ES2345141T3 - Proceso in situ para preparar bicarbonatos de amonio cuaternario y carbonatos de amonio cuaternario. - Google Patents
Proceso in situ para preparar bicarbonatos de amonio cuaternario y carbonatos de amonio cuaternario. Download PDFInfo
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Abstract
Un método para preparar un metocarbonato de amonio cuaternario que tiene la fórmula **(Ver fórmula)** en donde R1 y R2 son independientemente alquilo C1-C30 y R3 es un alquilo C8-C30, el método comprende hacer reaccionar (a) una amina que tiene la fórmula NR1R2R3; (b) un carbonato cíclico que tiene la fórmula **(Ver fórmula)** en donde R4 es hidrógeno o alquilo C1-C4 y n es un entero de 1 a 10; y (c) metanol para formar el metocarbonato.
Description
Proceso in situ para preparar
bicarbonatos de amonio cuaternario y carbonatos de amonio
cuaternario.
Esta invención se relaciona con un método in
situ adecuado para preparar metocarbonatos de amonio
cuaternario, bicarbonatos de amonio cuaternario, y carbonatos de
amonio cuaternario a partir de aminas terciarias
correspondientes.
Se conocen compuestos de amonio cuaternario,
tales como carbonato de didecildimetilamonio y cloruro de
didecildimetilamonio, por tener actividad antimicrobiana. Ver, por
ejemplo, Patentes Estadounidenses Nos. 5,523,487, 5,833,741, y
6,080,789. Se ha encontrado que los compuestos de amonio cuaternario
son particularmente útiles como conservantes de madera. Sin
embargo, se ha encontrado que los cloruros de amonio cuaternario se
lixivian rápidamente en el suelo (Nicholas et al., Forest
Prod. J., 41:41 (1991)). Consecuentemente, un acoplador de metal,
tal como una sal de cobre, se agrega frecuentemente a los cloruros
de amonio cuaternario para evitar lixiviación.
Los carbonatos de amonio cuaternario, por otra
parte, tienen mayor resistencia a la lixiviación y no requieren el
uso de un acoplador de metal. Como un resultado, existe una
creciente demanda en el mercado de conservantes para carbonatos de
amonio cuaternario.
La Patente Estadounidense No. 5,438,034 describe
un proceso para preparar carbonatos de amonio cuaternario. El
proceso incluye hacer reaccionar un cloruro de amonio cuaternario
con un hidróxido de metal para formar un hidróxido de amonio
cuaternario y luego hacer reaccionar el hidróxido de amonio
cuaternario con dióxido de carbono para producir el carbonato de
amonio cuaternario. El hidróxido de amonio cuaternario, sin embargo,
es muy corrosivo. Adicionalmente, el cloruro de metal producido
como un subproducto en la primera reacción se debe filtrar del
producto de reacción, una etapa que aumenta el costo y disminuye la
eficiencia del proceso. Así, es deseable un método alternativo para
producir carbonato de amonio cuaternario.
Werntz, en la Patente de Estadounidense No.
2,635,100, describe un procedimiento para la preparación de
carbonatos de amonio cuaternario al hacer reaccionar una amina
trialifática con un éster de hidrocarburo dialifático de ácido
carbónico, tal como carbonato de dimetilo y carbonato de etileno,
preferiblemente en la presencia de un alcohol. Werntz informa que
la reacción de aminas terciarias y de carbonato de dimetilo
proporciona metocarbonatos de amonio cuaternario. Werntz también
informa que cuando el carbonato de etileno se hace reaccionar con
trietilamina y metanol, se forma el carbonato cíclico de hidróxido
de trietilo-2-hidroxietilamonio. El
disolvente, amina no reactiva, y el éster cíclico se remueven
mediante destilación. Muchos ésteres hidrocarburos dialifáticos de
ácido carbónico, tales como el carbonato de dimetilo, son costosos
y, por tanto, aumentan significativamente el costo para la
preparación de carbonatos de amonio cuaternario mediante este
proceso.
El carbonato de dimetilo está disponible
comercialmente, y los métodos de su síntesis se conocen bien en la
técnica. Típicamente los carbonatos cíclicos, por ejemplo, carbonato
de etileno y propileno, se convierten a carbonato de dimetilo y un
glicol en la presencia de metanol un otro alcohol y catalizador.
Romano et al., Patente Estadounidense No. 4,062,884,
describe un proceso para preparar carbonatos de dialquilo al hacer
reaccionar un alcohol con un carbonato cíclico en la presencia de
una base orgánica, tal como una amina alifática terciaria. Romano
et al. describe la reacción de una mezcla de
metanol/carbonato de etileno/trietilamina. La destilación continua
del azeotropo de metanol-carbonato de dimetilo
durante 3 horas resulta en casi la conversión completa de carbonato
de etileno a etilenglicol y carbonato de dimetilo. Romano et
al. enseña adicionalmente que la base orgánica que cataliza la
reacción se puede recuperar totalmente del recipiente de reacción
mediante destilación simple.
