СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ ХЕЛАТИРУЮЩИХ АГЕНТОВ Российский патент 2015 года по МПК C07C227/06 C07C227/10 C07C227/16 C07C229/24 

Настоящее изобретение относится к способу получения смеси диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты и иминодиянтарной кислоты или смеси диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты и этилендиаминдиянтарной кислоты, которые могут быть использованы в качестве хелатирующего агента.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В патентном документе WO 97/45396 раскрыты производные N-бис- и N-трис-[(1,2-дикарбоксиэтокси)этил]амина, включая N-бис-[(1,2-дикарбоксиэтокси)этил]аспарагиновую кислоту (также называемую диэтоксисукцинатом аспарагиновой кислоты или AES), и использование таких производных в качестве хелатирующих агентов для металлов, в особенности при отбелке целлюлозы. Такие производные могут быть получены взаимодействием ди- или триэтаноламина с солью малеиновой кислоты и щелочного или щелочноземельного металла в присутствии катализатора, такого как соединения лантаноидов, соединения никеля или соединения щелочноземельных металлов, например гидроксид кальция или гидроксид магния.

Недостаток упомянутого выше синтеза, например AES, заключается в том, что реакция является довольно медленной - время реакции составляет приблизительно от 12 до 16 часов, а также в том, что реакция не идет до конца. Достигаемая в большинстве случаев степень превращения диэтаноламина в AES составляет приблизительно от 60 до 70%. Значительное количество достаточно дорогостоящей малеиновой кислоты, как правило, приблизительно до 40%, остается непрореагировавшим.

Целью настоящего изобретения является улучшение способа получения AES и увеличение рентабельности способа получения AES. Еще одной целью настоящего изобретения является разработка способа получения in situ смесей комплексообразующих агентов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением было неожиданно установлено, что непрореагировавшая малеиновая кислота может быть легко и эффективно превращена в другой реакционноспособный ингредиент путем добавления в реакцию амина с образованием производного аспарагиновой кислоты, в результате чего используется непрореагировавшая малеиновая кислота. При добавлении аспарагиновой кислоты или этилендиамина образуются соответственно иминодиянтарная кислота (ISA) или этилендиаминдиянтарная кислота (EDDS), давая в результате смесь AES и ISA или смесь AES и EDDS.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, настоящее изобретение предлагает способ получения смеси диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты и производного аминокислоты общей формулы:

где n равно 1-10, m равно 0 или 1, a R представляет собой атом водорода или ион щелочного либо щелочноземельного металла, включающий взаимодействие малеата с диэтаноламином в щелочных условиях в присутствии лантаноидного катализатора с образованием диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты, затем добавление аспарагиновой кислоты, которая реагирует с непрореагировавшим малеатом с образованием иминодиянтарной кислоты, то есть производного аминокислоты формулы I, где m равно 0, или добавление производного диамина общей формулы

$$N{H}_2{(C{H}_2)}_{n}N{H}_2\text{ II}$$

где n такое, как определено выше, которое реагирует с непрореагировавшим малеатом с образованием производного аминокислоты формулы I, где m равно I, а n такое, как определено выше.

Смесь диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты и иминодиянтарной кислоты или смесь диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты и этилендиаминдиянтарной кислоты получают взаимодействием малеата с диэтаноламином в щелочных условиях в присутствии лантаноидного катализатора с образованием диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты с последующим добавлением аспарагиновой кислоты, которая будет реагировать с непрореагировавшей малеиновой кислотой с образованием иминодиянтарной кислоты, или с последующим добавлением этилендиамина, который будет реагировать с непрореагировавшим малеатом с образованием этилендиаминдиянтарной кислоты.

Отдельные компоненты смеси предпочтительно получают в виде солей щелочных металлов или солей щелочноземельных металлов, однако компоненты также могут быть получены и в форме кислоты либо могут быть превращены из солей в кислоты. Предпочтительными солями щелочных металлов являются соли натрия или калия, а предпочтительными солями щелочноземельных металлов являются соли кальция или магния.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения относится к получению смеси диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты и иминодиянтарной кислоты, где способ включает взаимодействие малеата с диэтаноламином в щелочных условиях в присутствии лантаноидного катализатора с образованием диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты, затем добавление аспарагиновой кислоты, которая реагирует с непрореагировавшим малеатом с образованием иминодиянтарной кислоты.

Этот способ получения иллюстрирует следующая схема реакции:

Другой предпочтительный вариант осуществления изобретения относится к получению смеси диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты и этилендиаминдиянтарной кислоты, при этом способ включает взаимодействие малеата с диэтаноламином в щелочных условиях в присутствии лантаноидного катализатора с образованием диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты, затем добавление этилендиамина, который реагирует с непрореагировавшим малеатом с образованием этилендиаминдиянтарной кислоты.

