ES2204653T3 - Compuestos obtenidos a partir de nitrilos insaturados, procedimiento para su obtencion y su uso como agentes de limpieza. - Google Patents

Compuestos obtenidos a partir de nitrilos insaturados, procedimiento para su obtencion y su uso como agentes de limpieza.

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Abstract

Compuestos no iónicos caracterizados por la fórmula general RY (I), donde R es un grupo alifático sustituido que contiene 1-3 elementos estructurales con la fórmula (II) donde los átomos de carbono mostrados en el elemento estructural son parte del esqueleto de carbono alifático del grupo R, que contiene 8-24 átomos de carbono, y Y es un nitrilo o un grupo amida; R3 es un grupo alquilo con 1-4 átomos de carbono; AO es un grupo alquilenoxi que contiene 2-4 átomos de carbono y n y n es un número entre 1 y 1 y 30.

Description

Compuestos obtenidos a partir de nitrilos insaturados, procedimiento para su obtención y su uso como agentes de limpieza.
La presente invención se refiere a compuestos no iónicos del tipo del polioxialquileno que son débilmente espumantes y que pueden usarse como agentes tensioactivos, especialmente en composiciones de limpieza a un pH alcalino. Se obtienen de nitrilos insaturados, que han sido epoxidados con por ejemplo peróxido de hidrógeno, y de polialquilenglicoles bloqueados con alquilo. Los agentes tensioactivos nitrílicos pueden hacerse reaccionar posteriormente con, por ejemplo, peróxido de hidrógeno bajo condiciones alcalinas para obtener amidas. Los derivados amídicos de este tipo pueden también obtenerse de ácidos insaturados o ésteres que han sido epoxidados y después se han hecho reaccionar con polialquilenglicoles bloqueados con alquilo. Estos derivados de ácidos o ésteres se transforman en el correspondiente derivado amídico por reacción con amoniaco o una amina primaria o secundaria.
Los agentes tensioactivos no iónicos constituyen un importante grupo de compuestos tensioactivos que se usan ampliamente en numerosas aplicaciones. Sin embargo, muchos de los aductos de óxido de etileno que contienen una cadena hidrófoba con 12-22 átomos de carbono son espumantes demasiado fuertes para ser usados en ciertas aplicaciones, tales como por ejemplo máquinas lavaplatos, lavadora de materiales textiles, limpieza de botellas y limpieza de superficies duras.
Se ha sugerido en EP-A2-0754667 la producción de nuevos agentes tensioactivos no iónicos, que generarían menos espuma, haciendo reaccionar un éster de ácido graso epoxídado con un éter poliglicólico. Se reivindica que estos productos de anillo abierto son particularmente apropiados para ser usados como antiespumantes en diversidad de aplicaciones. En WO 94/07840 se obtienen productos similares por reacción de ésteres epoxidados con éteres de alcohol graso y poliglicol. Se reivindica que estos productos son poco espumantes y que tienen una buena biodegradabilidad, y se usan como auxiliares en la eliminación de agua de materiales sólidos.
Sin embargo, hay un inconveniente cuando se usan compuestos de éster y poliglicol-éter, puesto que el grupo éster se hidroliza enseguida cuando se somete a condiciones altamente alcalinas. Esto excluye aplicaciones donde se necesita un pH alto, ya que el producto no iónico se convertiría entonces en un producto aniónico.
Los productos no iónicos que contienen un grupo ciano, que es un grupo funcional mas estable que el grupo éster, han sido descritos por Wrigley, Smith y Stirton (J. Am. Oil Chem. Soc. 39:80-84 (1962). Estos agentes tensioactivos se obtienen por tratamiento de un nitrilo insaturado con ácido fórmico al 98% y peróxido de hidrógeno al 30% para dar el hidroxi-formiato, seguido de hidrólisis suave para producir el compuesto dihidroxi, que era entonces etoxilado usando KOH como catalizador. Sin embargo ya que ambos grupos hidroxilos de los productos intermedios son secundarios, el producto final no estará muy bien definido. Una vez que una unidad de óxido de etileno se ha unido al grupo hidroxilo secundario, habrá un grupo hidroxilo primario presente, que añadirá otra unidad de óxido de etileno mucho mas rápido que los grupos secundarios restantes. El resultado final será un producto donde una de las cadenas de polioxietileno es mucho mas larga que la otra, muchos de los homólogos del polioxietileno contendrá probablemente solo cadenas cortas, y alguna parte del diol hidrófobo incluso no reaccionará. Así, en el artículo arriba mencionado se establece que la etoxilación del 9, 10 -dihidroxiestearonitrilo con 4 moles de óxido de etileno deja 5,9% del diol de partida.