Existe una necesidad continua de métodos más
eficientes y más baratos para preparar carbonatos de amonio
cuaternario. Un método in situ de una etapa para preparar
carbonatos de amonio cuaternario satisfaría ventajosamente estas
necesidades.
El solicitante ha descubierto un método in
situ adecuado para preparar sales de metocarbonato de amonio
cuaternario en alto rendimiento a partir de aminas terciarias,
metanol, y por lo menos un carbonato cíclico, y su posterior
conversión a bicarbonatos de amonio cuaternario, carbonatos de
amonio cuaternario o ambos en una reacción de crisol. De acuerdo
con una realización de la invención, el método incluye hacer
reaccionar una amina y metanol con por lo menos un carbonato
cíclico para proporcionar un metocarbonato de amonio cuaternario.
Este método no produce o requiere el manejo de hidróxidos de amonio
cuaternario corrosivos. Adicionalmente, este método produce
ventajosamente glicoles como subproductos. Los glicoles se agregan
frecuentemente a soluciones que contienen carbonatos de amonio
cuaternario y bicarbonatos de amonio cuaternario para elevar su
punto de ignición y como un anticongelante.
La presente invención también proporciona un
método de preparar un bicarbonato de amonio cuaternario, carbonato
de amonio cuaternario, o mezclas de los mismos al (a) preparar un
metocarbonato de amonio cuaternario mediante el método
anteriormente mencionado, y (b) convertir el metocarbonato de amonio
cuaternario al bicarbonato de amonio cuaternario correspondiente,
carbonato de amonio cuaternario, o mezclas de los mismos.
El solicitante ha descubierto un método in
situ adecuado para preparar sales de metocarbonato de amonio
cuaternario en alto rendimiento a partir de aminas terciarias,
metanol, y por lo menos un carbonato cíclico, y su posterior
conversión a bicarbonatos de amonio cuaternario, carbonatos de
amonio cuaternario, o mezclas de los mismos in a una reacción de
crisol.
El término "alquilo" como se utiliza aquí
incluye sustituyentes alquilo rectos o ramificados. Un grupo
"alquilo" es un hidrocarburo saturado.
El método de la presente invención puede
preparar metocarbonatos de amonio cuaternario que tienen la
fórmula
donde R^{1}, R^{2}, y R^{3}
son independientemente alquilo C_{1}-C_{30}.
Preferiblemente, R^{1}, R^{2}, y R^{3} son independientemente
alquilo C_{1}-C_{20} y más preferiblemente son
independientemente alquilo C_{1}-C_{16}. Más
preferiblemente, R^{1} es
metilo.
También, por lo menos uno de R^{1}, R^{2}, y
R^{3} es preferiblemente un alquilo
C_{8}-C_{30} o un alquilo
C_{8}-C_{20}. De acuerdo con una realización,
R^{1} y R^{2} son independientemente alquilo
C_{1}-C_{20} y más preferiblemente son
independientemente alquilo C_{1}-C_{16} y
R^{3} es alquilo C_{8}-C_{20} y más
preferiblemente alquilo C_{8}-C_{16}.
De acuerdo con una realización preferida,
R^{2} es alquilo C_{1}-C_{20}. De acuerdo con
otra realización, R^{2} es metilo. De acuerdo con todavía otra
realización, R^{2} es un alquilo C_{8}-C_{12}
y más preferiblemente un alquilo C_{10}.
De acuerdo con una realización preferida,
R^{3} es un alquilo C_{8}-C_{12} y más
preferiblemente un alquilo C_{10}.
De acuerdo con otra realización preferida,
R^{1} es metilo y R^{2} y R^{3} son independientemente alquilo
C_{8}-C_{20}. Más preferiblemente, R^{2} y
R^{3} son independientemente alquilo
C_{8}-C_{12}. De acuerdo con una realización
más preferida, R^{2} y R^{3} son alquilo C_{10}.
De acuerdo con todavía otra realización
preferida, R^{1} y R^{2} son metilo y R^{3} es un alquilo
C_{8}-C_{20}. De acuerdo con una realización,
R^{3} es un alquilo C_{10}-_{18} y más
preferiblemente es un alquilo C_{12}-_{18}. De
acuerdo con otra realización, R^{3} es alquilo
C_{8}-C_{12} y más preferiblemente es un
alquilo C_{10}.
Los metocarbonatos representativos de amonio
cuaternario incluyen metocarbonato de didecildimetilamonio,
metocarbonato de dodeciltrimetilamonio, metocarbonato de
dioctildimetilamonio, metocarbonato de octadeciltrimetilamonio,
metocarbonato de dioctadecildimetilamonio, metocarbonato de
trioctilmetilamonio, y cualquier combinación de cualquiera de los
anteriores.
