DE4200141A1 - 3-(2'-(n-siloxanylalkyl)aminopropylsulfonylmethyl)-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betaine und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

3-(2'-(n-siloxanylalkyl)aminopropylsulfonylmethyl)-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betaine und verfahren zu ihrer herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft neue wasserlösliche 3-[2′-(N-Siloxanylalkyl)aminopropylsul­ fonylmethyl]-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betaine (siloxanmodifizierte Sulfobe­ tain-aminosulfone) der allgemeinen Formel I
in welcher
R₁, R₂ von einander unabhängig, gleich oder verschieden einen Wasserstoff, einen geradkettigen oder verzweigtkettigen Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffato­ men beziehungsweise einen solchen Alkylrest, welcher am Kettenanfang die Gruppe -CH₂-CO-NH- enthalten kann, und
R₃ einen
darstellt, wobei
ein gerad- oder verzweigtkettiger Siloxanrest mit 2 bis 70 Siloxaneinheiten oder ein Alkoxysilylrest mit C₁- bis C₃-Alkylgruppen und -Z- ein Alkylenrest mit 1 bis 4 C-Atomen sein kann.
Die siloxanmodifizierten Sulfobetain-aminosulfone der allgemeinen Formel I können als biocide Wirkstoffe, Zwischenprodukte, Antistatika, als harte Oberflächen ausrü­ stende und oberflächenaktive Substanzen verwendet werden.
3-[2′(N-Siloxanylalkyl)aminopropylsulfonylmethyl]-4-sulfomethyl-pyrr-olidinium-be­ taine (siloxanmodifizierte Sulfobetain-aminosulfone) der allgemeinen Formel I und Verfahren zu ihrer Herstellung sind bisher beschrieben worden. Bekannt sind lediglich Verfahren zur Addition von cycloaliphatischen Aminen an Diallylsulfon (H. J. Backer u. R. van der Lay, Recueil 70 (1951), S. 564) ohne Lösungsmittel, wobei das Amin im Überschuß verwendet werden muß.
Versuche, die beschriebene Additionsreaktion auf die von uns vor kurzem erstma­ lig hergestellten 3-Allylsulfonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betaine (Sulfobe­ tain-allylsulfone) der allgemeinen Formel II, in der R₁ und R₂ die oben genannten Bedeutungen haben
zu übertragen, scheiterten an der Unlöslichkeit dieser sehr polaren Sulfobetain-al­ lylsulfone in Aminen und anderen organischen Lösungsmitteln. Andererseits ist das Sulfobetain-allylsulfon II (R₁=R₂=CH₃) nur in Wasser löslich, alkalisch-wäßrige Aminlösungen sind jedoch als Reaktionsmedium wegen der darin ablaufenden komplizierten Spaltungs- und Nebenreaktionen ungünstig und somit ungeeignet, wie am Beispiel des Tolyl-allylsulfons beschrieben wurde (Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. IX, Seite 247-248 [1955]).
Übereinstimmend mit diesem Stand der Technik wurden bei Versuchen, alkalisch­ wäßrige Aminlösungen an das Sulfobetain-allylsulfon II (R₁=R₂=CH₃) zu Ver­ bindungen der allgemeinen Formel I zu addieren, nur komplexe Reaktionsgemi­ sche erhalten, welche auf Grund des polaren Charakters sowohl der Ausgangs-, der Spaltungs- und der Nebenprodukte sowie des erwünschten Sulfobetain-ami­ nosulfons nicht zu den Zielprodukten I aufgearbeitet werden konnten. Die in der Literatur beschriebene Spaltungsreaktion des Allylsulfonrestes zum Methylsulfonrest und Acetaldehyd erwies sich unter diesen Bedingungen als besonders nachteilig. Somit besteht ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik kein Verfahren, Sufobetain-allylsulfone und siloxanmodifizierte Aminverbindungen zu den siloxan­ modifizierten Sulfobetain-aminosulfonen I umzusetzen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, 3-[2′-(N-Siloxanylalkyl)aminopro­ pylsulfonylmethyl]-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betaine aus 3-Allylsulfonylme­ thyl-4-sulfomethyl-pyrroldidinium-betainen und siloxanmodifizierten Aminkom­ ponenten zugänglich zu machen sowie ein einfaches Syntheseverfahren zu ent­ wickeln, welches die Zielprodukte in hoher Ausbeute und Reinheit in kurzen Reaktionszeiten liefert und die Bildung von Spalt- und Nebenprodukten vermeidet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem man konzentrierte, wäßrige be­ ziehungsweise wäßrig-alkoholische Lösungen von 3-Allylsulfonylmethyl-4-sulfome­ thyl-pyrrolidinium-betainen der allgemeinen Formel II, in der R₁ und R₂ die oben genannte Bedeutung haben, und Siloxanylalkylaminen oben genannter Definition im Temperaturbereich von 50 bis 120°C, gegebenenfalls unter Zusatz eines tert. Amins als basischen Katalysator, miteinander zu 3-[2′-(N-Siloxanylalkyl)aminopro­ pylsulfonylmethyl]-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betainen der allgemeinen Formel I, in der R₁, R₂ und R₃ die oben genannte Bedeutung haben, umsetzt.