Это получение иллюстрирует следующая схема реакции:

Предпочтительно, чтобы количество диэтаноламина находилось в стехиометрическом соотношении с количеством малеата. Изменяя это соотношение, можно получать требуемое количество ISA или EDDS в конечной смеси.

Молярное соотношение диэтаноламина и малеата может составлять от 1:3,1 до 1:10, предпочтительно от 1:3,5 до 1:4.

Однако можно использовать, например, стехиометрическое количество диэтаноламина по отношению к количеству малеата и добавлять этилендиамин или аспарагиновую кислоту после или перед тем, как реакция AES достигнет равновесия.

Предпочтительно чтобы малеат и диэтаноламин реагировали в течение периода времени, достаточного для превращения по меньшей мере 30 мол.% диэтаноламина в диэтоксисукцинат аспарагиновой кислоты.

Молярное соотношение лантаноидного катализатора и малеата составляет, предпочтительно от 0,1:2,5 до 1:5, более предпочтительно от 1:3 до 1:6.

Группа лантаноидов (ранее именовавшихся лантанидами) включает пятнадцать элементов с атомными номерами от 57 до 71. Предпочтительными лантаноидными катализаторами являются лантан (La), празеодим (Рr), неодим (Nd), европий (Еu), диспрозий (Dy), эрбий (Еr) и иттербий (Yb)

Элементы группы лантаноидов могут быть использованы в форме оксидов или солей, включая карбонаты, нитраты, хлориды, малеаты и октанаты.

Особенно предпочтительным лантаноидным катализатором является лантановый катализатор, включая оксид лантана (III) и соли лантана (III), такие как карбонат лантана, малеат лантана, нитрат лантана, хлорид лантана или октаноат лантана.

В соответствии с изобретением щелочные условия могут быть получены растворением малеинового ангидрида в воде с добавлением соединения щелочного металла или соединения щелочноземельного металла, такого как гидроксид или карбонат щелочного металла либо оксид, карбонат, гидроксид щелочноземельного металла.

Основное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что непрореагировавший малеат при получении AES может быть использован для получения ISA или EDDS, предпочтительно в том же реакторе, что делает процесс более рентабельным. Полученная смесь может быть использована в качестве хелатирующего агента, например, при отбелке целлюлозы.

Далее изобретение будет описано более подробно с помощью следующих неограничивающих примеров.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1

Приготовление смеси AES и ISA

98,06 г (1,000 моль) малеинового ангидрида растворяли в 258,40 г воды с помощью магнитной мешалки при нагревании до температуры приблизительно 70°С. Водный раствор малеиновой кислоты переносили в трехгорлую колбу, помещенную в заранее нагретую масляную баню. В раствор малеиновой кислоты добавляли Lа₂(СО₃)₃ (0,263 моль). Добавление осуществляли медленно в течение приблизительно 5 минут для регулирования вспенивания, вызываемого диоксидом углерода. После этого в реакционную смесь добавляли 31,14 г (0,252 моль) диэтаноламина. Температура смеси повышалась приблизительно до 90°С. Величину рН регулировали добавлением 77,61 г (0,931 моль) раствора NaOH (водн. 48 масс.%). Щелочность реакционной смеси для второго образца регулировали добавлением 4,47 г (0,054 моль) раствора NaOH (водн. 48 масс.%), в результате чего величина рН повышалась до 8,55, и для третьего образца - добавлением 7,35 г (0,088 моль) раствора NaOH (водн. 48 масс.%), в результате чего величина рН повышалась до 9,16.

Через 12 часов после начала измерений добавляли 61,71 г (0,459 моль) DL-аспарагиновой кислоты. Щелочность восстанавливали добавлением 74,00 г (0,888 моль) раствора NaOH (водн. 48 масс.%) до рН 9,98 (Т=93°С). После добавления аспарагиновой кислоты и NaOH контроль за образцами осуществляли с интервалами в полчаса в течение шести часов. Причиной этого был быстрый синтез ISA из аспарагиновой кислоты и малеата, особенно во время каталитической реакции. В каждом случае отбирали по два образца. В один из образцов сразу же добавляли теплый 30 масс.% раствор Na₂CO₃ для остановки реакции, катализируемой лантаном, в момент отбора пробы. Другой образец сохраняли и замораживали. Анализы выполняли для образцов, обработанных раствором карбоната. Во время синтеза образцы отбирали 23 раза. Общая продолжительность синтеза составила 60 часов, из которых первые 12 приходились на чистый синтез AES.

Более точные сведения, касающиеся условий синтеза и концентраций реакционной смеси, представлены в следующей Таблице 1.