Consiguientemente hay una necesidad de productos poco espumantes que son más estables que los previamente conocidos éster-poliglicol éteres y mejor definido que los diol-nitrilos etoxilados. El propósito de la presente invención es proporcionar tales productos.
Se ha encontrado ahora que estos objetivos pueden lograrse con una nueva clase de compuestos poco espumantes bien definidos, que pueden prepararse fácilmente a partir de materiales primarios que son fácil de manejar y que pueden obtenerse por procedimientos estándar, por reacción de un nitrilo epoxidado con un polialquilenglicol bloqueado con alquilo. Puesto que los compuestos que se obtienen son poco espumantes, son apropiados para el uso por ejemplo en composiciones de limpieza para aplicaciones donde se requiere poca espuma, tales como limpieza de vehículos, limpieza de botellas y lavadoras. Para obtener productos con, incluso, mejor perfil toxicológico y medioambiental que aún son relativamente estables, el grupo nitrilo puede convertirse en un grupo amida por tratamiento con por ejemplo, peróxido de hidrógeno alcalino. De acuerdo con la invención podría también producirse un derivado amídico por la reacción entre un derivado del ácido, bien sea el propio ácido o el éster del tipo descrito en EP-A2-0754667 y amoniaco o una amina primaria o secundaria.
Los compuestos no iónicos de acuerdo con la presente invención se caracterizan por la fórmula general RY (I), donde R es un grupo alifático sustituido que contiene elementos estructurales 1-3 con la fórmula
6
Donde los átomos de carbono mostrados en los elementos estructurales son parte del esqueleto carbonado alifático del grupo R, que contiene 8-24 átomos de carbono, preferiblemente átomos de carbono 12-22, y Y es un grupo nitrilo o amida; R_{3} es un grupo alquilo con 1-4 átomos de carbono; AO es un grupo óxido de alquileno que contiene 2-4 átomos de carbono y n es un número entre 1 y 30, preferiblemente 3-20. El número de elementos estructurales contenidos en la cadena es preferiblemente 1-2.
Ejemplos apropiados de los compuestos arriba mencionados son aquellos que tienen las fórmulas
7
donde R_{1} es un grupo alifático, R_{2} es un radical alifático, la suma de átomos de carbono contenidos en R_{1} y R_{2} está entre 9 y 19 y R_{3}, AO, n y Y tiene el mismo significado que antes.
Los grupos amida apropiados son los que tienen la fórmula
8
donde R_{4} y R_{5} son H separadamente, un grupo alquilo con 1-6 átomos de carbono, preferentemente 1-4 átomos de carbono, o (AO)_{m}H donde AO es un grupo alquilenoxi que contiene 2-3 átomos de carbono, preferentemente 2, y m es 1-20, preferentemente 1-2. Con mayor preferencia al menos uno de R_{4} y R_{5} es H.
Los compuestos no iónicos de acuerdo con la invención pueden producirse
a) haciendo reaccionar un nitrilo epoxidado que contiene 1-3 grupos epoxi y un total de 8 a 24 átomos de carbono, preferentemente 12-22 átomos de carbono, con un poliaquilenoglicol bloqueado con alquilo que tiene la fórmula R_{3}O(AO)_{n}H, donde R_{3}, AO y n tiene el mismo significado que en la fórmula II, en presencia de un catalizador, y opcionalmente sometiendo el producto obtenido a peróxido de hidrógeno alcalino o
b) haciendo reaccionar amoniaco o amina primaria o secundaria con un ácido o un éster que contiene 1-3 elementos estructurales de acuerdo con la fórmula II en el esqueleto alifático.
