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Verfahren zur Herstellung quaternärer Ammoniumverbindungen Es ist
bereits vorgeschlagen worden, höhermolekulare Säuren oder deren Derivate auf aliphatische
Ammoniumverbindungen einwirken zu lassen, die viermal durch eine Alkylgruppe substituiert
sind und von denen eine mindestens eine zur Veresterung mit der höhermolekudaren
Säure gelangende Hydroxylgruppe enthält. Die auf diese Weise erhältlichen Verbindungen
haben seifenartigen Charakter und im besonderen als Netz-, Schaum-, Dispergier-
. und Emulgiermittel technische Bedeutung erlangt. Weiterhin: ist -bekannt, daß
die wertvollen netzenden Eigenschaften der vorerwähnten Körper in erhöhtem Maße
bei Verbindungen angetroffen werden, die in der oben gekennzeichneten Gruppierung
statt eines Alkylsubstituenten Aralkyl enthalten.
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Es wurde nun gefunden, daß Verbindungen, . die einerseits einen Aralkylrest
und einen mit einer höheren Fettsäure veresterten Oxyalkylrest, andererseits aber
noch einen unveresterten Oxyalkylrest als Substituenten am quaternären Stickstoff
aufweisen, hochbakterizide Körper sind, die sich vorzüglich für die Verwendung als
Desinfektionsmittel eignen.
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Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind durch folgende allgemeine
Formel gekennzeichnet:
rn dieser Formel -ist: R1 ein niedermolekularer Oxyalkylrest; R2 ein.acylierter
Oxyalkylrest mit einem Acvlsubstituenten von mindestens 6 und
höchstens
18 Kohlenstqffatomen, R3 ein. Aralkylrest, R4 ein niedermolekularer, .aliphatischer;
gegebenenfalls Doppelbindungen enbhaltender'und/oder durch Sauerstoff, Schwefel
-oder Stickstoff unterbrochener Alkyl-.bzw. Cycloalkylrest; X ist ein beliebiger
Säurerest..
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Die Herstellung. der neuen Verbindungen erfolgt nach an sich bekannten
Verfahren, indem Man einerseits tertiäre Amine, in denen die Gruppierung
vorgebildet ist, mit dem Ester R4-X quaternär macht oder indem man andererseits
tertiäre Amine, in denen die Gruppierung
vorgebildet ist, mit dem Ester R3- X in die quaternäre Form überführt. Derartige
reaktionsfähige Ester sind vorzugsweise die Halogenwasserstoff-und neutralen Schwefelsäureester
der von den Resten R3 und R4 abgeleiteten Alkohole. Für die Herstellung dieser tertiären
Amine wird kein selbständiger Schutz beansprucht.
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Als Ausgangsgut werden solche tertiären-Amine verwendet, die durch
den Gehalt eines höhermolekularen acylierten Oxyalkylrestes und eines unveresterten
Oxyalkylrestes. gekennzeichnet sind. Ihre Darstellung erfolgt zweckmäßig durch stufenweisen
Aufbau des höhermolekularen Restes, indem man z. B. in Aminen, die neben dem aliphatisch
gebundenen Rest R3 oder R4 noch zwei mit veresterungsfähigen Hydroxylgruppen versehene
Oxyalkylreste tragen, eine Hydroxylgruppe durch Einwirken einer höhermolekularen
Fettsäure mit einem Acylrest substituiert. Und zwar kann man z. B. in der Weise
vorgehen, daß man ein solches Amin im Gemisch mit Fettsäure auf 80 bis 25o°
erhitzt und das Kondensationswasser abdestilliert. Die Veresterungsreaktion läßt
sich beschleunigen, wenn man in das Reaktionsgemisch inerte Gase einleitet oder
indem man durch Anlegen von Vakuum und/oder durch schnelles Rühren für eine beschleunigte
Wegführung des Kondensationswassers sorgt. Man kann auch dem Reaktionsgemisch Lösungsmittel
zusetzen, mit deren Hilfe das Kondensationswasser azeotrop abdestilliert. Als derartige
Lösungsmittel sind beispielsweise solche organischen Verbindungen geeignet, die
in dem Temperaturbereich von 8o bis 250° mit Wasser azeotrope Gemische bilden. Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung leitet man in das Reaktionsgemisch
Kohlendioxyd ein, wodurch einerseits die Reaktionsdauer wesentlich abgekürzt und
andererseits infolge Verdrängung des Luftsauerstoffs eine Dunkelfärbung des Reaktionsproduktes
vermieden wird.
