables 1 and 2). Except for the 18.952 g = 1.113 moles of ammonia, which was determined by titration is 36.032 g = 2 moles of water and 45.043 g = 1 mole of form amide or 18.016 g = 1 mol water and 63.059 g = 1 mol Ammo nium formate - a total of 100.027 g expected. Actually have the distillate is 97.0 g.  

Die Umsetzung von Rohrzucker in geschmolzenem Harnstoff unter­ scheidet sich von den bisher beschriebenen Umsetzungen von Zuckern dadurch, daß vom Anfang an im Rohrzucker - im Disaccha­ rid nach Bauprinzip 1 (Dicarbonylverbindung der Disaccharide) keine halbacetalische OH-Gruppe zur Verfügung steht, die Iso­ cyansäure rasch abfangen könnte, wobei dann eine äquimolekulare Menge Ammoniak übrigbleiben würde.The implementation of cane sugar in melted urea under differs from the implementations described so far Sugaring in that from the beginning in cane sugar - in disaccha rid according to building principle 1 (dicarbonyl compound of the disaccharides) there is no semiacetal OH group available, the iso Could rapidly intercept cyanic acid, which then becomes an equimolecular Amount of ammonia would remain.

In einer Harnstoffschmelze reagiert Isocyansäure als Anion, das isosterisch mit dem gestreckten Kohlendioxidmolekül ist.In a urea melt, isocyanic acid reacts as an anion that isosteric with the stretched carbon dioxide molecule.

Das abgegebene Proton wird von Ammoniak aufgenommen (vgl. dazu
The proton released is taken up by ammonia (cf.

NH4 ⇄ H + NH3  pKS-Wert = 9,25
NH 4 ⇄ H + NH 3 pK S value = 9.25

F. Seel, Grundlagen der analytischen Chemie und der Chemie in wäßrigen Systemen, S. 331-332, Verlag Chemie GmbH, Weinheim/Bergstr. 1955), so daß in der Harnstoffschmelze zunächst Ammoniumisocyanat mit nur wenig Ammoniak im Gleichgewicht sich befindet. Das Isocyanatanion kann nun als Base seinerseits ein Proton aus einer Frotonen-aktiven OH-Gruppe (Säure) aufnehmen. Dies geht umso schneller, je azider eine solche OH-Gruppe ist. Aus diesem Grund reagieren halbacetalische OH-Gruppen (die zur Klasse der OH-Gruppen in Nachbarschaft von elektronegativen Gruppen gehören), OH-Gruppen in Enolen und Endiolen sowie phenolische OH-Gruppen leicht mit Isocyansäure.F. Seel, Fundamentals of Analytical Chemistry and Chemistry in aqueous systems, pp. 331-332, Verlag Chemie GmbH, Weinheim / Bergstr. 1955), so that initially in the urea melt Ammonium isocyanate with little ammonia in equilibrium located. The isocyanate anion can in turn be a base Pick up proton from a Frotonen-active OH group (acid). The quicker the more acidic such an OH group is. For this reason, semiacetal OH groups (which lead to Class of OH groups in the neighborhood of electronegatives Groups include), OH groups in enols and endiols as well phenolic OH groups easily with isocyanic acid.

Die Azidität von Alkoholen ist normalerweise sehr gering (Ethanol: KS ≈ 10-16; pKS = - log KS ≈ 16), aber in Nachbar­ schaft von elektronegativen Gruppen ist die Azidität wesent­ lich erhöht. "Beispielsweise sind in der Weinsäure HOOC-CHOH-CHOH-COOH infolge der Anhäufung von elektronegativen Sauerstoffatomen die Hydroxyl-Gruppen sauer genug, um mit Diazomethan methyliert zu werden, was bei normalen alkoholi­ schen Hydroxyl-Gruppen nicht möglich ist (H. A. Staab, Einfüh­ rung in die theoretische organische Chemie, Nachdr. 4. Aufl., S. 618, Verlag Chemie GmbH, Weinheim/Bergstr. 1966)".The acidity of alcohols is usually very low (ethanol: K S ≈ 10 -16 ; pK S = - log K S ≈ 16), but the acidity is significantly increased in the vicinity of electronegative groups. "For example, in tartaric acid HOOC-CHOH-CHOH-COOH, due to the accumulation of electronegative oxygen atoms, the hydroxyl groups are acidic enough to be methylated with diazomethane, which is not possible with normal alcoholic hydroxyl groups (HA Staab, introduction in theoretical organic chemistry, 4th edition, p. 618, Verlag Chemie GmbH, Weinheim / Bergstr. 1966) ".

Sobald sich im π- bzw. Ladungsübertragungskomplex zwischen der alkoholischen OH-Gruppe bzw. zwischen der mehr oder weniger aziden OH-Gruppe und dem Isocyanatanion das Alkoholatanion und Isocyansäure ausgebildet haben, greift das Alkoholatanion als Nucleophil am C-Atom der Isocyansäure an, die in ihren beiden mesomeren Grenzzuständen mit einer positiven Ladung am C-Atom erscheint und die in diesen Grenzzuständen als Carbeniumion formuliert wird.As soon as in the π or charge transfer complex between the alcoholic OH group or between the more or less azide OH group and the isocyanate anion, the alcoholate anion and Having formed isocyanic acid, the alcoholate anion acts as Nucleophile on the C atom of isocyanic acid, which in their two mesomeric limit states with a positive charge on the C atom appears and in these limit states as carbenium ion is formulated.

Unterschiede in der Azidität von primären, sekundären und ter­ tiären Alkoholen sind geringfügig. Daher kann nicht erwartet werden, daß das Isocyanatanion bei der Umsetzung von Rohrzucker in geschmolzenem Harnstoff an irgendeiner Stelle in diesem Di­ saccharid eine besonders azide OH-Gruppe bevorzugt angreifen würde, zumal im α-D-Glucopyranoserest alle daran sitzenden OH-Gruppen äquatorial am Pyranosering in der Sesselform ange­ ordnet sind; im β-D-Fructofuranoserest stehen die beiden darin vorkommenden sekundären OH-Gruppen in trans-Stellung zueinander und sind jeweils in trans-Stellung zu einer der beiden CH2OH-Gruppen angeordnet, so daß auch hier Gleichwertigkeit anzu­ nehmen ist.Differences in the acidity of primary, secondary and tertiary alcohols are minor. Therefore, it cannot be expected that the isocyanate anion would preferentially attack a particularly acidic OH group at any point in this disaccharide when converting cane sugar into molten urea, especially since all the OH groups attached to it in the α-D-glucopyranose radical are equatorial to the pyranose ring are arranged in the armchair shape; in the β-D-fructofuranose residue, the two secondary OH groups occurring therein are in the trans position to one another and are each arranged in the trans position to one of the two CH 2 OH groups, so that equivalence can also be assumed here.

