СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЛИ ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛЛА С N-АЦИЛ- АМИНОКИСЛОТОЙ Российский патент 2000 года по МПК C07C231/02 C07C233/47 

Изобретение касается способа получения соли щелочного металла с N-ацил-аминокислотой.

Хорошо известно использование саркозинатных поверхностно-активных веществ, в частности N-ацил-саркозинатов, в производстве мыла. Обычно саркозинат используют в форме натриевого, калиевого или аммониевого солевого раствора. N-ацил-саркозинаты коммерчески получают путем реакции Шоттен-Баумана (Schotten-Bauman), когда натриевая соль саркозина ("саркозин" - это N-метил-амино-уксусная кислота) вступает в реакцию с соответствующим хлоридом жирной кислоты при тщательно контролируемых условиях реакции

По завершении реакции неочищенную натриевую соль подкисляют для высвобождения N-ацил-саркозиновой кислоты, которую отделяют от водных побочных продуктов. Затем ее нейтрализуют до соли. Саркозинаты, такие как лауроилсаркозинат натрия, кокоилсаркозинат натрия и миристоилсаркозинат натрия производит фирма Hampshire Chemical Corp под торговой маркой HAMPOSYL^®.
N-ацил-саркозинаты уже в течение многих лет также используются для ухода за ртом, кожей и волосами. Эти соединения проявили себя в качестве способствующих снижению проникновения потенциально раздражающих растворенных веществ, таких как ионы натрия, через кожу человека; в то время как другие поверхностно-активные вещества проявили себя как способствующие такому проникновению ("Влияние детергентов и поверхностно-активных веществ на эпидермальную проницаемость", Bettley, F. Ray, Prit. J. Dermatol 77, 98-100 (1965)). N-ацил-саркозинаты также показали себя как снижающие раздражение кожи, обычно связанное с композициями детергентов, когда их вводили в качестве сопутствующих поверхностно-активных веществ (патент США N 2962448).

N-ацил-саркозинаты проявляют низкую токсичность по отношению к млекопитающим и рыбе, имеют низкую тенденцию вызывать раздражение и крайне быстро биоразлагаются.

Поэтому было бы весьма желательным упростить способ получения N-ацил-саркозинатов, а также других N-ацил-аминокислот, при этом устранив недостатки традиционных способов, связанные с загрязнением окружающей среды.

Проблемы уровня техники решаются данным изобретением, которое обеспечивает способ получения N-ацил-аминокислотных соединений щелочных металлов, особенно N-ацил-саркозинатов натрия. Способ по изобретению исключает использование трихлорида или тионилхлорида фосфора и хлоридов карбоновых кислот. В общих чертах предлагаемый способ предусматривает реакцию N-ацил-аминокислотного соединения щелочного металла непосредственно с жирной кислотой при повышенных температурах и при постоянном удалении воды, образующейся в ходе реакции.

Исходными реагентами для способа по изобретению являются жирная кислота общей формулы RСООН и аминокислота, в которой аминогруппа замещена по меньшей мере одним атомом водорода. Реакция жирной кислоты с аминокислотой при повышенных температурах приводит к образованию ациламинокислоты, но при этом имеет место значительная окраска и образование побочных продуктов. Поэтому удивительным является то, что в способе по изобретению в используемых условиях реакции окрашивание и образование побочных продуктов являются минимальными.

Подходящие жирные кислоты включают алифатические с неразветвленной цепью, алифатические с разветвленной цепью, циклоалифатические, насыщенные и ненасыщенные, ароматические и гетероароматические карбоновые кислоты, такие как уксусная, пропионовая, масляная, каприловая, капроновая, нонановая, декановая, ундекановая, лауриновая, миристиновая,- пальмитиновая, стеариновая; олеиновая, линолевая, бегеновая, 2-метил-ундекановая, 2-бутил-октановая, 2-этил-гексановая, алкил-янтарная, алкенил-янтарная, адипиновая, циклогексановая, бензойная, хлор-бензойная, нитробензойная, нафтеновая, абиетиновая, никотиновая, 2-пиридин-карбоновая, терефталевая, фталевая, C₈(EO)₂COOH и их смеси. Предпочтительные жирные кислоты включают C₈-C₂₀ карбоновые кислоты, предпочтительно олеиновую кислоту (CH₃(CH₃)₇CH: CH(CH₂)₇COOH), лауриновую кислоту (CH₃(CH₂)₁₀COOH), миристиновую кислоту (CH₃(CH₂)₁₂COOH) и кокосовую кислоту для получения олеоил-саркозина, лауроил-саркозина, миристоилсаркозина и кокоил-саркозина соответственно.

Подходящими аминокислотами являются те, в которых аминогруппа имеет по меньшей мере один замещаемый атом водорода. Предпочтительные аминокислоты включают щелочно-металлические соли саркозина, глицина, иминодиуксусной кислоты, аланина, N-метилаланина, β -аланина, N-метил-β-аланина, аспарагиновой кислоты, N-метил аспарагиновой кислоты, валина, лейцина, изолейцина, цистина, метионина, фенилаланина, глутаминовой кислоты, пролина и лизина. Особенно предпочтительным является саркозинат натрия.