El metocarbonato de amonio cuaternario se
prepara al hacer reaccionar una amina y metanol con por lo menos un
carbonato cíclico. Las aminas adecuadas incluyen aquellas que tienen
la fórmula NR^{1}R^{2}R^{3}, en donde R^{1}, R^{2}, y
R^{3} son como se definió anteriormente. Las aminas preferidas
incluyen didecilmetilamina, dodecilmetilamina, dioctilmetilamina,
octadecildimetilamina, dioctadecilmetilamina, trioctilamina, y
cualquier combinación de cualquiera de las anteriores.
Los carbonatos cíclicos adecuados incluyen
aquellos que tienen la fórmula
donde R^{4} es hidrógeno o
alquilo C_{1}-C_{4} y n es un entero de 1 a 10.
Preferiblemente, R^{4} es hidrógeno o metilo. Los carbonatos
cíclicos preferidos incluyen carbonato de etileno, carbonato de
propileno, y mezclas de los
mismos.
Generalmente, la reacción se desarrolla con un
exceso molar de metanol y carbonato cíclico con respecto a la
amina, es decir, la relaciones molares de metanol y el carbonato
cíclico a la amina son mayores de 1. La relación molar de amina a
carbonato cíclico preferiblemente varía de 1:1 a 1:10 y más
preferiblemente varía de 1:1.1 a 1:1.3. La relación molar de amina
a metanol varía de 1:2 a 1:20 y más preferiblemente varía de
aproximadamente 1:3 a aproximadamente 1:10.
La reacción se desarrolla típicamente de 120 a
160ºC, preferiblemente de 120 a 150ºC y más preferiblemente de 120
a 140ºC. La reacción se puede desarrollar a una presión que varía de
aproximadamente 420 kPa a aproximadamente 1.4 MPa (aproximadamente
60 a aproximadamente 200 psi). Preferiblemente, la reacción se
desarrolla a una presión que varía de aproximadamente 840 KPa a
aproximadamente 1.05 MPa (aproximadamente 120 a aproximadamente 150
psi).
Generalmente, la reacción se desarrolla durante
aproximadamente 3 a aproximadamente 40 horas y preferiblemente de
aproximadamente 5 a 30 horas.
La etapa de reacción que proporciona el
metocarbonato de amonio cuaternario también produce glicoles, tales
como etilenglicol y propilenglicol, como subproductos. Por ejemplo,
cuando el carbonato cíclico es carbonato de propileno, la reacción
es como sigue:
donde R^{1}, R^{2}, y R^{3}
son como se definió
anteriormente.
Sin estar limitado por ninguna teoría, el
inventor considera que el carbonato de propileno primero se hace
reaccionar con metanol para formar carbonato de dimetilo y
propilenglicol como se muestra adelante.
La amina NR^{1}R^{2}R^{3} cataliza esta
primera reacción. El inventor hace hipótesis adicional de que el
carbonato de dimetilo formado reacciona con la amina para
proporcionar el metocarbonato de amonio cuaternario. Por lo tanto,
la reacción proporciona metocarbonato de amonio cuaternario y
propilenglicol.
También se puede agregar carbonato de dimetilo a
la mezcla de reacción para mejorar las cinéticas de la reacción, es
decir, para acelerar la reacción. El carbonato de dimetilo también
funciona para balancear la relación de bicarbonato de amonio
cuaternario y carbonato a glicol en el producto. La relación molar
de amina a carbonato de dimetilo (antes de la reacción)
preferiblemente varía de 2:1 a 1:3 y más preferiblemente varía de
aproximadamente 1.25:1 a aproximadamente 1:1.25.
El inventor ha encontrado que la relación molar
de fuentes de carbonato totales con la amina en la reacción está
preferiblemente en el rango de aproximadamente 1:1 a 5:1, más
preferiblemente 1.25:1 a 2.5:1, y más preferiblemente 1:1.5 a
1:2.
Así, la presente reacción en una realización
preferida utiliza un exceso molar de metanol y carbonato de dimetilo
relacionado con la amina para convertir sustancialmente
completamente la amina a metocarbonato de amonio cuaternario. El
carbonato cíclico preferiblemente se convierte sustancialmente
completamente a glicol y carbonato de dimetilo. El glicol puede
permanecer en el producto.
La relación molar de carbonato cíclico a la
amina se puede variar para obtener la relación en peso deseada de
glicol a metocarbonato de amonio cuaternario en el producto de
reacción. Mientras que el metanol en el producto final se puede
destilar fácilmente, la remoción de los glicoles es mucho más
costosa. De acuerdo con una realización, la relación molar de
carbonato cíclico a la amina es levemente mayor de 1, por ejemplo,
de aproximadamente 1:1.1 a aproximadamente 1:1.5 o de
aproximadamente 1:1.1 a aproximadamente 1:1.3. Al mantener la
relación molar cerca de 1, la relación en peso de propilenglicol a
metocarbonato de amonio cuaternario, tal como metocarbonato de
didecildimetilamonio, en el producto final generalmente varía de
aproximadamente 1:3 a aproximadamente 1:7 y es preferiblemente
aproximadamente 1:5.