Als Beispiele für Siloxanylalkylamine im Sinne der erfindungsgemäßen Umsetzung kommen solche in Frage wie
(C₂H₅O)₃Si(CH₂)₃NH₂
(CH₃)₃SiO(CH₃)₂Si(CH₂)₃NH₂
[(CH₃)₃SiO]₂(CH₃)Si(CH₂)₃NH₂
1/3[[(CH₃)₃SiO]₂[(CH₃)₂SiO]1,77[(CH₃)Si(CH₂)₃NH₂]₃]
2/5[[(CH₃)₃SiO]₂[(CH₃)₂SiO]3,33[(CH₃)Si(CH₂)₃NH₂]2,5]
Die nachfolgende Reaktionsgleichung zeigt am Beispiel des N-3(2)-[1,1,1,3,5,5,5-Hepta­ methyl-trisiloxanyl]propylamins die Umsetzung mit einem 3-Allylsulfonylmethyl-4- sulfomethyl-pyrrolidinium-betain der allgemeine Formel II im Molverhältnis 1 : 1 zum siloxanmodifizierten Sulfobetain-aminosulfon I.
Bei dieser Arbeitsweise wird überraschend die in wäßriger Lösung nach dem Stand der Technik auftretende Spaltungsreaktion der Allylsulfongruppe vermieden und die jeweiligen siloxanmodifizierten Sulfobetain-aminosulfone der allgemeinen Formel I in guten Ausbeuten und Reinheit erhalten. Da die reinen Zielprodukte bei dieser Verfahrensweise sich deutlich in ihren Eigenschaften von den Ausgangs­ produkten unterscheiden, lassen sie sich leicht isolieren.
In den Fällen, in denen die Eigenbasizität der Aminkomponente nicht zur Reak­ tionseinleitung ausreicht, kann eine Hilfsbase, zum Beispiel ein tert. Amin, wie Tri­ methylamin, Tributylamin u. a. zugesetzt werden, um die gewünschte Umsetzung katalytisch einzuleiten. Alkohole, wie Methanol, Ethanol, n- und iso-Propanol sowie n-Butanol usw. setzt man dann zur Reaktionsmischung der Ausgangsprodukte zu, wenn die zu geringe Wasserlöslichkeit der Aminkomponente dieses erfordert. Die Erfindung soll durch nachfolgende Beispiele näher erläutert werden.
Ausführungsbeispiele Beispiel 1 1,1-Dimethyl-3-[2′-N′-[3′′(2′′)-oxysilylpropyl]aminopropyl]sulfonylm-ethyl-4-sulfomethyl-pyrolidinium-betain (R₁=R₂=CH₃; R₃=(O)3/2Si(CH₂)₃NH in der allgemeinen Formel I)
In einem mit Rührer, Rückflußkühler und Thermometer ausgerüsteten Reaktionskol­ ben werden 50 ml Wasser und 20 ml Ethanol vorgelegt. Bei Raumtemperatur wer­ den 22,1 g (0,1 mol) 3(2)-(Triethoxysilyl)propylamin eingerührt. Dabei erwärmt sich das Reaktionsgemisch auf ca. 35°C. Anschließend werden 31,2 g (0,1 mol) fein ge­ pulvertes 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrrolidiniumbetain- zuge­ geben. Unter Rühren wird das Reaktionsgemisch zum Sieden erhitzt. Nach etwa 1 Stunde Reaktionsdauer ist das Reaktionsgemisch deutlich klarer geworden. Nach 2,25 Stunden ist die Reaktion beendet. Die nahezu klare Reaktionslösung wird mit 100 ml Wasser verdünnt und filtriert. Am Rotationsverdampfer wird im Wasser­ strahlpumpenvakuum bei 60°C bis zur Trockne eingeengt. Es werden 42 g eines weißen amorphen Feststoffes erhalten.