Los grupos alquilenoxi podrían distribuirse de forma aleatoria o en bloques o una mezcla de ellos. Normalmente al menos 50% de los grupos alquilenoxi son grupos etilenoxi. Los polietilenglicoles bloqueados con alquilo son los reaccionantes usados más a menudo. Ejemplos apropiados de polialquilenglicoles bloqueados con alquilo son
CH_{3}(CH_{2}CH(CH_{3})O)_{2}(CH_{2}CH_{2}O)_{10}H y CH_{3}(CH_{2}CH_{2}O)_{14}H.
Cuando tiene lugar la reacción entre un nitrilo monoepoxidado y un polialquilenglicol con alquilo bloqueado, hay una oportunidad igual para el ataque por el glicol sobre uno u otro de los dos carbonos del anillo epoxi. En consecuencia se forman dos regioisómeros en aproximadamente la misma cantidad, como se muestra en la fórmula IIIa y IIIb.
Los nitrilos epoxidados podrían derivarse de los nitrilos insaturados por ejemplo usando el método de Venturello descrito en GB-A-2055821, donde el peróxido de hidrógeno se usa como la fuente de oxígeno activo, o por el uso de perácidos. Los nitrilos insaturados podrían contener más que un doble enlace, y la epoxidación de tales nitrilos insaturados pueden consecuentemente dar lugar a productos que contengan más de un grupo epoxi. Por consiguiente, los compuestos no iónicos derivados de tales nitrilos poliepoxidados podrían contener varias cadenas de polioxietileno distribuidas a lo largo del esqueleto alifático. Los ácidos grasos naturales, que son los materiales de partida para los nitrilos, son normalmente mezclas entre ácidos con diferentes cantidades de doble enlaces, y consecuentemente los productos finales resultantes serán también mezclas de compuestos que contienen diferente número de cadenas de polioxietileno.
Los nitrilos insaturados son productos intermedios en los procesos de preparación de aminas grasas, y están fácilmente disponibles en grandes cantidades. El oleonitrilo es un ejemplo apropiado de un nitrilo insaturado, pero también sería posible usar otros nitrilos derivados de ácidos insaturados. Ejemplos de tales ácidos son el ácido de taloil, oleico, linoléico, erúcico y ácidos de aceite de pescado, al igual que ácidos sintéticos insaturados.
La reacción entre los epoxinitrilos y los polialquilenglicol bloqueados con alquilo podrían catalizarse tanto por ácidos, tales como ácidos de Lewis por ejemplo BF_{3}, como por álcalis, tales como alcóxidos.
La conversión del grupo nitrilo en un grupo amida por el tratamiento con peróxido alcalino se describe por ejemplo en Organic Synthesis Collective Vol. II p. 586.
Los compuestos amídicos no iónicos de acuerdo con la invención podrían también obtenerse por un procedimiento estándar vía el ácido apropiado o el derivado éster por reacción con amoníaco o una amina. Ejemplos apropiados de aminas son las alquilaminas primarias o secundarias, etanolamina y dietanolamina.
Los siguientes ejemplos son ilustrativos de la invención y no deben interpretarse como una limitación.
Ejemplo A
La mezcla de productos de acuerdo con la fórmula IIIa y IIIb donde R_{1}=C_{8}H_{17}, R_{2}=C_{7}H_{14}, AO=-CH_{2}CHO_{2}-, n=10, R_{3}=CH_{3} y Y=-CN se preparó de acuerdo al siguiente procedimiento:
0,01 moles del complejo trifluoruro de boro-dietil-éter se añadieron a 0,1 moles de éter monometílico de polietilenglicol (peso molecular = 472,5) mientras se agitaba. La mezcla se calentó a 60ºC, y con agitación continua se añadieron 0,1 moles de 9,10-epoxioleonitrilo durante un periodo de 30 minutos. La reacción fue exotérmica, y la temperatura se mantuvo entre 60-65ºC durante la adición mediante calentamiento y enfriamiento alternativo de la mezcla de reacción. Cuando todo el epóxido se hubo añadido, se tomó una muestra para determinar la cantidad de epóxido presente en el producto. El método usado para este análisis fue un procedimiento volumétrico, que se describe en Analytical Chemistry 36 (1964) p 667. La cantidad de epóxido fue <1%. El producto fue también investigado por RMN-H^{1}, y el espectro obtenido estaba de acuerdo con la estructura deseada.
