ES2848848T3 - Procedimiento catalítico para la preparación de N,N-dimetilglucamina partiendo de N-metilglucamina - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la preparación de N,N-dimetilglucamina, en el que primeramente se hace reaccionar una solución acuosa de N-metilglucamina con una solución acuosa de formaldehido a 15-40 ºC, y a continuación se hace reaccionar a una presión de 20-120 bares y una temperatura T = 30-68 ºC con hidrógeno bajo catálisis metálica, en donde después de realizada la absorción de hidrógeno a 20-68 ºC, se une una hidrogenación posterior adicional a 70-120 bares y a 70-110 ºC.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento catalítico para la preparación de N,N-dimetilglucamina partiendo de N-metilglucamina
La N,N-dimetilglucamina (D-glucitol, 1-desoxi-1-(dimetilamino)-) aquí descrita es un compuesto valioso que es adecuado para una pluralidad de aplicaciones comerciales. Entre ellas está incluido, por ejemplo, el empleo como aditivo en agentes humectantes, agentes de limpieza, plastificantes, agentes deslizantes y lubricantes y similares. Sectores de aplicación más recientes se encuentran también en la fabricación de pinturas y barnices, la fitoprotección, en medicina y en cosmética. El producto basado en materias primas renovables puede utilizarse también como un suave agente de neutralización o en forma protonada como catión hidrofílico. Para este amplio espectro de aplicación deben respetarse numerosos requisitos de calidad, los cuales no se describen en procedimientos conocidos para la preparación de N,N-dimetilglucamina.
El procedimiento aquí descrito posibilita la preparación directa de soluciones de N,N-dimetilglucamina poco coloreadas a partir de N-metilglucamina bien accesible comercialmente en el caso de condiciones particularmente suaves con ayuda de un procedimiento en dos etapas mejorado sin una purificación compleja.
Para la preparación de N,N-dimetilglucamina se describen en la bibliografía algunos procedimientos, no obstante, estos proporcionan una o varias desventajas.
El documento EP-0614881 describe la reacción del compuesto de N-monoalquilpolihidroxi con aldehídos en la relación 1:0,9-1,5 o bien 1:1,1-1,03 con subsiguiente hidrogenación a través de un catalizador de hidrogenación metálico, p. ej., Ni Raney para dar dialquilpolihidroxiamina terciaria. Esta reacción requiere una presión de hidrógeno de 10 a 150 bares y temperaturas de 70 a 150 °C. En particular, la reacción se lleva a cabo en dos etapas de reacción, en donde
a) primeramente se hace reaccionar una N-monoalquilpolihidroxiamina secundaria (p. ej., N-metilglucamina) con un aldehído (p. ej., formaldehido) en la relación molar de 1:0,90-1,5, preferiblemente 1:1,03-1,1, en agua como disolvente, a una temperatura de 15 a 60 °C, preferiblemente de 20 a 40 °C, y a la presión atmosférica para dar aducto de N-monoalquilpolihidroxiamina/aldehído, y
b) el producto de reacción contenido en la etapa a) (que se compone esencialmente del aducto formado y agua) se hidrogena en presencia de un catalizador de hidrogenación metálico con hidrógeno a una presión de 10 a 150 bares, preferiblemente 30 a 100 bares y a una temperatura de 70 a 150 °C, preferiblemente a 80 a 130 °C para dar dialquilpolihidroxiamina terciaria (p. ej., N,N-dimetilglucamina).
El documento EP-0614881 describe que con este procedimiento se pueden alcanzar altos rendimientos, no obstante, no se describen datos adicionales para el tratamiento de la solución de reacción bruta. El documento de patente describe la realización de la reacción en solución acuosa, pero no se encuentra información alguna en cuanto a parámetros de calidad de la dimetilglucamina con excepción del punto de fusión. Esto significa, que ha de llevarse a cabo una cristalización a partir de la solución de reacción acuosa, que conduce en buenos rendimientos al producto. Sin embargo, esto no es ventajoso para el uso comercial de la dimetilglucamina, dado que la dimetilglucamina, como sólido, es más difícil de manipular que un líquido y sería ventajoso encontrar condiciones de síntesis que conduzcan directamente, sin una etapa de purificación, a una solución de dimetilglucamina en un medio con contenido en agua. En este caso, junto al rendimiento y el punto de fusión de la dimetilglucamina recristalizada son relevantes otros parámetros de calidad, tales como, p. ej., el color de la solución de reacción y el contenido de compuestos de partida tales como N-metilglucamina, formaldehido o productos secundarios tales como ácidos, que permanecen sin recristalización en el producto y, de manera correspondiente, deben ser limitados.
Otros procedimientos describen procedimientos de una sola etapa, no obstante, p. ej., el documento DE-2118283 requiere el uso de catalizadores de Ag-Pd y asimismo temperaturas elevadas de 100 °C a 250 °C. El uso de un catalizador caro conduce a costos de producción elevados.
Además, es conocido que en la preparación de aminas terciarias a partir de aminas secundarias con formaldehido e hidrógeno solo se pueden alcanzar malos rendimientos inferiores al 90 %. El documento EP-0142868B1 describe que se pueden alcanzar mejores resultados cuando se utilizan catalizadores soportados que contienen como máximo 10 % en peso de Ni, Co, Ru, Rh, Pd o Pt sobre carbón activo. Catalizadores de hidrogenación habituales y favorables tales como Ni Raney o Co Raney conducen a calidades peores del producto. También en este procedimiento se han determinado únicamente purezas por cromatografía de gases.