Weil schon vor der Ammonolyse des Rohrzuckers uneinheitliches Rohrzuckercarbamat entsteht, ist die Deutung des Reaktionsver­ laufs bei der Umsetzung von Rohrzucker in geschmolzenem Harn­ stoff nicht möglich. Es können nur Besonderheiten, die mit dem Rohrzuckermolekül und den darin enthaltenen Monosaccharidhälf­ ten zusammenhängen, hervorgehoben werden. Because inconsistent even before ammonolysis of cane sugar Cane sugar carbamate is the interpretation of the reaction ver runs when converting cane sugar into melted urine fabric not possible. It can only be peculiarities with the Cane sugar molecule and the monosaccharide contained therein ten are highlighted.  

Es fällt auf, daß Rohrzucker in geschmolzenem Harnstoff nach 7,5 Stunden unter kochendem Xylol nur 13,51 g = 0,793 Moläqui­ valente Ammoniak in nur 58,1 g Destillat von besonders hoher Dichte (δ = 1,165 g/cm3) und 212,6 g = 3,483 Moläquivalente Carbamidsäure liefert; letztere repräsentieren die vorher ab­ reagierten Moläquivalente an Isocyansäure. Bei der Umsetzung ist Ammoniak verbraucht worden und fehlt in der unklar bleiben­ den stöchiometrischen Bilanz.It is striking that cane sugar in melted urea after 7.5 hours with boiling xylene only 13.51 g = 0.793 molar equivalents of ammonia in only 58.1 g of particularly high density distillate (δ = 1.165 g / cm 3 ) and 212, 6 g = 3.483 molar equivalents of carbamic acid; the latter represent the molar equivalents of isocyanic acid previously reacted. During the implementation, ammonia has been consumed and the stoichiometric balance remains missing.

Für die Ammonolyse ist 1 Moläquivalent Ammoniak in Rechnung zu stellen. Ein weiteres Moläquivalent Ammoniak kann in den Fruc­ toserest aufgenommen worden sein. Nach erfolgter Ammonolyse ist nämlich der nur im Glykosid beständige Fructofuranosering, der die eine Hälfte des Rohrzuckers darstellt, instabil gewor­ den und hat das Restreben, sich in den stabilen Fructopyranose­ ring umzulagern (Hans Reyer, Lehrbuch der organischen Chemie, wie oben, S. 297). Die zwangsläufige Ringöffnung der Fructo­ furanose im ammoniakalischen System kann der Grund dafür sein, daß 1 Moläquivalent Ammoniak mit der intermediär auftretenden Ketogruppe kondensiert, wobei ein offenkettiges Fructoseketimin und 1 Moläquivalent Wasser sich bilden.For the ammonolysis, 1 mol equivalent of ammonia is to be added put. Another mole equivalent of ammonia can be found in the Fruc toserest have been included. After ammonolysis is namely the fructofuranose ring that is only stable in the glycoside, which is half of the cane sugar has become unstable the and has the residual vine to become stable in the fructopyranosis ring rearrangement (Hans Reyer, textbook of organic chemistry, as above, p. 297). The inevitable ring opening of the fructo furanose in the ammoniacal system can be the reason that 1 mole equivalent of ammonia with the intermediate occurring Keto group condensed, being an open chain fructose ketimine and 1 mole equivalent of water is formed.

Wie nun das Ausmaß der Bildung von Formamid, der bei der Reak­ tion von intaktem Harnstoff mit den Monosaccharidderivaten als Folgeprodukt entsteht und in Form von Ammoniumformiat (aus Wasser und Formamid) für die hohe Dichte des Destillats ver­ antwortlich ist, mit der verhältnismäßig geringen Menge an Destillat zu vereinbaren ist, kann vorerst nicht plausibel erklärt werden.How now the extent of the formation of formamide, which in the Reak tion of intact urea with the monosaccharide derivatives as Subsequent product arises and in the form of ammonium formate (from Water and formamide) for the high density of the distillate is responsible with the relatively small amount of Distillate to be agreed may not be plausible for the time being be explained.

In der folgenden Tabelle 2 sind die tatsächlichen und die er­ warteten Ausbeuten von Ammoniak und Carbamidsäure, außerdem die erwarteten Mengen an Wasser und Formamid jeweils der er­ haltenen Menge an Destillat gegenübergestellt. Wasser und Form­ amid können auch teilweise in Form von Ammoniumformiat im Destillat vertreten sein, was besonders dann der Fall ist, wenn das betreffende Destillat eine relativ hohe Dichte auf­ weist.In Table 2 below, the actual and he awaited yields of ammonia and carbamic acid, as well the expected amounts of water and formamide each he compared amount of distillate. Water and form amide can also partially in the form of ammonium formate Distillate, which is especially the case if the distillate in question has a relatively high density  points.

