NL8103145A

NL8103145A - Nieuwe sulfobetainen en werkwijze voor het bereiden daarvan.

Info

Publication number: NL8103145A
Application number: NL8103145A
Authority: NL
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1980-07-11
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1982-02-01
Also published as: DD154444A3; GB2080293B; JPS5748963A; JPH0128745B2; IT1172247B; DE3123878A1; US4410709A; IT8167963A0; DE3123878C2; GB2080293A; NL189667B

Description

* * - 1 -

Nieuwe sulfobetainen en werkwijze voor het bereiden daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op nieuwe sulfobetainen en voorts op een werkwijze ter bereiding van deze sulfobetainen met de algemene formule 1 van het formuleblad, waarin waterstof, een onvertakte of ver-5 takte alkylgroep met een ^βηζΥΐ9·ΓΟβΡ en R2 een onvertakte of vertakte alkylgroep met eenzelfde keten-lengtegebied, zoals bij Rj is aangegeven, voorstellen, waarbij en R2 aan elkaar gelijk zijn of van elkaar verschillen of tezamen met het stikstofatoom waaraan zij 10 zijn gebonden, eventueel via zuurstof, een heterocyclische ring kunnen vormen.

Inwendige zouten met de algemene formule 1 van het formuleblad verhogen het geleidingsvermogen van oplossingen en kunnen als geleidende bekledings- en antista-15 tische materialen worden gebruikt. Wanneer R£ een onvertakte of vertakte alkylgroep met 6-22 koolstofatomen voorstelt, dan hebben deze sulfobetainen bovendien waar-devolle tensideëigenschappen? zij zijn dan bruikbaar als thermostabiele antistatische middelen voor kunststofvorm-20 massa's en als bekledingsmiddelen voor oppervlakken van alle soorten, bijvoorbeeld van foelies en weefsels. Zij kunnen worden gebruikt als emulgatoren en flotatiemidde-len, als kleurhulpstoffen en vanwege hun uitstekende waskracht bij lage temperaturen als bestanddeel van was- en 25 reinigingsmiddelen voor energiebesparende wasprocessen.

Enige vertegenwoordigers van deze nieuwe stof-klassen bezitten een buitengewoon schuimvomingsvermogen, zodat zij voor het bereiden van droge reinigings-schuimen bruikbaar zijn. Deze sulfobetainen zijn goed 30 mengbaar met andere oppervlakte-actieve stoffen, bijvoorbeeld met de niet ionische. De goede oplosbaarheid daarvan in waterige systemen opent toepassingsmogelijkheden bij de bereiding van stabiele OW- en WO-emulsies of - in combinatie met biologisch actieve stoffen - voor midde-35 len met verbeterde gebruikswaarde, bijvoorbeeld voor verbeterde plantenbeschermingsmiddelen. Zij zijn verder 8103145 - 2 - ' f » bruikbaar als additieven in oliën.

Er zijn sulfobetainen bekend/ waarbij het kation niet bestanddeel van een ringstysteera is. Deze worden bij voorkeur door alkylering van tertiaire aminen met deri-5 vaten van hydroxyalkaansulfonzuren gewonnen (Parris, Weil, Linfield, J.Amer.Oil Chem. Soc. _53 (1976) 97; DD-PS 139.719). In eerste aanleg dient echter het propaansulfon ter invoering van een sulfopropylrest (Duitse Auslege-schriften 2.431.031 en 2.409.412). Naast het nadeel, dat 10 deze werkwijze uit vele trappen bestaat, is bij de gebruikelijkste werkwijze met propaansulton een verder nadeel daarin gelegen, dat propaansulton als gevaarlijk kankerogeen bekend werd en daaruit noodzakelijke, kostbare voorzorgmaatregelen werden afgeleid (H.Druckrey 15 u.Mitarb., Z.Krebsforschung 75 (1970) 69; Reg. of Toxic Effects of Chem. Subst., Nat. Inst, for Occupational Safety and Health, Maryland, U.S.A. 1975). Verder werd voor de synthese van sulfobetainen door Linfield en zijn medewerkers voorgesteld, aan trialkylallylammoniumzouten 20 ' waterstofsulfiet te verbinden (J.Am.Oil Chem. Soc. 53, (1976) 60; 55 (1978) 87). De nadelen van de werkwijze bestaan eruit, dat onder uitsluiting van lucht, onder druk en bij lange reactietijden ongelijkmatige produkten ontstaan.

25 In het Duitse octrooischrift 2.331.515 wordt een werkwijze beschreven van een radicaaladditie van waterstof sulf iet aan ongesubstitueerde alkenen, waarbij overgangsmetalen van de Ie/ 7e en 8e nevengroep van het Periodiek Systeem van de elementen als katalysatoren wor-30 den gebruikt.

De bij deze werkwijze gebruikte alkenen zijn echter met de dialkyldiallylammoniumverbindingen volgens de uitvinding niet vergelijkbaar, omdat zij niet gesubstitueerd zijn en geïsoleerde dubbele bindingen bezitten. Zij 35 onderscheiden zich daarom in hun elektronenconfiguratie in reactiviteit wezenlijk van de bij de uitvinding toegepaste diallylammoniumverbindingen.

Het doel van de onderhavige uitvinding is, sulfobetainen met de formule 1 van het formuleblad te bereiden.