Im ¹H-NMR-Spektrum des Rohproduktes sind keine Peaks für Protonen einer Allyl­ gruppe nachweisbar.
F.: <234°c (unter Zersetzung).
Elementaranalyse berechnet für 1,1-Dimethyl-3-[2′-N′-[3′′(2′′)-oxysilylpropyl]- aminopropyl]sulfonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrolidinium-betain:
berechnet:
Si 6,64, C 39,71, H 7,27, N 6,62, S 15,16%;
gefunden:
Si 8,8, C 39,3, H 7,0, N 6,4, S 15,3%.
Beispiel 2 1,1-Dimethyl-3-[2′-N′-[3′′(2′′)-pentamethyldisiloxanylpropyl]aminopr-opyl]- sulfonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrolidinium-betain (R₁=R₂=CH₃, R₃=(CH₃)₃SiO(CH₃)₂Si(CH₂)₃NH in der allgemeinen Formel I)
In einem mit Rührer, Rückflußkühler und Thermometer ausgerüsteten Reaktionskol­ ben werden 15 ml Wasser, 7,5 ml Ethanol, 4 g (0,02 mol) 3(2)-(Pentamethyldisi­ loxanyl)propylamin und 6,2 g (0,02 mol) 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylmethyl-4-sulfo­ methyl-pyrrolidinium-betain unter Rückfluß erwärmt. Nach einstündiger Reaktions­ dauer hat sich das 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-be­ tain vollständig aufgelöst. Zur Vervollständigung der Reaktion wird eine weitere Stunde am Rückfluß erwärmt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch filtriert und im Wasserstrahlpumpenvakuum bei 60°C bis zur Trockne eingeengt. Der Rück­ stand (10 g) wird in 100 ml Wasser in der Wärme gelöst. Beim Abkühlen kristal­ lisiert das Reaktionsprodukt aus.
F.: <243°C (unter Zersetzung).
Elementaranalyse berechnet für 1,1-Dimethyl-3-[2′-N′-[3′′(2′′)-pentamethyldisi­ loxanylpropyl]aminopropyl]sulfonylmethyl-4-sulfomethyl-pyroli­ dinium-betain:
berechnet:
Si 11,21, C 45,56; H 8,86; N 5,59; S 12,8%;
gefunden:
Si 12,6, C 45,7, H 9,1; N 5,2, S 12,2%.
Beispiel 3 Octamethyl-3,5-bis-[2′[(N′,N′-dimethyl-4′′-sulfomethyl)pyrrolidiniom-ethyl]sulfonylpropyl-aminopropyl]-tetrasiloxan
In einem mit Rührer, Rückflußkühler und Thermometer ausgerüsteten Reaktionskol­ ben werdenn 40 ml Wasser, 40 ml Ethanol, 15,7 g (0,01 mol) 3,5-Bis-[3(2)-aminopro­ pyl]-1,1,1,3,5,7,7,7-octamethyltetrasiloxan und 6,2 g (0,02 mol) 1,1-Dimethyl-3-allylsul­ fonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrroldinium-betain unter Rückfluß erwärmt.
Nach anfänglich starkem Schäumen hat sich das 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylme­ thyl-4-sulfomethyl-pyrroldinium-betain innerhalb von 2 Stunden vollständig aufge­ löst. Zur Vervollständigung der Reaktion wird eine weitere Stunde am Rückfluß er­ wärmt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch filtriert und im Wasserstrahlpum­ penvakuum bei 60°C bis zur Trockne eingeengt. Der Rückstand (21 g) wird in 200 ml Wasser in der Wärme gelöst. Beim Abkühlen kristallisiert das Reaktionspro­ dukt aus.
F.: <242°C (unter Zersetzung),
Elementaranalyse berechnet für Octamethyl-3,5-bis-[2′[(N′,N′-dimethyl-4′′-sulfomethyl)pyrrolidiniom-e­ thyl]sulfonylpropyl-aminopropyl]-tetrasiloxan:
berechnet:
Si 11,02, C 42,04, H 8,11, N 5,49, S 12,58%;
gefunden:
Si 10,9, C 42,2, H 8,4, N 5,2, S 12,7%.