Die Spalten in der Tabelle 2 sind durchgehend nummeriert. Die Angaben in den so gekennzeichneten Spalten bedeuten:
Spalte 1: Beispiel, Nr. . . .
Spalte 2: Molmenge vom eingesetzten Zucker (MS bzw. DS) oder vom Zuckeralkohol Sorbit und Molmenge vom Harnstoff.
Spalte 3: Masse vom Destillat im Wasserabscheider in g.
Spalte 4: Dichte des wasserhellen Destillats; δ = g/cm3.
Spalte 5: Entstandener Ammoniak in Mol (und g in Klammern); als Masseverlust registriert im Fall von Sorbit bzw. im Destillat durch Titrieren erfaßt bei den Zuckern.
Spalte 6: Auf Grund der Analyse vom Reaktionsverlauf erwartete Masse an Ammoniak in Mol (und g in Klammern).
Spalte 7: Im Kühler aussublimierte Masse an Carbamidsäure in Mol (und g in Klammern).
Spalte 8: Auf Grund der Analyse vom Reaktionsverlauf erwartete Masse an Carbamidsäure in Mol (und g in Klammern).
Spalte 9: Auf Grund der Analyse vom Reaktionsverlauf erwartete Masse an Wasser in Mol (und g in Klammern).
Spalte 10: Auf Grund der Analyse vom Reaktionsverlauf erwartete Masse an Formamid in Mol (und g in Klammern).
Spalte 11: Auf Grund der Analyse vom Reaktionsverlauf erwartete Masse an Destillat in g.
Spalte 12: Differenz Spalte 11 - Spalte 3 in g.
Spalte 13: Dunkler harziger Rückstand im Reaktionsgefäß in g.
Spalte 14: Gesamter Masseverlust in g, bezogen auf die in Spalte 2 angegebene Molmenge vom eingesetzten Zucker bzw. Zuckeralkohol. Die Monosaccharide D-Glucose und β-D-Fructopyranose sowie der Zuckeralkohol Sorbit sind in Wirklichkeit in der doppelten Menge als in dieser Tabelle angegeben, umgesetzt worden; das gleiche gilt dementsprechend für die Menge vom verwendeten Harnstoff in den Beispielen 1, 2 und 3.
The columns in Table 2 are numbered consecutively. The information in the columns marked in this way means:
Column 1: Example, No. . .
Column 2: molar amount of the sugar used (MS or DS) or of the sugar alcohol sorbitol and molar amount of the urea.
Column 3: Mass of the distillate in the water separator in g.
Column 4: density of the water-white distillate; δ = g / cm 3 .
Column 5: Ammonia produced in moles (and g in brackets); recorded as mass loss in the case of sorbitol or in the distillate by titration recorded in the sugars.
Column 6: Based on the analysis of the reaction course expected mass of ammonia in moles (and g in brackets).
Column 7: Mass of carbamic acid sublimed in the cooler in moles (and g in brackets).
Column 8: Based on the analysis of the course of the reaction expected mass of carbamic acid in moles (and g in brackets).
Column 9: Based on the analysis of the reaction course expected mass of water in moles (and g in brackets).
Column 10: Based on the analysis of the reaction course expected mass of formamide in moles (and g in brackets).
Column 11: Based on the analysis of the reaction course expected mass of distillate in g.
Column 12: Difference column 11 - column 3 in g.
Column 13: Dark resinous residue in the reaction vessel in g.
Column 14: Total loss of mass in g, based on the molar amount of the sugar or sugar alcohol used in column 2. The monosaccharides D-glucose and β-D-fructopyranose as well as the sugar alcohol sorbitol have actually been converted in twice the amount given in this table; the same applies accordingly to the amount of urea used in Examples 1, 2 and 3.

Beispiel 1example 1

Ansatz:
Zuerst werden 500 g einer ca. 75 gew.-%igen wäßrigen Sorbit­ lösung mit Toluol am Wasserabscheider gekocht, bis alles Wasser herausgetragen ist. Innerhalb von 3 Stunden werden so 138 g = 27,6% Wasser im Wasserabscheider aufgefangen.
Approach:
First, 500 g of an approximately 75% by weight aqueous sorbitol solution with toluene are boiled on a water separator until all the water has been removed. In this way, 138 g = 27.6% water is collected in the water separator within 3 hours.

Im Kolben bleiben 362 g = 1,987 Mol Sorbit; C6H14O6; MG 182,178 als leicht gelbe Schmelze zurück.362 g = 1.987 mol sorbitol remain in the flask; C 6 H 14 O 6 ; MG 182,178 as a slightly yellow melt.

Es werden nun 716,0 g = 11,922 Mole Harnstoff; H2N-CO-NH2; MG 60,059 zugesetzt und erhitzt bis alles zu einer gelben homoge­ nen Schmelze geworden ist. Dies dauert ca. 30 Minuten.There are now 716.0 g = 11.922 moles of urea; H 2 N-CO-NH 2 ; MG 60.059 added and heated until everything has turned into a yellow homogeneous melt. This takes about 30 minutes.

Zuerst wird noch in Toluol 1 Stunde am Rückflußkühler mit Wasserabscheider gekocht. Es scheiden sich nur wenige Tropfen eines schweren Destillats ab. Dann wird das Toluol durch Xylol ersetzt. Es wird dann bei ca. 140°C 4 Stunden lang weiterge­ kocht. Nach dieser Zeit hat die Ammoniakentwicklung fast voll­ ständig aufgehört.First, in the toluene for 1 hour with the reflux condenser Boiled water separator. Only a few drops separate heavy distillate. Then the toluene is replaced by xylene replaced. It is then continued at about 140 ° C for 4 hours cooks. After this time, the ammonia development is almost full constantly stopped.

Zwischenausbeuten: Im Kühler sind 144,8 g = 2,37 Mole Carbamid­ säure; HO-CO-NH2; MG 61,043 deponiert. Im Kolben sind 753,8 g eines vollkommen klaren, rotbraunen Öls zurückgeblieben.Intermediate yields: 144.8 g = 2.37 moles of carbamic acid in the cooler; HO-CO-NH 2 ; MG 61,043 deposited. 753.8 g of a perfectly clear, red-brown oil remain in the flask.

Es wird 2 Stunden in Xylol weitergekocht. Die Schmelze trübt sich ein und wird braun. Am Schluß steigen nur noch wenige Gas­ bläschen in der Schmelze auf. Die Ammoniakentwicklung hat prak­ tisch aufgehört.Cooking in xylene continues for 2 hours. The melt tarnishes and turns brown. In the end, only a few gas rises blow up in the melt. The development of ammonia is practical table stopped.

Im Kühler haben sich nochmals 23,0 g Carbamidsäure abgesetzt.Another 23.0 g of carbamic acid have settled in the cooler.

Ausbeuten:
167,8 g = 2,75 Mole Carbamidsäure.
717,5 g Sorbitpolyurethan als halbfester Honig.
192,7 g Masseverlust durch ausgasenden Ammoniak.
Exploit:
167.8 g = 2.75 moles of carbamic acid.
717.5 g sorbitol polyurethane as semi-solid honey.
192.7 g loss in mass due to outgassing ammonia.

Beispiel 2Example 2

Ansatz:
600,6 g = 10 Mole Harnstoff: H2N-CO-NH2; MG 60,059 werden voll­ ständig aufgeschmolzen. In der klaren wasserhellen Schmelze werden 360,32 g = 2 Mole D-Glucose; wasserfrei; C6H12O6; MG 180,16 aufgelöst. Die klare helle Reaktionsmischung wird mit p-Xylol; Sdp. 138°C überschichtet und dieses zum Kochen ge­ bracht. Die Reaktionsmischung wird gelb, dann tiefrot und schließlich rotbraun.
Approach:
600.6 g = 10 moles of urea: H 2 N-CO-NH 2 ; MG 60.059 are completely melted. In the clear, water-white melt, 360.32 g = 2 moles of D-glucose; anhydrous; C 6 H 12 O 6 ; MG 180.16 resolved. The clear, bright reaction mixture is mixed with p-xylene; Sp. 138 ° C overlaid and brought to a boil. The reaction mixture turns yellow, then deep red and finally reddish brown.