Después de la formación del metocarbonato de
amonio cuaternario, se puede remover el exceso de metanol y
carbonato de dimetilo y recuperar mediante destilación simple. El
metocarbonato de amonio cuaternario se puede aislar y purificar
mediante métodos conocidos en la técnica.
\vskip1.000000\baselineskip
El metocarbonato de amonio cuaternario producido
por el método de la presente invención se puede convertir a un
bicarbonato correspondiente, carbonato, o mezclas de los mismos
mediante métodos conocidos en la técnica, tal como hidrólisis y
otras reacciones de intercambio (por ejemplo,
de-hidrólisis). Por ejemplo, el metocarbonato se
puede agitar con agua a condiciones ambiente para efectuar la
reacción (hidrólisis) al bicarbonato correspondiente y metanol.
Luego se puede agregar agua para destilar el agua y cualquier
metanol residual formado cuando el metocarbonato se hidroliza al
bicarbonato. La destilación se puede hacer a presiones atmosféricas
o reducidas mediante métodos estándar en la técnica.
El bicarbonato se puede convertir al carbonato
mediante cualquier método en la técnica. Por ejemplo, el bicarbonato
se puede calentar (por ejemplo en agua) para proporcionar el
carbonato correspondiente, dióxido de carbono, y agua.
Si destila metanol de la solución de
bicarbonato, el calor puede provocar que se convierta algo o todo el
bicarbonato al carbonato correspondiente.
El metanol en el producto se puede recuperar
mediante cualquier método conocido en la técnica, tal como
destilación como se discutió anteriormente, durante o después de la
reacción. El bicarbonato de amonio cuaternario se puede aislar y
purificar mediante métodos conocidos en la técnica.
El método de la presente invención puede
producir bicarbonatos de amonio cuaternario que tienen la
fórmula
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
y carbonatos de amonio cuaternario
que tienen la
fórmula
\vskip1.000000\baselineskip
en donde R^{1}, R^{2}, y
R^{3} son como se definió
anteriormente.
De acuerdo con una realización preferida, la
conversión resulta en la formación de una mezcla que contiene de
aproximadamente 70 a aproximadamente 90% en peso de bicarbonato de
amonio cuaternario y de aproximadamente 10 a aproximadamente 30% en
peso de carbonato de amonio cuaternario, con base en 100% del peso
total de bicarbonato de amonio cuaternario y carbonato de amonio
cuaternario.
Las etapas de mezclar, agregar y hacer
reaccionar en la presente invención se pueden realizar mediante
medios convencionales conocidos por aquellos medianamente versados
en la técnica. El orden de la adición de reactivos o disolventes en
cualquier etapa individual no afecta el proceso. Los reactivos y/o
disolventes se pueden agregar secuencialmente o simultáneamente en
cualquier recipiente de reacción. De manera importante, el método
de la presente invención es adecuado para técnicas y equipo de
producción a escala comercial, todavía conveniente para trabajo a
pequeña escala.
Los siguientes ejemplos ilustran la invención.
Todas las partes y porcentajes se dan en peso a menos que se
indique otra cosa.
La cantidad de amina convertida al metocarbonato
de amonio cuaternario correspondiente se determina como sigue. Se
desarrolla cromatografía de gas en una muestra dada después de la
formación del metocarbonato de amonio cuaternario. Las mediciones
de la cromatografía de gas de la solución se realizan con un
cromatógrafo Hewlett Packard Modelo 5890 Series II equipado con un
autoinyector Hewlett Packard 7673 GC/SFC que inyecta 1 \mul de
solución en el inyector a 300ºC. La temperatura de columna inicia en
100ºC con una duración de 5 minutos seguido por un aumento de 8ºC
por minuto a 300ºC, seguido por otro aumento de 5 minutos.
En el inyector de cromatografía de gas, se
descompone el metocarbonato de amonio cuaternario. Por ejemplo, el
metocarbonato de didecildimetilamonio se descompone para producir
predominantemente deceno y decildimetilamina y cantidades pequeñas
de didecilmetilamina. En una solución pura de metocarbonato de
didecildimetilamonio, el pico de didecilmetilamina contribuye a 13%
de las áreas del cromatógrafo total. El porcentaje de
didecilmetilamina y carbonato de propileno convertido a
metocarbonato de didecildimetilamonio se calcula luego de la
reducción en el área para el pico de didecilmetilamina de 100%
inicialmente a 13% que representa el 100% de la conversión. Se
puede determinar la cantidad de otras aminas convertidas mediante
métodos similares.
Una titulación de dos fases con un titulador de
lauril sulfato de sodio estándar y indicador de bromofenol azul se
realiza para confirmar la formación de los compuestos de amonio
cuaternario.