Таблица 1 Образец Время реакции (чч:мм:сс) ISA (мол.%) AES (мол.%) Малеиновая кислота (%) рН Т°С 1 0:00:00   2,69 100,00 8,13 97 2 4:00:00   5,64 92,37 8,26 90 3 8:00:00   18,03 78,90 8,42 92 4 12:15:00   37,14 69,90 9,53 93 5 12:35:00 2,15 34,38 62,82 9,98 93 6 13:05:00 6,88 34,04 59,04 9,98 92 7 13:35:00 10,72 36,13 57,41 9,98 91 8 14:05:00 13,15 37,12 57,13 10,06 91 9 14:35:00 18,56 38,80 55,98 10,05 91 10 15:05:00 19,78 35,79 48,51 10,07 91 11 15:35:00 22,58 38,15 51,42 10,12 91 12 16:05:00 24,99 36,29 50,36 10,17 91 13 16:35:00 27,48 36,42 47,06 10,12 91 14 17:05:00 29,53 36,29 46,20 10,10 91 15 17:35:00 31,47 37,06 45,67 10,09 91 16 18:05:00 33,52 36,15 43,90 10,12 91 17 19:05:00 37,02 36,21 41,27 10,06 92 18 20:05:00 40,20 36,22 40,72 10,13 93 19 22:05:00 45,93 36,16 37,64 10,15 92 20 24:05:00 50,59 34,84 35,48 10,15 91 21 36:05:00 67,78 33,19 24,15 10,21 92 22 48:05:00 75,90 31,62 18,13 10,07 93 23 60:05:00       10,16 92

Результаты, представленные в Таблице 1, показывают, что при добавлении в реакционную смесь аспарагиновой кислоты она начинает вступать в реакцию с непрореагировавшим малеатом, присутствующим в реакционной смеси, тогда как образование дополнительного количества AES по существу останавливается. 5 Результаты дополнительно показывают, что после приблизительно 24 часов реакции выход AES составляет приблизительно 35 мол.%, а выход ISA составляет приблизительно 50 мол.% (на основе исходной аспарагиновой кислоты).

Пример 2

Приготовление смеси AES и EDDS

98,1 г (1,000 моль) малеинового ангидрида растворяли в 258,28 г воды с помощью магнитной мешалки при нагревании до температуры приблизительно 70°С. Водный раствор малеиновой кислоты переносили в трехгорлую колбу, помещенную в заранее нагретую масляную баню. В раствор малеиновой кислоты (Т=70°С) добавляли Lа₂(СО₃)₃ (0,255 моль) в виде водной суспензии. Добавление осуществляли медленно в течение приблизительно 5 минут для регулирования вспенивания, вызываемого диоксидом углерода. Затем в реакционную смесь добавляли диэтаноламин (30,96 г, 0,252 моль). Температура смеси повышалась приблизительно до 90°С. Величину рН регулировали добавлением 70,68 г (0,848 моль) раствора NaOH (водн. 48 масс.%).

Через приблизительно 12 часов после начала измерений добавляли 14,27 г (0,235 моль) этилендиамина. После добавления этилендиамина контроль за образцами осуществляли с интервалами в полчаса в течение шести часов. После этого интервал отбора проб увеличивали. Причиной этого был быстрый синтез EDDS из этилендиамина и малеата, особенно во время каталитической реакции. В каждом случае отбирали по два образца. В один из образцов сразу же добавляли теплый 30 масс.% раствор Na₂CO₃ для остановки реакции, катализируемой лантаном, в момент отбора пробы. Другой образец сохраняли и замораживали. Анализы выполняли для образцов, обработанных раствором карбоната. Во время синтеза образцы отбирали 23 раза. Общая продолжительность синтеза составила 60 часов, из которых первые 12 приходились на чистый синтез AES.

Более точные сведения, касающиеся условий синтеза и концентраций реакционной смеси, представлены в следующей Таблице 2.

Таблица 2 Образец Время реакции (чч:мм:сс) EDDS (мол.%) AES (мол.%) Малеиновая кислота (%) рН Т°С 1 0:00:00   2,76 100,00 8,04 96 2 4:00:00   4,89 90,43 7,97 90 3 8:00:00   10,90 84,03 8,30 91 4 12:00:00   37,90 57,36 9,25 90 5 12:15:00 0,00 38,68 59,59 10,33 85 6 12:55:00 10,38 41,00 46,71 10,32 93 7 13:30:00   40,78 39,12 10,57 92 8 14:00:00 35,89 40,83 34,40 10,62 92 9 14:30:00   42,34 34,19 10,70 92 10 15:00:00 58,00 40,98 32,08 10,68 92 11 15:30:00   38,55 30,65 10,68 92 12 16:00:00 73,42 38,76 28,99 10,68 92 13 16:30:00   38,11 26,90 10,58 92 14 17:00:00   38,46 26,61 10,59 92 15 17:30:00   38,75 26,31 10,59 92 16 18:00:00 84,77 38,78 24,56 10,59 92 17 19:00:00   39,15 22,76 10,52 91 18 20:00:00   36,87 20,54 10,52 91 19 22:00:00   38,78 19,42 10,44 91 20 24:00:00 94,84 36,66 17,54 10,37 90 21 36:00:00 100,00 32,90 12,17 10,19 90 22 48:00:00   33,26 9,81 10,04 91 23 60:00:00       9,89 91

Результаты, представленные в Таблице 2, показывают, что при добавлении в реакционную смесь этилендиамина он начинает вступать в реакцию с непрореагировавшим малеатом, присутствующим в реакционной смеси, тогда как образование дополнительного количества AES по существу останавливается.