Nach dem Anspringen der Reaktion verläuft diese ziemlich heftig. Der ganze Kühlerbereich wird beansprucht, und ein Strom von schweren wasserhellen Tropfen sinkt im Wasserabscheider durch das vorgelegte p-Xylol ab. Es entweicht jedoch kaum Ammoniak, so daß das Kühlerende mit einer lose aufliegenden Kappe abge­ deckt werden kann. Nach ca. 2,5 Stunden Kochen fängt das rot­ braune Harz im Kolben zu schäumen an. Zu diesem Zeitpunkt hat die Abscheidung vom Destillat im Wasserabscheider fast aufge­ hört, und es wird abgebrochen.After the reaction starts, the reaction is quite violent. The entire cooler area is occupied, and a current of heavy water-colored drops sink through in the water separator the submitted p-xylene. However, hardly any ammonia escapes, so that the radiator end abge with a loose cap can be covered. After about 2.5 hours of cooking, it begins to turn red to foam brown resin in the flask. At this time the separation of the distillate in the water separator almost opened hears and it is canceled.

Ausbeuten:
121,7 g = 1,994 Mole Carbamidsäure als Sublimat im Kühler.
Exploit:
121.7 g = 1.994 moles of carbamic acid as sublimate in the cooler.

156,9 g einer schweren wasserhellen Flüssigkeit; δ = 1,104 g/cm3, die Ammoniak in Lösung enthält, haben sich im Wasserab­ scheider angesammelt. 307 mg davon verbrauchen beim Titrieren mit n/10 HCl gegen Methylorange als Umschlagsindikator 38,6 ml n/10 HCl (f = 1,7032 mg/ml). Demnach enthalten 156,9 g Destil­ lat 33,6 g = 21,415% Ammoniak; NH3; MG 17,032.156.9 g of a heavy water-white liquid; δ = 1.104 g / cm 3 , which contains ammonia in solution, have accumulated in the water separator. When titrated with n / 10 HCl against methyl orange, 307 mg of this consume 38.6 ml of n / 10 HCl (f = 1.7032 mg / ml) as a change indicator. Accordingly, 156.9 g of distillate contain 33.6 g = 21.415% ammonia; NH 3 ; MG 17.032.

Im Kolben bleiben 671,9 g dunkles zähes Harz zurück.671.9 g of dark viscous resin remain in the flask.

In der Massenbilanz fehlen 10,42 g.The mass balance is 10.42 g missing.

Beispiel 3Example 3

Ansatz:
6.00,6 g = 10 Mole Harnstoff; H2N-CO-NH2; MG 60,059 werden voll­ ständig aufgeschmolzen. In der klaren wasserhellen Schmelze werden 360,32 g = 2 Mole wasserfreie D(-)-Fructose; C6H12O6; MG 180,16 aufgelöst. Die anfänglich gelbe Reaktionsmischung wird schnell tiefrot, dann rotbraun. Mit p-Xylol; Sdp. 138°C wird überschichtet, dann wird am Rückflußkühler mit Wasserab­ scheider gekocht.
Approach:
6.00.6 g = 10 moles of urea; H 2 N-CO-NH 2 ; MG 60.059 are completely melted. In the clear, water-bright melt, 360.32 g = 2 moles of anhydrous D (-) - fructose; C 6 H 12 O 6 ; MG 180.16 resolved. The initially yellow reaction mixture quickly turns deep red, then reddish brown. With p-xylene; Sp. 138 ° C is covered, then is boiled in a reflux condenser with Wasserab.

In den ersten 5 Minuten nach dem Anspringen der Reaktion muß die Heilung abgeschaltet werden, denn die Reaktion ist derart heftig, daß die volle Kühlerkapazität beansprucht wird und Destillat am Kühlerende auszutreten droht. Es entweicht dabei kaum Ammoniak, so daß mit einer lose aufliegenden Kappe das Kühlerende abgedeckt werden kann.In the first 5 minutes after the reaction has started  the healing should be turned off because the reaction is like that violent that the full radiator capacity is used and Distillate at the cooler end threatens to leak. It escapes hardly any ammonia, so that with a loosely placed cap Cooler end can be covered.

Nach 4,5 Stunden geht kein schweres farbloses Destillat mehr über. Es wird trotzdem noch 2 Stunden weitergekocht, wobei zum Schluß das dunkle Produkt im Kolben zu schäumen beginnt. Nach insgesamt 6,5 Stunden Kochen wird abgebrochen.After 4.5 hours, no heavy, colorless distillate is left about. It is still cooked for 2 more hours, with the Finally the dark product begins to foam in the flask. To A total of 6.5 hours of cooking is stopped.

Ausbeuten:
Im Kühler und an der aufliegenden Kappe haben sich 170,5 g = 2,793 Mole Carbamidsäure; HO-CO-NH2; MG 61,043 abgesetzt.
Exploit:
There are 170.5 g = 2.793 moles of carbamic acid in the cooler and on the cap; HO-CO-NH 2 ; MG 61,043 discontinued.

Aus dem Wasserabscheider können 194,0 g schweres wasserhelles Destillat; δ = 1,1496 g/cm3 abgelassen werden. Eine Probe von 333 mg vom Ammoniak-haltigen Destillat verbrauchen beim Titrie­ ren mit n/10 HCl gegen Methylorange als Umschlagsindikator 38,2 ml n/10 HCl., das entspricht 65,06224 mg NH3 (f = 1,7032 mg/l). 194,0 g Destillat enthalten somit 37,904 g = 19,54% Ammoniak; NH3; MG 17,032.194.0 g of water-white distillate can be removed from the water separator; δ = 1.1496 g / cm 3 can be drained. A sample of 333 mg of ammonia-containing distillate consumes 38.2 ml of n / 10 HCl when titrating with n / 10 HCl against methyl orange as a change indicator, which corresponds to 65.06224 mg NH 3 (f = 1.7032 mg / l ). 194.0 g of distillate thus contain 37.904 g = 19.54% ammonia; NH 3 ; MG 17.032.

Im Kolben bleiben 604,5 g dunkles zähes Harz zurück, das noch Spuren von Xylol enthält.604.5 g of dark viscous resin remain in the flask Contains traces of xylene.

