DE4438580A1

DE4438580A1 - Atmos. pressure prepn. of carboxylic acid amide cpds. from corresponding acid and urea

Info

Publication number: DE4438580A1
Application number: DE19944438580
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr Fies; Peter Dr Daute; Johann Dr Klein
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1996-05-02

Abstract

Prepn. of carboxylic acid amides of formula R<1>-C(=O)-NH2 (I) comprises the reaction of a carboxylic acid of formula R<1>-C(=O)-OH (II) with urea at 130 - 160 deg C and atmos. pressure, and then maintaining the reaction mixt. at 160 - 200 deg C until an acid value of 10 - 40 is obtd. R<1>CO = 6-22C acyl.

Description

Subject of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung von Carbonsäureamiden durch Umsetzung von Carbonsäuren mit Harnstoff.The present invention relates to a method of manufacture treatment of carboxamides by reacting carboxylic acids with urea.

State of the art

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren zur Her stellung von Carbonsäureamiden bekannt. Ein in der Industrie häufig verwendetes Verfahren ist die Umsetzung Fettsäuren mit Ammoniak bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegen wart eines Katalysators.Numerous processes for producing are from the prior art position of carboxamides known. One in the industry frequently used method is the implementation with fatty acids Ammonia at elevated temperature and pressure in counter were a catalyst.

Ein weiteres übliches Verfahren ist die Umsetzung von Fettsäuren mit Harnstoff bei erhöhter Tempe ratur, wobei Fettsäureamid und Ammoniak in äquimolaren Mengen entstehen. (vgl. Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Techno logy, 4. Auflage, Vol. 2, 1992, mit weiteren Nachweisen.)Another common procedure is the conversion of fatty acids with urea at elevated temperatures rature, with fatty acid amide and ammonia in equimolar amounts arise. (see Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Techno logy, 4th edition, Vol. 2, 1992, with further evidence.)

Die voranstehend beschriebenen bekannten und industriell durchgeführten Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß entwe der Ammoniak als Ausgangsverbindung eingesetzt oder als Neben produkt erhalten wird. Der Einsatz von Ammoniak in industri ellen Verfahren erfordert einen hohen apparativen und auch si cherheitstechnischen Aufwand, um das Austreten des gesund heitsschädlichen Gases zu vermeiden. The known and industrial ones described above carried out methods have the disadvantage that either the ammonia is used as a starting compound or as a secondary product is received. The use of ammonia in industri The process requires a high level of equipment and also si Safety effort to prevent the leakage of the healthy to avoid harmful gas.

Bei der Umsetzung der Carbonsäure mit Harnstoff entsteht Ammo niak in großen Mengen als Nebenprodukt und muß aus dem Reakti onskreislauf entfernt werden. Um ein Austreten des Ammoniaks aus der Reaktionsvorrichtung zu vermeiden und umweltschädliche Belastungen zu verhindern, wird Ammoniak üblicherweise chemisch gebunden.Ammo is formed when the carboxylic acid is reacted with urea niak in large quantities as a by-product and must be removed from the reactor circuit can be removed. To leak ammonia to avoid from the reaction device and environmentally harmful To prevent stress, ammonia is usually used chemically bound.

Ein weiteres Problem stellt die Bildung von unerwünschten Ne benprodukten dar. Zum Beispiel treten bei den Temperaturen, bei welchen die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren durchgeführt werden, Carbonsäurenitride auf, die durch ein aufwendiges extraktives Reinigungsverfahren entfernt werden müssen.Another problem is the formation of unwanted Ne products. For example, at temperatures, in which the methods known from the prior art be carried out on carboxylic acid nitrides by a complex extractive cleaning process can be removed have to.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Herstellung von Fettsäureamiden zur Verfügung zu stellen, daß Atmosphärendruck durchgeführt werden kann. Es ist bevorzugt, daß die Emission von Ammoniak möglichst gering ge halten und besonders bevorzugt vermieden wird.The object of the present invention was to create a new one Processes for making fatty acid amides are available too make sure that atmospheric pressure can be carried out. It is preferred that the emission of ammonia be as low as possible hold and is particularly preferably avoided.

