СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИЭТАНОЛАМИДОВ ЖИРНЫХ КИСЛОТ Российский патент 2023 года по МПК C07C231/00 C07C231/02 C07C233/18 C07C233/20 

Изобретение относится к химической технологии поверхностно-активных веществ, а именно к технологии получения диэтаноламидов жирных кислот. Данные продукты являются наиболее распространенным и важным классом среди азотсодержащих неионогенных поверхностно-активных веществ и могут быть использованы как компоненты косметических композиций, которые широко применяются в производстве косметических средств, рецептурах жидких моющих средств, фармацевтических эмульсиях в качестве добавки к мылам, краскам для волос, и как сырье для получения других классов ПАВ.

Известные методы синтеза диэтаноламидов жирных кислот, основанные на прямом амидировании жирных кислот диэтаноламином, как правило, осуществляются по периодической или непрерывной схеме в открытой или закрытой системе, при этом активируют реакцию амидирования подводом тепла с помощью различных теплоносителей. При этом термическая конденсация жирных кислот и диэтаноламина требует высоких температур и длительного времени реакции, однако в результате не приводит к удовлетворительным характеристикам полученных продуктов. Особенностью процесса прямого амидирование является то, что при взаимодействии жирных кислот и диэтаноламина реакция не останавливается на стадии образования диэтаноламидов. В реакционной системе протекает целый ряд последовательно-параллельных реакций, что приводит к постепенному снижению выхода целевых продуктов. Таким образом параллельно с накоплением в реакционной системе диэтаноламидов жирных кислот начинают реализовываться вторичные реакции, например, такие как реакции ацилирования диэтаноламида и аминоэфира жирными кислотами с образованием амидоэфира, аминодиэфира и амидодиэфира; аминолиз эфиров диэтаноламина и некоторые их равновесные перегруппировки. Данные превращения ухудшают свойства конечного продукта: влияют на цвет и запах, снижают выход целевого продукта и требуют дополнительных стадий очистки. Более новый подход к синтезу диэтаноламидов заключается в активации процесса прямого амидирования жирных кислот диэтаноламином микроволновой энергией. Использование микроволнового излучения позволяет существенно сократить продолжительность синтеза, обеспечить высокий выход целевого продукта, получить чистый качественный продукт с возможностью использования его в косметических целях.

Известен способ получения диэтаноламидов жирных кислот (патент SU 650995 A1, C07C 103/38, опубл. 02.02.1977 г.), заключающийся в обработке метанолом жирных кислот из жира микроорганизмов при кипячении в присутствии п-толуолсульфокислоты, с последующим нагреванием полученных метиловых эфиров жирных кислот с диэтаноламином при 90°С в присутствии щелочного катализатора. В качестве жирных кислот из жира микроорганизмов используется продукт микробиологической трансформации парафинсодержащего нефтепродукта.

Недостатками данного метода являются дополнительные стадии очистки полупродуктов, т.к. после взаимодействия жирных кислот и метанола, полученные полупродукты необходимо отмыть от катализатора и дистиллировать при остаточном давлении 2-4 мм рт.ст. и температуре в парах 170-190°С, что, в свою очередь, ведет к усложнению аппаратурного оформления существующего способа.

Известен способ получения диэтаноламидов жирных кислот, заключающийся в прямом амидировании жирных кислот диэтаноламином по непрерывной схеме в реакторе проточного типа в изотермическом режиме при температуре, выбираемой из диапазона 170-250°C, с продолжительностью пребывания в реакторе от 45±15 мин до 5,5 ч ±1 мин в зависимости от температуры синтеза (патент РФ 2637121 C1, C07C 231/02, опубл. 30.11.2017 г.).

Недостатками способа являются: высокая температура процесса (до 250°С), которая приводит к ухудшению качества продукта и, как следствие, невозможности использования продуктов в косметических целях; большая продолжительность процесса; низкое содержание этаноламидов в продукте (до 72%) и большое количество примесей. Более новый подход к синтезу диэтаноламидов заключается в активации процесса прямого амидирования жирных кислот диэтаноламином микроволновой энергией. Использование микроволнового излучения позволяет существенно сократить продолжительность синтеза, обеспечить высокий выход целевого продукта, получить чистый качественный продукт с возможностью использования его в косметических целях.

Известен непрерывный способ получения амидов алифатических карбоксильных кислот, путем взаимодействия сложного эфира жирной кислоты общей формулы R₁ - COOR₂, где R₁ представляет собой водород или углеводородную группу с числом атомов углерода от 1 до 100, R₂ представляет собой углеводородную группу с числом атомов углерода от 1 до 30 с амином общей формулы HNR₃R₄, где R₃ и R₄ представляют собой водород или углеводородную группу с числом атомов углерода от 1 до 100 (патент JP 5773538B2, C07C231/02, опубл. 02.09.2015 г.). Изобретение относится к непрерывному способу получения амидов алифатических карбоновых кислот при микроволновом облучении в промышленных масштабах.

Недостатками данного способа являются использование в качестве катализатора - этилата натрия, который является достаточно дорогостоящим компонентом и нестабильным соединением, которое во влажном воздухе быстро гидролизуется, и дополнительная стадия очистки получаемых продуктов от глицерина, избытка аминов и катализатора, что увеличивает аппаратурное оформление существующего способа.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения этаноламидов жирных кислот в проточном микроволновом реакторе (патент DE 102008017214 B4, C07C 231/02, опубл. 16.02.2012 г.). Предварительно приготовленную соль из амина и жирной кислоты прокачивают через реакционную трубу, находящуюся внутри полого волновода, соединённого с микроволновым генератором. Микроволновое облучение проводят при температуре от 150 до 500°С.