Beispiel 4 1,1-Dimethyl-3-[2′-N′-(3′′(2′′)-heptamethyltrisiloxanylpropyl)aminop-ropyl]sulfonylmethyl-4-sulffomethyl-pyrolidinium-betain (R₁=R₂=CH₃; R₃=[(CH₃)₃SiO]₂(CH₃)Si(CH₂)₃NH in der allgemeinen Formel I)
In einem mit Rührer, Rückflußkühler und Thermometer ausgerüsteten Reaktionskol­ ben werden 300 ml Wasser, 140 ml Ethanol, 140 g (0,5 mol) 3(2)-(1,1,1,3,5,5,5-Hepta­ methyltrisiloxanyl)propylamin und 156 g (0,5 mol) 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylme­ thyl-4-sulfomethyl-pyrroldinium-betain unter Rückfluß erwärmt. Innerhalb von 2 Stunden hat sich das 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrrol­ dinium-betain vollständig aufgelöst. Zur Vervollständigung der Reaktion wird eine weitere Stunde am Rückfluß erwärmt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch fil­ triert und im Wasserstrahlpumpenvakuum bei 60°C bis zur Trockne eingeengt. 10 g des Reaktionsproduktes werden in 100 ml Wasser in der Siedehitze gelöst. Beim Abkühlen kristallisiert das Reaktionsprodukt aus.
F.: <227°C (unter Zersetzung):
Elementaranalyse berechnet für 1,1-Dimethyl-3-[2′-N′-(3′′(2′′)-heptamethyltrisi­ loxanylpropyl)aminopropyl]sulfonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrolidinium--be­ tain:
berechnet:
Si 14,25, C 42,68, H 8,53, N 4,74, S 10,85%;
gefunden:
Si 13,8, C 42,7, H 8,3, N 4,7, S 10,9%.
Beispiel 5 Addition eines 3(2)-propylaminsubstituierten Dimethylsiloxans ([-NH₂]= 6,26%, mittlere Molmasse 650 g/mol) an 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylme­ thyl-4-sulfomethyl-pyrroldinium-betain (R₁=R₂=CH₃; R₃=1/3[[(CH₃)₃SiO]₂[(CH₃)₂SiO]1,77[(CH₃)Si(CH₂)₃NH]₃] in der allgemeinen Formel I)
In einem mit Rührer, Rückflußkühler und Thermometer ausgerüsteten Reaktionskol­ ben werden 40 ml Wasser, 40 ml Ethanol, 22 g (0,033 mol der mittleren Molmasse) eines 3(2)-propylaminsubstituierten Siloxans ([-NH₂]=6,26%; mittlere Molmasse ≈ 650 g/mol) und 31,2 (0,1 mol) g 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylmethyl-4-sulfome­ thyl-pyrroldinium-betain unter Rückfluß erwärmt. Innerhalb von 2 Stunden hat sich das 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrroldinium-betain- vollständig aufgelöst. Zur Vervollständigung der Reaktion wird eine weitere Stunde am Rück­ fluß erhitzt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch filtriert und im Wasserstrahl­ pumpenvakuum bei 60°C bis zur Trockne eingeengt.
Im ¹H-NMR-Spektrum des Rohproduktes sind im Bereich 5-6 ppm keine Peaks für Protonen einer Allylgruppe nachweisbar.
F.: <242°C (unter Zersetzung).
Elementaranalyse berechnet für das Additionsprodukt eines 3(2)-propylamin­ substituierten Dimethylsiloxans ([-NH₂]=6,26%; mittlere Molmasse 650 g/mol) an 1,1-Dimethyl-3-allylsulffonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrroli­ dinium-betain:
berechnet:
Si 12,47, C 38,25, H 8,74, N 5,51, S 12,62%;
gefunden:
Si 12,0, C 38,8, H 7,9, N 5,2, S 12,5%.
Beispiel 6 Addition eines 3(2)-propylaminsubstituierten Dimethylsiloxans ([-NH₂]= 5,7%; mittlere Molmasse 700 g/mol) an 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylme­ thyl-4-sulfomethyl-pyrroldinium-betain (R₁=R₂=CH₃; R₃=5/2[[(CH₃)₃SiO]₂[(CH₃)₂SiO]3,33[(CH₃)Si(CH₂)₃NH]2,5] in der allgemeinen Formel I)
In einem mit Rührer, Rückflußkühler und Thermometer ausgerüsteten Reaktionskol­ ben werden 150 ml Wasser, 30 ml Ethanol, 82,5 g (0,12 mol der mittleren Molmas­ se) eines 3(2)-propylaminosubstituierten Siloxans ([-NH₂]=5,7%, mittlere Molmasse 700 g/mol) und 93,6 g (0,3 mol) 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylmethyl-4-sulfome­ thyl-pyrroldinium-betain unter Rückfluß erhitzt. Innerhalb von 3 Stunden hat sich das 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrroldinium-betain- vollständig aufgelöst. Zur Vervollständigung der Reaktion wird eine weitere Stunde am Rück­ fluß (92°C) erhitzt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch filtriert und im Was­ serstrahlpumpenvakuum bei 60°C bis zur Trockne eingeengt. Im ¹H-NMR-Spek­ trum des Rohproduktes sind im Bereich 5-6 ppm keine Peaks für Protonen einer Allylgruppe mehr nachweisbar.