Beispiel 4Example 4

Ansatz:
480,5 g = 8 Mole Harnstoff; H2N-CO-NH2; MG 60,059 werden teil­ weise aufgeschmolzen. Dann werden 360,3 g = 1 Mol Lactosemono­ hydrat; C12H22O11.H2O; MG 360,32, die auf dem Harnstoff aufge­ häuft worden sind, mit dem Aufgeschmolzenen verrührt. Schließ­ lich entsteht so für kurze Zeit eine nur leicht gelb gefärbte, klare, leicht bewegliche Schmelze, die dann plötzlich sich sehr schnell über Rotbraun nach Dunkelbraun verfärbt.
Approach:
480.5 g = 8 moles of urea; H 2 N-CO-NH 2 ; MG 60.059 are partially melted. Then 360.3 g = 1 mol of lactose monohydrate; C 12 H 22 O 11 .H 2 O; MG 360.32, which have been piled up on the urea, mixed with the melted. Ultimately, this creates a slightly yellow, clear, easily movable melt that suddenly changes color very quickly from reddish brown to dark brown.

Mit Toluol; Sdp. 110,6°C wird überschichtet und zum Kochen ge­ bracht. Von Anfang an scheidet sich eine farblose schwere Flüs­ sigkeit ab, die sich im Wasserabscheider sammelt. Es entweicht nur wenig Ammoniak, der am Kühlerausgang unter einem Trichter, der über einen Schlauch mit einer Wasserstrahlpumpe verbunden ist, abgesaugt wird. Nach ca. 1 Stunde Kochen zeigt das Indi­ katorpapier, angefeuchtet mit ablaufendem Wasser aus der Was­ serstrahlpumpe sogar einen sauren pH-Wert an; pH ∼ 3! Der pH-Wert klettert aber bald auf pH 4 und darüber, aber nicht mehr über pH 7 wie am Anfang.With toluene; Sp 110.6 ° C is covered and ge for cooking brings. A colorless, heavy river separates from the start liquid that collects in the water separator. It escapes only a little ammonia, which is at the cooler outlet under a funnel, which is connected to a water jet pump via a hose  is suctioned off. After about 1 hour of cooking, the indi shows kator paper, moistened with running water from the Was jet pump even has an acidic pH value; pH ∼ 3! The pH soon climbs to pH 4 and above, but no more above pH 7 as at the beginning.

Im Kühler entsteht ein dicker Belag aus Carbamidsäure, die im kalten Bereich aussublimiert. Zuletzt muß mit einem Holzspan der Kühler an einer Stelle offengehalten werden, um zu vermei­ den, daß sich in einer dicht gewordenen Apparatur Überdruck aufbaut.A thick coating of carbamic acid is formed in the cooler cold area sublimed. Lastly, with a wood chip the cooler should be kept open in one place to avoid that that there is overpressure in an apparatus that has become dense builds up.

Nachdem sich im Wasserabscheider praktisch kein Produkt mehr ansammelt, wird die Reaktion abgebrochen; Kochzeit 6 Stunden.After there is practically no product left in the water separator accumulates, the reaction is stopped; Cooking time 6 hours.

Ausbeuten:
Im Wasserabscheider haben sich 135,0 g einer wasserhellen Flüs­ sigkeit, die viel Ammoniak in Lösung enthält, angesammelt; δ = 1,140 g/cm3. Durch Titrieren mit n/10 HCl fegen Methylorange als Umschlagsindikator werden in 464 mg vom Destillat 92,65 mg NH3 festgestellt (1,7032 mg/ml × 54,4 ml = 92,65 mg). Das Destillat enthält 19,97% Ammoniak; NH3; MG 17,032.
Exploit:
135.0 g of a water-bright liquid that contains a lot of ammonia in solution have accumulated in the water separator; δ = 1.140 g / cm 3 . By titrating with n / 10 HCl sweeping methyl orange as a change indicator, 92.65 mg of NH 3 are found in 464 mg of the distillate (1.7032 mg / ml × 54.4 ml = 92.65 mg). The distillate contains 19.97% ammonia; NH 3 ; MG 17.032.

Im Kühler werden 134,0 g = 2,1952 Mole Carbamidsäure; HO-CO-NH2; MG 61,043 ausgewogen.134.0 g = 2.1952 moles of carbamic acid; HO-CO-NH 2 ; MG 61.043 balanced.

Nach dem Abdekantieren vom Toluol und Trocknen bei 100°C er­ geben sich 573,5 g eines rotbraunen Harzes, das bei 100°C noch fließfähig ist. Im Trockenschrank wird dieses Harz bei 100°C in ein Becherglas umgegossen, was mehrere Stunden dau­ ert; Endgewicht vom Harz: 567,0 g; Gesamtverlust: 4,79 g.After decanting from toluene and drying at 100 ° C give 573.5 g of a red-brown resin, which at 100 ° C. is still flowable. This resin is in the drying cabinet Poured 100 ° C into a beaker, which takes several hours ert; Final resin weight: 567.0 g; Total loss: 4.79 g.

Beispiel 5Example 5

Ansatz:
480,5 g = 8 Mole Harnstoff; H2N-CO-NH2; MG 60,059 werden voll­ ständig aufgeschmolzen. Dann werden 342,3 g = 1 Mol Saccharose; C12H22O11; MG 342,30 mit der Schmelze verrührt, wobei eine wasserhelle, klare, leicht bewegliche Reaktionsschmelze ent­ steht. Mit p-Xylol; Sdp. 138°C wird überschichtet, dann wird am Rückflußkühler mit Wasserabscheider gekocht. Die Reaktions­ schmelze verfärbt sich allmählich über Gelb und Orange nach Tiefrot innerhalb von 10 Minuten Kochen. Nach 10 Minuten Kochen beginnt die kontinuierliche Abscheidung von farblosen Tropfen, die in den Wasserabscheider absinken. Es entweicht kaum Ammo­ niak, deshalb wird der Kühlerausgang mit einer lose aufliegen­ den Kappe abgedeckt.
Approach:
480.5 g = 8 moles of urea; H 2 N-CO-NH 2 ; MG 60.059 are completely melted. Then 342.3 g = 1 mol of sucrose; C 12 H 22 O 11 ; MG 342.30 stirred with the melt, resulting in a water-bright, clear, easily movable reaction melt ent. With p-xylene; Sp. 138 ° C is covered, then boiled on a reflux condenser with a water separator. The reaction melt gradually changes color to yellow and orange after deep red boiling within 10 minutes. After 10 minutes of boiling, the continuous separation of colorless drops begins, which sink into the water separator. Hardly any ammonia escapes, so the radiator outlet is covered with a loose cap.

Nach 3,5 Stunden Kochen wird unterbrochen, weil der Kühler fast vollständig mit Carbamidsäure blockiert ist.After 3.5 hours of cooking is interrupted because the cooler is almost is completely blocked with carbamic acid.