SMü.'ïlC

8103 145 * 11 - 3 -

De werkwijze dient ander milde reactieomstandigheden te verlopen en in korte reactietijden bij hoge selectiviteit een zo veel mogelijk kwantitatieve omzetting te bereiken en door toevoeging van bij benadering stoechiometrische 5 hoeveelheden van de reactiepartners de verkrijging van organische afvalprodukten laag te houden.

Dit doel wordt bereikt door nieuwe sulfobetainen met de algemene formule 1 van het formuleblad, waarin waterstof, onvertakte of vertakte alkylgroepen met ^i~^22 10 of een benzylgroep en R2 onvertakte of vertakte alkylgroepen met ^-^22 voorstellen, waarbij de groepen R^ en R2 aan elkaar gelijk zijn of van elkaar verschillen of samen met het stikstofatoom, waaraan zij zijn gebonden, eventueel via zuurstof, een heterocyclische ring kunnen 15 vormen.

Volgens de uitvinding worden daartoe diallylammoniumverbindingen met de formule 2 van het formuleblad waarin R^ en R2 dezelfde betekenissen als in formule 1 van het formuleblad hebben en X een anion is, in oplos-20 sing met een zout van de zwavelige zuren in aanwezigheid van ionen van de overgangsmetalen van de ley 5e, 7e of 8e nevengroep van het Periodiek Systeem van de elementen en initiatoren omgezet.

Deze omzetting vindt plaats onder goed door elkaar 25 mengen bij een temperatuur van 10-80°C en bij een pH-waarde van 2-9.

Het heeft voordeel, de omzetting in een waterige of alcoholische oplossing of in een mengsel van alcohol en water uit te voeren. Als alcoholen zijn alcoholen ge-30 schikt, zoals isopropanol, tert.butanol, ethanol of mengsels van dergelijke alcoholen met water.

De reactie vereist de aanwezigheid van initiatoren, bij voorkeur luchtzuurstof.

Als diallylammoniumverbindingen kunnen verbindin-35 gen worden gebruikt, die als anion halogenide, waterstof- sulfiet, methosulfaat, waterstofsulfaat of een equiva-lentsulfiet of sulfaat hebben. Als oplosmiddel voor de diallylammoniumverbindingen zijn naast water ook alcoholen bijvoorbeeld alcohol-watermengsels geschikt. Van de 8103 145 t - 4 - ionen van de overgangsmetalen zijn in het bijzonder ge- ^ ++ __5t 4+ _ +++ ++ . ++ schikt ionen zoals Cu , V , Mn , Fe , Co of Ni

De katalysatormetalen kunnen als zouten of oxiden worden toegevoegd of in contact met metallisch Cu, Fe, Ni 5 of legeringen onder inwerking van lucht op het reactie-medium worden ingebracht.

De sulfobetainevorming vindt met technisch bruikra·/ bare snelheid plaats bij voorkeur in het pH gebied 4-8.

Mén werkt gewoonlijk bij 20-50°C. In gevallen waarbij een 10 te geringe oplosbaarheid van de diallylverbindingen het vereist, wordt bij hogere temperaturen omgezet (tot 80°C).

Gevonden werd, dat verrassenderwijze de genoemde diallylamraoniumverbindingen nu eens waterstofsulfiet adderen en dan weer gelijktijdig een cyclisatie optreedt.

15 Daarbij vindt een 1,7-additie van waterstofsulfiet aan het diallylammoniumsysteem plaats, waarbij gelijktijdig met de nieuwe verknoping van de C-S en C-H binding on-verwachterwijze nog een ringsluitende C-C-verknoping tussen de atomen 2 en 6 optreedt.

20 Van reeds beschreven alkeen-sulfiet-additie- werkwijzen (bijvoorbeeld in het Duitse octrooischrift 2.331.515), waarbij waterstofsulfiet aan vicinale C = C-dubbele binding wordt gebonden, onderscheidt zich de werkwijze volgens de uitvinding wezenlijk door het vol-25 gende: 1. Door de toevoeging van stoffen met een diallyl-ammoniumstructuur, die ten opzichte van de ,tot nu toe gebruikte‘alkenen een aanzienlijk verschillende elektronenconfiguratie en reactiviteit bezitten, en ' 30 2. Door de invoering van een sulfonzure groep, waarbij een sulfocyclisatie plaats vindt.

Uit J.Am.Oil Chëm.Soc. 53 (1976),60 is de mogelijkheid van het inbrengen van allylammoniumzouten in radicaalsulfiet-additiereacties onder wezenlijk drasti-35 sche omstandigheden (druk, hogere temperatuur, langere reactietijden) weliswaar al bekend, maar het was echter niet te verwachten dat bij diallylammoniumverbindingen met waterstofsulfiet een 1,7-additie en bovendien een cyclisatie zou optreden. Werkzaamheid en pH-afhankelijk- 8103 145 • ί .

- 5 - heid van de homogene katalyse vertonen een dergelijk gedrag als voor de sulfietoxidatie in waterige oplossingen bekend is (A.Huss, J.Amer.chem.Soc. 100, (19) 6252 (1978). Daarom is met hoge waarschijlijkheid het sulfietanion-5 radicaal voor de reactieinleiding verantwoordelijk.

