NO116537B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av amider av alginsyre.

Oppfinnerne har funnet at man får amider av alginsyre hvis man omsetter estere

av alginsyre med aminoforbindelser av den

kan være vanstoffatomer eller organiske

rester. Som aminoforbindelser som skal

omsettes kommer altså på tale ammoniakk, primære og sekundære aminer samt

karbonsyreamider. Alt etter den til omsetningen anvendte aminoforbindelse får

man alginsyreamider som er substituert

eller ikke substituert ved kvelstoffatomet.

Man kan også omsette vilkårlige blandin-ger av forskjellige aminoforbindelser med

alginsyreestere, hvorved det kan fås blandede amider.

Alginsyren og dennes fremstilling av

sjøalger er kjent. Til utførelse av fremgangsmåten i henhold til opfinnelsen kan

det anvendes estere som utvinnes av alginsyrer av hvilken som helst renhetsgrad.

Polymerisasjonsgraden av de alginsyrer av

hvilke man fremstiller de estere som skal

bearbeides i henhold til oppfinnelsen, kan

variere innenfor vide grenser. Fortrinnsvis går man ut fra alginsyrer av midlere

polymeriseringsgrad. Spesielt egnet har alginsyrer hvis molekylvekt ligger mellom

30000 og 150000, målt ved viskosimetriske

metoder etter Donnan og Rose («Canadian

Journal Research», bind 28B, side 105—

113, årgang 1950) vist seg å være. I dette

område ligger de alginsyrer av forskjellig

renhetsgrad som finnes i handelen i form

av salter. Imidlertid er oppfinnelsen ikke begrenset til bearbeidelse av estere av alginsyrer som har denne polymerisasjons-grad.

■ Som utgangsmaterialer for fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen anvendes alginsyrens estere med en- eller fler-verdige alifatiske alkoholer, særlig slike med 1-3 kullstoffatomer. Forestringen av

alginsyre er f. eks. beskrevet av A. B.

Steiner (Industrial and Engineering Che-mistry, Bind 43, side 2073, årgang 1951). Estere av alginsyrer får man f. eks. ved å omsette de fri alginsyrer med alkylerings-midler, som diazometan eller alkylenoksyder. Særlig hensiktsmessige er de sistnevnte, hvis praktisk viktigste represen-tanter er etylenoksyd, propylenoksyd eller glycid. Det er å anbefale å foreta forestringen slik at man kommer til høye forest-ringsgrader, dvs. at minst 40 pst., fortrinnsvis 60 pst., av de i alginsyren tilstede-værende karboksylgrupper omdannes til estere.

Bestemmelsen av forestringsgraden etter de ved ikke-makromolekylare stoffer vanlige metoder gir fullstendig ubrukbare verdier, formodentlig fordi alkaliluten øde-legger alginsyremolekylet ved de vanlige forsåpningsbetingelser. Bestemmelse av forestringsgraden ved foreliggende fremgangsmåte kan skje på følgende måte: 1 g tørket alginsyreester suspenderes i en 109 ml's målekolbe i 50 ml vann og tilsettes 25 ml 0,5 n NaOH. Etter påfylling til merket ryster man godt om og etter 1 times hen-stand ved romtemperatur titrerer man til-bake med fenolftalein som indikator. Av lutforbruket kan man beregne forestringsgraden.

Alginsyreestere kan bearbeides i fuk-tig, vannholdig tilstand, men det er dog å anbefale å vaske ut vannet i alginsyre-esterne ved hjelp av vannoppløselige organiske oppløsningsmidler, som f. eks. metyl-, etyl- eller propylalkohol, aceton, metyle-tylketon eller dioksan. Bearbeider man de ennå fuktige væskeinneholdende estere, kan disses væskeinnhold f. eks. utgjøre 50 vektspst., og fortrinnsvis ligge under 25 vektspst. Men man kan også bearbeide estere som f. eks. ved avpressing og resp. eller tørking ved 30—70° C er blitt befridd for mere væske, f. eks. ned til 10 eller 5 vektspst., og som kan foreligge som faste, fiber-aktige produkter. Alginsyreesternes væskeinnhold bestemmes som vektstap ved tørking av esterne ved 70° C.