Se añadió al producto bicarbonato sódico para eliminar el BF_{3}. La suspensión obtenida se agitó durante 15 minutos, y después se filtró a través de una capa de bicarbonato sódico.
Ejemplo B
La mezcla producto de acuerdo con la fórmula IIIa y IIIb donde R_{1}=C_{8}H_{17}, R_{2}=C_{7}H_{14}, AO= -CH_{2}CH_{2}O-, n=14, R_{3}=CH_{3} y Y= -CN se preparó de acuerdo con el procedimiento descrito en el Ejemplo A, excepto en que el glicol usado fue éter monometílico de polietilenglicol con un peso molecular de 649. La cantidad de epóxido sin reaccionar en la mezcla de productos fue <1%, y el espectro de RMN-H^{1} estaba de acuerdo con la estructura deseada.
Ejemplo C
La mezcla producto de acuerdo con la fórmula IIIa y IIIb donde R_{1}= C_{8}H_{17}, R_{2}= C_{7}H_{14}, AO= -CH_{2}CH_{2}O-, n=7,2, R_{3}=CH_{3} y Y= -CN se preparó según el procedimiento descrito en el Ejemplo A, excepto que el glicol usado era éter monometílico de polietilenglicol con un peso molecular de 350. La cantidad de epóxido sin reaccionar en la mezcla de productos fue <1%, y el espectro de RMN-H^{1} estaba de acuerdo con la estructura deseada.
Ejemplo D
La mezcla de productos de acuerdo con la fórmula IIIa y IIIb donde R_{1}=C_{8}H_{17}, R_{2}=C_{7}H_{14}, AO= -CH_{2}CH_{2} O-
\hbox{,}
n=11,8, R_{3}=CH_{3} y Y= -CN se preparó de acuerdo con el procedimiento descrito en el Ejemplo A, excepto que el glicol usado era éter monometílico de polietilenglicol con un peso molecular de 550. La cantidad de epóxido sin reaccionar en la mezcla del producto fue <1%, y el espectro de RMN-H^{1} estaba de acuerdo con la estructura deseada. Ejemplo E
A 35,7 g (0,052 mol) de la mezcla productos del ejemplo C se añadieron 135 ml de acetona y 1 ml de Dequest 2006 (agente complejante). La mezcla se calentó a 60ºC y durante un periodo de 30 minutos se añadieron gota a gota a la solución 8,7 g de solución acuosa de KOH 6M y 9,1 g (0,080 mol) de H_{2}O_{2} al 30%. Tras la adición de mezcla de reacción se mantuvo a 60ºC durante 3 horas. Un análisis por RMN-H^{1} reveló que 29% de los grupos nitrilos se habían convertido en grupos de amida primaria.
Ejemplo 1
Se estudió el comportamiento espumante de un oleonitrilo epoxidado que había sido hecho reaccionar con un polietilenglicol bloqueado con metilo que contenía 10 (ejemplo A) y 14 (ejemplo B) unidades de polioxietileno respectivamente. La espuma se midió en mm de espuma producidos en un cilindro de 500 ml con 49 mm de diámetro interior y 200 ml de solución de agente tenisoactivo al 0,5%, volteándose el cilindro unas 40 veces por minuto. El ensayo se hizo a temperatura ambiente, y la altura de la espuma se registró inmediatamente y después de 1, 5 y 10 minutos. El dihidroxiestearonitrilo etoxilado, nonilfenol que había sido etoxilado con 10 moles de óxido de etileno (NF + 10 EO) y alcohol C_{12}-C_{16} que había sido etoxilado con 7,5 moles de óxido de etileno se usaron como referencias. Los dos últimos productos son agentes tensioactivos bien conocidos que se usan en procesos de limpieza.
1
Los productos que están de acuerdo con la presente invención producen menos espuma que los correspondientes derivados del 9,10- dihidroxiestearonitrilo que contienen la misma cantidad de unidades de oxietileno.
NF + 10EO y el alcohol C_{12} - C_{16} + 7,5 EO producen mucho mas espuma que cualquiera de los productos investigados.
Ejemplo 2
La siguiente receta se usó para preparar formulaciones que contienen agentes tensioactivos de acuerdo con la presente invención.
2
^{1}la cantidad de hidrótropo añadido es la mínima cantidad necesaria para obtener una solución transparente a temperatura ambiente.