Zwischenausbeuten:
45,9 g wasserhelles Destillat im Wasserabscheider.
Intermediate yields:
45.9 g water-clear distillate in a water separator.

164,3 g = 2,69 Mole HO-CO-NH2; MG 61,043 werden im Kühler aus­ gewogen.164.3 g = 2.69 moles HO-CO-NH 2 ; MG 61.043 are weighed out in the cooler.

Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das p-Xylol vom dunk­ len Harz abgegossen. Mit Preßluft wird getrocknet. Es bleiben im Kolben 574,8 g dunkles Harz.After cooling to room temperature, the p-xylene from the dunk poured resin. It is dried with compressed air. It stays 574.8 g of dark resin in the flask.

Es wird wiederum 4 Stunden lang in p-Xylol weitergekocht. Im Kühler setzen sich nochmals 48,3 g Carbamidsäure ab. Nach ins­ gesamt 7,5 Stunden Kochen in p-Xylol wird abgebrochen.It is again boiled in p-xylene for 4 hours. in the A further 48.3 g of carbamic acid are deposited in the cooler. After ins A total of 7.5 hours of boiling in p-xylene is stopped.

Ausbeuten:
212,6 g = 3,483 Mole Carbamidsäure als Sublimat im Kühler.
Exploit:
212.6 g = 3.483 moles of carbamic acid as sublimate in the cooler.

58,1 g wasserhelles Destillat; δ = 1,1645 g/cm3 im Wasserab­ scheider. 337 mg vom Destillat verbrauchen beim Titrieren mit n/10 HCl gegen Methylorange als Umschlagsindikator 46,0 ml n/10 HCl = 78,3472 mg NH3 (f = 1,7032 mg/ml). 58,1 g Destillat ent­ halten demnach 13,51 g = 23,25% Ammoniak; NH3; MG 17,032. Im Kolben bleibt ein schaumiges, rotbraunes, sprödes, gut wasserlösliches Harz zurück. Es läßt sich nicht genau aus­ wiegen, weil in den Hohlräumen p-Xylol eingeschlossen bleibt. Das Harz wird deshalb in 450 g Wasser aufgelöst; Lösung 984,7 g. 3,958 g dieser Lösung verlieren beim Trocknen 1,828 g = 46,185% Wasser. Die Lösung enthält 53,8% Festharz und 984,7 g Lösung 529,92 g Festharz. In der Massenbilanz ergibt sich ein Defizit von 22,18 g. 58.1 g water white distillate; δ = 1.1645 g / cm 3 in the water separator. 337 t of the distillate use 46.0 ml n / 10 HCl = 78.3472 mg NH 3 (f = 1.7032 mg / ml) when titrating with n / 10 HCl against methyl orange as a change indicator. Accordingly, 58.1 g of distillate contain 13.51 g = 23.25% ammonia; NH 3 ; MG 17.032. A foamy, red-brown, brittle, readily water-soluble resin remains in the flask. It cannot be weighed out precisely because p-xylene remains trapped in the cavities. The resin is therefore dissolved in 450 g of water; Solution 984.7 g. 3.958 g of this solution lose 1.828 g = 46.185% water on drying. The solution contains 53.8% solid resin and 984.7 g solution 529.92 g solid resin. The mass balance shows a deficit of 22.18 g.

Harnstoff-Formaldehyd-Copolymer Kleber hat den Vorteil, daß er unschlagbar preiswert ist und wegen seiner besonders raschen Aushärtung in der Hitze im Vergleich mit andersartigen Klebern kurze Taktzeiten beim Betrieb z. B. von Spanplattenpressen erlaubt.Urea-formaldehyde copolymer adhesive has the advantage that it is unbeatably inexpensive and because of its particularly quick Curing in the heat compared to other types of glue short cycle times during operation e.g. B. chipboard presses allowed.

Beim Aushärten von Harnstoff-Formaldehyd-Copolymer Kleber wird allerdings Formaldehyd freigesetzt.When curing urea-formaldehyde copolymer adhesive becomes however released formaldehyde.

Mit Hilfe eines binären Reaktionsgemisches läßt sich nun ein wirkungsvoller Formaldehydfänger vorbereiten, der zeitgleich mit der Freisetzung von unerwünschtem Formaldehyd gebildet wird und diesen, sonst als Verlust zu verbuchenden Formaldehyd in wertvolle Methylolgruppen überführt, die wie alle übrigen Methylolgruppen mit alkoholischen OH-Gruppen, vor allem im Celluloseanteil vom Substrat Ätherbrücken bilden und der auf diese Weise sogar zur Klebekraft beiträgt.With the help of a binary reaction mixture one can now Prepare effective formaldehyde scavenger at the same time formed with the release of unwanted formaldehyde and this formaldehyde, which can otherwise be booked as a loss converted into valuable methylol groups, which like all the others Methylol groups with alcoholic OH groups, especially in Cellulose share of the substrate form ether bridges and the on this way even contributes to the adhesive force.

Ein solches binäres Reaktionsgemisch besteht aus festem Harn­ stoff, der von der anderen Komponente, dem Träger von aziden OH-Gruppen räumlich getrennt bleibt, solange bis sich der Harn­ stoff in der Hitze beim Pressen des beleimten Substrats zer­ setzt, wobei Isocyansäure bzw. Ammoniumisocyanat entsteht - der aktive Reaktionspartner, der mit den aziden OH-Gruppen auf der anderen Komponente wie oben ausgeführt innerhalb ganz kurzer Zeit (wenige Sekunden; abhängig von der Azidität der OH-Gruppen) Carbamate bildet, die dann ihrerseits mit freige­ setztem Formaldehyd reagieren und Methylolgruppen erzeugen und auf diese Weise den unerwünschten Formaldehyd sogar nutzbrin­ gend eliminieren.Such a binary reaction mixture consists of solid urine substance derived from the other component, the carrier of azides OH groups remains spatially separated until the urine Dissolve the fabric in the heat when pressing the glued substrate sets, producing isocyanic acid or ammonium isocyanate - the active reactant that with the acidic OH groups the other component as stated above within whole short time (a few seconds; depending on the acidity of the OH groups) forms carbamates, which in turn release them reacted formaldehyde and generate methylol groups and in this way the undesirable formaldehyde is even useful eliminate them.