Aminoforbindelsene som skal omsettes med esteren har den alminnelige formel

hvor R, og R2 betyr vannstoffatomer eller organiske rester, og hvor disse organiske rester også kan inneholde videre grupper av H-N eller N2N. Amideringsreaksjonen er bare lite avhengig av aminoforbindelsens art resp. beskaffenheten av de organiske rester som eventuelt forefinnes i aminoforbindelsen. Disse rester kan være alifatiske, cykloalifatiske eller aromatiske kullvann-stoffrester, og de kan også foruten de alle-

inneholde videre heteroatomer eller hete-roatomgrupper, spesielt hydrofile grupper som f. eks. hydroksyl-, karboksyl- eller sul-fonsyregrupper. Overensstemmende hermed kan omsetningen utføres, foruten med NH3, f. eks. også med metyl-, etyl-, oksetyl-, pro-pyl-, oksypropyl-, cykloheksyl-, oktyl-, do-decyl-, aktadecylamin eller med aminosuk-kere. Også aromatiske amider, som anilin, benzylamin eller naftylamin, samt aminer som inneholder sure grupper, f. eks. glykokoll, glycylglycin, antranilsyre, sulfanil-syre, aminoetansulfosyre, osv., kan anvendes i henhold til oppfinnelsen. Som ek-sempler på organiske aminoforbindelser med to aminogrupper i molekylet kan nev-nes etylendiamid, heksametylendiamin, fenylendiamin og urinstoff. Lengden av restene og R2, og molekylstørrelsen av

den organiske aminoforbindelse, kan variere innenfor vide grenser; av spesiell inte-resse er aminoforbindelser som har høyst 20 kullstoff atomer i molekylet.

For å omsettes blir den tørre eller fuktige ester blandet med aminoforbindelsen, hvorunder den sistnevnte fortrinsvis brukes i flytende tilstand. Man kan omrøre reaksjonsdeltakerne så lenge som reaksjonen foregår, men omsetningen skjer også om reaksjonsblandingen befinner seg i ro.

Da allerede et innhold av 0,3 karbonsyreamidgrupper pr. mannuronsyreenhet forandrer alginsyrenes resp. deres salters egenskaper merkbart, kan aminoforbindelsene brukes i underskudd, f. eks. i så liten mengde som 0,5 mol pr. estergruppe i alginsyreesteren. I de fleste tilfeller be-nytter man imidlertid mere, f. eks. 5 til 80 mol amino-forbindelse pr. estergruppe. For arbeid i praksis er det dog tilstrekkelig å beregne mengden av aminoforbindelser som skal omsettes etter vekten av alginsyreesteren. Eksempelvis kan det anvendes aminoforbindelser i en mengde svar-ende til minst halvparten av vekten av alginsyreesteren, men ofte arbeider man med overskudd, som kan gå over det 10-dobbelte av vekten av alginsyreesteren.

Anvender man lett flyktige aminoforbindelser, f. eks. flytende NH3, vil det i-reaksjonsbeholderen opptredende trykk som oftest ikke overstige den flyktige aminoforbindelses metningstrykk, altså for ammoniakks vedkommende ca. 8 atm. ved 20° C. Alt etter mengden av væske som inneholdes i alginsyreesteren kan trykket også være lavere, slik at det er mulig å ar-beide ved alle mellomtrinn ned til praktisk talt trykk lik 1 atmosfære. Mindre flyktige organiske aminoforbindelser bearbeides i det vesentlige på den samme måte. Man kan også anvende vilkårlige blandin-ger av forskjellige aminoforbindelser. Særlig hensiktsmessig har det vist seg å bruke organiske aminoforbindelser i flytende ammoniakk oppløst i alginsyreestere. Under disse omstendigheter er det mulig å bringe bare den organiske aminoforbindelse til reaksjon. For dette formål skal oppløsningen av organiske aminoforbindelser i flytende ammoniakk inneholde minst 5, fortrinnsvis 10—15 vektspst. organisk aminoforbindelse. Men man kan også gå over disse grenser, og mellom ren flytende NH3 og ren organisk aminoforbindelse — som er fullstendig fri for flytende NHS — bruke hvilke som helst ønskede blandingsforhold. Alt etter blandingsforholdet kan man få blandede alginsyreamider, som inneholder substituerte eller ikke substituerte karbonsyreamidgrupper.

