[0001] Zur Herstellung von quartären Ammoniumverbindungen geht man meist von einem teriären
Anin aus, das zur Quartärstufe alkyliert wird. Als Alkylierungsmittel läßt man dabei
üblicherweise Ester starker Mineralsäuren, insbesondere Alkylhalogenide, Schwefel-
oder Sulfonsäureester auf tertiäre Amine einwirken; gelegentlich werden auch andere
Ester benutzt. Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Alkylierung tertiärer Amine stellt
die Reaktion von Alkylenoxiden mit tertiären Aminen in Gegenwart von Wasser dar. Darüber
hinaus gibt es noch eine Reihe anderer Möglichkeiten zur Herstellung von quartären
Ammoniumverbindungen aus den leicht zugänglichen tertiären Aminen (vgl. J. Goerdeler
in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, 4. Auflage, Band 11/2, Seite 592
ff.). Quartäre Annoniumverbindungen mit einem oder mehreren langen aliphatischen Resten
oder einem langen aliphatischen und einem aromatischen Rest weisen antimikrobielle
beziehungsweise textilweichmachende und antistatischmachende Eigenschaften auf und
finden breite Anwendung. Man erhält derartige Verbindungen, indem man entweder tertiäre
Amine mit langen alphatischen Resten und/ oder aromatischen Resten alkyliert oder
die Alkylierung mit Alkylierungsmitteln vornimmt, die ihrerseits lange aliphatische
oder aromatische Reste enthalten, wobei natürlich auch sowohl im tertiären Amin als
auch im Alkylierungsmittel lange aliphatische oder aromatische Reste vorhanden sein
können. Ein Nachteil der bekannten'Verfahren zur Herstellung der quartären Ammoniumverbindungen
ist, daß häufig unter Druck gearbeitet werden muß, gelegentlich Lösungsmittel erforderlich
sind und die Ausbeute meist unbefriedigend ist. In der älteren, nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung P 31 16 087.5 (D 6299) wird daher vorgeschlagen, Epoxidverbindungen,
die endständige Epoxydgruppen aufweisen, mit dem Salz eines tertiären Amins in Gegenwart
von quartären Ammoniumverbindungen als Katalysator umzusetzen.
[0002] Es wurde nun gefunden, daß sich quartäre Ammoniumverbindungen in einfacher Weise
herstellen lassen, indem man ein tertiäres Amin mit einem vicinalen Halogenhydrin
umsetzt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichent, daß man ein tertiäres Amin mit
einem Halogenhydrin mit wenigstens 6 Kohlenstoffatomen in der Hitze bei Normaldruck
umsetzt.
[0003] Die Quaternierung von tertiären Aminen mit Halogenhydrinen ist zwar bekannt, beispielsweise
aus der japanischen Patentanmeldung 16 523/65, wo die Umsetzung von Trimethylamin
mit Ethylenchlorhydrin zu Cholinchlorid beschrieben wird. Die aus der Literatur bekannte
Verwendung von Halogenhydrinen zur Quaternierung beschränkt sich aber auf das Ethylenchlorhydrin.
Es war daher nicht vorauszusehen, daß höher molekulare Halogenhydrine mit tertiären
Aminen ähnlich gut reagieren wie das als reaktionsfreudig bekannte Ethylenchlorhydrin,
zumal das Reaktionsgemisch aus höher molekularen Halogenhydrinen und tertiären Aminen
in Gegenwart von Wasser zweiphasig ist.
[0004] Für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignete Halogenhydrine sind 1,2-Halogenhydrine
mit 6 bis 28 Kohlenstoffatomen, d. h. solche Halogenhydrine, die die Hydroxylgruppe
und das Halogenatom an den beiden äußersten Kohlenstoffatomen der Kohlenstoffkette
tragen. Die Umsetzung der Halogenhydrine mit tertiärem Amin erfolgt vorzugsweise im
Molverhältnis 1:1, ein geringfügiger Überschuß der einen oder der anderen Komponente
ist aber ebenfalls möglich und in manchen Fällen zwecknäßig. 1,2-Halogenhydrine sind
leicht zugängliche Verbindungen, man erhält sie beispielsweise, indem man 1,2-Epoxyalkane
mit Halogenwasserstoff umsetzt. Auch bei dieser Umsetzung werden die Reaktionspartner
vorzugsweise im Molverhältnis 1:1 ungesetzt. Man erhält in praktisch vollständiger
Umsetzung die Halogenhydrine in kurzer Reaktionszeit, wenn man die. Halogenwasserstoffe
in handelsüblicher, wäßriger, konzentrierter Form einsetzt, beispielsweise HC1: 37
%ig, HBr: 48 oder 63 %ig, HJ: 57 oder 67 %ig. Die Reaktionstemperatur beträgt zweckmäßigerweise
ca. 30 bis 100 °C. Eine solche Temperatur stellt sich im allgemeinen ohne Wärmezufuhr
von außen durch die Reaktionswärme ein. Das Reaktionsgemisch ist beim Einsatz wäßriger
Halogenwasserstoff-Lösungen zweiphasig; trotzdem läuft die Reaktion innerhalb etwa
einer Stunde praktisch vollständig ab. Setzt man wäßrige Halogenwasserstoff-Lösungen
in geringerer Konzentration ein, dauert die Reaktion im allgemeinen etwas länger.
Statt mit wäßrigen Lösungen kann man die Halogenhydrine aus den Epoxyalkanen auch
mit gasförmigem oder wasserfreiem Halogenwasserstoff herstellen. Das bei der geschilderten
Halogenhydrinbildung erhaltene Reaktionsprodukt ist meist nicht einheitlich; es besteht
aus einem Isomerengemisch aus 1-Halogen-2-hydroxy- und 1-Hydroxy- 2-halogenalkan.
Eine Trennung der Isomeren ist bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
nicht erforderlich. Für die Herstellung von 1,2-Halogenhydrinen geeignete 1,2-Epoxyalkane
werden in bekannter Weise aus den entsprechenden 1,2-Monoolefinen bzw. Olefin-Gernischen
erhalten, die beispielsweise durch Polymerisation von Ethylen mit organischen Aluminiumverbindungen
als Katalysatoren oder durch thermisches Cracken von Paraffinkohlenwasserstoffen erhalten
werden. Beispiele für bevorzugte Epoxyalkane sind die Verbindungen 1,2-Epoxyhexan,
1,2-Epoxyoctan, 1,2-Epoxydecan, 1,2-Epoxydodecan, 1,2-Epoxytetradecan, 1,2-Epoxyhexadecan,
1,2-Epoxycctadecan. Ebenfalls geeignet sind Epoxidgemische, wie zum Beispiel C
12/14-1,2-Epoxid mit zirka 70 Gewichtsprozent C
12- und zirka 30 Gewichtsprozent C
14-Epoxyalkan oder C
16/18-1,2-Epoxid mit zirka 40 Gewichtsprozent C
16- und zirka 60 Gewichtsprozent C
18-Epoxyalkan. Weiterhin geeignet sind Di-Epoxyalkäne mit 8 bis 20 Kohlenstoffatonen
und zwei endständigen Epoxygruppen wie beispielsweise 1,2-7,8-Diepoxyoctan, 1,2-9,10-Diepoxydecan
und ähnliche Verbindungen. Auch Mono- oder Di-Glycidether wie Hexadecylmonoglycidether
und 1,4-Butandioldiglycidether sind bevorzugte Epoxidverbindungen mit endständigen
Epoxidgruppen. Die bevorzugten Epoxidverbindungen entsprechen entweder der allgemeinen
Formel I

