СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТИОННЫХ ПАВ НА ОСНОВЕ ЗАМЕЩЕННЫХ 2-АЛКИЛИМИДАЗОЛИНОВ Российский патент 2003 года по МПК C07D233/14 

Изобретение относится к химии гетероциклических азотосодержащих соединений, в частности к способам получения катионных поверхностно-активных соединений на основе замещенных 2-алкилимидазолинов, которые используются в производстве товаров бытовой химии, текстильной промышленности в качестве антиэлектростатиков, мягчителей.

Известен способ получения катионных поверхностно-активных веществ (ПАВ) взаимодействием 1-(2-оксиэтил)-2-(гептадецен-8-ил)-имидазолина с этиленхлоргидрином (ЭХГ) при температуре 95-100^oС в течение 2 часов при мольном соотношении имидазолин: ЭХГ, равном 2-2,5; после удаления избытка этиленхлоргидрина продукт растворяют в воде и осветляют перекисью водорода в присутствии 1-гидроксиэтилэтилендифосфоновой кислоты. Цветность осветленных водных растворов с массой долей 15% составляет 9,0-11,0 единиц йодной шкалы (мг I₂/100 см³) (Патент SU 11296562, МКИ С 07 D 233/08). Исходный имидазолин получают конденсацией олеиновой кислоты с β-оксиэтилэтилендиамином (β-ОЭЭДА) при температуре 175-180^oС в течение 3,5-4 часов с последующей отгонкой избыточного β-оксиэтилэтилендиамина в течение 2-3 часов (Журнал прикладной химии, 12, 1987, с. 2782-2786). Недостатком известного способа получения катионных ПАВ является ухудшение цветности осветленных растворов при хранении.

Целью изобретения является повышение качества целевого продукта, улучшение технологичности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что для получения катионных ПАВ используются растительные масла; процесс взаимодействия растительных масел с β-оксиэтилэтилендиамином проводят при температуре 160-175^oС при мольном соотношении масло: β-оксиэтилэтилендиамин, равном 1:3,2-3,6, в течение 3-5 часов в атмосфере инертного газа в условиях постоянного отвода реакционной воды при остаточном давлении 60-15 мм рт.ст. В качестве растительных масел используют подсолнечное, льняное, соевое, сурепное масла. Стадию кватернизации полученных имидазолинов этиленхлоргидрином проводят при мольном соотношении имидазолин: ЭХГ, равном 1:1,5, при температуре 95-115^oС в течение 2-2,5 часов. Избыточный этиленхлоргидрин отгоняют при остаточном давлении 100-20 мм рт.ст.

Полученные продукты представляют собой пасты светло-коричневого цвета, хорошо растворимые в воде, готовые к использованию без дополнительных операций очистки или осветления. Цветность водных растворов с массовой долей 15% равна 9-15 мг I₂/100 см³.

Полученные ПАВ устойчивы при хранении, для их получения могут быть использованы аппараты из нержавеющей стали.

Идентификацию полученных имидазолинов и четвертичных имидазолиниевых солей на их основе проводили методами УФ-спектроскопии. В УФ-спектре имидазолинов наблюдается максимум поглощения в области 228-230 нм, в УФ-спектре четвертичных солей - 234-236 нм.

В таблице 2 приведены физико-химические и потребительские свойства полученных катионных ПАВ.

Антиэлектростатический эффект определяют по снижению порядка электрического сопротивления образца из полиэфирной ткани, обработанного испытуемым продуктом, в сравнении с необработанным, при концентрации активного вещества в рабочей ванне 1,0 г/л, модуль ванны 1:50. Антиэлектростатический эффект считается удовлетворительным, если наблюдается снижение электрического сопротивления образца ткани на два и более порядка.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что имидазолины получают непосредственно конденсацией растительных масел с β-оксиэтилэтилендиамином при температуре 160-175^oС и остаточном давлении 60-15 мм рт. ст. При этом время синтеза имидазолина сокращается с 7 до 3-5 часов. Кватернизацию имидазолинов этиленхлоргидрином проводят при 50%-ном мольном избытке этиленхлоргидрина при температуре 105-115^oС, отгонку избытка этиленхлоргидрина осуществляют при остаточном давлении 100-20 мм рт.ст. Полученный продукт используют без дополнительной очистки. Предлагаемый способ может быть проведен в реакторе из нержавеющей стали, обеспечивающем указанный режим.

Пример 1. В 4-горлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, барботером для подачи инертного газа и насадкой Кляйзена с прямым холодильником Либиха, загружают 96,2 г (0,1 моль) подсолнечного масла и 37,4 г (0,36 моль) β-оксиэтилэтилендиамина. Реакционную массу при температуре 160-170^oС, остаточном давлении 60-70 мм рт.ст. и перемешивании выдерживают в течение 1 часа, затем давление в системе понижают до 20-15 мм рт.ст. и дополнительно выдерживают реакционную массу в указанных условиях в течение 2 часов, при этом отгоняют избыток β-оксиэтилэтилендиамина.