Reaksjonstemperaturen kan varieres

innen vide grenser. Ved -^-10° C. forløper reaksjonen meget langsomt. Ved -f- 50° C. må det regnes med forstyrrelser ved av-bygging og bireaksjoner. Fortrinsvis arbeider man ved temperaturer mellom 0° og +30° C. Reaksjonstidens varighet kan være fra 0,5 til 50 timer, men i særlige tilfeller også utstrekkes til flere dager.

Omsetningen av estergruppene med

aminoforbindelser under dannelse av syre-amidgrupper og alkohol inntrer sannsyn-ligvis ikke ved alle estergrupper, men en viss del av estergruppene forsåpes under

dannelse av alginsyrens ammoniumsalter. Den antagelse at esterbindingen ved ut-førelse av reaksjonen i henhold til oppfinnelsen spaltes opp under dannelse av karbonsyreamidgrupper, finner sin støtte deri at man av omsetningsproduktet mellom alginsyreestere og ammoniakk kan isolere den teoretiske mengde alkohol. Spesielt lar dette seg gjennomføre ved alginsyreestere slik som alkoholkomponent inneholder resten av en lite flyktig alkohol, f. eks. glykol.

Ved hjelp av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen får man forbindelser som, hvis det har foregått en fullstendig amidering, kan betegnes omtrent med den følgende formel

hvor restene R, - R0 eksempelvis kan bety H-, CH,,-, C.,H.--, C,2H9.--, HOOC - CH.,-, HOOC - CH2 - HN - OC - CH2 - , HOC2H4

Egenskapene hos de forbindelser som fås i henhold til oppfinnelsen av avhengi-ge av utgangsmaterialenes beskaffenhet, av omsetningsgraden som fortrinsvis kan utgjøre 0,5—0,8, og fremfor alt av resten R's art.

Omsetningsproduktene av alginsyreestere med ammoniakk kan inneholde med ammoniakk nøytraliserte karboksylgrupper, hvis mengde dog kan være meget liten. En bestemmelse av karbonsyreamidgruppene kan skje etter den av G. H. Joseph (Food Technology, bind 3, side 87, årgang 1949) angitte fremgangsmåter. De i henhold til oppfinnelsen erholdte alginsyrederivater sveller i koldt vann, oppløses imidlertid først ved oppvarmning og gir ved avkjøling geleer hvis fasthet avhenger av alginsyrederivatets konsentrasjon. Den varme oppløsning gelatinerer meget hurtig ved avkjøling. Minstekonsentrasjonen ut-gjør ca. 0,4 pst. og ligger altså lavere enn ved vanlig handelsgelatin. 2—3 pst.'s geleer har en større styrke enn gelatingeleer av samme konsentrasjon. Geleer som er fremstilt av ikke substituerte alginsyreamider viser i motsetning til sådanne fremstilt av agar-agar ingen synerese, og blir heller ikke uklare. Tilsetning av fremmedstoffer, som hos mange stoffer først skaffer gela-tineringsevnen, er ikke nødvendig, men forstyrrer heller ikke hvis stoffene er iner-te likeoverfor karbonsyreamidgruppene. Geleenes smeltepunkt kan varieres innenfor vide grenser. Det kan ligge langt over gelatingeleers smeltepunkt. Stivnetiden er kortvarig. Mens gelatingeleer også ved høyere konsentrasjoner krever betydelig lengre tid for gelatinering, opptil flere timer, stivner de nye geleer meget hurtig etter avkjøling. Ved inntørking gir de nye geleer seige, faste og klare filmer. De geledannende alginsyrederivater i henhold til oppfinnelsen er, sammenliknet med de hittil kjente geledannende stoffer, forholds-vis temperaturuømfintlige. En gele kan hvor ofte man vil smeltes ved oppvarmning og oppløsningen opphetes til koking, men man får etter avkjøling alltid igjen en gele av den opprinnelige fasthet. De nye geledannende stoffer kan derfor med stor for-del benyttes for alle anvendelsesområder hvor man hittil har anvendt gelatin-, pek-tin, agar-agar- eller karragen-geleer.