Con el fin de emplear, a pesar de ello, estos catalizadores habituales, por ejemplo, en el documento GB-908203 se propone iniciar la reacción partiendo de 1,3,4,6-tetraacetil-D-glucosamina o bien emplear sustancias sustractoras de agua tales como zeolitas, MeSO4 o CaCl2 (documento US-4190601).
El documento EP-A-663389 enseña un procedimiento para la preparación de aminoalcoholes, caracterizado porque se hacen reaccionar compuestos de hidroxicarbonilo con hidrógeno y amoníaco o una amina primaria o secundaria a temperaturas de 0 a 300 °C y presiones de 1 a 400 bares en presencia de catalizadores, cuya masa catalíticamente activa se compone de 50 a 100 % en peso de rutenio.
Los procedimientos conocidos ofrecen, por consiguiente, únicamente soluciones insuficientes para la preparación de soluciones de N,N-dimetilglucamina con bajos índices de color Hazen a partir de N-metilglucamina. Así, a menudo no pueden respetarse los parámetros de calidad necesarios, especialmente el color de la solución de reacción (véanse los ejemplos comparativos) o los rendimientos son demasiado bajos. También, los procedimientos conocidos conducen a costos de fabricación elevados, dado que requieren síntesis multietapa, purificación de la solución de reacción bruta o sustancias de partida costosas (p. ej., 1,3,4,6-tetra-acetil-D-glucosamina o N-metilglucamina muy pura) o deben utilizarse catalizadores caros. En los procedimientos conocidos no se describe tampoco un reciclaje de los catalizadores con el fin de ahorrar costes.
Por lo tanto, es necesario proporcionar un procedimiento catalítico económico para la preparación de soluciones de N, N-dimetilglucamina partiendo de N-metilglucamina económica, técnica o pura. Para la idoneidad para sectores de aplicación comerciales, tales como, por ejemplo, la fabricación de pinturas y barnices, la fitoprotección, medicina y cosmética, la N,N-dimetilglucamina preparada según el procedimiento de acuerdo con la invención y sus soluciones acuosas deben cumplir determinados requisitos de calidad en relación con el color y el contenido máximo de determinados componentes secundarios, los cuales no se pueden alcanzar con los procedimientos del estado de la técnica.
Sorprendentemente, se encontró que en el caso de la hidrogenación de las sustancias de partida formaldehido y N-metilglucamina en presencia de hidrógeno bajo presión y de un catalizador se puede obtener un producto mejorado cuando la temperatura de hidrogenación es menor que la del estado de la técnica.
Objeto de la invención es un procedimiento para la preparación de N,N-dimetilglucamina, en el que primeramente se hace reaccionar una solución acuosa de N-metilglucamina con una solución acuosa de formaldehido a 15-40 °C, y a continuación se hace reaccionar a una presión de 20-120 bares y una temperatura T = 30-68 °C con hidrógeno bajo catálisis metálica, en donde después de realizada la absorción de hidrógeno a 20-68 °C, se une una hidrogenación posterior adicional a 70-120 bares y a 70-110 °C.
Bajo estas condiciones de reacción se encontró, sorprendentemente, que se pueden obtener soluciones de dimetilglucamina poco coloreadas.
Todos los datos de porcentaje son porcentajes en peso, a no ser que se indique una base porcentual distinta.
El catalizador metálico es preferiblemente un catalizador metálico no soportado. En una forma de realización adicional, el catalizador metálico contiene cobalto o níquel, preferiblemente níquel Raney.
La hidrogenación tiene lugar preferiblemente a una presión de hidrógeno de 20-120 bares, de manera particularmente preferida a 70-110 bares.
La temperatura de reacción en la hidrogenación se encuentra, en el procedimiento de acuerdo con la invención, preferiblemente en T = 20-68 °C, preferiblemente 35-65 °C, de manera particularmente preferida en 40-50 °C.
En el procedimiento de acuerdo con la invención, la relación molar N-metilglucamina:formaldehido se encuentra preferiblemente en 1:1 a 1:1,5, preferiblemente en 1:1 a 1:1,2, de manera particularmente preferida en 1:1,01 a 1:1,08. El procedimiento de acuerdo con la invención permite el reciclaje del catalizador de hidrogenación. Preferiblemente, el catalizador de hidrogenación puede utilizarse de nuevo más de cinco veces, sin que el color del producto final se vuelva significativamente más oscuro.
El procedimiento de acuerdo con la invención se lleva a cabo preferiblemente en un reactor agitado y bien mezclado a fondo o en un reactor de bucle con un bombeo externo y buena mezcladura a fondo. Este reactor está regulado en temperatura, con el fin de poder captar exotermias o endotermias que eventualmente se manifiesten y de mantener constante la temperatura a lo largo de todo el tiempo de reacción.
Si se prepara una solución de dimetilglucamina con el procedimiento de acuerdo con la invención, entonces el índice de color Hazen de una solución al 50 % resultante de N,N-dimetilglucamina en agua asciende a menos de 500, preferiblemente < 300, en particular < 200.
Las soluciones preparadas según el procedimiento de acuerdo con la invención contienen, referido a una solución al 50 % de dimetilglucamina, menos de 2 %, preferiblemente menos de 1 %, de manera particularmente preferida < O, 25 % del producto de partida N-metilglucamina.
Las soluciones preparadas según el procedimiento de acuerdo con la invención contienen, referido a una solución al 50 % de dimetilglucamina, preferiblemente < 0,1 % de formaldehido.
A continuación del procedimiento de acuerdo con la invención se une una etapa de hidrogenación posterior. Para ello, después de realizada la adición de la solución de formaldehido y de finalizada la absorción de hidrógeno, se realiza una hidrogenación a 60-110 °C. El producto obtenido a partir del procedimiento de acuerdo con la invención no se aísla preferiblemente antes de la hidrogenación posterior.