Результаты также показывают, что содержание EDDS увеличивается более чем до 50% от теоретического максимума уже спустя 2-3 часа после добавления этилендиамина.

Результаты дополнительно показывают, что после приблизительно 36 часов реакции выход AES составляет приблизительно 33 мол.%, а выход EDDS составляет 100 мол.% (на основе исходного этилендиамина).

Изобретение относится к способу получения смеси диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты и производного аминокислоты общей формулы I, которая может найти применение в качестве хелатирующего агента. В формуле I n равно 1-10, m равно 0 или 1, a R представляет собой атом водорода или ион щелочного либо щелочноземельного металла. Способ включает взаимодействие малеата с диэтаноламином в щелочных условиях в присутствии лантаноидного катализатора с образованием диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты. Затем осуществляют добавление аспарагиновой кислоты, которая реагирует с непрореагировавшим малеатом с образованием иминодиянтарной кислоты, то есть производного аминокислоты формулы I, где m равно 0, или добавление производного диамина общей формулы II, где n такое, как определено выше, которое реагирует с непрореагировавшим малеатом с образованием производного аминокислоты формулы I, где m равно 1, а n такое, как определено выше. Способ позволяет получать смеси хелатирующих агентов с использованием непрореагировавшего малеата из процесса получения диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты, что делает предлагаемый способ более рентабельным. 10 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

$$N{H}_2{\left(C{H}_2\right)}_{n}N{H}_2\text{ II}$$

1. Способ получения смеси диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты и производного аминокислоты общей формулы
,
где n равно 1-10, m равно 0 или 1, a R представляет собой атом водорода или ион щелочного либо щелочноземельного металла, включающий взаимодействие малеата с диэтаноламином в щелочных условиях в присутствии лантаноидного катализатора с образованием диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты, затем добавление аспарагиновой кислоты, которая реагирует с непрореагировавшим малеатом с образованием иминодиянтарной кислоты, то есть производного аминокислоты формулы I, где m равно 0, или добавление производного диамина общей формулы
,
где n такое, как определено выше, которое реагирует с непрореагировавшим малеатом с образованием производного аминокислоты формулы I, где m равно 1, а n такое, как определено выше.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество диэтаноламина находится в стехиометрическом соотношении с количеством малеата.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что молярное соотношение диэтаноламина и малеата составляет от 1:3,1 до 1:5, предпочтительно от 1:3,5 до 1:4.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что малеат и диэтаноламин реагируют в течение периода времени, достаточного для превращения по меньшей мере 30 мол.% диэтаноламина в диэтоксисукцинат аспарагиновой кислоты.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что молярное соотношение лантаноидного катализатора и малеата составляет от 1:2,5 до 1:5, предпочтительно от 1:3 до 1:4.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что лантаноидный катализатор представляет собой лантановый катализатор, включающий оксид лантана (III) и соли лантана (III).

7. Способ по п.6, где соли лантана (III) выбирают из группы, включающей карбонат лантана, малеат лантана, нитрат лантана, хлорид лантана или октаноат лантана.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что щелочные условия получают путем растворения ангидрида малеиновой кислоты в воде с добавлением соединения щелочного или щелочноземельного металла.

9. Способ по п.8, где соединение щелочного или щелочноземельного металла выбирают из группы, включающей гидроксид или карбонат щелочного металла либо оксид, карбонат, гидроксид щелочноземельного металла.

10. Способ по п.1, в котором получают смесь диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты и иминодиянтарной кислоты, где способ включает взаимодействие малеата с диэтаноламином в щелочных условиях в присутствии лантаноидного катализатора с образованием диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты, затем добавление аспарагиновой кислоты, которая реагирует с непрореагировавшим малеатом с образованием иминодиянтарной кислоты.

11. Способ по п.1, в котором получают смесь диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты и этилендиаминдиянтарной кислоты, где способ включает взаимодействие малеата с диэтаноламином в щелочных условиях в присутствии лантаноидного катализатора с образованием диэтоксисукцината аспарагиновой кислоты, затем добавление этилендиамина, который реагирует с непрореагировавшим малеатом с образованием этилендиаминдиянтарной кислоты.