Binäre Reaktionsgemische, die alle festen Harnstoff als die eine Komponente enthalten, lassen sich dadurch herstellen, daß fester Harnstoff mit den Trägern von aziden OH-Gruppen ver­ mischt wird, so daß in der Mischung 2 Phasen erhalten bleiben, von denen eine festen Harnstoff darstellt. Fester Harnstoff kann z. B. mit Mono- und Disacchariden mit halbacetalischen OH-Gruppen und anderen Trägern von OH-Gruppen in Nachbarschaft von elektronegativen Gruppen wie Weinsäure oder Citronensäure, aber auch mit Milchsäure auf Kieselgur oder Kieselgel und ande­ ren geeigneten α-Hydroxycarbonsäuren mit oder ohne inerten Trä­ ger, aber auch z. B. mit Chloralhydrat; Smp. 57°C, Chloralhalb­ acetal und Chloralammoniak, die alle typische Vertreter von Trägern azider OH-Gruppen in Nachbarschaft von elektronegativen Gruppen darstellen, vermischt werden.Binary reaction mixtures, all solid urea than that contain a component can be manufactured by that solid urea ver with the carriers of acidic OH groups is mixed so that 2 phases remain in the mixture, one of which is solid urea. Solid urea  can e.g. B. with mono- and disaccharides with semiacetal OH groups and other carriers of OH groups in the neighborhood of electronegative groups such as tartaric acid or citric acid, but also with lactic acid on kieselguhr or silica gel and others suitable α-hydroxycarboxylic acids with or without inert carriers ger, but also z. B. with chloral hydrate; Mp 57 ° C, chloral half acetal and chloralammoniak, all typical representatives of Carriers of acidic OH groups in the vicinity of electronegatives Represent groups, be mixed.

Weitere binäre Reaktionsgemische können aus festem Harnstoff und geeigneten β-Dicarbonylverbindungen wie Acetessigester oder Acetylaceton auf einem inerten Träger zusammengestellt werden. Solche β-Dicarbonylverbindungen enthalten im tautomeren Gleich­ gewicht stets mehr oder weniger Enol mit einer aziden OH-Gruppe (vgl. dazu Hans Henecka, Chemie der Beta-Dicarbonylverbindungen, Organische Chemie in Einzeldarstellungen, herausgegeben von Hellmut Bredereck und Eugen Müller, Springer Verlag BERLIN, GÖTTINGEN, HEIDELBERG 1950).Other binary reaction mixtures can be made from solid urea and suitable β-dicarbonyl compounds such as acetoacetic ester or Acetylacetone can be put together on an inert support. Such β-dicarbonyl compounds contain tautomeric equations always weighs more or less enol with an acidic OH group (see also Hans Henecka, chemistry of beta-dicarbonyl compounds, Organic chemistry in detail, published by Hellmut Bredereck and Eugen Müller, Springer Verlag BERLIN, GÖTTINGEN, HEIDELBERG 1950).

Ohne Schwierigkeiten kann fester Harnstoff mit einem Endiol wie L(-)-Ascorbinsäure zum binären Reaktionsgemisch zusammenge­ stellt werden, als Beispiel für einen Vertreter von α-Hydroxy­ carbonylverbindungen, die auch als Reduktone bzw. Reduktonate bezeichnet werden, weil sie nur im alkalischen Medium reduzie­ rend wirken.Solid urea can be mixed with an endiol such as without difficulty L (-) - ascorbic acid together to form the binary reaction mixture as an example of a representative of α-hydroxy carbonyl compounds, also called reductones or reductonates can be called, because they reduce only in the alkaline medium have an effect.

Azide OH-Gruppen sind auch in Phenolen zu finden. Diese addie­ ren ebenfalls Isocyansäure, genauso wie sie sich mit Diazo­ methan methylieren lassen. Solche phenolische OH-Gruppen kom­ men in Ligninen und Ligninabbauprodukten und Ligninbauelemen­ ten vor, die sich mit festem Harnstoff ebenfalls zu binären Reaktionsmischungen oder -systemen kombinieren lassen.Azide OH groups can also be found in phenols. This addie also isocyanic acid, just like they do with diazo Let methane methylate. Such phenolic OH groups com in lignins and lignin degradation products and lignin building elements proposed to also binary with solid urea Have reaction mixtures or systems combined.

Allen diesen binären Reaktionsmischungen oder -Systemen ist eines gemeinsam: Sie liefern erst in der Hitze Carbamate, wobei die notwendige Temperatur auch unterhalb vom Schmelzpunkt des reinen Harnstoffs liegen kann, weil beim "verunreinigten" Harn­ stoff der normale Schmelzpunkt von 135°C in gesetzmäßiger Weise entsprechend dem Grad der "Verunreinigung" stark herab­ gesetzt sein kann. Bevor die Carbamatbildung einsetzt, sintert der Harnstoff und bildet schließlich eine Reaktionsschmelze mit den Trägern von aziden OH-Gruppen.All of these binary reaction mixtures or systems are one thing in common: they only deliver carbamates in the heat, whereby  the necessary temperature also below the melting point of the pure urea, because the "contaminated" urine the normal melting point of 135 ° C in legal Way down according to the degree of "contamination" can be set. Sinters before carbamate formation the urea and finally forms a reaction melt with the carriers of acidic OH groups.

Besonders bei relativ niedrigen Umsetzungstemperaturen wird die Anwendung eines Katalysators empfohlen. Es wird angenommen, daß- Harnstoff unter der Einwirkung von Ammoniumchlorid bereits bei Temperaturen weit unterhalb seines normalen Schmelzpunktes (Schmp. 135°C) in Ammoniumisocyanat sich umwandelt.Especially at relatively low reaction temperatures the use of a catalyst is recommended. It is believed, that urea already under the action of ammonium chloride at temperatures well below its normal melting point (Mp. 135 ° C) in ammonium isocyanate.

Die NH2-Gruppen im Harnstoff lassen sich ablösen, was bei der Herstellung von gemischten Kohlensäurediamiden ausgenützt wird. Gemischte Kohlensäurediamide werden bei der Umsetzung von Harn­ stoff (am besten im Überschuß) mit entsprechenden Hydrochlori­ den von primären Aminen erhalten, z. B. in der folgenden Reak­ tion, die allerdings im wäßrigen Medium durchgeführt wird.
The NH 2 groups in the urea can be detached, which is used in the production of mixed carbonic acid diamides. Mixed carbonic acid diamides are obtained in the implementation of urea (preferably in excess) with the corresponding hydrochloride of primary amines, e.g. B. in the following reaction, which, however, is carried out in an aqueous medium.

H2N-CO-NH2 + CH3NH3 Cl → H2N-CO-NHCH3 + NH4 Cl.H 2 N-CO-NH 2 + CH 3 NH 3 Cl → H 2 N-CO-NHCH 3 + NH 4 Cl .

