WO1998040391A1 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von alkyl- und/oder alkenyloligoglykosiden - Google Patents

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    • C07HSUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
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    • C07H15/02Acyclic radicals, not substituted by cyclic structures
    • C07H15/04Acyclic radicals, not substituted by cyclic structures attached to an oxygen atom of the saccharide radical
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18Stationary reactors having moving elements inside
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    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051Controlling the temperature

Definitions

  • the invention relates to a continuous process for the acid acetalization of glycoses with excess fatty alcohols.
  • Alkyl glucosides are important non-ionic surfactants, which due to their behavior, which in many cases corresponds to that of anionic surfactants, and their excellent ecological and dermatological properties, find their way into manual dishwashing detergents and cosmetic preparations.
  • For their preparation one can start from glucose or glucose seed, which are optionally acetalized with an excess of higher alcohols via the intermediate stage of the butyl glucosides. Appropriate technical processes go back to 1968/70 [cf. US 3,547,828, US 3,839,318 Rohm & Haas).
  • the production of the glucosides is usually carried out discontinuously in a stirred kettle with subsequent fatty alcohol evaporation, starting from solid glycoses, such as glucose monohydrate.
  • the object of the present invention was to provide, starting from solid glycoses, a process for the continuous production of alkyl and / or alkenyl glycosides, in which the reaction products have an at least comparable composition and performance to that of discontinuously produced prior art glucosides .
  • the invention relates to a process for the continuous production of alkyl and / or alkenyl oligoglycosides by direct acid acetalization of solid glycoses with excess fatty alcohols, in which the reaction is carried out in a reactor cascade.
  • Solid glycoses which are suitable as starting materials are to be understood as carbohydrates having 5 or 6 carbon atoms, the use of glucose monohydrate being preferred. Dried glucose sperm is also particularly suitable, especially products with an average dextrose content above 97%.
  • Fatty alcohols are to be understood as primary aliphatic alcohols of the formula (I)
  • R 1 represents an aliphatic, linear or branched hydrocarbon radical having 6 to 22 carbon atoms and 0 and / or 1, 2 or 3 double bonds.
  • Typical examples are capronic alcohol, caprylic alcohol, 2-ethylhexyl alcohol, capric alcohol, lauryl alcohol, isotridecyl alcohol, myristyl alcohol, cetyl alcohol, palmoleyl alcohol, stearyl alcohol, isostearyl alcohol, oleyl alcohol, elaidyl alcohol, petroselyl alcohol, arenolyl alcohol, arenolyl alcohol, arenolyl alcohol, inol alcohol alcohol, inol alcohol alcohol , Erucyl alcohol and brassidyl alcohol and their technical mixtures, which are obtained, for example, in the high-pressure hydrogenation of technical methyl esters based on fats and oils or aldehydes from Roelen's oxosynthesis and as a monomer fraction in the dimerization of unsaturated fatty alcohols.
  • fatty alcohols with 8 to 18 carbon atoms such as, for example, coconut, palm, palm kernel or tallow fatty alcohol, are preferred.
  • the glycoses and the fatty alcohols are preferably used in a molar ratio of 1: 1 to 1: 5, in particular 1: 2 to 1: 3. With these conditions of use, glycosides are produced which have a DP in the range from 1.0 to 1.8, preferably 1.3 to 1.7.
  • the choice of the acidic catalysts is per se not very critical; in terms of product color, foaming during acetalization, yield and the desired average degree of polymerization (DP), the use of alkylbenzenesulfonic acids such as p-toluenesulfonic acid or dodecyibenzenesulfonic acid has proven to be particularly advantageous.
  • the catalysts can be used as solutions in water or the fatty alcohols, in which case the catalyst content can be in the range from 10 to 80% by weight. Typical contents for catalysts in water are 50 to 80% by weight, in fatty alcohols 60 to 90% by weight.
  • the catalysts are preferably used in amounts of 0.1 to 5, in particular 1 to 3,% by weight, based on the starting materials.
  • the acetalization is carried out in a cascade of 3 to 6, preferably 3 to 4, stirred reactors.
  • the term direct acetalization is to be understood in such a way that glycose and fatty alcohol are converted directly to the target products, that is to say not first of all a lower alkyl glycoside is first produced, which subsequently has to be acetalized with the fatty alcohol.
  • glucose monohydrate for example, is used instead of anhydrous glycose or dried glucose, it is advisable to design the first reactor as a dewatering stage, since a water content in the mixture can lead to an undesirable increase in the poly sugar content in the end product and to caking on the reactor walls.
  • a uniformly high temperature can also lead to an increase in the poly sugar content, it is advisable to apply a temperature gradient from 70 to 120 ° C. to the reactor cascade and / or to carry out the reaction under reduced pressure.
  • a pressure gradient of, for example, 20 to 50 mbar can be applied or different catalyst concentrations can be set in the individual reactors.
  • aqueous bases such as sodium hydroxide and / or magnesium oxide

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Alkyl- und/oder Alkenyloligoglykosiden durch direkte saure Acetalisierung von festen Glykosen mit überschüssigen Fettalkoholen vorgeschlagen, bei dem man die Reaktion in einer Reaktorkaskade durchführt.