Los siguientes ejemplos se realizan en un
reactor de 1 litro de acero inoxidable Parr Model 4520 equipado con
un agitador magnético y un propulsor de tipo turbina. La temperatura
del reactor se controla a dentro de \pm 1ºC mediante un
controlador Parr Model 4843 con calentador externo y enfriamiento
interno mediante una bobina llena de agua. Un indicador de presión
Ashcroft capaz de medir las presiones que varían de 0 a 1.4 MPa (0
a 200 psi) se adhiere al reactor. Una válvula de sangrado pequeña se
mantiene parcialmente abierta hasta que los contenidos del reactor
alcanzan 60ºC para facilitar la remoción el aire residual en el
reactor.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con 295 g (0.95 mol) de
didecilmetilamina (92% (p/p) purs y 8% (p/p) de tridecilamina), 153
g (1.5 mol) de carbonato de propileno, y 177 g (5.7 mol) de metanol.
La mezcla se calienta a 140ºC con agitación durante 28 horas. Se
produce metocarbonato de didecildimetilamonio.
Inicialmente, la solución consiste de dos fases.
La parte superior es didecilmetil amina esencialmente pura. Después
de 15 horas, la solución es de una sola fase. Cuando una muestra de
la solución después de 15 horas de calentamiento se deja enfriar a
temperatura ambiente, se hace borrosa y se separa en dos fases.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
aproximadamente 90 a 95% de la didecilmetilamina se convierte a
metocarbonato de didecildimetilamonio después de 15 horas de
calentamiento y aproximadamente 99% de la didecilmetilamina se
convierte a metocarbonato de didecildimetilamonio después de 28
horas de calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con didecilmetilamina,
carbonato de propileno, y metanol en una relación molar de 1:
1.2:6.5. La mezcla se calienta a 130ºC durante 16 horas. Se produce
metocarbonato de didecildimetilamonio. Inicialmente, la solución
consiste de dos fases. Después del calentamiento, la solución
permanece en dos fases. La parte superior es alta en
tridecilamina.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
aproximadamente 75-80% de la didecilmetilamina se
convierte a metocarbonato de didecildimetilamonio depuse de las 16
horas de calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
Un reactor se carga con didecilmetilamina,
carbonato de propileno, y metanol en una relación molar de 1:1.6:10.
La mezcla se calienta a 130ºC durante 20 horas. Se produce
metocarbonato de didecildimetilamonio. Inicialmente, la solución
consiste de dos fases. Después de 16 horas de calentamiento, la
solución consiste de una fase.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
aproximadamente 85-90% de la didecilmetilamina se
convierte a metocarbonato de didecildimetilamonio después de las 20
horas de calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con didecilmetilamina (100%
pura), carbonato de propileno, y metanol en una relación molar de
1:2:10. La mezcla se calienta a 140ºC durante 23 horas. Se produce
metocarbonato de didecildimetilamonio. Inicialmente, la solución
consiste de dos fases. Después de 6 horas de calentamiento, la
solución consiste de una
fase.
fase.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
aproximadamente 97-100% de la didecilmetilamina se
convierte a metocarbonato de didecildimetilamonio depuse de las 23
horas de calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con 233 g (0.75 mol) de
didecilmetilamina (96% (p/p) pura y 4% (p/p) de tridecilamina),
76.5 g (0.75 mol) de carbonato de propileno, 67.5 g (0.75 mol) de
carbonato de dimetilo, y 233 g (7.5 mol) de metanol. La mezcla se
calienta a 140ºC durante 8.5 horas. Se produce metocarbonato de
didecildimetilamonio. Inicialmente, la solución consiste de dos
fases. Después de 2.5 horas, la solución consiste de una fase.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
aproximadamente 75, 95, y 99% de la didecilmetilamina se convierte
a metocarbonato de didecildimetilamonio después de 2.5, 5.5, y 8.5
horas de calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con didecilmetilamina,
carbonato de propileno, metanol, y carbonato de dimetilo en una
relación molar de 1:1:4:0.4. La mezcla se calienta a 150ºC durante
20 horas. Se produce metocarbonato de didecildimetilamonio.
Inicialmente, la solución consiste de dos fases. Después de las 20
horas de calentamiento, la solución consiste de dos fases.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
aproximadamente 75% de la didecilmetilamina se convierte a
metocarbonato de didecildimetilamonio después de las 20 horas de
calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con didecilmetilamina,
carbonato de propileno, metanol, y carbonato de dimetilo en una
relación molar de 1:1:10:1. La mezcla se calienta a 130ºC durante 21
horas. Se produce metocarbonato de didecildimetilamonio.
Inicialmente, la solución consiste de dos fases. Después de las 21
horas de calentamiento, la solución consiste de una fase.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
aproximadamente 97% de la didecilmetilamina se convierte a
metocarbonato de didecildimetilamonio después de las 21 horas de
calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con didecilmetilamina,
carbonato de propileno, metanol, y carbonato de dimetilo en una
relación molar de 1:1:7:0.7. La mezcla se calienta a 140ºC durante
15 horas. Se produce metocarbonato de didecildimetilamonio.