Es liegt nahe, daß in einem sinternden Gemisch aus Harnstoff und Ammoniumchlorid der sich bildende Komplex aus beiden Reaktionspartnern leicht Ammoniak abspaltet.It stands to reason that in a sintering mixture of urea and ammonium chloride, the complex formed from both Reactants easily split off ammonia.

In dieser Reaktionsfolge wird der Katalysator, das Ammonium­ chlorid ständig regeneriert, aber der Harnstoff zerfällt bei diesem Prozeß - so wie angestrebt.In this sequence of reactions, the catalyst, the ammonium chloride constantly regenerates, but the urea breaks down this process - as desired.

Claims (10)

1. Verfahren zur Verminderung des Gehaltes an freiem Form­ aldehyd bei der Herstellung von Spanplatten und Sperrholz mit einem Aminoplast-Kleber in einer beheizten Presse, wobei zu­ sätzlich zum Kleber binäre Reaktionsgemische aus festem Harn­ stoff und mindestens einem Träger von aziden OH-Gruppen ange­ wendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Verfahren derartige Reaktionsgemische in der Hitze Carbamate liefern, die den ebenfalls in der Hitze beim Aushärten von Aminoplast-Klebern freigesetzten Formaldehyd sogleich abfangen, wobei Formaldehyd mit den freien Amidfunktionen in den Carbamaten reagiert und an diesen dann jeweils ein H-Atom durch eine vorteilhafte Methylolgruppe ersetzt wird.1. A method for reducing the content of free form aldehyde in the production of chipboard and plywood with an aminoplast adhesive in a heated press, whereby in addition to the adhesive binary reaction mixtures of solid urea and at least one carrier of acidic OH groups is used are characterized in that in this process such reaction mixtures provide in the heat carbamates which immediately catch the formaldehyde also released in the heat when aminoplast adhesives are cured, formaldehyde reacting with the free amide functions in the carbamates and then reacting to each of them H atom is replaced by an advantageous methylol group. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger von aziden OH-Gruppen mit dem festen Harnstoff, der in geprillter oder gepulverter Form verwendet wird, als loses Gemenge angewendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a carrier of acidic OH groups with the solid urea, the is used in prilled or powdered form, as loose Batch is applied. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gepulverter Harnstoff, der mit einem Träger von aziden OH-Grup­ pen innig vermischt ist, wobei das Gemisch zu mechanisch rela­ tiv festen Preßlingen oder Körnern verarbeitet ist, verwendet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that powdered urea with a carrier of acidic OH-Grup pen is intimately mixed, the mixture being mechanically rela tiv solid compacts or grains is used becomes. 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Partikel oder Körner mit Ammonium­ chlorid in Pulverform, das als Katalysator dient, vermischt eingesetzt werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the solid particles or grains with ammonium chloride in powder form, which serves as a catalyst be used. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ammoniumchlorid, das als Katalysator dient, in der Weise ange­ wendet wird, daß es molekulardispers oder als eigene Phase in einem oder allen Bestandteilen der festen Partikel oder Körner enthalten ist.5. The method according to claim 4, characterized in that Ammonium chloride, which serves as a catalyst, is indicated in the manner is used that it is molecularly dispersed or as its own phase in one or all of the constituents of the solid particles or grains  is included. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Träger von aziden OH-Gruppen chemische Verbindungen angewendet werden, die OH-Gruppen in Nachbarschaft von elektronegativen Gruppen aufweisen, z. B. halbacetalische OH-Gruppen in Mono- und Disacchariden; halbacetalische und vollacetalische OH-Gruppen in Nachbarschaft von Halogenen wie i. B. im Chloralhydrat und im Chloralhalbacetal; OH-Gruppen in α-Hydroxy-carbonsäuren wie z. B. in Weinsäure oder Citronen­ säure; OH-Gruppen in α-Hydroxy-carbonylverbindungen (Redukto­ nate oder Endiolate) wie z. B. im Glycerinaldehyd oder im Dihydroxyaceton, aber auch in der L(-)-Ascorbinsäure.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that as a carrier of acidic OH groups chemical Compounds are applied to the OH groups in the neighborhood of electronegative groups, e.g. B. semi-acetal OH groups in mono- and disaccharides; semiacetal and fully acetal OH groups in the vicinity of halogens such as i. B. in chloral hydrate and chloral hemiacetal; OH groups in α-hydroxy carboxylic acids such as. B. in tartaric acid or lemon acid; OH groups in α-hydroxy-carbonyl compounds (reducto nate or endiolates) such. B. in glyceraldehyde or in Dihydroxyacetone, but also in L (-) - ascorbic acid. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Träger von aziden OH-Gruppen chemische Verbindungen angewendet werden, die durch Keto-Enol-Umlagerung solche azide OH-Gruppen bereitstellen können wie z. B. die ß-Di­ carbonylverbindungen, z. B. Acetylaceton oder Acetessigester.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that as a carrier of acidic OH groups chemical Compounds are applied by keto-enol rearrangement such acidic OH groups can provide such. B. the ß-Di carbonyl compounds, e.g. B. acetylacetone or acetoacetic ester. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Träger von aziden OH-Gruppen chemische Verbindungen, die phenolische OH-Gruppen enthalten, angewendet werden wie z. B. Lignine, Ligninbauelemente, z. B. Coniferyl­ alkohol oder Sinapinalkohol und Ligninabbauprodukte wie z. B. Guajacol.8. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that as a carrier of acidic OH groups chemical Compounds containing phenolic OH groups applied are such. B. lignins, lignin components, e.g. B. Coniferyl alcohol or sinapinal alcohol and lignin degradation products such as B. Guaiacol. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß binäre Reaktionsgemische zur Anwendung kommen, die zusätzlich inertes Material oder zu verklebendes Substrat enthalten wie z. B. Kieselgur, Zeolithe, Käfigverbin­ dungen, Holzmehl oder Holzspäne; die sich eignen, flüssige Verbindungen mit aziden OH-Gruppen aufzunehmen oder Verbin­ dungen mit aziden OH-Gruppen an den Oberflächen anzulagern.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized ge indicates that binary reaction mixtures are used come that additionally inert material or to be glued Contain substrate such. B. diatomaceous earth, zeolites, cage connection manure, wood flour or wood chips; which are suitable, liquid Include compounds with acidic OH groups or Verbin accumulations with acidic OH groups on the surfaces. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß fester Harnstoff in Partikeln oder Körnern auf das vorher mit einem Träger von aziden OH-Gruppen ver­ sehene Substrat aufgestreut oder untermischt wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized ge indicates solid urea in particles or grains  on the ver with a carrier of acidic OH groups the substrate is sprinkled or mixed.
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