Al procedimiento de acuerdo con la invención se le puede conectar, a continuación, al procedimiento de acuerdo con la invención, una etapa de destilación para la separación de agua en exceso y el metanol obtenido como producto secundario. En este caso, se obtiene un contenido residual de preferiblemente < 0,1 % de metanol.
La concentración de la solución de N-metilglucamina acuosa empleada se encuentra en el intervalo de 35-70 % en peso, preferiblemente de 40-65 % en peso, de manera particularmente preferida de 50-60 % en peso. N-metilglucamina técnica puede prepararse, en principio, según el documento WO-92/06073, a partir de jarabe de glucosa y precipita sin purificación adicional en forma de una solución acuosa aproximadamente al 60 %.
Formaldehído se utiliza en forma de solución acuosa, preferiblemente con una concentración entre 10 y 60 % en peso, de manera particularmente preferida entre 30 y 40 % en peso.
El producto preparado según el procedimiento de acuerdo con la invención proporciona los siguientes parámetros de calidad (referidos a una solución al 50 % de N,N-dimetilglucamina en agua):
- Los productos presentan un índice de color Hazen menor que 500, preferiblemente menor que 300; en particular menor que 200. Esto es decisivo, por ejemplo, para la aplicación en cosmética o en pinturas y barnices.
- El contenido residual de N-metilglucamina (determinación mediante CG) es menor que 2 % en peso, preferiblemente menor que 1 % en peso, en particular menor que 0,25 % en peso. Valores elevados conducirían a una elevada proporción de aminas secundarias y a una potencial capacidad de nitrosación, lo cual es perjudicial para una pluralidad de aplicaciones y formulaciones.
- Además, la presencia de ácidos monocarboxílicos de cadena corta, libres, así como químicamente ligados en el caso de diferentes aplicaciones puede perturbar, p. ej., mediante la formación de sales. Como sustancia indicadora se describe aquí el contenido de ácido fórmico (determinación a través de cromatografía de iones (CI)), el cual se encuentra, con el procedimiento de acuerdo con la invención, por debajo de 1 % en peso, preferiblemente por debajo de 0,5 % en peso, en particular por debajo de 0,1 % en peso.
- El contenido de formaldehido libre y químicamente ligado (determinación a través de (PV-LC-114)) se encuentra con el procedimiento descrito por debajo de 0,5 % en peso, preferiblemente menor que 0,1 % en peso, en particular menor que 0,05 % en peso.
- El procedimiento de acuerdo con la invención proporciona producto que presenta un bajo contenido de impurezas de metales indeseadas, tales como, p. ej., aluminio, cobalto o níquel (determinación a través de ICP-OES). El contenido en níquel es menor que 50 ppm, preferiblemente menor que 20 ppm, en particular menor que 10 ppm.
- Para la aplicación son asimismo perturbadores compuestos orgánicos volátiles, tales como, p. ej., metanol, cuyo contenido después de la subsiguiente destilación con el procedimiento descrito se encuentra por debajo de 0,7 % en peso, preferiblemente por debajo de 0,5 % en peso, de manera particularmente preferida por debajo de 0,1 % en peso.
Los catalizadores mencionados (p. ej., Ni Raney) permanecen después de la filtración en el reactor y se utilizan para síntesis ulteriores. Esto ofrece una ventaja decisiva con respecto a otros procedimientos en los que el catalizador no puede o solo puede ser utilizado de nuevo algunas veces, lo cual conduce a un aumento considerable de los costes de producción. Pérdidas eventualmente presentes en el material de catalizador mediante la filtración pueden completarse antes de cada nueva tanda.
Con el fin de separar componentes volátiles eventualmente presentes en la solución de reacción o de ajustar la concentración deseada de agua, la solución de reacción obtenida puede elaborarse mediante una separación por arrastre o destilación o un procedimiento similar conocido por el experto en la materia. La separación por arrastre puede tener lugar bajo la adición de nitrógeno o agua, a temperaturas entre 20-100 °C, preferiblemente 30-80 °C, de manera particularmente preferida entre 40 y 60 °C a la presión de vapor de agua correspondiente.
El procedimiento de acuerdo con la invención conduce, por consiguiente, a mezclas de N-metilglucamina y agua en la relación cuantitativa de, p. ej., 1:99 a 99:1, preferiblemente de 30:70 a 90:10, de manera particularmente preferida de 45:55 a 80:20.
En el caso de que para la aplicación del producto se desearan concentraciones todavía menores de metales, puede tener lugar un tratamiento a través de un intercambiador de iones o un procedimiento similar, conocido por el experto en la materia.
Además, la solución de N,N-dimetilglucamina preparada según el procedimiento de acuerdo con la invención puede prepararse también en forma de N,N-dimetilglucamina cristalina pura. Esto puede suceder mediante procedimientos de tratamiento conocidos por el experto en la materia, por ejemplo, separación por destilación del agua y/o recristalización en diferentes disolventes, tales como, por ejemplo, alcohol o mezclas de alcohol/agua, y es de
importancia para la aplicación en el sector farmacéutico y médico.
El procedimiento de acuerdo con la invención posibilita la producción de N,N-dimetilglucamina con ayuda de un procedimiento económico y sencillo. En comparación con los procedimientos hasta ahora conocidos (p. ej., documento EP-0614881), el procedimiento conduce a índices de color más bajos, con ello a una mejor calidad del producto y, por consiguiente, a un espectro de aplicación técnica más amplio con costes reducidos.
El catalizador con contenido en níquel o contenido en cobalto utilizado conduce a una reducción de los costes en comparación con otros procedimientos que requieren el uso de catalizadores de metales nobles, tales como Ru, Ag-Pd o Pt. Mediante la posibilidad de utilizar de nuevo el catalizador para muchos ciclos de reacción, se reducen considerablemente asimismo los costes de producción.