Inicialmente, la solución consiste de dos fases. Después de 6 horas
de calentamiento, la solución consiste de una fase.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
aproximadamente 98% de la didecilmetilamina se convierte a
metocarbonato de didecildimetilamonio después de las 15 horas de
calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con didecilmetilamina,
carbonato de propileno, metanol, y carbonato de dimetilo en una
relación molar de 1:1:4:1. La mezcla se calienta a 150ºC durante 17
horas. Se produce metocarbonato de didecildimetilamonio.
Inicialmente, la solución consiste de dos fases. Después de las 17
horas de calentamiento, la solución consiste de una fase.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
aproximadamente 85% de la didecilmetilamina se convierte a
metocarbonato de didecildimetilamonio después de 17 horas de
calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con didecilmetilamina,
carbonato de propileno, metanol, y carbonato de dimetilo en una
relación molar de 1:1:7:0.7. La mezcla se calienta a 150ºC durante
16 horas. Se produce metocarbonato de didecildimetilamonio.
Inicialmente, la solución consiste de dos fases. Después de 3 horas
de calentamiento, la solución consiste de una fase.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
aproximadamente 98% de la didecilmetilamina se convierte a
metocarbonato de didecildimetilamonio después de las 16 horas de
calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con didecilmetilamina,
carbonato de propileno, metanol, y carbonato de dimetilo en una
relación molar de 1:1:10:1. La mezcla se calienta a 120ºC durante 28
horas. Se produce metocarbonato de didecildimetilamonio.
Inicialmente, la solución consiste de dos fases. Después de 10 horas
de calentamiento, la solución consiste de una fase.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
aproximadamente 98-100% de la didecilmetilamina se
convierte a metocarbonato de didecildimetilamonio después de las 28
horas de calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con didecilmetilamina,
carbonato de propileno, metanol, y carbonato de dimetilo en una
relación molar de 1:1:10:1. La mezcla se calienta a 140ºC durante 15
horas. Se produce metocarbonato de didecildimetilamonio.
De acuerdo con la cromatografía de gas,
95-98% de la didecilmetilamina se convierte a
metocarbonato de didecildimetilamonio después de las 15 horas de
calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con dodecildimetilamina,
carbonato de propileno, y metanol en una relación molar de 1:2:10.
La mezcla se calienta a 140ºC durante 6 horas. Se produce
metocarbonato de dodeciltrimetilamonio.
De acuerdo con la cromatografía de gas, 96% y
100% de la dodecildimetilamina, respectivamente, se convierte a
metocarbonato de dodeciltrimetilamonio después de 3 y 6 horas de
calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con dodecildimetilamina,
carbonato de propileno, carbonato de dimetilo, y metanol en una
relación molar de 1:1:1:10. La mezcla se calienta a 140ºC durante 3
horas. Se produce metocarbonato de dodeciltrimetilamonio.
De acuerdo con la cromatografía de gas, 100% de
la dodecildimetilamina se convierte a metocarbonato de
dodeciltrimetilamonio después de las 3 horas de calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con dioctilmetilamina,
carbonato de propileno, y metanol en una relación molar de 1:2: 10.
La mezcla se calienta a 140ºC durante 14 horas. Se produce
metocarbonato de dioctildimetilamonio. Inicialmente, la solución
consiste de dos fases. Después de 5.5 horas de calentamiento, la
solución consiste de una fase.
De acuerdo con la cromatografía de gas, 85% y
98% de la dioctilmetilamina, respectivamente, se convierte a
metocarbonato de dioctildimetilamonio después de 5.5 y 14 horas de
calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con octadecildimetilamina,
carbonato de propileno, y metanol en una relación molar de 1:2:10.
La mezcla se calienta a 140ºC durante 5 horas. Se produce
metocarbonato de octadeciltrimetilamonio.
De acuerdo con la cromatografía de gas, 97% de
la octadecildimetilamina se convierte a metocarbonato de
octadeciltrimetilamonio después de las 5 horas de
calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con dioctadecilmetilamina,
carbonato de propileno, y metanol en una relación molar de 1:2:10.
La mezcla se calienta a 140ºC durante 26 horas. Se produce
metocarbonato de dioctadecildimetilamonio.
De acuerdo con la cromatografía de gas, 80% de
la dioctadecilmetilamina se convierte a metocarbonato de
dioctadecildimetilamonio.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con trioctilamina, carbonato
de propileno, y metanol en una relación molar de 1:2:10. La mezcla
se calienta a 140ºC durante 38 horas. Se produce metocarbonato de
trioctilmetilamonio. Inicialmente, la solución consiste de dos
fases. Después de 38 horas de calentamiento, la solución todavía
consiste de dos fases.