Description

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Alkyl- und/oder Alkenyloligoglykosiden
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur sauren Acetalisierung von Glykosen mit überschüssigen Fettalkohoien.
Stand der Technik
Alkylglucoside stellen wichtige nichtionische Tenside dar, die infolge ihres Verhaltens, das in vielen Fällen dem anionischer Tenside entspricht, und ihrer ausgezeichneten ökologischen und dermatologischen Eigenschaften Eingang in manuelle Spüimittel und kosmetische Zubereitungen finden. Zu ihrer Herstellung kann man von Glucose oder Glucosesimp ausgehen, die gegebenenfalls über die Zwischenstufe der Butylglucoside mit einem Überschuß an höheren Alkoholen sauer acetalisiert werden. Entsprechende technische Verfahren reichen bis in die Jahre 1968/70 zurück [vgl. US 3,547,828, US 3,839,318 Rohm & Haas). Die Herstellung der Glucoside erfolgt üblicherweise ausgehend von festen Glycosen, wie beispielsweise Glucosemonohydrat, diskontinuierlich in einem Rührkessei mit anschließender Fettalkoholverdampfung. Es hat aber in der Vergangenheit nicht an Verfahren gemangelt, die für die Acetalisierung kontinuierliche Verfahren vorschlagen, beispielsweise unter Verwendung von Dünnschichtverdampfern [EP-A1 0501032 (Hüls), DE-A1 4231833 (Henkel)] oder Gegen- stromreaktionskolonnen [EP-A1 0482325, EP-A1 0514627 (Hüls)]. Diese Verfahren setzen jedoch den Einsatz von flüssigen Ausgangsstoffen, vorzugsweise von Glucosesimp voraus.
Demzufolge hat die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin bestanden, ausgehend von festen Glykosen ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Alkyl- und/oder Alkenylglykosiden zur Verfügung zu stellen, bei dem die Reaktionsprodukte eine zumindest vergleichbare Zusammensetzung und Performance wie diskontinuierlich hergestellte Glucoside des Stands der Technik aufweisen. Beschreibung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Alkyl- und/oder Alke- nyloligoglykosiden durch direkte saure Acetalisierung von festen Glykosen mit überschüssigen Fettalkoholen, bei dem man die Reaktion in einer Reaktorkaskade durchführt.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Acetalisierung in einer Reaktorkaskade auch den Einsatz fester Glykosen zuläßt und Produkte erhalten werden, die hinsichtlich Restglucosegehalt, Polymergehalt und DP mit Handelsprodukten vergleichbar sind.
Feste Glykosen
Unter festen Glykosen, die als Einsatzstoffe in Frage kommen, sind Kohlenhydrate mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen zu verstehen, wobei der Einsatz von Glucosemonohydrat bevorzugt ist. Weiterhin besonders geeignet ist getrockneter Glucosesimp, insbesondere Produkte mit einem durchschnittlichen Dextroseanteil oberhalb von 97 %.
Fettalkohole
Unter Fettalkoholen sind primäre aliphatische Alkohole der Formel (I) zu verstehen,
Figure imgf000004_0001
in der R1 für einen aliphatischen, linearen oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen und 0 und/oder 1 , 2 oder 3 Doppelbindungen steht. Typische Beispiele sind Capronalkohol, Caprylalkohol, 2-Ethylhexylalkohol, Caprinalkohol, Laurylalkohol, Isotridecylalkohol, My- ristylalkohol, Cetylalkohol, Palmoleylalkohol, Stearylalkohol, Isostearylalkohol, Oleylalkohol, Elaidylalko- hol, Petroselinylalkohol, inolylalkohol, Linolenylalkohol, Elaeostearylalkohol, Arachylalkohol, Gadoleyl- alkohol, Behenylalkohol, Erucylalkohol und Brassidylalkohol sowie deren technische Mischungen, die z.B. bei der Hochdruckhydrierung von technischen Methylestern auf Basis von Fetten und Ölen oder Aldehyden aus der Roelen'schen Oxosynthese sowie als Monomerfraktion bei der Dimerisierung von ungesättigten Fettalkoholen anfallen. Bevorzugt sind technische Fettalkohole mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise Kokos-, Palm-, Palmkern- oder Taigfettalkohol. Vorzugsweise werden die Glykosen und die Fettalkohole im molaren Verhältnis 1 : 1 bis 1 : 5, insbesondere 1 : 2 bis 1 : 3 eingesetzt. Mit diesen Einsatzverhältnissen werden Glykoside hergestellt, die einen DP im Bereich von 1 ,0 bis 1 ,8, vorzugsweise 1 ,3 bis 1 ,7 aufweisen. Katalysatoren
Die Wahl der sauren Katalysatoren ist an sich wenig kritisch, im Hinblick auf Produktfarbe, Schaumentwicklung bei der Acetalisierung, Ausbeute und gewünschtem durchschnittlichen Polymerisationsgrad (DP) hat sich der Einsatz von Alkylbenzolsulfonsäuren wie beispielsweise p-Toluolsulfonsäure oder Dodecyibenzolsulfonsäure als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Katalysatoren können als Lösungen in Wasser oder den Fettalkoholen eingesetzt werden, wobei dann der Katalysatorgehalt im Bereich von 10 bis 80 Gew.-% liegen kann. Typische Gehalte für Katalysatoren in Wasser sind 50 bis 80 Gew.-%, in Fettalkoholen 60 bis 90 Gew.-%. Vorzugsweise werden die Katalysatoren in Mengen von 0,1 bis 5, insbesondere 1 bis 3 Gew.-% - bezogen auf die Einsatzstoffe - eingesetzt.
