СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ N,N-ДИМЕТИЛДОДЕЦИЛАМИНОКСИДА Советский патент 1996 года по МПК C07C291/04 

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения водных растворов N, N-диметилдодециламиноксида, используемому в качестве амфолитического детергента при выделении ферментов.

Наиболее близким к описываемому является известный способ получения водных растворов N, N-диметилдодециламиноксида (ЛДАО), который заключается в следующем.

Согласно известному способу, к 67 г N-лаурилдиметиламина (ЛДА), нагретого до 58^оС, прибавляют при перемешивании в течение 4 мин при 59-61,5^о 32 г 35%-ной перекиси водорода (молярное соотношение 1:1). После прибавления половины количества перекиси водорода порциями прибавляют 75 г воды для растворения образующегося геля. Затем прибавляют 55 г воды и смесь нагревают при 75-80^оС в течение 8 ч.

Получают 30,7% раствор ЛДАО (выход 98,8%): содержание непрореагировавшего амина 0,33 мас.

Недостатками способа являются:
сравнительно низкое качество целевого продукта: в способе не регламентируется избыток перекиси водорода, поэтому целевой продукт может содержать третичный амин N,N-диметилдодециламин, являющийся нитроксином ингибитором ферментов, присутствие которого в целевом продукте делает его непригодным для выделения ферментов: по данному способу целевой продукт может содержать также и следы перекиси водорода, что ухудшает его целевое применение, либо делает его практически неприемлемым;
сложность процесса по осуществлению при простоте его химической схемы; процесс требует длительного внимания, а поэтому дорогостоящий, т.к. занимает много технологического времени (чел./ч).

Целью изобретения является повышение чистоты целевого продукта, увеличение его выхода и упрощение процесса.

Поставленная цель достигается описываемым способом получения водных растворов N,N-диметилдодециламиноксида путем окисления N,N-диметилдодециламина водным раствором перекиси водорода при молярном соотношении N,N-диметилдодециламин:перекись водорода, равном 1:(1,1-1,5), при начальном подогреве реакционной смеси до температуры 35-55^оС с последующим саморазогревом до 70-90^оС в течение 20-60 мин, охлаждением до 30-60^оС в течение 1-2 ч с последующей очисткой целевого продукта введением насыщенного водного раствора каталазы.

Отличия описываемого способа получения водных растворов N,N-диметилдодециламиноксида заключается в том, что процесс проводят при молярном соотношении N, N-диметилдодециламин перекись водорода, равном 1:(1,1-1,5), при начальном подогреве реакционной смеси до температуры 35-55^оС, с последующим саморазогревом до 70-90^оС в течение 20-60 мин, охлаждением до 30-60^о С в течение 1-2 ч с последующей очисткой целевого продукта введением насыщенного водного раствора каталазы. При количестве перекиси водорода менее 1,1 частей в условиях синтеза целевой продукт может содержать следы непрореагировавшего ЛДА. Более 1,5 частей перекиси водорода брать не следует, т.к. больший избыток уже значительно мешает технологическому процессу удлиняет время разложения избытка перекиси водорода и в значительной мере способствует сильному вспениванию реакционной массы и ее выбросу из реактора. Избыток перекиси водорода 1,1-1,5-кратный благодаря выделяющемуся свободному кислороду способствует более тщательному перемешиванию всей реакционной массы и гомогенизации образующегося первоначального геля смеси ЛДА-Н₂О-Н₂О₂ и тем самым способствует плавному и равномерному ходу процесса.

Выбор значений температуры и продолжительности отдельных стадий процесса обусловлен следующими факторами:
смешение реагентов при интенсивном перемешивании при17-25^оС способствует равномерному перемешиванию реагентов, наибольшая гомогенизация компонентов смеси;
нагревом реакционной смеси до 25-55^оС обеспечивается плавное и равномерное начало реакции окисления; при перегреве > 55^оС возможен выброс реакционной массы при интенсивном пенообразовании;
окисление N.N-диметилдодециламина при нагреве до 35-55^оС происходит с саморазогревом. Окисление при саморазогреве 70-90^оС за 20-60 мин способствует ускорению процесса;
выдержкой реакционной массы в течение 1-2 ч при понижении температуры с 90 до 30-60^оС обеспечивается полное окисление N,N-диметилдодециламина до целевого продукта с одновременным ускорением процесса;
при введении каталазы при температуре > 60^оС возможен выброс реакционной массы при интенсивном пенообразовании, а введение фермента при температуре менее 30^оС удлиняет процесс.