De acuerdo con la cromatografía de gas, 85% de
la trioctilamina se convierte a metocarbonato de trioctilmetilamonio
después de las 38 horas de calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
El reactor se carga con didecilmetilamina,
carbonato de etileno, y metanol en una relación molar de 1:2: 10.
La mezcla se calienta a 140ºC durante 26 horas. Se produce
metocarbonato de didecildimetilamonio. Inicialmente, la solución
consiste de dos fases. Después de 6 horas de calentamiento, la
solución consiste de una fase. Adicionalmente, después de 26 horas
la solución es oscura.
De acuerdo con la cromatografía de gas, 85% de
la didecilmetilamina se convierte a metocarbonato de
didecildimetilamonio después de las 26 horas de calentamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
La mezcla del Ejemplo 1 se enfría y se
transfiere a un matraz de fondo redondo equipado con una columna
Vigreux que tiene un matraz que recibe un condensador superior de
destilación enfriado en un baño de acetona enfriada con hielo y una
conexión a un sistema de vacío. El matraz se coloca en un baño de
aceite y se calienta lentamente a medida que el vacío se reduce a
20.3 kPa (0.2 atm). La destilación continúa durante un periodo de 3
horas cuando la temperatura de baño se eleva lentamente a 75ºC. Se
recolecta un total de 165 g de líquido. Utilizando una curva de
densidad con base en mezclas de carbonato de dimetilo conocidas
(densidad 1.07 g/cm^{3} y metanol (densidad 0.79 g/cm^{3}), se
estima que la mezcla del Ejemplo 1 contiene 20% en peso de carbonato
de dimetilo. Se agregan 400 gramos de agua al matraz y el matraz se
coloca en el baño de aceite. El vacío se aplica lentamente para
destilar agua (aproximadamente un total 250 g) a una temperatura de
55-75ºC durante un periodo de aproximadamente 5
horas hasta que una muestra del destilado tiene una densidad de más
de 0.98 g/cm^{3}. El producto contiene aproximadamente 600 g del
bicarbonato y carbonato de amonio cuaternario combinado (60%),
propilenglicol y agua y menos de 1% de metanol. Unos 110 g
adicionales de agua se agregan para diluir la mezcla para
proporcionar un producto que contiene 50% en peso de bicarbonato y
carbonato de amonio cuaternario combinado, 16% en peso de
propilenglicol, y 34% en peso de agua.
\vskip1.000000\baselineskip
El metocarbonato en la mezcla obtenida en el
Ejemplo 7 se convierte al bicarbonato y carbonato correspondiente
mediante le procedimiento descrito en el Ejemplo 20. La mezcla
resultante contiene 50% en peso de bicarbonato y carbonato de
amonio cuaternario combinado, 10% en peso de propilenglicol, y 40%
en peso de agua.
\vskip1.000000\baselineskip
Un reactor de 189 L (50 galones) reactor,
equipado con un condensador de pelado y un recipiente de 114 L (30
galones), se carga con 52.80 kg (169.45 mol) [116.4 1bs (0.374 1b
moles)] de didecilmetilamina, 17.33 kg (169.45 mol) [38.2 1bs
(0.374 1b moles)] de carbonato de propileno, 15.29 kg (169.45 mol)
[33.7 1bs (0.374 1b moles) de carbonato de dimetilo, y 54.30 kg
(1.695 kmol) [119.7 lbs (3.740 1b moles)] de metanol. El reactor se
calienta a y se mantiene a 140ºC durante 6-9 horas.
El reactor se mantiene a 1.05 MPa por encima de la presión
atmosférica (150 psig). Después de 6 horas a 140ºC, el reactor se
muestrea para determinar el porcentaje de compuesto de amonio
cuaternario y amina libre en el reactor. La mezcla de reacción se
muestrea periódicamente hasta que la relación del compuesto de
amonio cuaternario a una amina no reactiva es mayor de 97.5:2.5. El
compuesto de amonio cuaternario se identifica por RMN como
metocarbonato de didecildimetilamonio.
Se remueve el exceso de metanol y carbonato de
dimetilo mediante pelado atmosférico a 100ºC hasta que no se
recolecta más destilado. El reactor se enfría a 60ºC. El contenido
del condensador de pelado y el recipiente se drena en un tambor de
a 208 L (55 galones). Se aplica enfriamiento con glicol completo al
condensador de pelado y el recipiente y se aplica vacío completo
\sim530Pa ((-4 mm de Hg)) al sistema de reactor para pelar
adicionalmente cualquier carbonato de dimetilo y metanol restante.
Cuando no se recolecta más destilado, el reactor se ventila con
nitrógeno a presión atmosférica. El contenido del recipiente se
drena en el tambor de 208 L (55 galones). Un total de 58.51 kg (129
lbs) de carbonato de dimetilo y metanol se recolectan en el
tambor.