De geledannende alginsyrederivater i henhold til oppfinnelsen kan også anvendes til gelatinering av svakt sure eller svakt alkaliske vandige væsker.

Det er forståelig at også varianter av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen gir produkter med geledannende egenskaper, hvis disse produkter inneholder nøytra-liserte karboksylgrupper og karbonsyreamidgrupper. Går man f. eks. ut fra ufullstendig forestrede alginsyrer, hvis frie karboksylgrupper er nøytralisert med kationér som danner vannoppløselige alginater, får man likeledes geledannende alginsyreamider. Også en ufullstendig omsetning av al-ginsyreesterne ved bare kortvarig behandling med flytende ammoniakk fører til geledannende stoffer.

Av lavere monoaminoforbindelser erholdte, substituerte alginsyreamider er, særlig når de inneholder hydrofile grupper som f. eks. HO-, HOOC- eller HSOs-grupper — vannoppløselige og gir viskose, delvis gelatinerte oppløsninger. Hvis restene R er høymolekylære, dvs. hvis de inneholder f. eks. seks eller flere kullstoffatomer, og hvis de ikke inneholder hydrofile grupper, er stoffene ikke oppløselige i vann men derimot mere eller mindre opp-løselige eller svellbare i organiske oppløs-ningsmidler. Produkter som er fått av forbindelser med to eller flere aminogrupper i molekylet, f. eks. etylendiamin eller urinstoff, kan være uoppløselige men svellbare i vann.

De substituerte alginsyreamider kan, alt etter sine egenskaper, brukes til fremstilling av geleer, høyviskose mot elektro-lytter bestandige vandige oppløsninger, ioneutvekslere, dispergerings- og stabili-seringsmidler, beskyttelseskolloider, og til mange andre formål.

Fremstiller man blandede alginsyreamider som eksempelvis inneholder substituerte eller ikke substituerte eller forskjel-ligartet karbonsyreamidgrupper, ligger disse amiders egenskaper, alt etter art og antall av substituenter, mellom egenskapene hos de tilsvarende alginsyreamider som inneholder bare usubstituerte karbonsyreamidgrupper og slike som bare inneholder substituerte karbonsyreamidgrupper og slike som bare inneholder substituerte karbonsyreamidgrupper. Fremstilling av blandede alginsyreamider kan ha praktisk betydning i alle tilfeller hvor det gjel-der å tilpasse et alginsyreamids egenskaper til et bestemt anvendelsesformål.

Eksempel 1:

695 g av en med 80 pst.'s alkohol ut-vasket alginsyre (53 pst. tørrtap) blir sammen med 3 kg etylenoksyd overlatt til seg selv 96 timer ved 20—25° C i en autoklav som tar 10 1. Ved denne behandling blir ca. 75 pst. av alginsyrens karboksylgrupper forestret. 40 g av den med alkohol utvas-kede fuktige alginsyreglykolester, som in neholder ca. 90 pst. fast stoff, tiisettes i en autoklav 100 g flytende vannfri ammoniakk og overlates ved en temperatur av 18 —25° C til seg selv i 24 timer, hvorved det innstiller seg et trykk på ca. 9 atm. Etter avdampning av ammoniakken utvaskes produktet med 80 pst.'s etylalkohol og tør-kes ved 40° C. Fra vaskealkoholen kan det gjenvinnes ca. 10 g glykol. Kvelstoffinnholdet i reaksjonsproduktet, som fås i en mengde av 32 g, utgjør 5,6 pst. Det erholdte produkt sveller i koldt vann og løses opp i varmt vann; ved avkjøling av oppløsnin-gen dannes det en gele.