П р и м е р 1. В 5-литровую колбу, снабженную механической мешалкой, загружают 400 г ЛДА (1,88 моль) и при интенсивном перемешивании за 20 мин приливают 1050 мл 7,1% перекиси водорода (2,4 моль). Выдерживают при 20^оС при интенсивном перемешивании 30 мин, затем подогревают смесь до 45^оС (до начала интенсивного окисления), отключают обогрев, происходит вспенивание смеси (реакционная смесь внешне очень напоминает закипающее молоко), происходит саморазогрев реакционной массы, охлаждают водой, поддерживая температуру реакционной массы 85^оС, реакция происходит за 30 мин, окончание реакции характеризуется моментальным падением пены и образованием прозрачного бесцветного раствора.

Выдерживают реакцию в течение 1,5 ч, причем температура в колбе опускается с 85 до 40^оС. Прибавляют 2 мл (практически за 15 мин при 25^оС, рН 7 должно быть разрушено 1,9 моль перекиси водорода одним мг каталазы с активностью 130000 ед) водного насыщенного раствора каталазы марки А активностью 130000 ед. Наблюдается слабое вспенивание (если перекиси водорода осталось много, происходит разогрев реакционной массы и сильное вспенивание). Перемешивают при температуре 40^оС в течение 1 ч. Проба показала отсутствие перекиси водорода в реакционной массе. Выход целевого продукта практически 100% считая на ЛДА.

Тест на присутствие ЛДА показал его отсутствие. Чистота ЛДАО составляет 100% d204

0,966, n20D 1,380.

Единица фермента каталазы катализирует расщепление 1 мкмоль перекиси водорода в течение 1 мин при 25^оС и рН 7.

П р и м е р 2. В 5-литровую колбу, снабженную механической мешалкой, загружают 400 г ЛДА и при интенсивном перемешивании за 20 мин приливают 1050 мл ≈7,8% перекиси водорода ( ≈2,4 моль). Выдерживают при 20^оС при интенсивном перемешивании 30 мин, затем подогревают смесь до 35^оС, происходит вспенивание смеси, саморазогрев (охлаждают при необходимости), температура реакционной массы 70^оС в течение 1 ч, выдерживают реакционную массу в течение 2 ч, причем температура в колбе опускается с 70 до 30^оС. Прибавляют 2 мл водного насыщенного раствора каталазы марки А с активностью 130000 ед. Перемешивают при температуре 30^оС в течение 1,5 ч. Выход целевого продукта 100% тесты на присутствие перекиси водорода и ЛДА отрицательные,чистота ЛДАО ≈100% d204

0,966, n20D 1,380.

П р и м е р 3. В 5-литровую колбу, снабженную механической мешалкой, загружают 400 г ЛДА и при интенсивном перемешивании за 20 мин приливают 1050 мл ≈9,1% перекиси водорода ( ≈2,8 моль). Выдерживают при 25^оС при интенсивном перемешивании 30 мин, затем подогревают смесь до 55^оС, происходит вспенивание смеси, саморазогрев (охлаждают при необходимости), температура реакционной массы 90^оС в течение 20 мин, выдерживают реакционную массу в течение 1 ч, причем температура в колбе опускается с 90 до 60^оС. Прибавляют 2 мл водного насыщенного раствора каталазы марки А активностью 130000 ед. Перемешивают при температуре 60^оС в течение 1 ч. Выход целевого продукта 100% тесты на присутствие перекиси водорода и ЛДА отрицательные, чистота ЛДАО 100% d204

0,966, n20D 1,380.

П р и м е р 4 (сравн. интервалы температур и времени ниже, избытка перекиси нет).