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Die erhaltenen Verbindungen .stellen helle (51e dar. Sie besitzen
die . bekannten Eigenschaften höhermolekularer tertiärer Amine, sind also in verdünnten
Säuren, wie z. B. Ameisensäure, Essig-und Milchsäure, Phosphorsäure, Salzsäure u.
dgl., leicht löslich. Diese Lösungen schäumen und wirken bakterizid.
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Zur Darstellung. der als Ausgangsstoffe für den stufenweisen Aufbau
der genannten höhermoleku-_laren Stickstoffverbindungen geeigneten Amine, die neben
einem aliphatischen gebundenen Rest R3 oder R4 zwei Oxyalkylreste am Stickstoff
gebunden enthalten, ; kann man sekundäre Dialkylolamine am Stickstoff durch die
Reste R3 oder R4 substituieren.. Hierzu bringt man z. B. Aralkylhalogenide auf Dialkylolamine
in Gegenwart halogenwasserstoffbindender Mittel zur Einwirkung. Andererseits gewinnt
*man durch Einwirkung organischer, als Reduktionsmittel gebräuchlicher Säuren auf
Oxyalkyloxazolidinverbindungen in guten Ausbeuten tertiäre, am Stickstoff alkylierte
Dialkylolamine. Hierzu läßt man zweckmäßig äquivalente Mengen Oxyalkyloxazolidinverbiridung
und reduzierende Säuren in derKälte aufeinander einwirken und führt die Reaktion
durch Erhitzen auf dem Wasserbad zu Ende. Als besonders für diesen Zweck geeignete
Säuren haben sich Oxal- und Ameisensäure erwiesen.
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Man kann aber auch Halogenwasserstoffester aliphatischer, gegebenenfalls
eine oder mehrere Doppelbindungen enthaltender und/oder durch Sauerstoff, Schwefel
oder Stickstoff unterbrochener Alkyl- bzw. Cycloalkylalkohole auf sekundäre Dialkylolamine
in Gegenwart geeigneter Säureakzeptoren einwirken lassen und erhält die entsprechenden,
am Stickstoff substituierten Amine.
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Eine andere Möglichkeit zur Gewinnung der vorstehend beschriebenen
Zwischenprodukte besteht darin, daß man auf primäre Amine, die entweder einen aliphatisch
gebundenen Aralkylrest oder einen aliphatischen, in der obigen allgemeinen Formel
mit R4 bezeichneten Rest am Stickstoff gebunden enthalten, Äthylenoxyd einwirken
läßt und auf diese Weise in beiden Fällen je zwei Oxyalkylreste in die primäre Aminogruppe
einführt. Man kann hierbei auch stufenweise vorgehen und zunächst nur ein Molekül
Äthylenoxyd auf ein Molekül primäres Amin einwirken lassen und daran anschließend
weiter mit Äthylenoxyd umsetzen.