Недостатками данного способа являются: необходимость применения давления выше атмосферного для передвижения реагирующей массы по реакционной трубе; необходимость предварительной подготовки соли из амина и жирной кислоты, что требует дополнительного оборудования и трудозатрат; использование высоких температура, что значительно снижает качество получаемых продуктов.

Таким образом, технической задачей настоящего изобретения является создание способа получения высококачественного продукта с незначительным количеством примесей и с высокой степенью конверсии исходных компонентов, а также малыми временными, функциональными и энергетическими затратами.

Поставленная задача решается тем, что способ получения диэтаноламидов жирных кислот под влиянием микроволнового излучения, состоит во взаимодействии диэтаноламина и жирных кислот, но в отличие от прототипа загрузку жирных кислот в виде индивидуальных веществ или смесей, имеющих от 10 до 24 атомов углерода ведут ступенчато, а именно реакционную массу в мольном соотношении реагентов жирные кислоты:диэтаноламин, равном 0,5:(0,9-1,2), нагревают до заданной температуры, после достижения заданной температуры в реакционную смесь добавляют оставшееся от расчетного количество жирных кислот до установления соотношения компонентов жирные кислоты: диэтаноламин, равного 1,0:(0,9-1,2). Реакцию ведут при постоянной температуре, выбираемой из диапазона 110-140°С от 5 до 10 мин в зависимости от выбранной температуры.

Для достижения технического результата предлагается способ получения диэтаноламидов жирных кислот из диэтаноламина и смеси жирных кислот с углеводородным радикалом С₁₀-С₂₄, при котором активация процесса амидирования происходит за счёт энергии микроволнового поля, которая позволяет получить высококачественные продукты с увеличенным содержанием активных компонентов. Способ характеризуется двухступенчатым вводом жирных кислот. Изначально соотношение реагентов составляет жирные кислоты - 0,5 моль, диэтаноламин - (0,9-1,2). После достижения заданной температуры и начала реакции к реакционной смеси добавляют оставшиеся 0,5 моль жирных кислот. Такой ступенчатый ввод реагентов позволяет избежать дальнейшего ацилирования получившегося диэтаноламида жирными кислотами до амидоэфира и амидодиэфира, что гарантирует получение высококачественного продукта с минимальным количеством примесей. Амидирование проводят при постоянной температуре из диапазона 110-140°С. При температуре выше 140°С в реакционной системе реализуются нежелательные побочные реакции, такие как: межмолекулярная циклизация эфира диэтаноламина, приводящая к образованию 1,4-бис(2-гидроксиэтил)пиперазина; аналогичная реакция, протекающая между аминоэфиром и молекулой диэтаноламина и приводящая к моноэфиру пиперазина.

Примеры осуществления настоящего изобретения более подробно описаны ниже.

Пример 1

В реактор рабочей емкостью 0,5 л загружают 101 г лауриновой кислоты (содержание основного вещества - не менее 99 %) и 106 г диэтаноламина (содержание основного вещества - не менее 97 %). Устанавливают реактор в камеру мономодового микроволнового реактора. Регулируют мощность микроволн для поддержания постоянной температуры 120°С. Включают нагрев, как только температура в реакторе достигнет 120°С, добавляют ещё 101 г лауриновой кислоты. Выдерживают реакционную массу в микроволновом реакторе при рабочей температуре в течение 8 минут. Конверсия 98%. Содержание основного вещества в продукте - 97%.

Пример 2

В реактор рабочей емкостью 0,5 л загружают 140 г технической олеиновой кислоты и 106 г диэтаноламина (содержание основного вещества - не менее 97 %). Устанавливают реактор в камеру мономодового микроволнового реактора. Регулируют мощность микроволн для поддержания постоянной температуры 120°С. Включают нагрев, как только температура в реакторе достигнет 120°С, добавляют ещё 140 г технической олеиновой кислоты. Выдерживают реакционную массу в микроволновом реакторе при рабочей температуре в течение 6 минут. Конверсия 97,5 %. Продукт йодное число меньше 6 Содержание основного вещества в продукте - 96%.

Изобретение относится к химической промышленности, конкретно к способам получения диэтаноламидов жирных кислот, применяемых в качестве поверхностно-активных веществ. Способ осуществляется взаимодействием диэтаноламина и жирных кислот под влиянием микроволнового излучения и характеризуется тем, что загрузку жирных кислот в виде индивидуальных веществ или смесей, имеющих от 10 до 24 атомов углерода, ведут ступенчато. Реакционную массу в мольном соотношении реагентов жирные кислоты : диэтаноламин, равном 0,5:(0,9-1,2), нагревают до заданной температуры, после достижения заданной температуры в реакционную смесь добавляют оставшееся от расчетного количество жирных кислот до установления соотношения компонентов жирные кислоты : диэтаноламин, равного 1,0:(0,9-1,2). Техническим результатом изобретения является предоставление способа получения высококачественного продукта с незначительным количеством примесей и с высокой степенью конверсии исходных компонентов, а также малыми временными, функциональными и энергетическими затратами. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ получения диэтаноламидов жирных кислот под влиянием микроволнового излучения, состоящий во взаимодействии диэтаноламина и жирных кислот, отличающийся тем, что загрузку жирных кислот в виде индивидуальных веществ или смесей, имеющих от 10 до 24 атомов углерода, ведут ступенчато, а именно реакционную массу в мольном соотношении реагентов жирные кислоты : диэтаноламин, равном 0,5:(0,9-1,2), нагревают до заданной температуры, после достижения заданной температуры в реакционную смесь добавляют оставшееся от расчетного количество жирных кислот до установления соотношения компонентов жирные кислоты : диэтаноламин, равного 1,0:(0,9-1,2).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реакцию ведут при постоянной температуре, выбираемой из диапазона 110-140°С от 5 до 10 мин в зависимости от выбранной температуры.