La eficiencia de limpieza de la formulación se evaluó usando el siguiente ensayo de limpieza: Se untaron platos pintados de blanco con una mezcla de aceite-hollín obtenida de motores diesel. Se vertieron 25 ml de las soluciones de ensayo sobre la parte superior de los platos untados de aceite y se dejaron allí durante un minuto. Los platos se enjuagaron con un chorro abundante de agua. Todas las soluciones y el agua se mantuvieron a temperatura de 15-20ºC. Todas las soluciones de ensayo se colocaron en el mismo plato. La reflectancia de los platos se midió con un reflectómetro Minolta Chroma Meter CR-200 antes y después de la limpieza.
El ensayo se realizó con soluciones diluidas 1:10 con agua. La suciedad eliminada por lavado se calculó mediante el programa de ordenador integrado en el medidor, y los resultados se recogen en la siguiente tabla. Se obtuvo un valor por cada sustancia calculando la media de cuatro medidas obtenidas a cuatro diferentes manchas en los platos. Los valores de la tabla son las medias de los valores obtenidos sobre dos platos diferentes. La referencia es un agente tensioactivo no iónico tradicional obtenido por etoxilación del alcohol C_{12}-C_{16} con 7,5 moles de óxido de etileno.
3
Como se puede ver en la tabla, los compuestos de la presente invención son tan buenos limpiadores como los tradicionales agentes tensioactivos no iónicos usados como referencia, y también tienen la ventaja de ser mas débilmente espumantes.

Claims (10)

1. Compuestos no iónicos caracterizados por la fórmula general RY (I), donde R es un grupo alifático sustituido que contiene 1-3 elementos estructurales con la fórmula
4
donde los átomos de carbono mostrados en el elemento estructural son parte del esqueleto de carbono alifático del grupo R, que contiene 8-24 átomos de carbono, y Y es un nitrilo o un grupo amida; R_{3} es un grupo alquilo con 1-4 átomos de carbono; AO es un grupo alquilenoxi que contiene 2-4 átomos de carbono y n es un número entre 1 y 30.
2. Compuestos no iónicos de acuerdo con la reivindicación 1, que contienen 1-2 elementos estructurales de acuerdo con la fórmula (II).
3. Compuestos no iónicos de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizados por la fórmula general
5
donde R_{1} es un grupo alifático, R_{2} es un radical alifático, la suma de átomos de carbono contenidos en R_{1} y R_{2} es entre 9 y 19; y R_{3}, AO, n y Y tienen el mismo significado que en la reivindicación 1.
4. Compuestos no iónicos de acuerdo con las revindicaciones 1-3, donde al menos 50% de los grupos AO son grupos etilenoxi.
5. Compuestos no iónicos de acuerdo con las reivindicaciones 1-3, donde el grupo AO es el grupo etilenoxi.
6. Compuestos no iónicos de acuerdo con las reivindicaciones 1-3, donde n es 3-20 y R_{3} es metilo o etilo.
7. Un método de producir un compuesto no iónico de acuerdo con la reivindicación 1-6, caracterizado porque el compuesto se produce
a) haciendo reaccionar un nitrilo epoxidado que contiene 1-3 grupos epoxi y un total de 8 a 24 átomos de carbono con polialquilenglicol bloqueado con alquilo que tiene la fórmula R_{3}O(AO)_{n}H, donde R_{3}, AO y n tiene el mismo significado que en la reivindicación 1-6, en presencia de un catalizador, y opcionalmente sometiendo el producto obtenido a peróxido de hidrógeno alcalino o
b) haciendo reaccionar amoniaco o una amina primaria o secundaria con un ácido o un éster que contiene 1-3 elementos estructurales de acuerdo con la fórmula II como se definió en las reivindicaciones 1-6.
8. Uso del compuesto de acuerdo con las reivindicaciones 1-6, como agente tensioactivo en un proceso de limpieza.
9. Uso del agente tensioactivo de acuerdo con la reivindicación 8, para la limpieza de superficies duras.
\newpage
10. Uso del agente tensioactivo de acuerdo con la reivindicación 8, en un proceso de limpieza de vehículos, para lavado de botellas, máquinas lavavajillas o máquinas de lavado de materiales textiles.
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