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Erhält man in der oben angegebenen Weise höhermolekulare tertiäre
Amine, die durch den Gehalt eines Oxyalkyl- und eines acylierten Oxyalkylrestes
besonders gekennzeichnet sind, so werden diese in an sich bekannter Weise mit den
reaktionsfähigen Estern R3-X oder R4-X in die entsprechenden quaternären Ammoniumverbindungen
umgewandelt. Hierzu läßt man ein Gemisch der beiden Komponenten in der Kälte oder
bei erhöhter Temperatur unter Verwendung oder Ausschluß von Lösungsmitteln längere
Zeit aufeinander einwirken. Die erhaltenen Verbindungen bilden zähe, sirupöse Massen
und zeichnen sich durch große Löslichkeit in Wasser und den meisten organischen
Lösungsmitteln aus. Ferner zeigen sie ein gutes Netzvermögen, wodurch das Eindringen
in Gewebestücke sowie die Ausbreitung auf verschmutzten und befleckten Oberflächen
außerordentlich gefördert wird.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen
eignen sich auf Grund ihrer hervorragenden bakteriziden Eigenschaften ausgezeichnet
für die Verwendung als Desinfektionsmittel. Sie können für sich oder im Gemisch
mit anderen desinfizierenden Mitteln gegebenenfalls unter Zusatz von Verdünnungs-
und Streckungsmitteln sowie unter Zusatz von korrosionsverhütenden und geruchsverbessernden
Mitteln zum Desinfizieren von Gebrauchsgegenständen, ärztlichen Instrumenten, Textilien,
Wäsche, Wänden, Fliesen, Fußböden, Geschirren und -von Apparaten der Genuß- und
Nahrungsmittelindustrie Verwendung finden.
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Auf dem Gebiet der chirurgischen Händedesinfektion stellen die Zubereitungen
der genannten Verbindungen eine wertvolle Neuerung dar. Während bekanntlich bei
der chirurgischen Händedesinfektion bisher Bäder zur Anwendung gelangten, die durch
die vorschriftsmäßige Zugabe einer Menge von i bis 2% des io bis 2o% quaternäre
Ammoniumverbindungen enthaltenden Stammpräparates zur Waschflüssigkeit zubereitet
wurden, kann das Stammpräparat nach der vorliegenden Erfindung ohne jede Verdünnungsmaßnahme
auch unmittelbar auf die menschliche Haut aufgetragen und eine Waschung vorgenommen
werden, ohne daß Schädigungen der Haut eintreten. Dadurch erübrigt sich der lästige
Gebrauch jeglicher Waschgefäße. Gleichzeitig .wird die Desinfektionsdauer infolge
der konzentrierten Anwendung des Präparates wesentlich verkürzt. Ferner entfaltet
die konzentrierte Lösung der quaternären Ammoniumverbindung auf der Haut in Gegenwart
von wenig Wasser eine außerordentliche Reinigungswirkung, wodurch sich der Wert
des desinfizierenden Mittels bedeutend erhöht.
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Die kombinierte Anwendbarkeit der neuen Verbindungen als Desinfektions-
und Waschmittel kennzeichnet ihre Überlegenheit vor anderen bekannten Produkten
und ist als ein erheblicher Fortschritt auf dem Gebiete der Desinfektionsmittelchemie
anzusehen. Beispiel i 102,4 Gewichtsteile Benzyldiäthanolamin vom Siedepunkt Kp"
i89 bis igi°, erhalten durch Einwirken von i Mol Benzylchlorid auf i Mol Diäthanolamin
(F.27°) in Gegenwart von Kaliumcarbonat und anschließende Destillation im Vakuum,
werden mit 72,1 Teilen n-Caprylsäure in einem Glaskolben vermischt. Anschließend
erhitzt man das Gemisch unter schnellem Rühren bei gewöhnlichem Druck anfangs auf
i6o° und steigert die Temperatur im Laufe mehrerer Stunden, am Ende bis auf 2oo°.
Das hierbei langsam abdestillierende Kondensationswasser fängt man in einer graduierten
Vorlage auf und beendet das Erhitzen, sobald 9g Kondensationswasser übergegangen
sind, was nach etwa 41/E Stunden der Fall ist.
