П-ТОЛУОЛСУЛЬФАТ НОНИЛГЛИЦИЛОВОГО ЭФИРА В КАЧЕСТВЕ ПАВ КАТИОННОГО ТИПА Российский патент 2004 года по МПК C07C229/08 C11D1/62 

Изобретение относится к органической химии и химии поверхностно-активных веществ, конкретно к солям сложных эфиров аминокислот - п-толуолсульфату нонилоксикарбонил-метиламина, строения:

в качестве катионоактивного поверхностно-активного вещества (КПАВ).

Как известно, химия поверхностно-активных веществ бурно развивается. Это обусловлено не только уровнем санитарно-гигиенической подготовки населения, но и необходимостью разработки новых, эффективных, нетоксичных и не вызывающих аллергических реакций соединений, способных снижать поверхностное натяжение жидкостей и обладающих хорошими моющими свойствами даже в жесткой воде. Последнему условию, как нельзя лучше, отвечают катионного типа ПАВ, ассортимент которых, к сожалению, весьма ограничен. Разработка новых ПАВ катионного типа - задача архиважная.

Известен п-толуолсульфат аллилового эфира аминоуксусной кислоты строения:

который получают кипячением смеси эквимольных количеств глицина и п-толуолсульфокислоты в избытке аллилового спирта и используют как полупродукт для получения аллилового эфира глицина, а последний - для получения диаллиловых эфиров симтриазина, которые применяют в качестве сомономеров для получения теплостойких хлоропреновых каучуков [см. В.Н.Заплишный, И.А.Асатурян, Г.М.Погосян. Синтез некоторых диаллиловых эфиров 2-R-4,6-диглицил-s-триазинов и сополимеры на их основе. Арм.хим.ж., 1977, т.30, №2, с.190-194]. Применение п-толуолсульфата аллилового эфира аминоуксусной кислоты в качестве ПАВ - неизвестно (прототип по строению).

Известен также цетриметиламмониум хлорид (ЦМАХ), строения:

[CH₃(CH₂)₁₅N⁺(CH₃)₃]Cl^-.

Указанное соединение получают известной реакцией кватернизации диметиламиногексадецила хлористым метилом по Гофману и применяют в качестве катионоактивного поверхностноактивного вещества (КПАВ) [см. Поверхностно-активные вещества и композиции. Справочник. / Под ред. М.Ю.Плетнева. - М.: OOO “Фирма Клавель”, 2002, - 768 с.]. ЦМАХ применяют в качестве ПАВ и кондиционирующей добавки в составе ополаскивателей и бальзамов (прототип по применению).

Недостатком применения ЦМАХ является относительно низкая способность снижать поверхностное натяжение водных растворов особенно при высоких (более 0,1% разбавлениях).

Техническим решениями задачи является увеличение способности снижать поверхностное натяжение водных растворов без заметного изменения их кислотности и расширение ассортимента используемых ПАВ.

Задача достигается тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют вновь синтезированный п-толуолсульфат нонилоксикарбонилметиламина (ТНОТ), строения:

Новизна заявленного предложения усматривается в том, что предлагается синтез нового соединения ТНОТ, использование которого в качестве поверхностно-активного вещества (КПАВ) позволяет снизить поверхностное натяжение водных растворов в сравнении с известным ЦМАХ без заметного изменения кислотности.

При этом заявленный п-толуолсульфат нонилоксикарбонилметиламина получают известным, модифицированным методом Фишера одновременной этерификацией-кватернизацией глицина нониловым спиртом в присутствии эквимольного количества п-толуолсульфокислоты [см. В.Н.Заплишный, И.А.Асатурян, Г.М.Погосян. Синтез диаллиловых эфиров 2-пиперидил-4,6-диглицил-s-триазина. - Арм.хим.ж., 1976, т.29, №12, с.1065-1067].

Исходный глицин (аминоуксусная кислота) и п-толуолсульфокислоту используют в виде продажных препаратов квалификации “хч”. Нониловый спирт непосредственно перед использованием очищаю фракционной разгонкой, отбирая фракцию с т.кип. 213°С.

Для сравнения поверхностной активности используют известный КПАВ цетриметиламмониумхлорид (ЦMAX) - прототип по применению.

Примеры конкретного исполнения заявленного предложения представлены ниже.

Пример 1. п-Толуолсульфат нонилоксикарбонилметиламина (ТНОТ). Смесь из 1,5 г (0,02 моль) аминоуксусной кислоты, 3,47 г (0,02 моль) нонанола-1 и 3,8 г (0,02 моль) п-толуолсульфокислоты в 25 мл бензола кипятят с насадкой Дина-Старка и обратным холодильником до визуального прекращения отделения воды в насадке. Затем смесь кипятят еще 3 ч, отгоняют бензол до половины объема, а остаток отгоняют досуха в водоструйном вакууме на водяной бане. Получают 3,5 г (91%) п-толуолсульфата нонилового эфира глицина (ТНОТ) в виде белого цвета, аморфного и сильно гигроскопичного вещества с т. пл. 25-27°С.

Найдено, %: С 58,11; Н 8,58; N 3,52; C₁₈H₃₁NSO₅. Вычислено, %: С 57,88; Н 8,37; N 3,75.