В 5-литровуюоо колбу, снабженную механической мешалкой, загружают 400 г ЛДА и приливают за 20 мин при интенсивном перемешивании 1050 мл ≈6,0% перекиси водорода ( ≈1,88 моль). Выдерживают при 18^оС при интенсивном перемешивании 0,5 ч, затем подогревают смесь до 25^оС, отключают обогрев, вспенивания не происходит, выдерживают реакционную массу при этой температуре 5 ч, за это время происходит незначительное вспенивание и температура достигает 60^оС, выдерживают при этой температуре 10 мин в течение 0,5 ч охлаждают реакционную массу с 60 до 20^оС, Прибавляют 2 мл водного насыщенного раствора каталазы марки А с активностью 130000 ед, происходит сильное вспенивание, выдерживают при 20^оС в течение 3,0 ч. Выход целевого продукта 48% тест на присутствие перекиси водорода отрицательный, содержание ЛДА 32% чистота ЛДАО 40%
П р и м е р 5 (сравн. интервалы температур ниже, интервалы времени выше, избыток перекиси водород нет).

В 5-литровую колбу, снабженную механической мешалкой, загружают 400 г ЛДА и при интенсивном перемешивании приливают за 20 мин 1050 мл ≈6,0% перекиси водорода (1,88 моль). Выдерживают 0,5 ч при 20^оС, при интенсивном перемешивании, затем подогревают реакционную смесь до 25^оС, вспенивание не происходит, перемешивают при этой температуре 5 ч, за это время температура в колбе возрастает до 60^оС, выдерживают при этой температуре 2 ч и затем охлаждают до 20^оС в течение 3 ч при интенсивном перемешивании. Прибавляют при температуре 20^оС 2 мл насыщенного раствора каталазы марки А активностью 130000 ед. Перемешивают при 20^оС смесь в течение 2 ч. Выход целевого продукта 97% тесты на присутствие: перекиси водорода отрицательный; ЛДА 2,7% чистота ЛДАО 95,4%
П р и м е р 6 (сравн. интервалы температур выше, интервал времени саморазогрева выше, времени выдержки выше, избыток перекиси водорода выше).

В 5-литровую колбу, снабженную механической мешалкой, загружают 400 г ЛДА и при интенсивном перемешивании за 20 мин приливают 1050 мл ≈12,1% перекиси водорода ( ≈3,76 моль). Выдерживают при 20^оС при интенсивном перемешивании 0,5 ч, затем подогревают смесь до 65^оС, происходит вспенивание смеси, саморазогорев (охлаждают при необходимости) массы до 98^оС, в течение 3,0 ч выдерживают реакционную массу при этой температуре, затем в течение 4 ч охлаждают реакционную массу до 70^оС.

Прибавляют 2 мл водного насыщенного раствора каталазы марки А активностью 130000 ед. Перемешивают при температуре ≈70^оС в течение 1 ч. Выход целевого продукта ≈60%тесты на присутствие перекиси водорода и ЛДА отрицательные, чистота ЛДАО ≈98%
Выход целевого продукта значительно ниже, чем в примере 1, из-за выбросов реакционной массы на стадии саморазогрева и на стадии разложения перекиси водорода.

Технико-экономический и положительный эффект предложенного способа заключается в увеличении выхода целевого продукта (с 98,8% до ≈100%), его чистоты (с 99,67% до ≈100%) и сокращении продолжительности процесса (3-4 ч против 8,5 ч).

Сущность изобретения: продукт - N, N-ди(метил(додецил)амин)оксид БФ C_1 4H_3 1NO d204

=0,966, n20D =1,380. Реагент 1: NN-диметилдодециламин. Реагент 2: 7,1 - 9,1%-ный раствор H₂O₂. Условия реакции: молярное соотношение N,N-диметилдодецил амин - H₂O₂=1:(1,1 - 1,5) сначала при 20^oС, затем при 35 - 55^oС используют саморазогрев до 70 - 90^oС 20 - 60 мин, охлаждают до 30 - 60^oС 1 - 2 ч. Избыток H₂O₂ разрушают каталазой.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ N,N-ДИМЕТИЛДОДЕЦИЛАМИНОКСИДА путем окисления N, N-диметилдодециламина водным раствором перекиси водорода при повышенной температуре с использованием ступенчатого повышения температуры, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода и повышения чистоты целевого продукта и упрощения процесса, последний проводят при молярном соотношении N,N-диметилдодециламина к перекиси водорода, равном 1 (1,1 1,5), при начальном подогреве реакционной смеси до 35 55^oС, с последующим саморазогревом до 70 90^oС в течение 20 60 мин, охлаждением до 30 - 60^oС в течение 1 2 ч с последующей очисткой целевого продукта введением насыщенного водного раствора каталазы.