Полученный имидазолин представляет собой вязкую прозрачную жидкость светло-коричневого цвета, плотность 0,960 г/см³, кинематическая вязкость 480 сСт при 20^oС, 131 сСт при 40^oС, показатель преломления равен 1,4932, максимум поглощения в УФ-спектре - 228-230 нм.

Кватернизацию указанного имидазолина этиленхлоргидрином проводят в 4-горлой колбе, снабженной мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой и термометром. В колбу загружают 70 г (0,2 моль) имидазолина, при температуре 100-105^oС дозируют 24 г (0,3 моль) этиленхлоргидрина, реакционную массу выдерживают при температуре 105-115^oС в течение 2-2,5 часов, затем отгоняют избыток этиленхлоргидрина при остаточном давлении 100-20 мм рт.ст. Получают 84,3 г катионного ПАВ, представляющего собой пасту светло-коричневого цвета, содержание основного вещества 97,7%. Цветность водного раствора с массовой долей 15% - 9,2 мг I₂/100 см³.

В таблице 1 приведены данные экспериментов по конденсации растительных масел с β-оксиэтилэтилендиамином и кватернизации полученных имидазолинов этиленхлоргидрином. Все нижеприведенные синтезы проводятся в реакторе, описанном в примере 1.

Как видно из данных таблицы 1, использование предлагаемого способа получения катионных ПАВ на основе замещенных 2-алкилимидазолинов обеспечивает по сравнению с известным возможность проведения синтеза имидазолинов непосредственно из растительных масел, что расширяет сырьевую базу, сокращает время синтеза имидазолина, улучшает технологичность процесса в целом, а также обеспечивает получение целевого продукта без дополнительных операций очистки и осветления.

Физико-химические свойства, антиэлектростатический эффект и умягчающая способность полученных продуктов приведены в таблице 2. Из данных, приведенных в таблице, видно, что полученные катионные ПАВ снижают электрическое сопротивление образцов полиэфирной ткани на 4 порядка, умягчающий эффект на хлопчатобумажной бязи - 100 баллов.

Как видно из экспериментальных данных, реакция взаимодействия растительных масел с β-оксиэтилэтилендиамином может протекать в интервале температур 140-180^oС. Однако проведение реакции при температуре ниже 150^oС приводит к значительному снижению скорости реакции циклизации и основным продуктом реакции является моноамид. Проведение синтеза имидазолина при температуре 180^oС приводит к ухудшению цветности имидазолина и, соответственно, четвертичной соли на его основе. Этим обусловлен выбранный температурный интервал: 160-175^oС, при этом реакция конденсации протекает с высокой степенью конверсии β-ОЭЭДА, конечный продукт получается с низкой цветностью и высокими потребительскими свойствами.

Изобретение относится к способу получения катионных ПАВ на основе замещенных 2-алкилимидазолинов формулы (I), где R - алкил, C₁₆-C₁₈ алкенил, который заключается во взаимодействии растительных масел с β-оксиэтилэтилендиамином при температуре 160-175^oС и мольном соотношении масло: β-ОЭЭДА, равном 1:3,2-3,6, в течение 3-3,5 ч в среде инертного газа при остаточном давлении 60-15 мм рт.ст., в условиях постоянного отвода реакционной воды, кватернизацию полученного имидазолина этиленхлоргидрином ведут при температуре 100-115^oС, при мольном соотношении имидазолин:этиленхлоргидрин, равном 1:1,5, в течение 2-2,5 ч с последующей отгонкой избытка этиленхлоргидрина при остаточном давлении 100-20 мм рт.ст. Технический результат: данный способ расширяет сырьевую базу, сокращает время синтеза имидазолина, а также обеспечивает получение целевого продукта без дополнительных стадий очистки и осветления. 2 табл.

Способ получения четвертичных солей на основе 2-алкилимидазолинов общей формулы

где R - алкил, алкенил C₁₆-C₁₈,
с применением β-оксиэтилэтилендиамина, отличающийся тем, что β-оксиэтилэтилендиамин взаимодействует с растительными маслами при температуре 160-175^oС, при мольном соотношении масло: β-ОЭЭДА, равном 1: 3,2÷3,6 в течение 3-3,5 ч в среде инертного газа при остаточном давлении 60-15 мм рт. ст. , в условиях постоянного отвода реакционной воды и кватернизацию полученного имидазолина этиленхлоргидрином ведут при температуре 100-115^oС, при мольном соотношении имидазолин: этиленхлоргидрин, равном 1: 1,5 в течение 2-2,5 ч с последующей отгонкой избытка этиленхлоргидрина при остаточном давлении 100-20 мм рт. ст.