Sorprendentemente, a diferencia del documento US-4190601, se pudo encontrar que la presencia de agua no perturba la reacción. Por lo tanto, ésta puede utilizarse como disolvente. Esto conduce, en el caso de mantener las concentraciones adecuadas descritas, a numerosas ventajas en el caso de la manipulación, tales como, por ejemplo, una reducción de la viscosidad o prevención de la cristalización del producto a la temperatura ambiente o bien a la temperatura de reacción. Asimismo, el uso de agua como disolvente conduce a una reducción de los costes, disminución del potencial de riesgo y prevención de residuos tóxicos o bien peligrosos.
El mantenimiento de los parámetros de calidad requeridos para la aplicación no se ha descrito lo suficientemente en el caso de los procedimientos conocidos, descritos en el estado de la técnica, o bien los procedimientos conducen a una calidad peor. Con el procedimiento de acuerdo con la invención pueden alcanzarse todos los parámetros de calidad necesarios, en particular el color, utilizando N-metilglucamina técnica sin un tratamiento previo. Esto conduce de nuevo a una reducción de los costes de producción.
Ejemplos
Las soluciones de dimetilglucamina producidas en los ejemplos se caracterizaron analíticamente de la siguiente forma:
Índice de color Gardner e índice de color Hazen:
Las soluciones de dimetilglucamina acuosas transparentes y exentas de burbujas de gas se introdujeron en cubetas rectangulares de 10 mm. Las mediciones del índice de color tuvieron lugar a la temperatura ambiente en un aparato medidor del índice de color del tipo LICO 690 de la razón social Hach Lange.
Número total de aminas mediante titulación con ácido-base:
Las muestras pesadas con precisión en una balanza de análisis se disolvieron en ácido acético glacial y se titularon con ácido perclórico 0,1 molar en ácido acético glacial y en un procesador de titulación de la razón social Metrohm. Sustancia seca (105 °C/2 horas):
Las muestras pesadas con precisión se secaron en un armario de secado a 105 °C durante dos horas mediante separación por evaporación del agua hasta constancia de peso y se pesaron con precisión después del secado. Agua (titulación según Karl Fischer):
El contenido en agua de las muestras pesadas con precisión se determinó según el método de titulación de Karl Fischer con el disolvente de Karl Fischer y el agente de titulación de Karl Fischer.
N-metilglucamina, N,N-dimetilglucamina y sorbitol (CG):
Las muestras se acetilaron por completo a 80°C con un exceso muy grande de anhídrido de ácido acético/piridina. La determinación por cromatografía de gases del contenido en N-metilglucamina, N,N-dimetilglucamina y sorbitol tuvo lugar en una columna Agilent HP-5 de 60 m con decanol como patrón interno y un detector de FID.
Metanol (CG):
El contenido en metanol se determinó según un método de cromatografía de gases para sustancias fácilmente volátiles con isobutanol como patrón interno y detector WLD.
Formaldehído (libre y químicamente ligado):
Las muestras se calentaron con ácido sulfúrico acuoso en presencia de 2,4-dinitrofenilhidrazina para la liberación del formaldehido químicamente ligado. Mediante la reacción del formaldehido con 2,4-dinitrofenilhidrazina se formó 2,4-dinitrofenilhidrazona. El contenido en 2,4-dinitrofenilhidrazona se determinó a continuación por cromatografía líquida mediante HPLC. El contenido en formaldehido libre y formaldehido químicamente ligado se determinó como suma.
Nitrosaminas (NNO totales):
Las muestras se examinaron en cuanto al contenido global de nitrosaminas, basándose en el método ATNC (siglas inglesas de contenido total aparente de nitrosamina). Bajo desnitrosación química en medio ácido se liberó, a partir de las nitrosaminas, monóxido de nitrógeno y después se determinó cuantitativamente con un detector específico de monóxido de nitrógeno muy sensible. El cálculo y el dato de contenido tuvo lugar como contenido de NNO (>N-N=O con masa molar de 44 g/mol).
Níquel (ICP-OES):
El contenido en níquel en las muestras se determinó mediante ICP-OES (siglas inglesas de espectrometría de emisión óptica mediante plasma acoplado de forma inductiva) basándose en la Norma DIN EN ISO 11885.
Ácido fórmico (libre y químicamente ligado, CI):
Las muestras se trataron previamente en calor en medio alcalino acuoso, con el fin de liberar mediante hidrólisis el ácido fórmico químicamente ligado como éster y amida. El contenido de ácido fórmico ya presente antes de la hidrólisis alcalina o sus sales y de ácido fórmico o bien sus sales que se habían liberado solo mediante la hidrólisis alcalina, se determinó como suma mediante cromatografía de iones (CI).
Ejemplo Comparativo 1 :Ejemplo 2 del documento EP-0614881
En un matraz de fondo redondo de 2 litros, equipado con agitador, termómetro y calefacción eléctrica se prepararon a presión normal 1500 g de una solución acuosa al 43 % de N-metilglucamina mediante dilución de una solución al 60 % de N-metilglucamina (índice de color Gardner 1,7, índice de color Hazen 263). La solución acuosa al 43 % de N-metilglucamina se calentó bajo agitación hasta 35 °C. A partir de un embudo de goteo se añadieron gota a gota, bajo agitación adicional, en total 288,7 g de una solución acuosa al 36,5 % de formaldehido en el espacio de media hora a 35 °C. La reacción para formar el aducto de N-metilglucamina-formaldehído discurrió de forma débilmente exotérmica. El índice de color Gardner de la solución de aducto de N-metilglucamina-formaldehído amarillo pálida, transparente y acuosa ascendió a 0,8 y el índice de color Hazen a 151.