ИКС, ν, см^-1: 3430-3300 уш.с. (-NH+3

); 1720 ср. (С=O); 1630, 1595, 1500 ср. (C=C, C=N - сопр. и циануратный цикл.); 1140, 1100, 1015 ср.(С-О-С)'.

ПМР, δ, м.д. (группа): 7,55-7,65 (2Н д. Σ Н²+Н6фен

) J=8,3; 6,83-7,01 (2Н д. Σ Н³+Н6фен) J=8,3; 5,05 (3Н с. NH+3); 4,04-4,29 (12Н м. -(СH₂)_6-); 3,96-4,01 (2Н т. ОСН₂); 3,88-3,92 (2Н м. NН+3CН₂); 2,35 (3Н с. СН_3Аr); 1,62-1,74 (2Н м., СН₂СН₃); 0,72-0,88 (3Н т, СН₂СН₃) J=6,8.

Пример 2. п-Толуолсульфат нонилоксикарбонилметиламина (ТНОТ). В условиях аналогичных примеру 1 из 1,5 г (0,02 моль) аминоуксусной кислоты, 3,47 г (0,02 моль) нонанола-1 и 3,8 г (0,02 моль) п-толуолсульфокислоты, с той лишь разницей, что количество бензола увеличивают до 30 мл, а по визуальному прекращению отделения воды в насадке кипячение продолжают еще 6 ч, получают 3,7 г (96%) п-толуолсульфата нонилового эфира глицина (ТНОТ) в виде белого цвета, аморфного и сильно гигроскопичного вещества с т. пл. 25-27°С.

Найдено, %: С 58,11; Н 8,58; N 3,52; C₁₈N₃₁NSO₅. Вычислено, %: С 57,88; Н 8,37; N 3,75.

ИКС, ν, см^-1: 3430-3300 уш.с. (-NH+3

); 1720 ср. (С=O); 1630, 1595, 1500 ср. (C=C, C=N - сопр. и циануратный цикл.); 1140, 1100, 1015 ср.(С-O-С).

ПМР, δ, м.д. (группа): 7,55-7,65 (2Н д. Σ Н²+Н6фен

) J=8,3; 6,83-7,01 (2Н д. Σ H³+Н6фен) J=8,3; 5,05 (3Н с. NН+3); 4,04-4,29 (12Н м. -(СН₂)_6-); 3,96-4,01 (2Н т. ОСН₂); 3,88-3,92 (2Н м. NH+3CH₂); 2,35 (3Н с. СН_ЗАr); 1,62-1,74 (2Н м., СH₂СН₃); 0,72-0,88 (3Н т, СН₂СН₃) J=6,8. Синтезированный ТНОТ используют в качестве катионного типа поверхностно-активного вещества.

При этом готовят их водные растворы концентрации 0,1-10,0 мас.% и измеряют значение поверхностного натяжения (σ, н/м) по общеизвестному методу наибольшего давления пузырьков на приборе Ребиндера [см. А.Шварц и Дж.Перри. Поверхностно-активные вещества. - М.: Изд. ИЛ, 1953, с.263]. Для сравнения используют водный раствор цетриметиламмониум хлорида (ЦМАХ) соответствующей концентрации. В качестве контроля используют вариант с водой, не содержащий каких-либо добавок. Полученные данные (по результатам трех измерений) усредняли, а среднеарифметические значения использовали для дальнейших вычислений. Поверхностную активность в % к контролю определяли по формуле:

σ=а-в_i/в_i·100%,

где a и в_i - значения σ контрольного примера и опытного соответственно. Результаты сведены в таблицу.

Как видно из данных этой таблицы, применение предлагаемого ТНОТ в качестве КПАВ приводит к нижеследующим результатам.

В случае ТНОТ, применение его в качестве катионного типа поверхностно-активного вещества в концентрации 0,01-1,0 мас.% снижает значение σ в сранении с контролем на 65,9-115,8% (32,9-42,8 вместо 71,0 н/м) в то время как применение известного цетриметиламмониум хлорида снижает этот показатель в сравнении с контролем лишь на 3,35-55,4% (45,7-68,7 вместо 71,0 н/м).

Кроме того, оказалось, что кислотность среды водного раствора предлагаемого ТНОТ остается практически на уровне таковой в случае известного ЦМАХ (величина рН 1%-ных водных растворов составляет 4,3 и 4,9 ед. рН соответственно).

Таким образом, применение заявленного ТНОТ в качестве катионного типа поверхностно-активного вещества позволяет заметно снизить величину поверхностного натяжения их водных растворов, а также снизить кислотность растворов, что очень важно с точки зрения последующего практического применения, поскольку растворы отличаются высокой поверхностной активностью даже при высоких (1·10^-1 мас.%) разбавлениях и низкой кислотностью, что снижает расход по ДВ и улучшает экологическую обстановку.

Изобретение относится к органической химии, в частности к солям сложных эфиров аминокислот и п-толуолсульфату нонилоксикарбонилметиламина, строения:

в качестве поверхностно-активного вещества катионного типа. Технический результат – получение нового соединения, обладающего низким поверхностным натяжением водных растворов без заметного изменения их кислотности, а также расширение ассортимента используемых поверхностно-активных веществ. 1 табл.

п-Толуолсульфат нонилоксикарбонилметиламина строения

в качестве катионного типа поверхностно-активного вещества.