Eksempel 2:

885 g av en 70 pst.'s, fra en alginatopp-løsning ved saltsyretilsetning utfelt, fuk-tig alginsyre, som på grunn av opparbei-delsen fremdeles inneholder små mengder saltsyre (pH=3,2), blir i en 10 l.'s autoklav fuktet med 4 kg flytende etylenoksyd og overlates i 96 timer til seg selv ved 20— 25° C. Den erholdte ester er uoppløselig i vann. 62 g av alginsyreglykolesteren som i-nneholder ca. 50 pst. vann blir på den i eksempel 1 beskrevne måte behandlet med 150 g vannfri flytende ammoniakk. Man får 28 g av et reaksjonsprodukt som inneholder 7,5 pst. kvelstoff. Produktet er opp-løselig i varmt vann. Oppløsningen gelatinerer ved avkjøling.

Eksempel 3:

Opparbeider man en alginsyreglykolester på den i eksempel 1 angitte måte og nedsetter den flytende ammoniakks inn-virkningstid til 2 timer så får man ved samme opparbeidning et produkt som gir mykere geleer enn de produkter som fås i henhold til eksempel 1 og 2. Det inneholder 6 pst. kvelstoff.

Eksempel 4:

Alginsyre blir ved behandling med en eterisk oppløsning av diazometan omdan-net til en alginsyremetylester. Den anvendte fremgangsmåte er beskrevet av F. Micheel og E. Mille: «Zeitschrift fur phy-siologische Chemie», bind 293, side 121,

årgang 1953. Produktet har et metoksylinnhold på 18,1 pst. Da det teoretiske metoksylinnhold av en alginsyremetylester er 16,3 pst., må det antas at det foreligger fullstendig forestring av alginsyrens karboksylgrupper og at det dessuten ytter-ligere har funnet sted en liten eterdan-nelse ved alginsyrens hydroksylgrupper. 4

g av den tørre alginsyremetylester blir sammen med den dobbelte vektsmengde flytende ammoniakk overlatt til seg selv 18 timer i en autoklav ved en temperatur av 20° C. Etter utvasking med 80 pst.s alkohol og tørking ved 40° C får man et produkt som sveller i koldt vann, oppløser seg ved oppvarmning og ved avkjøling til under 16° C leverer geleer.

Eksempel 5:

260 g av en vannfuktig alginsyre (53 pst. tørrtap) får sammen med 1 kg flytende etylenoksyd stå ved 0° C i 370 timer i en autoklav av 5 liters innhold. Den dan-nede alginsyreglykolester er forestret for 90 pst.'s vedkommende og er uoppløselig i vann. 20 g av denne ester får stå sammen med 60 g flytende ammoniakk i 20 timer ved romtemperatur i en autoklav. Det erholdte produkt sveller i koldt vann og lø-ser seg opp ved oppvarmning. Ved avkjdl-ing dannes det en klar, fast gele. Produktet har et kvelstoffinnhold av 5,4 pst.

Eksempel 6:

20 g alginsyreglykolester (forestringsgrad 75 pst., tørrtap 21,7 pst) lar man stå 30 timer ved 20° C sammen med 200 g eta-nolamin i en lukket beholder. Det fås en tykk, grøtaktig oppløsning, fra hvilken omsetningsproduktet utskilles ved utfelning med metanol. Utfelningen vaskes flere ganger med 80 pst.s alkohol. Etter tørking ved 60° C får man et fiberaktig, hvitt produkt som inneholder 6,55 pst. kvelstoff og som med vann kan røres ut til en viskos oppløs-ning. Oppløsningen er stabil like overfor tilsetning av KSCN, CaCl2, CuS04 eller eddiksyre.