Se agrega al contenido del reactor a 60ºC 49.71
kg (109.6 lbs) de agua. El reactor se calienta y se mantiene a 80ºC
durante 2-3 horas. El metocarbonato de
didecildimetilamonio se hidroliza a didecildimetilamonio
bicarbonato/carbonato. Se agrega agua adicional de tal manera que
la concentración final del compuesto de amonio cuaternario es
aproximadamente 50-52%, el propilenglicol es
aproximadamente 9-11%, y el metanol es menos de
3.5%.
Claims (31)
1. Un método para preparar un metocarbonato de
amonio cuaternario que tiene la fórmula
en donde R^{1} y R^{2} son
independientemente alquilo C_{1}-C_{30} y
R^{3} es un alquilo C_{8}-C_{30}, el método
comprende hacer
reaccionar
(a) una amina que tiene la fórmula
NR^{1}R^{2}R^{3};
(b) un carbonato cíclico que tiene la
fórmula
en donde R^{4} es hidrógeno o
alquilo C_{1}-C_{4} y n es un entero de 1 a 10;
y
(c) metanol
para formar el metocarbonato.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El método de la reivindicación 1, en donde
R^{1} y R^{2} son independientemente alquilo
C_{1}-C_{20} y R^{3} es un alquilo
C_{8}-C_{20}.
3. El método de la reivindicación 1, en donde
R^{1} y R^{2} son independientemente alquilo
C_{1}-C_{16} y R^{3} es un alquilo
C_{8}-C_{16}.
4. El método de la reivindicación 3, en donde
R^{1} es metilo.
5. El método de la reivindicación 1, en donde
R^{2} es alquilo C_{1}-C_{20}.
6. El método de la reivindicación 5, en donde
R^{2} es metilo.
7. El método de la reivindicación 5, en donde
R^{2} es alquilo C_{8}-C_{12}.
8. El método de la reivindicación 7, en donde
R^{2} es alquilo C_{10}.
9. El método de la reivindicación 1, en donde
R^{3} es alquilo C_{8}-C_{20}.
10. El método de la reivindicación 9, en donde
R^{3} es alquilo C_{8}-C_{12}.
11. El método de la reivindicación 10, en donde
R^{3} es alquilo C_{10}.
12. El método de la reivindicación 1, en donde
R^{1} es metilo y R^{2} y R^{3} son independientemente
alquilo C_{8}-C_{12}.
13. El método de la reivindicación 12, en donde
R^{2} y R^{3} son alquilo C_{10}.
14. El método de la reivindicación 1, en donde
R^{1} y R^{2} son metilo y R^{3} es alquilo
C_{8}-C_{20}.
15. El método de la reivindicación 1, en donde
la amina se selecciona del grupo que consiste de didecilmetilamina,
dodecildimetilamina, dioctilmetilamina, octadecildimetilamina,
dioctadecilmetilamina, trioctilamina, y cualquier combinación de
cualquiera de las anteriores.
16. El método de la reivindicación 1, en donde
R^{4} es hidrógeno o metilo.
17. El método de la reivindicación 16, en donde
el carbonato cíclico es carbonato de etileno.
18. El método de la reivindicación 16, en donde
el carbonato cíclico es carbonato de propileno.
19. El método de la reivindicación 1, en donde
la relación molar de amina al componente (b) varía de 1:1 a
1:10.
20. El método de la reivindicación 19, en donde
la relación molar de amina al componente (b) varía de 1:1.1 a
1:1.3.
21. El método de la reivindicación 1, en donde
la relación molar de amina a metanol varía de 1:2 a 1:20.
22. El método de la reivindicación 1, en donde
la etapa de reacción se desarrolla de 120 a 160ºC.
23. El método de la reivindicación 22, en donde
la etapa de reacción se desarrolla de 120 a 150ºC.
24. El método de la reivindicación 23, en donde
la etapa de reacción se desarrolla de 120 a 140ºC.
25. El método de la reivindicación 1, que
comprende adicionalmente la etapa de recuperar el carbonato de
dimetilo.
26. El método de la reivindicación 1, en donde
carbonato de dimetilo está presente como un reactivo adicional.
27. El método de la reivindicación 26, en donde
la relación molar de amina a carbonato de dimetilo varía de 2:1 a
1:3.
28. El método de la reivindicación 1, en donde
la amina es didecilmetilamina;
el carbonato cíclico se selecciona del grupo que
consiste de carbonato de etileno, carbonato de propileno, y mezclas
de los mismos; y
se forma metocarbonato de
didecildimetilamonio.
\vskip1.000000\baselineskip
29. El método de la reivindicación 28, en donde
el carbonato de dimetilo está presente como un reactivo
adicional.
30. El método de la reivindicación 28, en donde
el carbonato cíclico es carbonato de propileno.
31. El método de la reivindicación 1; que
comprende la etapa adicional de convertir el metocarbonato de amonio
cuaternario en una mezcla de bicarbonato de amonio cuaternario y
carbonato de amonio cuaternario.
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