Er zijn buitengewoon geringe katalysatorhoeveelhe- den vereist. Omdat de sulfietoxidatie aanwijsbaar al door “8 zó geringe hoeveelheden als 10 gramatoom/1 van een overgangsmetaal wordt gekatalyseerd, zijn voor preparatieve -6 -4 10 doeleinden concentraties van 10 -10 gramatoom/1 vol ledig toereikend. In de meeste gevallen zijn, bij het werken met leidingwater en/of met technische chemicaliën en voorts bij toepassing van metallische apparatuur en Ί1 | inrichtingen voldoende hoeveelheden aan Fe en andere 15 zware metalen voorhanden om de reactie in te leiden. Door blokkering van de zware metalen als sulfide of mercap-tide of door sterke complexvorming (ethyleendiaminetetra-azijnzuur) kan de homogene katalyse echter worden uitgeschakeld.

20 Het vereiste pH-gebied kan door buffering of door inleidén van zwaveldioxide in de reactieoplossing behouden worden. De reactie kan in dit geval doelmatig ook onder druk plaats vinden. Voordelig is de buffering door een mengsel van alkali- of ammoniumwaterstofsulfiet met alka-25 li- resp. ammoniumsulfiet.

Naast de pH-regulering wordt bij toepassing van extra sulfiet ook gelijktijdig het verlies vereffend, die door nevenreactie van de sulfaatvorming optreedt.

Het in het verloop van de reactie optredend ver-30 bruik van HSO^ -ionen heeft een verhoging van de pH- waarde ten gevolge. De oxidatie van HSOg tot HSO^ bewerkt echter een pH-verlaging, zodat de buffercapaciteit van het reactiemengsel kan worden begrensd. De sulfobeta-inevorming verloopt in het temperatuurgebied van 20-40°c 35 in korte reactietijden (15-60 min.) in meestal kwantitatieve opbrengsten, wanneer men ter vermijding van de cyclopolymerisatie zowel de oplossing van de diallylver-binding als het watertofsulfiet bij constante pH-waarde gelijktijdig in het reactiemengsel brengt. Tijdens de * ____________\ 8103145 » t w - 6 - reactie wordt lucht of zuurstof ingeleid en door krachtig roeren in het reactiemengsel verdeeld. Uitsluiting van lucht leidt tot afbreken van de reactie.

Als oplosmiddel dient bij voorkeur water. Wanneer 5 oplosbaarheidseigenschappen van de onderlaag het vereisen, kan met water-alcoholmengsels worden opgelost, waarbij propanol-2 bijzonder gunstig oplosmiddel blijkt te zijn. Bij een mengverhouding water-isopropanol 30:70 is de sulfietoplosbaarheid nog voldoende; alcohol, speciaal 10 isopropanol dienen tegelijkertijd als schuimregulateurs.

De als uitgangsmateriaal benodigde diallylammonium-zouten worden op eenvoudige wijze of uit aminen door allylering of uit diallylaminen door alkylering gewonnen, · waarbij veelal van de isolering en zuivering kan worden 15 afgezien; vaak wordt zonder isolering van tussenprodukten de cycliserende sulfonering uitgevoerd.

Doelmatig gaat men zo te werk, dat zowel de oplossing van de diallylammoniumverbinding als de oplossing van de zouten van de zwavelige of dizwavelige zuren lang-20 zamerhahd een gelijktijdig aan het reactiemengsel worden toegedoseerd. Om een te groot overschot van als buffer f toegevoegd sulfiet te vermijden, kan men onder pH-controle werken, waarbij het aan te bevelen is, een kleine hoeveelheid neutraal sulfiet aan het begin van het toedrup- 25. pelen aan· te brengen.

In plaats van luchtzuurstof kan reactie ook met traditionele radicaalinitiatoren worden ingeleid, bijvoorbeeld door toevoeging van ammoniumpersulfaat, nitraten, nitrieten, waterstofperoxide of door organische per-30 oxiden en hydroperoxiden. Deze werkwijze brengt echter in de regel geen voordelen vanwege de hoge kosten; bij het werken met schuimende reactiemengsels kan de toevoeging van dergelijke initiatoren echter voordelig zijn.

Ook de gelijktijdige toevoeging van radicaalinitiatoren 35 en begrensde zuurstofhoeveelheden kunnen voordelig zijn, wanneer schuimende substraten zonder schuimremmende toevoegingen bèwerkt dienen te worden. De initiëring door UV- of Gammastraling is eveneens mogelijk.

De voordelen van de nieuwe sulfobetainen en de __________________werkwijze volgens de. uitvinding bestaan eruit dat......

81 03 1 45 ' ? 9 - 7 - - milde reactieomstandigheden worden toegepast; - de reactietijden kort zijn; - de energiebehoefte klein is; - de toevoeging van uitgangsprodukten van tech- 5 nische zuiverheid mogelijk is; - de selectiviteit van de reactie hoog is; - de opbrengsten zijn hoog zijn; - de bereiding van tot 'nu toe onbekende stoffen i mogelijk is en 10 - veelvoudige toepassingsmogelijkheden voor de bereidbare sulfobetainen bestaan.

Voorbeelden:

Voorbeeld Ia.

1,1,3-trimethyl-4-sulfomethy1-pyrrolidium-betaine.