Inmediatamente después de finalizada la adición gota a gota, a partir del matraz redondo de vidrio de 2 litros se retiró una cantidad parcial de la solución de aducto de N-metilglucamina-formaldehído acuosa en una cantidad de 1300 g y se introdujo a la temperatura ambiente en un autoclave de agitación de 2 litros.
El autoclave de agitación de 2 litros estaba dotado de agitador, calefacción, refrigeración, tuberías de alimentación para el hidrógeno y nitrógeno, medición de la temperatura, medición de la presión y válvula de seguridad. En el autoclave de agitación de 2 litros se introdujeron bajo nitrógeno 20,4 g de níquel Raney.
El autoclave de agitación de 2 litros se cerró. Se presurizó tres veces con 10 bares de nitrógeno y en cada caso se disminuyó la presión. Después, se presurizó tres veces con hidrógeno a 10 bares y en cada caso se disminuyó la presión. Después de examinar la estanqueidad y de la disminución de presión, la velocidad de agitación se ajustó a 800 rpm. Bajo agitación adicional se calentó hasta 100 °C y después se aportó hidrógeno. La hidrogenación exotérmica tuvo lugar bajo compresión posterior del hidrógeno consumido a 800 rpm, a 100 °C y una presión de hidrógeno de 30 bares. Después de finalizada la absorción reconocible de hidrógeno, se agitó todavía durante 2 horas a 100 °C y una presión de hidrógeno de 30 bares. Después, se enfrió a 30 °C, se disminuyó la presión, se lavó con nitrógeno y se vació el autoclave de agitación de 2 litros. El catalizador de níquel Raney se separó mediante filtración con presión bajo nitrógeno. El filtrado líquido era de color pardo oscuro y tenía el índice de color Gardner 8. Este filtrado de color pardo oscuro se destiló en un evaporador de rotación a 60 °C y a una presión de 20 mbar. El destilado contenía, ante todo, agua, un poco de metanol y trazas de otros compuestos de bajo punto de ebullición. La N,N-dimetilglucamina viscosa, destilada, se ajustó mediante la adición de agua desmineralizada bajo buena mezcladura a fondo a 60 °C a un contenido de 51 % de sustancia activa y 49 % de agua desmineralizada. Esta solución de producto se analizó. A excepción de las pérdidas durante el vaciado y el tratamiento, el rendimiento de N,N-dimetilglucamina disuelta en DMG 50 era casi cuantitativo.
El producto obtenido se caracterizó de la siguiente forma:
aspecto a 20 °C:transparente, líquido, pardo oscuro
índice de color Gardner:9,4
índice de color Hazen:no mensurable, dado que era demasiado oscuro
índice total de aminas (titulación):133 mg de KOH/g
sustancia seca (105 °C/2 horas):51,4 % (m/m)
agua (titulación según Karl-Fischer):49 % (m/m)
N-metilglucamina (CG):0,91 % (m/m)
N,N-dimetilglucamna (CG):44,5 % (m/m)
sorbitol (CG):0,6 % (m/m)
metanol (CG):< 0,1 % (m/m)
formaldehido (libre y químicamente ligado, CL):0,026 % (m/m)
nitrosaminas (NNO totales):< 50 gg/kg
níquel (ICP-OES):35 gg/g
ácido fórmico (libre y químicamente ligado)0,70 % (m/m)
Ejemplo Comparativo 2:según el Ejemplo 3 del documento EP-0614881
En un matraz de fondo redondo de 2 litros, equipado con agitador, termómetro y calefacción eléctrica se prepararon a presión normal 1500 g de una solución acuosa al 43 % de N-metilglucamina mediante dilución de una solución al 60 % de N-metilglucamina (índice de color Gardner 1,7, índice de color Hazen 263) con agua desmineralizada. La solución acuosa al 43 % de N-metilglucamina se calentó bajo agitación hasta 35 °C. A partir de un embudo de goteo se añadieron gota a gota, bajo agitación adicional, en total 288,7 g de una solución acuosa al 36,5 % de formaldehido en el espacio de media hora a 35 °C. La reacción para formar el aducto de N-metilglucaminaformaldehído discurrió de forma débilmente exotérmica. El índice de color Gardner de esta solución de aducto de N-metilglucamina-formaldehído amarillo pálida, transparente y acuosa ascendió a 0,8 y el índice de color Hazen a 162. Después, a partir del matraz redondo de vidrio de 2 litros se retiró una cantidad parcial de la solución de aducto de N-metilglucamina-formaldehído acuosa en una cantidad de 1300 g y se introdujo a la temperatura ambiente en un autoclave de agitación de 2 litros.
El autoclave de agitación de 2 litros estaba dotado de agitador, calefacción, refrigeración, tuberías de alimentación para el hidrógeno y nitrógeno, medición de la temperatura, medición de la presión y válvula de seguridad. En el autoclave de agitación de 2 litros se introdujeron bajo nitrógeno 20,4 g de níquel Raney.
El autoclave de agitación de 2 litros se cerró. Se presurizó tres veces con 10 bares de nitrógeno y en cada caso se disminuyó la presión. Después, se presurizó tres veces con hidrógeno a 10 bares y en cada caso se disminuyó la presión. Después de examinar la estanqueidad y de la disminución de presión, la velocidad de agitación se ajustó a 800 rpm. Bajo agitación adicional se calentó hasta 125 °C y después se aportó hidrógeno. La hidrogenación exotérmica tuvo lugar bajo compresión posterior del hidrógeno consumido a 800 rpm, a 130 °C y una presión de hidrógeno de 100 bares. Después de finalizada la absorción reconocible de hidrógeno, se agitó todavía durante dos horas a 130 °C y una presión de hidrógeno de 100 bares. Después, se enfrió a 30 °C, se disminuyó la presión, se lavó con nitrógeno y se vació el autoclave de agitación de 2 litros. El catalizador de níquel Raney se separó mediante filtración con presión bajo nitrógeno. El filtrado líquido era de color pardo oscuro y tenía el índice de color Gardner 13,4.