Использование соотношения 1:1 жирной кислоты и соединения щелочного металла с аминокислотой дает выход продукта 50-55% вне зависимости от времени реакции. Кроме того, избыточное количество соединения щелочного металла с аминокислотой не способствует доведению реакции до завершения. Следовательно, предпочтительно добавление избыточного количества аминокислоты к реакционной смеси соединения щелочного металла с аминокислотой и жирной кислоты с целью ускорения реакции и достижения более высокой степени конверсии. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что добавление одного эквивалента избыточного количества аминокислоты в расчете на жирную кислоту дает 85-90%-ную конверсию за время реакции 8-10 часов. Добавление двух эквивалентов дает 90%-ную конверсию за 3-5 часов. В зависимости от желаемого процента конверсии и скорости реакции можно использовать большее или меньшее количество аминокислоты. Кислоту можно добавлять постепенно или сразу в один прием.

Рабочие температуры реакции составляют от 100^oC до 200^oC. Однако при температуре ниже 170^oC реакция протекает слишком медленно. Поэтому предпочтительной является температура 170^oC-190^oC, особенно предпочтительна температура 170^oC.

Предпочтительно исходное соединение щелочного металла с аминокислотой используют в сухой форме. Неочищенную реакционную смесь обрабатывают, растворяя ее в водном растворе изопропанола предпочтительно в соотношении изопропанол:вода от 95:5 до 5:95. Предпочтительно, когда количество изопропанола является минимальным. Неочищенный раствор затем подкисляют до pH = 1, что вызывает фазовое разделение. Подходящие кислоты для подкисления включают неорганические кислоты, причем серная кислота является предпочтительной. Более легкую органическую фракцию отделяют, и изопропанол и воду удаляют выпариванием.

Альтернативно исходным материалом может быть аминокислота, которую нейтрализуют водными основаниями, такими как гидроксид натрия, а затем сушат распылением для получения натриевой соли аминокислоты в виде сухого вещества.

Для того чтобы избежать образования окрашенных веществ, важно свести к минимуму или полностью исключить окисление. Этого достигают путем продувки инертным газом (таким как азот) или использованием вакуума. Это также способствует удалению воды, которая образуется в процессе конденсации жирной кислоты с аминокислотным соединением щелочного металла.

Изобретение далее поясняется с помощью следующих примеров, которые приводятся в целях иллюстрации и не являются ограничивающими.

Пример 1
11,04 г (0,124 моль) саркозиновой кислоты добавляли к 104 г метанола, затем добавляли 26,8 г (0,124 моль) 25%-ного метоксида натрия. Полученную смесь нагревали с обратным холодильником в течение 15 минут и за это время раствор становился гомогенным. Добавляли одной порцией олеиновую кислоту и дистилляцией удаляли метанол. После того как метанол был удален полностью, температуру реакционной смеси повышали до 170^oC. Через 4,0, 5,5 и 6,5 часов дополнительное количество саркозиновой кислоты добавляли в реакционную смесь и продолжали нагревание до 170^oC. Реакционную смесь нагревали в целом в течение 8,5 часов, и полученное соотношение натрий-олеоил-саркозина и олеиновой кислоты составило 85:15, определенное методом HPLC с расчетом площадей пятен (хроматография высокого разрешения).

Пример 2
В реактор, снабженный механической мешалкой, нагревающим кожухом и термометром, в атмосфере азота загружали 35,04 г (0,125 моль) олеиновой кислоты. Олеиновую кислоту нагревали до 80^oC и добавляли 13,6 г (0,125 моль) твердого саркозината натрия. Полученную смесь нагревали до 170^oС с постоянным барботированием азотом. Когда температура реакционной смеси достигала 170^oC, добавляли 11,4 г (0,125 моль) саркозиновой кислоты в виде твердого вещества. Пробы реакционной смеси отбирали через 10 часов при 170^oC и конверсия в расчете на олеиновую кислоту составила 84,2%.

Неочищенную реакционную смесь растворяли в 60 г смеси изопропанола и воды (объемное соотношение 50/50). Полученный раствор подкисляли серной кислотой до pH 1. После подкисления в растворе получалось два слоя. Верхний слой, содержащий продукт, отделяли и концентрировали, в результате получали N-олеоил-саркозин.

Пример 3
В реактор, снабженный механической мешалкой, нагревательным кожухом и термометром, в атмосфере азота загружали 35,4 г (0,125 моль) олеиновой кислоты. Олеиновую кислоту нагревали до 80^oC и добавляли 13,8 г (0,125 моль) твердого саркозината натрия. Полученную смесь нагревали до 170^oС при постоянном барботировании азотом. Когда температура реакционной смеси достигала 170^oC, добавляли 22,8 г (0,250 моль) саркозиновой кислоты в виде твердого вещества. Пробы реакционной смеси отбирали через пять часов, и конверсия в расчете на олеиновую кислоту составила 92,5%.