Acetalisierung
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Acetalisierung in einer Kaskade von 3 bis 6, vorzugsweise 3 bis 4 Rührreaktoren durchgeführt. Der Begriff direkte Acetalisierung ist dabei so zu verstehen, daß Glykose und Fettalkohol direkt zu den Zielprodukten umgesetzt werden, also nicht etwa zunächst ein Niedrigalkylglykosid hergestellt wird, welches anschließend mit dem Fettalkohol umaceta- lisiert werden muß. Wird anstelle von wasserfreien Glykosen oder getrocknetem Glucosesimp beispielsweise Glucosemonohydrat eingesetzt, empfiehlt es sich, den ersten Reaktor als Entwässerungsstufe auszulegen, da ein Wassergehalt in der Mischung zu einem unerwünschten Anstieg des Polyzuckergehaltes im Endprodukt und zu Anbackungen an den Reaktorwänden führen kann. Da eine gleichmäßig hohe Temperatur ebenfalls zu einem Anstieg des Polyzuckergehaltes führen kann, empfiehlt es sich, an die Reaktorkaskade einen Temperaturgradienten von 70 auf 120°C anzulegen und/oder die Reaktion unter vermindertem Druck durchzuführen. Wahlweise kann man auch einen Druckgradienten von beispielsweise 20 bis 50 mbar anlegen oder unterschiedliche Katalysatorkonzentrationen in den einzelnen Reaktoren einstellen. Nach Abschluß der Acetalisierung empfiehlt es sich, die Reaktionsprodukte durch Zugabe wäßriger Basen wie beispielsweise Natriumhydroxid und/ oder Magnesiumoxid zu neutralisieren, ehe der überschüssige Fettalkohol in an sich bekannter Weise destillativ entfernt wird. Beispiele
Beispiele 1 bis 8, Verqleichsbeispiel V1
Die kontinuierliche Herstellung von Kokosalkylglucosid gemäß der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 8 erfolgte in einer Kaskade aus mehreren hintereinandergeschalteten 1-l-Glasreaktoren mit Rührvorrichtungen und Kühlern. Die Temperierung der Reaktoren erfolgte über Umwälzthermostaten mit Wärmeträgeröl. Als Vakuumpumpe wurde eine Drehschieberölpumpe eingesetzt. Ein wäßriger Slurry aus Glucosemonohydrat bzw. getrocknetem Glucosesimp wurde kontinuierlich mittels einer Pumpe in den ersten Reaktor R1 dosiert. Mit einer weiteren Pumpe wurde die Katalysatorlösung in den Reaktor R2 eingebracht. Aus dem Reaktor R4 floß das Reaktionsgemisch in eine Wechselvorlage, in der es mit wäßriger Natriumhydroxidlösung (25 Gew.-%ig) neutralisiert wurde. Das Vergleichsbeispiel V1 wurde unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, jedoch nur ein Reaktor (= R2) im Batchbetrieb eingesetzt. Die Einzelheiten zu den Versuchen und den Ergebnissen sind in Tabelle 1 zusammengefaßt:
Tabelle 1
Herstellung von Alkylglucosiden
Figure imgf000006_0001
1 70 Gew.-%ig in Kokosfettalkohol **) 70 Gew.-%ig in Wasser ***) Degree of Polymerization ****) Mengenangaben in g

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Alkyl- und/oder Alkenyloligoglykosiden durch direkte saure Acetalisierung von festen Glykosen mit überschüssigen Fettalkoholen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion in einer Reaktorkaskade durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß man als feste Glykosen Glucosemonohydrat, wasserfreie Glucose oder getrockneten Glucosesimp einsetzt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Fettalkohole der Formel (I) einsetzt,
R OH (I)
in der R1 für einen aliphatischen, linearen oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen und 0 und/oder 1 , 2 oder 3 Doppelbindungen steht.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Glykosen und die Fettalkohole im molaren Verhältnis 1 : 1 bis 1 : 10 einsetzt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysatoren Alkylbenzolsulfonsäuren einsetzt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Katalysatoren in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-% - bezogen auf die Einsatzstoffe - einsetzt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kaskade einsetzt, die 3 bis 6 Reaktoren enthält.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man an die Reaktorkaskade für die Acetalisierung einen Temperaturgradienten von 70 auf 120°C anlegt.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion unter vermindertem Druck durchführt.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man wasserhaltige Glykosen vor der Acetalisierung trocknet.
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