Este filtrado de color pardo oscuro se destiló en un evaporador de rotación a 60 °C y a una presión de 20 mbar. El destilado contenía, ante todo, agua, un poco de metanol y trazas de otros compuestos de bajo punto de ebullición. La N,N-dimetilglucamina viscosa, destilada, se ajustó mediante la adición de agua desmineralizada bajo buena mezcladura a fondo a 60 °C a un contenido de 51 % de sustancia activa y 49 % de agua desmineralizada. La solución de producto obtenida se analizó. A excepción de las pérdidas durante el vaciado y el tratamiento, el rendimiento de N,N-dimetilglucamina disuelta en DMG 50 era casi cuantitativo.
El producto obtenido se caracterizó de la siguiente forma:
aspecto a 20 °C:transparente, líquido, pardo oscuro
índice de color Gardner:16,9
índice de color Hazen:no mensurable, dado que era demasiado oscuro
índice total de aminas (titulación):133 mg de KOH/g
sustancia seca (105 °C/2 horas):52,6 % (m/m)
agua (titulación según Karl-Fischer):49 % (m/m)
N-metilglucamina (CG):6,0 % (m/m)
N,N-dimetilglucamna (CG):35,9 % (m/m)
sorbitol (CG):0,6 % (m/m)
metanol (CG):< 0,1 % (m/m)
formaldehido (libre y químicamente ligado, CL):0,012 % (m/m)
nitrosaminas (NNO totales):< 50 Mg/kg
níquel (ICP-OES):29 Mg/g
ácido fórmico (libre y químicamente ligado)0,90 % (m/m)
Los Ejemplos 1 (Comp.) y 2 (Comp.) de D1 corresponden a procedimientos de 1 etapa.
Ejemplo 1:
En un matraz de fondo redondo de 2 litros, equipado con agitador, termómetro y calefacción eléctrica se prepararon a presión normal 1500 g de una solución acuosa al 43 % de N-metilglucamina mediante dilución de una solución al 60 % de N-metilglucamina técnica (índice de color Gardner 1,7, índice de color Hazen 263) con agua desmineralizada.
La solución acuosa al 43 % de N-metilglucamina se calentó bajo agitación hasta 35 °C. A partir de un embudo de goteo se añadieron gota a gota, bajo agitación adicional, en total 288,7 g de una solución acuosa al 36,5 % de formaldehido en el espacio de media hora a 35 °C. La reacción para formar el aducto de N-metilglucaminaformaldehído discurrió de forma débilmente exotérmica. El índice de color Gardner de la solución de aducto de N-metilglucamina-formaldehído amarillo pálida, transparente y acuosa ascendió a 0,8 y el índice de color Hazen a 154. Inmediatamente después de finalizada la adición gota a gota, a partir del matraz redondo de vidrio de 2 litros se retiró una cantidad parcial de la solución de aducto de N-metilglucamina-formaldehído acuosa en una cantidad de 1300 g y se introdujo a la temperatura ambiente en un autoclave de agitación de 2 litros.
El autoclave de agitación de 2 litros estaba dotado de agitador, calefacción, refrigeración, tuberías de alimentación para el hidrógeno y nitrógeno, medición de la temperatura, medición de la presión y válvula de seguridad. En el autoclave de agitación de 2 litros se introdujeron bajo nitrógeno 20,4 g de níquel Raney.
El autoclave de agitación de 2 litros se cerró. Se presurizó tres veces con 10 bares de nitrógeno y en cada caso se disminuyó la presión. Después, se presurizó tres veces con hidrógeno a 10 bares y en cada caso se disminuyó la presión. Después de examinar la estanqueidad y de la disminución de presión, la velocidad de agitación se ajustó a 800 rpm. A 20 °C se comprimió hidrógeno. Con ello, se inició la hidrogenación exotérmica directamente bajo la alimentación del hidrógeno consumido a una presión de hidrógeno de 15-25 bares y calentamiento a 60 °C, luego había terminado la absorción de hidrógeno reconocible. Después, se continuó calentando hasta 100 °C y luego se agitó todavía a 800 rpm, 100 °C y 30 bares de presión de hidrógeno durante dos horas. Se enfrió a 30 °C, se disminuyó la presión, se lavó con nitrógeno y se vació el autoclave de agitación de 2 litros, El catalizador de níquel Raney se separó mediante filtración con presión bajo nitrógeno. El filtrado líquido era de color amarillo claro y tenía el índice de color Gardner 0,7 y el índice de color Hazen de 130.
Este filtrado de color amarillo claro se destiló en un evaporador de rotación a 60 °C y a una presión de 20 mbar. El destilado contenía, ante todo, agua, un poco de metanol y trazas de otros compuestos de bajo punto de ebullición. La N,N-dimetilglucamina viscosa, destilada, se ajustó mediante la adición de agua desmineralizada bajo buena mezcladura a fondo a 60 °C a un contenido de 51 % de sustancia activa y 49 % de agua desmineralizada. Esta mezcla se analizó. A excepción de las pérdidas durante el vaciado y el tratamiento, el rendimiento de N,N-dimetilglucamina disuelta en el producto era casi cuantitativo.