Пример 4
В трехгорлую круглодонную емкость емкостью 500 мл, снабженную механической мешалкой, термометром, входным и выходным отверстиями для продувки азотом, загружали 35,70 г (0,175 моль) лауриновой кислоты. При постоянном барботировании азотом лауриновую кислоту нагревали до 160^oC и, как можно быстро, добавляли 19,40 г саркозината натрия и 15,90 г саркозиновой кислоты (0,175 моль). Полученную смесь затем нагревали до 170^oC при постоянном барботировании азотом для удаления воды, образованной в процессе реакции. Пробы отбирали периодически для контроля исчезновения лауриновой кислоты. Через семь часов 93% лауриновой кислоты было превращено в продукты реакции.

Пример 5
В трехгорлую круглодонную емкость емкостью 500 мл, снабженную механической мешалкой, термометром, входным и выходным отверстиями для продувки азотом, загружали 48,00 (0,175 моль) олеиновой кислоты. При постоянном барботировании азотом олеиновую кислоту нагревали до 160^oC и по возможности быстро добавляли 8,60 г (0,088 моль) глицината натрия и 6,60 г (0,088 моль) глициновой кислоты. Полученную смесь затем нагревали до 170^oC при постоянном барботировании азотом для удаления воды, образованной в процессе реакции. Образцы отбирали периодически для контроля исчезновения олеиновой кислоты. Через 3,5 часа 45,8% олеиновой кислоты превратилось в продукты реакции.

Пример 6
В трехгорлую круглодонную емкость емкостью 500 мл, снабженную механической мешалкой, термометром, входным и выходным отверстием для продувки азотом, загружали 34,76 г (0,124 моль) олеиновой кислоты. При постоянном барботировании азотом олеиновую кислоту нагревали до 160^oC и по возможности быстро добавляли 13,78 г (0,124 моль) саркозината натрия. Полученную смесь затем нагревали до 170^oC при постоянном барботировании азотом с целью удаления воды, образованной в процессе реакции. Пробы отбирали периодически и протекание реакции контролировали с помощью HPLC. Через 6 часов 55% олеиновой кислоты перешло в продукты реакции. Реакционную смесь нагревали до 170^oC еще 4 часа (всего в течение 10 часов) и конверсия составила 57%.

Пример 7
В трехгорлую круглодонную емкость емкостью 500 мл, снабженную механической мешалкой, термометром, входным и выходным отверстиями для продувки азотом, загружали 42,05 г (0,150 моль) олеиновой кислоты. При постоянном барботировании азотом олеиновую кислоту нагревали до 160^oC и по возможности быстро добавляли 20,50 г (0,23 моль) саркозиновой кислоты. Полученную смесь затем нагревали до 160^oC при постоянном барботировании азотом для удаления воды, образованной в процессе реакции. Пробы отбирали периодически и протекание реакции контролировали при помощи HPLC. Через 5 часов 75% олеиновой кислоты перешло в продукты реакции.

Описывается способ получения соли щелочного металла и N-ацил-аминокислоты, отличающийся тем, что осуществляют взаимодействие жирной кислоты формулы RCOOH, где R - заместитель, содержащий С₁-C₂₀ атомов углерода, с солью аминокислоты с щелочным металлом, причем в этом соединении аминогруппа замещена по меньшей мере одним атомом водорода, и с названной аминокислотой. Технический результат - упрощение процесса и сохранение окружающей среды. 8 з.п. ф-лы.

1. Способ получения соли щелочного металла и N-ацил-аминокислоты, отличающийся тем, что осуществляют взаимодействие жирной кислоты формулы RCOOH, где R - заместитель, содержащий С₁-С₂₀ атомов углерода, с солью аминокислоты с щелочным металлом, причем в этом соединении аминогруппа замещена по меньшей мере одним атомом водорода, и с указанной аминокислотой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную жирную кислоту выбирают из группы, состоящей из кислот олеиновой, лауриновой, миристиновой, кокосовой, стеариновой, нонановой, декановой и ундекановой. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная жирная кислота является лауриновой кислотой. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно предусматривает постоянное удаление воды из реакционной среды по мере ее образования. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанную воду удаляют барботированием инертным газом. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакцию проводят при 170 - 190^oC. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную аминокислоту добавляют в количестве одного эквивалентного избытка из расчета на жирную кислоту. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную аминокислоту добавляют в количестве двух эквивалентных избытков в расчете на жирную кислоту. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соль аминокислоты с щелочным металлом выбирают из группы, состоящей из соли щелочного металла с саркозином, глицином, иминодиуксусной кислотой, аланином, N-метилаланином, бета-аланином, N-метил-бета-аланином, аспарагиновой кислотой, валином, лейцином, изолейцином, цистином, метионином, фенилаланином, глутаминовой кислотой, пролином и лизином.