Description of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureamiden mit der allgemeinen Formel IThe present invention relates to a method for Preparation of carboxamides with the general formula I

in der R¹CO für einen Acylrest steht, der sich von einer li nearen oder verzweigten, gesättigten oder ungesättigten Car bonsäure mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen ableitet, worin man eine Carbonsäure mit der Formel IIin the R¹CO stands for an acyl radical, which is a li near or branched, saturated or unsaturated car derives bonic acid with 6 to 22 carbon atoms, in which one a carboxylic acid with the formula II

in der R¹ die oben angegebene Bedeutung hat, mit Harnstoff umsetzt, das sich dadurch auszeichnet, daß man die Carbonsäure mit der Formel II und den Harnstoff bei einer Temperatur von 130 bis 160°C und bei Atmosphärendruck umsetzt und das erhaltene Reaktionsgemisch anschließend auf eine Tem peratur von 160 bis 200°C erhitzt, bis das Reaktionsgemisch eine Säurezahl von 10 bis 40 aufweist.in which R¹ has the meaning given above, reacted with urea, which is characterized in that the carboxylic acid with formula II and the urea at one Temperature of 130 to 160 ° C and implemented at atmospheric pressure and the reaction mixture obtained then to a tem temperature heated from 160 to 200 ° C until the reaction mixture has an acid number of 10 to 40.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß das erfindungsge mäße Verfahren bei Atmosphärendruck durchgeführt werden kann, wodurch der apparative Aufwand deutlich verringert werden kann. Auch die Freisetzung von Ammoniak und die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten kann deutlich verringert werden.Surprisingly, it was found that the fiction can be carried out at atmospheric pressure, whereby the expenditure on equipment is significantly reduced can. Also the release of ammonia and the formation of unwanted by-products can be significantly reduced.

Die als Ausgangsverbindung verwendete Carbonsäure mit der all gemeinen Formel II, R¹COOH, ist bevorzugt eine lineare, ge sättigte oder ungesättigte Fettsäure mit 6 bis 22 Kohlen stoffatomen und wird besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe Capronsäure, Önanthsäure, Caprylsäure, Pelargonsäure, Caprinsäure, Laurinsäure, Lauroleinsäure, Myristinsäure, Myristoleinsäure, Palmitinsäure, Palmitoleinsäure, Stearin säure, Petroselinsäure, Petroselaidinsäure, Ölsäure, Elai dinsäure, Linolsäure, Linolaidinsäure, Linolensäure, Arachin säure, Gadoleinsäure, Behensäure oder Erucasäure oder deren technischen Gemische. Es können auch Fettsäuregemische auf pflanzlicher oder tierischer Basis, die partiell oder voll ständig gehärtet sein können, eingesetzt werden.The carboxylic acid used as the starting compound with all general formula II, R¹COOH, is preferably a linear, ge saturated or unsaturated fatty acid with 6 to 22 carbons atoms and is particularly preferably selected from the Group caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, Capric acid, lauric acid, lauroleic acid, myristic acid, Myristoleic acid, palmitic acid, palmitoleic acid, stearin acid, petroselinic acid, petroselaidic acid, oleic acid, elai dic acid, linoleic acid, linolaidic acid, linolenic acid, arachin acid, gadoleic acid, behenic acid or erucic acid or their technical mixtures. There can also be mixtures of fatty acids vegetable or animal based, the partial or full can be constantly hardened.

Die Carbonsäure mit der allgemeinen Formel II und der Harn stoff können in einem molaren Verhältnis von 1 : 0,4 bis 1 : 1, bevorzugt 1 : 0,4 bis 1 : 0,52, besonders bevorzugt 1 : 0,49 bis 0,51 eingesetzt werden.The carboxylic acid with the general formula II and the urine can be in a molar ratio of 1: 0.4 to 1: 1, preferably 1: 0.4 to 1: 0.52, particularly preferably 1: 0.49 up to 0.51 can be used.