15 R1 = R2 = CHg in de algemene formule 1 van het formule- . hLad.

Dimethyldiallylammoniumchloride werd door omzetting van dimethylamine met allylchloride in aanwezigheid 20 van natronloog verkregen.

Men bereidde de volgende oplossingen: 1. 307 g (1 mol) 52,6%'s waterige technische di-methyldiallylamoniumchloride-oplossing met 4,85% NaCl- “6 lil gehalte werd met leidingwater (10 gramatoom Fe /1) 25 tot 450 ml oplossing verdund.

2. 95 g (0,5 mol) Na2S20^ (natriumbetabisulfiet) en 63 g (0,5 mol) natriumsulfiet Na2S02 werden in leidingwater opgelost en tot 450 ml aangevuld.

3. 12,6 g (0,1 mol) natriumsulfiet Na^Og werd 30 met leidingwater opgelost en tot 600 ml aangevuld.

In een van roerder, druppeltrechters, gasinleid-buis en thermometer voorziene sulfeerkolf werd de oplossing 3 gebracht. Uit twee druppeltrechters druppelt men nu simultaan oplossing 1 en 2 in het verloop van 65 min.

35 toe, beginnend bij een starttemperatuur van 18°C. Tijdens het toedruppelen werd lucht ingeleid en door heftig roeren een wit-melkachtige emulsie van luchtblaasjes verkregen, hetgeen een wezenlijke voorwaarde voor een snelle omzetting is. In het verloop van de gezamelijke toe- 8103145

, » V

- 8 - druppeltijd steeg de temperatuur van het reactiemengsel tot 44,6°C, de pH-waarde bleeft tijdens de gezamelijke reactieduur tussen 6 en 7. Na nog eens 10 min. daalde de temperatuur tot 43°C, waardoor het eind van de omzetting 5 te zien was. De omzetting is tot dit tijdstip kwantitatief, zoals door NMR-spectroscopie bij het verdwijnen van de allylprotonensignalen te zien is.

Jodometrische terugtitratie van het onverbruikte sulfietgedeelte gaf 0,57 mol onverbruikt SOg 10 Wanneer men de reactieoplossing tot droog inëngde, verkreeg men een kleurloos mengsel van het sulfobetaine met natriumsulfiet, natriumsulfaat en natriumchloride, waaruit het sulfobetaine met ethanol niet kan worden geëxtr>aheerd; een verrijking van het neutrale zout kan 15 echter worden bereikt, wanneer men inëngt van het neergeslagen zout afscheidt, en dan de sulfobetaine-oplossing verder tot droog inëngt en met ethanol neerslaat. Het sulfobetaine kristalliseert in glanzende blaadjes.

Smeltpunt: beginnende ontleding vanaf 275°C.

13 20 Het produkt vertoonde het volgende C-NMR-spec- trum (D20, externe standaard TMS)aan (zie formule 3 van het formuleblad).

De getalsaanduidingen bij de atoomsybolen komen overeen met de chemische verschuivingen voor de cis-vorm 25 in ppm.

x; o : chemische, verschuivingen kunnen zijn verwisseld.

De N-CH^-groepen zijn niet equivalent.

H-NMR-spectrum in D20; inwendige standaard natriumtri-methylsilylpropaansulfonaat (TMSPS).

30 Chemische verschuiving, - Τ' -waarde in ppm: d 8,90 J = 6,5 Hz, m 6,69, s 6,78 N-CHg, niet equivalent m 5,8-7,2 ringprotonen en -C^-SO^

Voorbeeld Ib.

35 1,1,3-trimethyl-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betaine:

Werkwijze bij een molaire toevoeging van water-stofsulfiet (zwavelig zuur), 0,1 mol natriumsulfiet in een werkvolume van 1000 ml per mol:

In een van een terugvloeikoeler en luchtinleidings- 81 03 145 =" 9 - 9 - buis voorziene roerketel werd een oplossing van 0,756 kg (3 mol) Na2S03.7H20 in 10,8 1 leidingswater gebracht. Aan deze oplossing druppelde men simultaan 9,21 kg (30 mol) 52%*s waterige oplossing van het dimethyl-diallylammonium-5 chloride, waaraan men nog 630 g water toevoegde (in totaal 9,15 1 oplossing) en 9,15 1 van een oplossing van 2,85 kg Na2S05 (15 mol) in leidingwater toe. Tijdens het toedruppelen werd een levendige stroom lucht in de reac-tieoplossing geleid en werd er heftig geroerd, om een 10 zo fijn mogelijke verdeling van de zuurstof te bereiken. Uitgaande van een starttemperatuur van 25°C werd binnen 2 uur toegedruppeld en een eindtemperatuur van 52°C bereikt. Na een nareactietijd van 15 min. werd door daling van de temperatuur het einde van de omzetting aangetoond.

15 De omzetting is tot dit tijdstip kwantitatief zoals door ^H-NMR-spectroscopie met het verdwijnen van de allylpro-tonensignalen aantoonbaar is.

Bij deze werkwijze ontstond als nevenprodukt het cyclopolymeer in een hoeveelheid van 6,6% van de theore-20 tische opbrengst (d.Th.); herkenbaar aan een multiplet van het 1H-NMR-spectrum bij X ~ 8,25-8,72 ppm.

Voorbeeld IS.