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Bei vorschriftsmäßiger Ausführung des Versuches ergibt die nach dem
Abkühlen durchgeführte titrimetrische Kontrolle der Säurezahl einen Wert < 5,
woraus erhellt, daß die Umsetzung nahezu quantitativ verlaufen ist. Der erhaltene
Benzyldiäthanolaminmonocaprylsäureester stellt 'ein rötlich gefärbtes
01 dar, welches in verdünnter Ameisen-, Essig-und Milchsäure leicht löslich
ist und schäumende Lösungen ergibt, die bakterizid wirken.
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Vermischt man 125 Teile des erhaltenen Esters mit 5oTeilen
Dimethylsulfat und erwärmt I Stunde lang schwach auf dem Wasserbad, so erhält man
175 Teile eines hellrötbraun gefärbten dicken Öles, welches sich in Leitungswasser
klar auflöst und dessen Lösungen stark schäumen. Das quaternäre Salz ist in fast
allen organischen Lösungsmitteln, außer in Äther, löslich. Beispiel 2
205 Gewichtsteile Benzyldiäthanolamin (Kps 189 bis igi°), gewonnen durch
Umsetzen von Benzylchlorid mit einem technisch anfallenden Gemisch von etwa 6o%
Di- und 40% Triäthanolamin und nachfolgende Destillation im Olpumpenvakuum von etwa
8 mm Hg, werden mit 200,3 Gewichtsteilen Laurinsäure gut verrührt und in einem gewöhnlichen
Destillationsapparat unter Einleiten eines Wasserstoffstromes auf i6o° erhitzt.
Wenn die Hauptmenge des Kondensationswassers übergegangen ist, steigert man die
Temperatur auf 200°. Nach etwa 3 Stunden ist die theoretische Menge von insgesamt
18 g Kondensationswasser aufgefangen. Man bricht hierauf die Reaktion ab und läßt
abkühlen. Die Säurezahl des Reaktionsgemisches ist von dem anfänglichen Wert 139,5
nach erfolgter Umsetzung auf 3,6 abgesunken.
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DerBenzvldiäthanolaminmonolaurinsäureester ist ein hellgelb gefärbtes
C31. Er löst sich spielend in verdünnter Ameisen-, Essig-, Milch- und Phosphorsäure
zu stark schäumenden Lösungen auf, welche hochbakterizid wirken.
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35 Gewichtsteile des so gewonnenen Esters werden mit 12'Gewichtsteilen
Dimethylsulfat und 2o Teilen trockenen Äthers vermischt und bei etwa 30° über Nacht
stehen gelassen. Das in quantitativer Ausbeute erhaltene quaternäre Salz bildet
einen rotbraunen Sirup, der sich in Wasser klar löst.
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In entsprechender Weise erhält man aus 16 Gewichtsteilen Dimethylsulfat
durch etwa istündiges Erwärmen mit 5o Teilen eines Benzyldiäthanolaminestergemisches,bestehend
aus den Benzyldiäthanolaminmonofettsäureestern der in der Kokosölfettsäure vorkommenden
Säuren mit Kettenlängen c0 bis C14, eine sirupförmig anfallende quaternäre Substanz,
die ihrem chemischen und bakteriologischen Verhalten nach die Eigenschaften der
vorstehenden und unter Beispiel i genannten Verbindungen in sich vereinigt.
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Beispiel 3 i i 9 Gewichtsteile 3 -Oxyäthy loxazolidin vom Kpi0 112°
werden allmählich mit 55 Teilen 85%iger Ameisensäure vermischt. Man wartet vor jeder
weiteren Zugabe ab, bis das durch Kohlendioxydentwicklung verursachte heftigeAufschäumen
nachläßt. Hierauf erwärmt man zur Vervollständigung der Umsetzung etwa 2 Stunden
auf dem Wasserbad
und unterwirft danach das dunkel. gefärbte Reaktionsprodukt
einer Vakuumdestillation. Man erhält Methyldiäthanolamin, welches unter io mm Druck
bei 131' als farbloses bis schwach gelb gefärbtes 01 übergeht. Die Ausbeute
beträgt 92010 der theoretischen, bezogen auf eingesetztes 3-Oxyäthyloxazolidin.