Die Reaktion kann in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt werden. Als Katalysatoren eignen sich insbesondere anorgani sche Materialien mit einer großen Oberfläche, beispielsweise Metalloxyde und Silikate, die die Reaktion nicht nachteilig beeinträchtigen. Besonders bevorzugt werden Katalysatoren auf Montmorillonit-Basis eingesetzt.The reaction can be carried out in the presence of a catalyst will. In particular, inorganic catalysts are suitable materials with a large surface, for example Metal oxides and silicates that do not adversely affect the reaction affect. Catalysts are particularly preferred Montmorillonite base used.

Zur Durchführung des Verfahrens werden die Ausgangssubstanzen üblicherweise in einem Reaktionsreaktor vermischt und auf Re aktionstemperatur gebracht. Bei Einsatz von bei Raumtemperatur festen Carbonsäuren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, diese aufzuschmelzen und anschließend den Harnstoff und falls erforderlich den Katalysator, zuzugeben. Das Reaktionsgemisch wird anschließend auf eine Temperatur von 130 bis 160°C, be vorzugt 140 bis 150°C, erhitzt und bei dieser Temperatur ge halten. Üblicherweise wird das Reaktionsgemisch eine bis meh rere Stunden, in der Regel bis zu 10 Stunden bei dieser Tempe ratur gehalten. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Reaktionsgemisch bei dieser Temperatur gehalten wird, bis es eine Säurezahl von 50 bis 80 aufweist.The starting substances are used to carry out the process usually mixed in a reaction reactor and adjusted to Re action temperature brought. When using at room temperature solid carboxylic acids, it has proven to be useful melt and then the urea and if required to add the catalyst. The reaction mixture is then to a temperature of 130 to 160 ° C, be preferably 140 to 150 ° C, heated and ge at this temperature hold. The reaction mixture is usually one to several More hours, usually up to 10 hours at this temperature held. It has proven beneficial if that Reaction mixture is kept at this temperature until it has an acid number of 50 to 80.

Anschließend wird das Reaktionsgemisch auf eine Temperatur von 160 bis 200°C, bevorzugt 160 bis 185°C, erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten, bis das Reaktionsgemisch eine Säurezahl von 10 bis 40, bevorzugt 10 bis 25 aufweist.The reaction mixture is then brought to a temperature of 160 to 200 ° C, preferably 160 to 185 ° C, heated and at this Temperature was maintained until the reaction mixture had an acid number from 10 to 40, preferably from 10 to 25.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zersetzt sich bei den in der ersten Verfahrensstufe vorliegenden Temperaturen der Harnstoff in Isocyansäure und Ammoniak. Es wurde festgestellt, daß die Isocyansäure mit der Carbonsäure das Carbonsäureamid unter Freisetzung von CO₂-Gas bildet. Das Ammoniak setzt sich mit der Carbonsäure zu dem entsprechenden Ammoniumsalz um. In der zweiten Verfahrensstufe, die bei einer höheren Temperatur durchgeführt wird, zersetzt sich das gebil dete Ammoniumsalz thermisch in das entsprechende Carbonsäu reamid und Wasser. Aus dem zuvor geschilderten Reaktionsme chanismus wird deutlich, daß, wenn die Carbonsäure und der Harnstoff in einem molaren Verhältnis von etwa 1 : 0,5 umge setzt werden, das sich bildende Ammoniak vollständig mit freier Carbonsäure abreagieren kann und nicht als freies Gas vorliegt, das aus dem Reaktionsgemisch entfernt und entspre chend entsorgt werden muß.Decomposed when carrying out the method according to the invention with those in the first stage of the process Temperatures of urea in isocyanic acid and ammonia. It it was found that the isocyanic acid with the carboxylic acid the carboxamide forms with the release of CO₂ gas. The Ammonia is combined with the corresponding carboxylic acid Ammonium salt. In the second stage of the process, which takes place at a is carried out at higher temperature, the Gebil decomposes Detected ammonium salt thermally in the corresponding carboxylic acid reamid and water. From the previously described reaction me mechanism becomes clear that when the carboxylic acid and the Reverse urea in a molar ratio of about 1: 0.5 be set, the ammonia that forms completely with free carboxylic acid can react and not as a free gas is present, which is removed from the reaction mixture and corresponds must be disposed of accordingly.