1,1,3-trimethyl-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betaine.

^ = R2 = CH^ in de algemene formule 1 van het formule-25 blad.

Reactieinleiding door redoxkatalyse:

In een sulfeerkolf met roerder, thermometer en gasinleidbuis werden 12,6 g (0,1 mol) Na2S02 en 3,8 g (0,02 mol) Na2S20^ in 1600 ml leidingwater opgelost.

30 Daarna werden twee waterige oplossingen van telkens 400 ml bereid; de ene werd uit 307,4 g (1 mol) 52,6%’s technisch dimethyldiallylammoniumchloride-oplossing, 4,56 g (0,02 mol) ammoniumperoxodisulfaat en leidingwater, de andere uit 95 g (0,5 mol) Na2S20g, 63 g 35 (0,5 mol) Na2S02 en leidingwater bereid.

Onder roeren en gelijktijdige doorleiding van stikstof druppelde men uit twee druppeltrechters simultaan de bereide oplossingen in een tijdsverloop van 8103145 - 10 -

V ί V

65 min. toe, waarbij het reactiemengsel van 22°C tot 35,5°C werd verwarmd. Tijdens de omzetting bleef de pH-waarde in het gebied 7. Een direct na de omzetting getrokken monster toonde kwantitatieve omzetting (^H-NMR-5 spectrum) aan: het spectrum was identiek met die van een produkt volgens voorbeeld Ia.

Voorbeeld Ha.

1,3-dimethyl-4-sulf omethyl-pyrrolidinium-betaine.

R3 + CHgr R2 = H in algemene formule 1 van het for-10 muleblad.

In een sulfeerkolf met roerder, gasinleidbuis en thermometer werd 1,26 g (0,01 mol) Na2S03) in 60 ml leidingwater opgelost. Onder hevig roeren en onder gelijktijdig inleidèn van lucht druppelde men uit twee druppel-15 trechters gelijktijdig een oplossing van 9,5 g (0,05 mol) Na2S20cj en 6,3 g (0,05 mol) Na2S03 in in totaal 45 ml oplossing en voorts een oplossing van 14,75 g (0,1 mol) methyldiallylaminehydrochloride in 45 ml leidingwater in het verloop van 16 min. toe, waarbij het reactiemeng- ' 20 sel van 20-26°C werd verwarmd. Daling van de temperatuur toonde het einde van de reactie aan. De pH-waarde bleeft tijdens de omzetting tussen 8 en 7. De omzetting was op het tijdstip van de daling van de temperatuur kwantitatief zoals door ^‘H-NMR-spectroscopie kan worden aan-25 getoond (verdwijnen van de allylprotonen).

De stof kristalliseerde bij het inëngen van de oplossing tezamen met neutrale zouten in kleurloze kristallen uit, onoplosbaar in methanol.

^N-NMR-spectrum in D2<D; inwendige standaard natrium-30 trimethyl-silylpropaansulfónaat (TMSPS). Chemische verschuiving, X -waarde in ppm: d 8,97 J = 7 Hz Ring-CH3 s 7,04 N-CH3 m 5,9-7,5 Ringprotonen en -CH2“S03 35 Voorbeeld Ilb.

Men ging te werk zoals in voorbeeld Ha is beschreven, maar men loste de uitgangsprodukten echter in gedestilleerd water op en voegde als katalysator toe 81 03 1 45 ..... ' ? * - 11 --5 0,375 mg CuS04.5H20 (10 gramatoom/1).

Bij een gelijk reactieverloop verkreeg men kwantitatieve omzetting. Het produkt vertoonde het volgende 12 C-NMR-spectrum (in D20, uitwendige standaard TMS); 5 (zie formule 4 van het formuleblad).

De getalsaanduidingen bij de atoomsybolen komen overeen met de chemische verschuiving voor de cisvorm in ppm.

x; o : chemische verschuivingen kunnen verwisseld zijn.

10 Voorbeeld III.

1-benzyl-3-methy1-4-sulfomethy1-pyrrolidinium-betaine.

= CgHjjC^-/ R2 = H in de algemene formule 1 van het formuleblad.

Men ging te werk als in voorbeeld IIa is beschre-15 ven en voegde als diallylammoniumverbinding 22,4 g (0,1 mol) benzyldiallylaminehydrochloride toe. Met behulp van NMR-spectroscopie kon volledige omzetting worden aangetoond.

Het produkt vertoonde in D20 (externe standaard 20 TMS) de volgende protonensignalen ( Γ -waarde): m 6,3-7,2 Ringprotónen, CH^SO^ s 5,66 fenyl-CH2- s 2,5 C6H5- d 9,045 J = 7 Hz Ring -CH3 25 Voorbeeld IV.

1,3-dimethyl-l-octyl-4-sulfomethyl-pyrrolidinium-betaine.

R^ = CH^; R2 = R8^17 al9’emene formule 1 van het formuleblad.

Methyl-n-octyl-diallylammoniumbromide werd bereid 35 door omzetting met methyldiallylamine met n-octylbromide.