El producto obtenido se caracterizó de la siguiente forma:
aspecto a 20 °C: transparente, líquido, amarillo claro
índice de color Gardner:1,5
índice de color Hazen:246
índice total de aminas (titulación):132 mg de KOH/g
sustancia seca (105 °C/2 horas):50,7 % (m/m)
agua (titulación según Karl-Fischer):49 % (m/m)
N-metilglucamina (CG):0,16 % (m/m)
N,N-dimetilglucamna (CG):45,1 % (m/m), dependiendo de la calidad de NMG
sorbitol (CG):0,7 % (m/m)
metanol (CG):< 0,1 % (m/m)
formaldehido (libre y químicamente ligado, CL):0,022 % (m/m)
nitrosaminas (NNO totales):< 50 pg/kg
níquel (ICP-OES):5 pg/g
ácido fórmico (libre y químicamente ligado)0,24 % (m/m)
(cromatografía de iones tras hidrólisis alcalina, CI)
Ejemplo 2:
En un matraz de fondo redondo de 2 litros, equipado con agitador, termómetro y calefacción eléctrica se prepararon a presión normal 1500 g de una solución acuosa al 43 % de N-metilglucamina mediante dilución de una solución al 60 % de N-metilglucamina técnica (índice de color Gardner 1,7, índice de color Hazen 263) con agua desmineralizada.
La solución acuosa al 43 % de N-metilglucamina se calentó bajo agitación hasta 35 °C. A partir de un embudo de goteo se añadieron gota a gota, bajo agitación adicional, en total 288,7 g de una solución acuosa al 36,5 % de formaldehido en el espacio de media hora a 35 °C. La reacción para formar el aducto de N-metilglucaminaformaldehído discurrió de forma débilmente exotérmica. Después, la mezcla de reacción transparente, amarillo pálida, se agitó adicionalmente todavía durante una hora a 35 °C. El índice de color Gardner de esta solución de aducto de N-metilglucamina-formaldehído amarillo pálida, acuosa ascendió a 0,8 y el índice de color Hazen a 162. Inmediatamente después de finalizada la adición gota a gota, a partir del matraz redondo de vidrio de 2 litros se retiró una cantidad parcial de la solución de aducto de N-metilglucamina-formaldehído acuosa en una cantidad de 1300 g y se introdujo a la temperatura ambiente en un autoclave de agitación de 2 litros.
El autoclave de agitación de 2 litros estaba dotado de agitador, calefacción, refrigeración, tuberías de alimentación para el hidrógeno y nitrógeno, medición de la temperatura, medición de la presión y válvula de seguridad. En el autoclave de agitación de 2 litros se introdujeron bajo nitrógeno 20,4 g de níquel Raney.
El autoclave de agitación de 2 litros se cerró. Se presurizó tres veces con 10 bares de nitrógeno y en cada caso se disminuyó la presión. Después, se presurizó tres veces con hidrógeno a 10 bares y en cada caso se disminuyó la presión. Después de examinar la estanqueidad y de la disminución de presión, la velocidad de agitación se ajustó a 800 rpm. A 20 °C se comprimió hidrógeno. Con ello, se inició la hidrogenación exotérmica directamente bajo la alimentación del hidrógeno consumido a una presión de hidrógeno de 15-25 bares y calentamiento a 60 °C, luego había terminado la absorción de hidrógeno reconocible. Después, se continuó calentando hasta 130 °C y luego se agitó todavía a 800 rpm, 130 °C y 100 bares de presión de hidrógeno durante dos horas. Se enfrió a 30 °C, se disminuyó la presión, se lavó con nitrógeno y se vació el autoclave de agitación de 2 litros, El catalizador de níquel Raney se separó mediante filtración con presión bajo nitrógeno. El filtrado líquido era de color amarillo claro y tenía el índice de color Gardner 0,3 y el índice de color Hazen de 56.
Este filtrado de color amarillo claro se destiló en un evaporador de rotación a 60 °C y a una presión de 20 mbar. El destilado contenía, ante todo, agua, un poco de metanol y trazas de otros compuestos de bajo punto de ebullición. La N,N-dimetilglucamina viscosa, destilada, se ajustó mediante la adición de agua desmineralizada bajo buena mezcladura a fondo a 60 °C a un contenido de 50 % de sustancia activa y 50 % de agua desmineralizada. Esta mezcla se analizó. A excepción de las pérdidas durante el vaciado y el tratamiento, el rendimiento de N,N-dimetilglucamina disuelta en DMG 50 era casi cuantitativo.
El producto obtenido se caracterizó de la siguiente forma:
aspecto a 20 °C: transparente, líquido, amarillo profundo
índice de color Gardner:3,5
índice de color Hazen:485
índice total de aminas (titulación):129 mg de KOH/g
sustancia seca (105 °C/2 horas):49,7 % (m/m)
agua (titulación según Karl-Fischer):50 % (m/m)
N-metilglucamina (CG):0,29 % (m/m)
N,N-dimetilglucamna (CG):43,5 % (m/m)
sorbitol (CG):0,6 % (m/m)
metanol (CG):< 0,1 % (m/m)
formaldehido (libre y químicamente ligado, CL):0,0097 % (m/m)
nitrosaminas (NNO totales):< 50 pg/kg
níquel (ICP-OES):2 pg/g
ácido fórmico (libre y químicamente ligado)0,18 % (m/m)
(cromatografía de iones tras hidrólisis alcalina, CI)
Ejemplo 3:
En un matraz de fondo redondo de 2 litros, equipado con agitador, termómetro y calefacción eléctrica se prepararon a presión normal 1500 g de una solución acuosa al 43 % de N-metilglucamina mediante dilución de una solución al 60 % de N-metilglucamina técnica (índice de color Gardner 1,7, índice de color Hazen 263) con agua desmineralizada.