Die bei der Durchführung der bekannten Verfahren ist die Isocyansäure, die bei Temperaturen über etwa 160°C Isocyanur säure und Nitride bildet, im wesentlichen für die Bildung von Nebenprodukten verantwortlich. Ein weiterer Vorteil des erfin dungsgemäßen Verfahrens ist, daß sich die gebildete Isocyan säure in der ersten Verfahrensstufe mit den Carbonsäuren zu den entsprechenden Carbonsäureamiden reagiert, die bei den Temperaturen der zweiten Verfahrensstufe thermisch stabil sind. Auf diese Weise kann die Bildung der unerwünschten Ne benprodukte nahezu vermieden werden.The one in carrying out the known methods is Isocyanic acid, the isocyanur at temperatures above about 160 ° C forms acid and nitrides, essentially for the formation of By-products responsible. Another advantage of the inventor The process according to the invention is that the isocyanate formed acid in the first process stage with the carboxylic acids the corresponding carboxamides reacted in the Temperatures of the second stage of the process are thermally stable are. In this way, the formation of the unwanted Ne by-products are almost avoided.

Das folgende Beispiel soll den Gegenstand der Erfindung näher erläutern, ohne ihn darauf einzuschränken.The following example is intended to illustrate the subject matter of the invention explain without restricting him to it.

example Preparation of a stearic acid amide

1992 g (7 Mol) Stearinsäure wurden aufgeschmolzen und 210 g Harnstoff (3,5 Mol) sowie 22 g Katalysator K 10 (Fa. Süd-Che mie A.G. München) zugegeben. Der Kolbeninhalt wurde drei Stun den auf 140°C erwärmt und anschließend so lange auf 175°C er hitzt, bis eine Säurezahl von 20 erreicht wurde. Die freiwer denden Gase wurden durch einen mit 2 n Salzsäure gefüllten Wäscher geleitet.1992 g (7 mol) of stearic acid were melted and 210 g Urea (3.5 mol) and 22 g of catalyst K 10 (from Süd-Che my A.G. Munich) admitted. The contents of the flask were three hours heated to 140 ° C and then to 175 ° C heats until an acid number of 20 has been reached. The freer The gases were filled with a 2N hydrochloric acid Washer headed.

Der Nitridgehalt wurde durch quantitative Dünnschichtchromato graphie bestimmt. Der Wert lag unterhalb der Nachweisgrenze von 0,5%. Die Aktivität der Salzsäure im Wäscher hatte sich nicht verändert.The nitride content was determined by quantitative thin layer chromatography graphic determined. The value was below the detection limit of 0.5%. The activity of the hydrochloric acid in the washer had decreased not changed.

Das rohe Stearinsäureamid wurde alkalisch raffiniert und kurz wegdestilliert. Das erhaltene Produkt hat einen Schmelzpunkt von 106°C.The crude stearic acid amide was alkaline refined and short distilled away. The product obtained has a melting point of 106 ° C.

Claims

1. Process for the preparation of carboxamides with the general formula I in which R¹CO is an acyl radical which is derived from a linear or branched, saturated or unsaturated carboxylic acid having 6 to 22 carbon atoms, in which a carboxylic acid of the formula II in which R¹ has the meaning given above, reacted with urea, characterized in that the carboxylic acid having the formula II and the urea are reacted at a temperature of 130 to 160 ° C and at atmospheric pressure and the reaction mixture obtained is then at a temperature heated from 160 to 200 ° C until the reaction mixture has an acid number of 10 to 40.

2. The method according to claim 1, characterized in that the carboxylic acid and the urea in a molar ver ratio of 1: 0.4 to 1: 0.52 can be used.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized ge indicates that the implementation in the presence of a Kata lysators is performed.

4. The method according to claim 3, characterized in that the catalyst is a montmorillonite-based catalyst is.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized ge indicates that the reaction at atmospheric pressure is carried out.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that as carboxylic acids with the formula II Fatty acid mixture based on plants or animals is used.