In een bekerglas met roerder, thermometer en luchtinleid-buis werd 2,52 g (0,02 mol) natriumsulfiet en voorts 14 mg (5.10 ^ mol/1) FeS04.7H2o als katalysator in 300 ml gedestilleerd water opgelost. Daarna bereidde men met gedestilleerd water twee oplossingen van elk 370 ml oplossing. De ene werd uit 19 g (0,1 mol) natriummetabi-sulfiet en 12,6 g natriumsulfiet (0,1 mol), de andere uit 8103145 s

V V

- 12 - 60,8 g (0/2 mol) methyl-n-octyl-diallyl-ammoniumbromide bereid. Onder heftig roeren en gelijktijd inleidden van luchtzuurstof druppelde uit twee druppeltrechters de bereide oplossingen in het verloop van 50 min. toe, 5 waarbij het reactiemengsel van 18-25,5°C werd verwarmd. Tijdens de omzetting bleef de pH-waarde in het gebied 7. Na nog eens 10 min. daalde de reactietemperatuur. De omzetting was op dit tijdstip al kwantitatief (^H-NMR). Men dampte in en extraheerde uit de vaste zoutkoek het 10 sulfobetaine met ethanol. Door herkristallisatie van het extractieprodukt uit de ethanol verkreeg men kleurloze kristallen met een smeltpunt van 132°C (ontleding).

Voorbeeld V.

1.3- dimethyl-l-decyl-4-sulfomethyl-pyrrolidiniumbetaine.

15 = CH^; R2 = cioH21 al9emene formule 1 van het formuleblad.

Methyl-n-decyl-diallylammoniumbromide werd bereid door omzetting van methyldiallylamine met decylbromide.

Men ging te werk als in voorbeed IV beschreven is en -4 20 voegde als katalysator toe 8,7 mg (10 mol/1) mangaandioxide en als diallylammoniumverbinding 66,4 (0,2 mol) methyl-n-decyl-diallylammoniumbromide. Het reactiemengsel werd binnen 50 min. toedruppeltijd van de reactiepartner verwarmd van 18-25,7°C. Opwerking analoog aan voorbeeld 25 IV. Omzet kwantitatief. Smeltpunt : 121°C, kleurloze kristallen uit ethanol.

Voorbeeld VI.

1.3- dimethyl-l-dodecyl-4-sulfomethyl-pyrrolidiumbetaine.

R^ = CH^; R2 = ^i2H25 "*·η algemene formule 1 van het 30. formuleblad.

Methyl-n-dodecyl-diallylammoniumbromide werd uit methyldiallylamine en dodecylbromide gewonnen.

Men ging te werk als in voorbeeld IV is beschreven -5 en voegde als katalysator toe 14 mg (5.10 mol/1) CoSO^. 35 7 H2O en als diallylammoniumverbinding 72,0 g (0,2 mol) methyl-n-dodecyldiallylammoniumbromide. Het reactiemengsel werd gedurende 50 min. toedruppeltijd verwarmd van 8103 145 * * - 13 - 2l-29°C, waarbij bij gelegenheid ter vorming van schuim isopropanol werd toegevoegd. De opwerking vond plaats zoals in voorbeeld IV is beschreven, de omzetting is kwantitatief, kleurloze kristallen uit ethanol, smelt- 5 punt: ontleding van 118°C.

13 C-NMR-spectrum xn DMSO^g ; aanduiding als boven; (zie formule 5 van het formuleblad), in welke formule voorstelt het symbool * intensiefste piek.

Niet toegevoegde pieken: 41,7; 40,6; 39,6.

10 Voorbeeld VII.

1,3-dimethyl-l-tetradecyl-4-su.lfomethyl-pyrrolidinium-betaine.

R = ch3, r2 = in de algemene formule 1 van het formuleblad.

15 Methy1-n-tetradecy1-diallyl-ammoniumbromide werd bereid door omzetting van methyldiallylamine met n-tetra-decylbromide. In een bekerglas met roerder, luchtinleid-buis en thermometer werd 3,78 g Na2S02 (0,03 mol) in 400 ml leidingwater opgelost. Aan deze oplossing druppelde men simultaan een oplossing van 28,5 g Na2S20g en 18,9 g 20 (telkens 0,15 mol) in water, aangevuld tot 400 ml, en voorts een oplossing van 116,4 g (0,3 mol) van het ammoniumzout, in leidingwater opgelost tot 400 ml oplossing, toe. Tijdens het toedruppelen werd lucht ingeleid en hevig geroerd, om een zo fijn mogelijke verdeling van 25 de zuurstof te bereiken. In het geval dat het reactie- mengsel hierbij te sterk schuimde, kon men de schuimvor-ming door toevoeging van bijvoorbeeld isopropanol matigen. In de toedruppeltijd van ca. 2 uur werd de temperatuur met 10°C verhoogd.

30 Jodometrische terugtitratie van het niet verbruik te sulfietgedeelte gaf 60 mol onverbruikt SO, 2. ύ

De omzetting, door H-NMR-spectroscopie bepaald, was kantitatief. Men dampte in en extraheerde uit het vaste reactieprodukt het sulfobetaine met ethanol. Door 35 herkristalliseren van het ruwe produkt uit ethanol verkreeg men kleurloze kristallen met een smeltpunt van 126°C (ontleding).

8103 1 45 * V v - 14 - x ..... ...

13

Het produkt vertoonde het volgende C-resonantie-spectrum. (D20; externe standaard TMS). De getalsaanduidingen bij de atoomsybolen komen overeen met de chemische verschuivingen in ppm: (zie formule 6 van het for- * 5 muleblad), in welke formule voorstelt het symbool intensiefste piek.