F.:<238°C (unter Zersetzung).
Elementaranalyse berechnet für das Additionsprodukt eines 3(2)-propylamin­ substituierten Dimethylsiloxans ([-NH₂]=6,26%; mittlere Molmasse 650 g/mol) an 1,1-Dimethyl-3-allylsulfonylmethyl-4-sulfomethyl-pyrroli­ dinium-betain:
berechnet:
Si 14,84, C 40,67, H 8,03, N 4,73, S 10,82%;
gefunden:
Si 14,5, C 40,1, H 7,9, N 4,8, S 10,52%.

Claims (5)

1. 3-[2′(N-Siloxanylalkyl)aminopropylsulfonylmethyl]-4-sulfomethyl-pyrr-olidinium-betaine der allgemeinen Formel I in welcher
R₁, R₂ von einander unabhängig, gleich oder verschieden einen Wasserstoff, einen geradkettigen oder verzweigtkettigen Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffato­ men beziehungsweise einen solchen Alkylrest, welcher am Kettenanfang die Gruppe -CH₂-CO-NH- enthalten kann, und
R₃ einen darstellt, wobei ein gerad- oder verzweigtkettiger Siloxanrest mit 2 bis 70 Siloxaneinheiten oder ein Alkoxysilylrest mit C₁- bis C₃-Alkylgruppen und -Z- ein Alkylenrest mit 1 bis 4 C-Atomen sein kann,
und Verfahren zu ihrer Herstellung, dadurch gekennzeichnet, daß man konzentriert wäßrige oder wäßrig-alkoholische Lösungen von 3-Allylsulfonylmethyl-4-sulfome­ thyl-pyrroldinium-betainen der allgemeinen Formel II in der R₁ und R₂ die oben genannten Bedeutungen haben, mit Siloxanylaminen, gegebenenfalls unter Zusatz eines tert. Amins als basischen Katalysator, im Tem­ peraturbereich von 50 bis 120°C umsetzt.
2. 3-[2′(N-Siloxanylalkyl)aminopropylsulfonylmethyl]-4-sulfomethyl-pyrr-oli­ dinium-betaine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umsetzung sol­ che Siloxanylamine oben genannter Bedeutung eingesetzt werden wie zum Beispiel (C₂H₅O)₃Si(CH₂)₃NH₂(CH₃)₃SiO(CH₃)₂Si(CH₂)₃NH₂ [(CH₃)₃SiO]₂(CH₃)Si(CH₂)₃NH₂1/3[[(CH₃)₃SiO]₂[(CH₃)₂SiO]1,77[(CH₃)Si(CH₂)₃NH₂]₃]2/5[[(CH₃)₃SiO]₂[(CH₃)₂SiO]3,33[(CH₃)Si(CH₂)₃NH₂]2,5]
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als basische Ka­ talysatoren tert. Amine, wie Trimethylamin, Triethylamin oder Tributylamin, ein­ gesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als lösungsver­ mittelnde Alkohole solche wie Methanol, Ethanol, n- oder iso-Propanol sowie n-Bu­ tanol verwendet werden.
5. Verwendung der 3-[2′-(N-Siloxanylalkyl)aminopropylsulfonylmethyl]-4-sulfome­ thyl-pyrrolidinium-betaine der allgemeinen Formel I nach Anspruch 1 und 2 als biocide Wirkstoffe, Zwischenprodukte, Antistatika, als harte Oberflächen ausrüstende und oberflächenaktive Substanzen.
DE4200141A 1992-01-01 1992-01-01 3-(2'-(n-siloxanylalkyl)aminopropylsulfonylmethyl)-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betaine und verfahren zu ihrer herstellung Withdrawn DE4200141A1 (de)

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CN102965057A (zh) * 2011-08-29 2013-03-13 藤森工业株式会社 含有抗静电剂的粘合剂组合物以及粘合膜
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