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62,5 Gewichtsteile Methyldiäthanolamin werden in einem Glaskolben
mit ioo Teilen einer Kokosölfettsäurefraktion von der Säurezahl 28o vermischt, wobei
lebhafte Erwärmung beobachtet wird. Anschließend erhitzt man das Reaktionsgemisch
am absteigenden Kühler unter Einleiten eines Kohlendioxydstromes anfangs auf 16o°,
gegen Ende der Reaktion auf 2oo°. Das abdestillierende Kondensationswasser fängt
man in einer graduierten Vorlage auf. Nach etwa i Stunde ist die theoretische Menge
Kondensationswasser (9 g) übergegangen. Anschließend läßt man den Kolbeninhalt abkühlen.
Eine Bestimmung der Säurezahl ergibt, daßdieseam Ende der Reaktion auf etwa ii abgesunken
ist. Die Veresterung unter Kohlendioxydeinleiten erlaubt gegenüber der gleichgearteten
Reaktion im Beispiel i eine Zeiteinsparung um 31/2 Stunden. im Beispiel 2 um 21/2
Stunden: Das erhalteng Methyldiäthanolaminmonofettsäureestergemisch mit Säuren der
Kettenlängen C8 bis C14 ist ein dünnflüssiges hellgelbes 01, welches sich
in verdünnter Ameisen-, Essig-, Milch-, Salz- und Phosphorsäure leicht zu schäumendw-n
Lösungen auflöst. Derartige Lösungen wirken bakterizid.
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Das Estergemisch kann, ohne weitere Reinigung der Quaternisierung
unterworfen werden. Bei einer Destillation im Hochvakuum geht es hei Kp"
355 bis 1851 über.
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Man vermischt von dem ungereinigten Estergemisch iso Gewichtsteile
mit 6o Gewichtsbeilen Benzylchlorid und erwärmt etwa 3 Stunden lang auf 120°. Danach
läßt man abkühlen, wobei ein gelbroter dicker Sirup erhalten wird, der sich nach
entsprechender Reinigung in jedem Verhältnis mit Wasser mischt undhaltbare, wäßrige
Verdünnungen i : 5 und i : io liefert. Solche Lösungen emulgieren bakterizid wirkende
Phenole, wie z. B. p-Chlorm-kresol. Sie können mit korrosionsverhütenden Mitteln
vermischt werden. Derartige Zubereitungen lassen sich beliebig mit Säuren oder mit
Laugen auf einem pii-Wert zwischen etwa 4 und 8 einstellen. Beispiel 4 13o Gewichtsteile
Methyldiäthanolamin (Kplo i31°), gewonnen nach der unter Beispiel 3 aufgeführten
Vorschrift, vermischt man mit i6o Gewichtsteileneiner Kokosölfettsäurefraktionvon
mittlerem Molekulargewicht i6ö' (Säurezahl 350) und 5o Teilen Toluol. Anschließend
führt .man das Gemisch in eine 1)estillierapparatur mit Wasserabscheider über und
destilliert, im Verlaufe-'.von 6 Stunden azeotrop.das durchVeresterung gebildete
Kondensationswasser. ab. Nach -Beendigung , der Wasserabscheidung wird. der Rest
des Lösungsmittels im Vakuum-. entfernt und nach: Beispiel 3 ,weiterverfahren.'
Als geeignete T.ösungsmittel kommen außer Toluol in frage: Benzol, aylol, Tetrachlorkohlenstoff
sowie alle diejenigen organischen Verbindungen, die in dem Temperaturbereich .von
8o bis 25o° mit Wasser azeotrope Gemische bilden und sich mit den Reaktionspartnern
Amin und Fettsäure unter den angewandten Bedingungen chemisch nicht umsetzen.