Niet toegevoegde pieken: 71,6; 69,7; 53,1; 27,7.

Voorbeeld VITI.

1.3- dimethyl-l-hexadecyl-4-sulfomethyl-pyrrolidinium- 10 betaine.

= CH3? R2 = C16H33 in al9emene fonmle 1 van het formuleblad, werd bereid onder toepassing van methyl-n-hexadecyl-diallylammoniumbromide volgens de in voorbeeld VII be-15 schreven werkwijze.

Kleurloze kristallen uit ethanol, smeltpunt: 129°C (ontleding).

Voorbeeld IX.

1.3- dimethyl-l-octadecyl-4-sulfomethyl-pyrrolidinium- 20 betaine.

^ - CH^; R2 = ci8H37 in de al9emene formule 1 van het formuleblad.

Methyl-n-octadecyl-diallylammoniumbromide werd bereid door omzetting van methyldiallylamine met n-octa-25 decylbromide.

In een sulfeerkolf met de roerder, gasinleidbuis en thermometer werd 1,26 g (0,01 mol) natriumsulfiet in 300 ml leidingwater opgelost en tot 30°C verwarmd. Daarna werden twee waterige oplossingen van telkens 200 ml 30 bereid. De ene werd uit 9,5 g (0,05 mol) natriummeta - bisulfiet, 6,3 g (0,05 mol) natriumsulfiet, de andere uit 44,44 g (0,1 mol) kristallijn methyl-n-octadecyl-diallylammoniumbromide door verwarmèn met leidingwater bereid en tot een temperatuur van 30-35°C afgekoeld, om 35 hiernieuwde kristallisatie van het ammoniumzout te ver hinderen. Onder heftig roeren en gelijktijdig inleiden van luchtzuurstof druppelde men uit twee druppeltrech- 8103145 ;· - 15 - ters de bereide oplossingen in het verloop van 40 min. toe, waarbij men er voor dient in te staan, dat het reactiemengsel niet beneden 30°C afkoelt. Al direct na het toedruppelen van de oplossing begint reeds het sulfo-5 betaïne uit het reactiemengsel als sneeuwwitte stof uit te kristalliseren. Tijdens de totale toedruppelfase bleef de pH-waarde van het reactiemengsel rondom 7. Na een nareactietijd van ongeveer 10 min. werd het sulfo-betaïne van de reactieoplossing afgezogen en werd ge-10 droogd. De opbrengst is nagenoeg kwantitatief. De her- kristallisatie uit ethanol bevestigde, dat het ruwe sulfo-betaine praktisch vrij van neutrale zouten neerslaat. Smeltpunt 165°C.

13

Het produkt vertoonde het volgende C-NMR-15 spectrum in DMSOpg (aanduiding als boven). (Zie formule 7 van het formuleblad), in welke formule voorstelt het symbool intensiefste piek.

Niet toegevoegde pieken: 41,6; 40,6; 39,5.

Conclusies.

8103 145

Claims

1. Nieuwe sulfobetainen, gekenmerkt door de algemene formule 1 van het formuleblad, waarin waterstof, onvertakte of vertakte alkylgroepen met Cl-C22 een benzylgr°eP en R2 onvertakte of vertakte 5 alkylgroepen met voorstellen, waarbij de groepen R1 en R2 aan elkaar gelijk zijn of van elkaar verschillen of tezamen met het stikstofatoom, waaraan zij zijn gebonden, eventueel via zuurstof, een heterocyclische ring kunnen vormen.

2. Werkwijze voor het bereiden van nieuwe sulfo betainen, met het k enmerk, dat men sulfobetainen bereidt met de algemene formule 1 van het formuleblad, waarbij R^ waterstof, onvertakte of vertakte alkylgroepen met of een kenzylgroep en R2 °nver- 15 takte of vertakte alkylgroepen met voorstellen, waarbij de groepen R^ en R2 aan elkaar gelijk zijn of van elkaar verschillen of tezamen met het stikstofatoom waaraan zij zijn gebonden, eventueel via zuurstof, een heterocyclische ring kunnen vormen, doordat men een di-20 allylammoniumverbinding met de algemene formule 2 van het formuleblad, waarbij R1 en R2 als boven zijn gedefinieerd en X een anion is, in oplossing met een zout van zwavelig zuur in aanwezigheid van ionen van de overgangsmetalen van de le, 5e, 7e of 8erevengroep van het Perio-25 dieke Systeem van de elementen en initiatoren omzet.

3. Werkwijze volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat de omzetting plaats vindt onder goede vermenging.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 en 3, m e t 30 het kenmerk, dat men bij temperaturen van 10-800 werkt.

5. Werkwijze volgens conclusies 2-4, met het kenmerk, dat men in een pH-gebied van 2-9 werkt.

6. Werkwijze volgens conclusie 2-5, met het 8103 145 • Ϋ * -17- kenmerk, dat de omzetting in een waterige of alcoholische oplossing of een mengsel van alcohol en water of alcoholen en water plaats vindt.

7. Werkwijze volgens conclusie 2 en 6, m e t het 5 kenmerk, dat als alcoholen isopropanol, ter.butanol, ethanol of methanol worden gebruikt.