Eksempel 7:

50 g (0,25 mol) alginsyreglykolester

(forestringsgrad 78 pst., tørrtap 10,5 pst.)

overhelles med en oppløsning av 75 g glykokoll (1 mol) 400 g flytende NH3 (23,5 mol) og overlates i en trykkbeholder til seg selv ved romtemperatur i 22 timer. Etter avtapning av den overskytende ammoniakk vaskes produktet seks ganger, hver gang med 100 g flytende NH3, og deretter med 80 pst.'s alkohol, for å fjerne ikke omsatt glykokoll. Etter tørking ved 60° C får man et produkt som inneholder 8,93 pst. kvelstoff. Innholdet av ikke omsatt glykokoll kan finnes ved bestemmelse av am-moniumsaltgruppene etter den metode

som er beskrevet av A. Ronchése (Journal de Pharmacie et de Chimie, (6) 25, 611 1907).

I dette eksempel er omsetningsgraden for glykokoll pr. mannursyreinnhold 0,3. Produktet er klart oppløselig i koldt vann.

Eksempel S.-

IO g (0,04 mol) alginsyreglykolester

(forestringsgrad 75 pst., tørrtap 10,5 pst.)

overhelles med en oppløsning av 25 g (0,15 mol) glycylglycinhydroklorid i 200 g flytende ammoniakk og får stå i 22 timer i en trykkbeholder ved 20° C.

Etter avtapning av den overskytende ammoniakk blir reaksjonsproduktet befridd for ikke omsatt glycylglycin ved koking i 50 pst.'s vandig alkohol. Etter tørking får man et fiberformet produkt, som gelatinerer allerede i 0,3 pst.'s vandig oppløsning.

Eksempel 9:

30 g alginsyreglykolester (forestringsgrad 80 pst., tørrtap 21 pst.) blir overhelt med 700 g dodecylamin og får stå 8 dager ved 35° C. Etter intens ekstrahering med alkohol får man et pulverformet produkt som ikke løser seg i vann, men derimot sveller i organiske oppløsningsmidler som ikke er oppløselige i vann, f. eks. benzol, petroleter, osv. Kvelstoffinnholdet er 3,03 pst., den teoretiske verdi ved forutsatt fullstendig omsetning av alle estergrupper er 4,3 pst.

Eksempel 10:

20 g (0,33 mol) etylendiamin får stå samen med 380 g flytende ammoniakk og 50 g (0,25 mol) alginsyreglykolester (forestringsgrad 83 pst., tørrtap 15,3 pst.) 20 timer i en trykkbeholder ved romtemperatur. Etter utvasking med 80 pst.'s alkohol og tørking får man et i vann svellbart, som følge av fornetting uoppløselig produkt. Kvelstoffinnholdet er 6,6 pst.

Eksempel 11:

50 g (0,25 mol) alginsyreglykolester

(forestringsgrad 75 pst., tørrtap 11,1 pst.)

overlates i 22 timer ved 20° C til seg selv sammen med en oppløsning av 60 g (1 mol) urinstoff i 400 g flytende ammoniakk. Man får et fiberaktig, delvis fornettet produkt med et kvelstoffinnhold av 6,95 pst., som bare oppløses ufullstendig i varmt vann og som ved avkjøling stivner til en stiv gele.

De samme resultater oppnås hvis man

i stedet for alginsyreglykolester anvender

en alginsyremetylester eller alginsyreetyl-ester av tilsvarende forestringsgrad.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av

amider av alginsyre, karakterisert ved at man omsetter estere av alginsyrer med aminoforbindelser av den alminnelige for- mel hvor R, og R2 betyr vannstof f atomer eller organiske rester med høyst 20 kullstoffatomer i molekylet hvorunder man anvender aminoforbindelsen i en mengde som minst utgjør 0,5, fortrinnsvis 1,5—20 ganger vekten av alginsyreesteren.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at det som utgangs-materiale anvendes alginsyreestere som på kjent vis er fremstillet ved omsetning mellom alginsyre og alkylenoksyder.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 1 og 2, karakterisert ved at reaksjonen utføres ved -^10 1-50° C, fortrinnsvis -^-5 til +40° C.