La solución acuosa al 43 % de N-metilglucamina se calentó bajo agitación hasta 35 °C. A partir de un embudo de goteo se añadieron gota a gota, bajo agitación adicional, en total 288,7 g de una solución acuosa al 36,5 % de formaldehido en el espacio de media hora a 35 °C. La reacción para formar el aducto de N-metilglucaminaformaldehído discurrió de forma débilmente exotérmica. El índice de color Gardner de la solución de aducto de N-metilglucamina-formaldehído amarillo pálida, transparente y acuosa ascendió a 0,8 y el índice de color Hazen a 154. Inmediatamente después de finalizada la adición gota a gota, a partir del matraz redondo de vidrio de 2 litros se retiró una cantidad parcial de la solución de aducto de N-metilglucamina-formaldehído acuosa en una cantidad de 1300 g y se introdujo a la temperatura ambiente en un autoclave de agitación de 2 litros.
El autoclave de agitación de 2 litros estaba dotado de agitador, calefacción, refrigeración, tuberías de alimentación para el hidrógeno y nitrógeno, medición de la temperatura, medición de la presión y válvula de seguridad. En el autoclave de agitación de 2 litros se introdujeron bajo nitrógeno 20,4 g de níquel Raney.
El autoclave de agitación de 2 litros se cerró. Se presurizó tres veces con 10 bares de nitrógeno y en cada caso se disminuyó la presión. Después, se presurizó tres veces con hidrógeno a 10 bares y en cada caso se disminuyó la presión. Después de examinar la estanqueidad y de la disminución de presión, la velocidad de agitación se ajustó a 800 rpm. A 20 °C se comprimió hidrógeno. Con ello, se inició la hidrogenación exotérmica directamente bajo la alimentación del hidrógeno consumido a una presión de hidrógeno de 15-25 bares. Mediante refrigeración, el autoclave se mantuvo con ello en un intervalo de temperaturas de 30-40 °C, hasta que finalizó la absorción de hidrógeno reconocible. Después, se continuó calentando hasta 90 °C y luego se agitó todavía a 800 rpm, 90 °C y 30 bares de presión de hidrógeno durante dos horas. Se enfrió a 30 °C, se disminuyó la presión, se lavó con nitrógeno y se vació el autoclave de agitación de 2 litros, El catalizador de níquel Raney se separó mediante filtración con presión bajo nitrógeno. El filtrado líquido era de color amarillo claro y tenía el índice de color Gardner 0,6 y el índice de color Hazen de 110.
Este filtrado de color amarillo claro se destiló en un evaporador de rotación a 60 °C y a una presión de 20 mbar. El destilado contenía, ante todo, agua, un poco de metanol y trazas de otros compuestos de bajo punto de ebullición. La N,N-dimetilglucamina viscosa, destilada, se ajustó mediante la adición de agua desmineralizada bajo buena mezcladura a fondo a 60 °C a un contenido de 51 % de sustancia activa y 49 % de agua desmineralizada. Esta mezcla se analizó. A excepción de las pérdidas durante el vaciado y el tratamiento, el rendimiento de N,N
dimetilglucamina disuelta en el producto era casi cuantitativo. El producto obtenido se caracterizó de la siguiente forma: aspecto a 20 °C: transparente, líquido, amarillo claro
índice de color Gardner:1,0
índice de color Hazen:158
índice total de aminas (titulación) :131 mg de KOH/g sustancia seca (105 °C/2 horas):50,8 % (m/m)
agua (titulación según Karl-Fischer):49,1 % (m/m)
N-metilglucamina (CG):0,12 % (m/m)
N,N-dimetilglucamna (CG):44,6 % (m/m)
sorbitol (CG):0,6 % (m/m)
metanol (CG):< 0,1 % (m/m)
formaldehido (libre y químicamente ligado, CL):0,025 % (m/m) nitrosaminas (NNO totales):< 50 pg/kg
níquel (ICP-OES):4 pg/g
ácido fórmico (libre y químicamente ligado)0,21 % (m/m) (cromatografía de iones tras hidrólisis alcalina, CI)
Claims (10)
1. Procedimiento para la preparación de N,N-dimetilglucamina, en el que primeramente se hace reaccionar una solución acuosa de N-metilglucamina con una solución acuosa de formaldehido a 15-40 °C, y a continuación se hace reaccionar a una presión de 20-120 bares y una temperatura T = 30-68 °C con hidrógeno bajo catálisis metálica, en donde después de realizada la absorción de hidrógeno a 20-68 °C, se une una hidrogenación posterior adicional a 70-120 bares y a 70-110 °C.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el catalizador metálico es níquel Raney.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 y/o 2, el cual se lleva a cabo a una presión de hidrógeno de 70-110 bares.
4. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 - 3, en el que la hidrogenación se lleva a cabo a 35-65 °C, de manera particularmente preferida a 40-50 °C.
5. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 - 4, en el que la relación molar N-metilglucamina a formaldehido asciende a 1:1 a 1:1,5, preferiblemente a 1:1 a 1:1,2, de manera particularmente preferida a 1:1,01 a 1:1,08.
6. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 - 5, en el que el catalizador de hidrogenación se utiliza de nuevo más de 5 veces.
7. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 - 6, en el que la reacción se realiza en un reactor agitado o en un reactor de bucle.
8. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 - 7, en el que el contenido remanente de N-metilglucamina asciende a < 2, preferiblemente a < 1, de manera particularmente preferida a < 0,25 % en peso.
9. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 - 8, en el que el contenido de formaldehido residual asciende a < 0,1 % en peso.
10. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 - 9, en el que el índice de color Hazen de la solución de N,N-dimetilglucamina obtenida es < 500.
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