8. Werkwijze volgens conclusie 2-7, met het kenmerk, dat als anionen X anionen zoals fluoride, chloride, bromide, waterstofsulfiet, waterstofsulfaat, 10 methosulfaat of een equivalent sulfiet of sulfaat of fosfaat worden toegevoegd.

9. Werkwijze volgens conclusie 2-8, met het kenmerk, dat alkalimetaal-, magnesium- of ammonium-sulfieten of waterstofsulfieten of zouten van de alifa- 15 tische primaire, secundaire of tertiaire aminen met zwavelig zuur worden gebruikt.

10. Werkwijze volgens conclusie 2 en 9, m e t het kenmerk, dat de zouten van de zwavelige zuren ofwel als waterstofsulfietoplossingen of als di- 20 sulfiet (S205 ) worden ingebracht.

11. Werkwijze volgens conclusie 2-10, met het kenmerk, dat als katalysatoren overgangsmetalen, in het bijzonder koper, vanadium, mangaan, ijzer, cobalt -8 -4 of nikkel in een concentratie van 10 tot 10 gramatoom 25 per 1 reactiemengsel worden gebruikt.

12. Werkwijze volgens conclusie 2-11, met het kenmerk, dat de katalytisch werkende zware metalen aan het reactiemengsel in de vorm van metaalzouten of metaaloxiden of in elementvorm worden toegevoegd.

13. Werkwijze volgens conclusie 2, 11 en 12, m e t het kenmerk, dat de katalytisch werkende zware metalen aan het reactiemengsel door de gebruikte technische chemicaliën en/of het leidingwater en/of door het contact met metallische apparaturen worden toegevoerd. 8.1 0 3 1 4 5 ' ' " “ " " . - 18 - ^ V 'ta·

14. Werkwijze volgens conclusie 2-13, met het kenmerk, dat als initiatoren lucht of zuurstof worden gebruikt.

15. Werkwijze volgens conclusie 2-14, met het 5 kenmerk, dat als initiatoren zodanig radicaalvor- mers worden ingebracht, die in het temperatuurgebied van 10-80°C startradicalen vormen.

16. Werkwijze volgens conclusie 2-13, m e t h e t k e n m e r k, dat als radicaalvormers radicaalvormers zo- 10 als zouten van peroxodizwavelzuren, waterstofperoxide of derivaten daarvan worden gebruikt.

17. Werkwijze volgens conclusie 2-16, m e t h e t kenmerk, dat het pH-gebied door buffersystemen wordt ingesteld.

18. Werkwijze volgens conclusie 2-17, met het kenmerk, dat als buffersysteem HS03 /S03 mengsels worden gebruikt, waarbij de totale hoeveelheid zouten van de zwavelige zuren tot 1,5 mol, berekend op 1 mol van de toegevoegde diallylammoniumverbinding, kan bedragen.

19. Werkwijze volgens conclusie 2-16, m e t h e t kenmerk, dat het pH-gebied door een van de gemeten pH-waarde afhankelijke dosering wordt aangehouden.

20. Werkwijze volgens conclusie 2-19, met het kenmerk, dat ter regeling van de pH-waarde zwavel- 25 dioxide in het reactiemengsel wordt ingeleid.

21. Werkwijze volgens conclusie 2 en 20, m e t het kenmerk, dat de omzetting onder verhoogde druk wordt uitgevoerd.

22. Werkwijze volgens conclusie 2, m e t het 30 kenmerk, dat men-de oplossing van de zouten van de zwavelige zuren gelijktijdig met de oplossing van de diallylammoniumverbinding aan het reactiemengsel gedoseerd toevoert. '81 0 3 1 4 5 “ — —~ ~~.........- •v ^ CH- - CH - CH - CH- - SO ~ / \ CH2 ch2 \»/ Ki ' p; CH2 = CH CH = CH2 ch- <:h- < / ^N+ X 2 R1 R2 O o 14,0 34,5 36,4 51,0 CH- - CH - CH - CH- - SOo . / \ : 70,9 CH2 CH2 73,1 3 CH3 55,7 CH3 54,2 Akademie der Wissenschaften der DDR 8103145 11 o o 14,6 36,0 38,0 51,2 CH, - CH - CH CH, - SO, \ / \ : 59,8 CH2 CH2 65,2 \ / · N CH3 h 43,8 \ 13,0 37,5 38,5 52,0 CH3 - CH - CH - CH2 - S03 5 CH CH2 \ / ^ /\ / 13,9 /N N 7 N. / CH3 CH3 V 22,1 26,0 31,3 ^29,0*^ 14,3 34,8 36,9 51,2 6 CH, - CH - CH - CH, - SO, 3 / χ CH9 yCE0 X X N + N 24 0 CH3 X. / \ / \ / \ / ^CHg ^ v' . _y \/ 15, rm '"i V iÖTÖ 33,.7 ' 31,4* Akademie der Wissenschaften der DDR 8103 145 III V· u & 13,0 37,4 38,5 50,1 CH-, - CH - CH - CH, - SO,. / \ CE0 .CH- \/ - /\ /,,. /N \ / \ / \ / CH3 CH3 X/ 22,1 28,7 31,3 ^ 29,0¼^ Akademie der Wissenschaften der DDR 8103145