[0005] in der R. eine lineare oder verzweigte aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1
bis 21 Kohlenstoffatomen oder eine Gruppe der allgemeinen Formel II

mit n = 4 bis 16 bedeutet, oder sie entsprechen einem Glycidether der allgemeinen
Formel III

in der m einen Wert von 1 bis 10 und R Wasserstoff oder eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe
mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen oder eine Gruppe der allgemeinen Formel IV

bedeutet.
[0006] Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete 1,2-Halogenhydrine
sind 1,2-Halogenhydrine mit 10 bis 20, vorzugsweise 12 bis 16 Kohlenstoffatomen, beispielsweise
1(2)-Chlor-2(1)-hydroxy-dodecan, 1(2)-Bron-2(1)-hydroxy-hexadecan, 1(2)-Chlor-2(1)-hy-
droxy-hexadecan, 1(2)-Jod-2(1)-hydroxy-dodecan, wobei die Bezeichnung 1(2)- beziehungsweise
2(1)- sowohl die reinen Isomeren als auch deren Gemisch bedeuten soll. Tertiäre Anine,
die als Reaktionspartner für die Halogenhydrine geeignet sind, sind insbesondere stärker
basische Amine wie zum Beispiel Trimethylamin, Dimethylbenzylamin, Triethylamin, Tributylanin,
Dimethylhexylamin, Dimethyllaurylamin, Dimethylethanolamin, Dimethylpropanolamin,
N-β-hydroxydecyl-N-β-hydroxyethyl-N-methylanin, N-ß-hydroxyhexadecyl-N-ß-hydroxyethylamin,
Methyldiethanolamin, Dimethylaminopropandiol, tertiäre Diamine wie zum Beispiel Tetramethylendiamin
oder Tetramethylpropylendiamin-1,3, ferner Pyridin, Picolin, Pipecolin, N-Methylpiperidin,
N-Methylpyrrolidin, Chinuclidin.
[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren führt man zweckmäßigerweise bei erhöhter Temperatur,
das heißt bei 40 bis 100 °C, vorzugsweise bei 65 bis 95 °C durch. Ein Zusatz von 0,5
bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Endprodukt, eines quartären Ammoniumsalzes beschleunigt
in vielen Fällen die Umsetzung.
[0008] Das neue Verfahren zeichnet sich gegenüber den Verfahren des Standes der Technik
dadurch aus, daß es ohne Anwendung von Überdruck bei relativ niedrigen Reaktionstemperaturen
und kürzeren Reaktionszeiten durchgeführt wird und Endprodukte in hoher Reinheit mit
großen Ausbeuten liefert.
[0009] Erfindungsgemäß hergestellte Reaktionsprodukte mit nur einem langkettigen aliphatischen
oder einem aromatischen Rest oder zwei Alkyl- oder Alkenyl-Resten mit weniger als
etwa 10 Kohlenstoffatomen und im übrigen kurzkettigen Alkyl-Resten weisen antimikrobielle
Eigenschaften auf. Man erhält diese Verbindungen, indem man entweder Halogenhydrine
mit beispielsweise 10 bis 20 Kohlenstoffatomen mit tertiären Aminen mit ausschließlich
kurzen Alkyl- oder Hydroxylalkyl- oder Aralkyl-Resten umsetzt oder indem man von einem
Halogenhydrin mit etwa 6 bis 10 Kohlenstoffatomen ausgeht, das man mit einem tertiären
Amin mit einem C
10-bis C
20- Alkyl- oder Alkenyl-Rest, der sich von Fettsäuren ableitet, umsetzt. Mit zunehmender
Anzahl und Kettenlänge von langkettigen Resten weisen die Reaktionsprodukte zunehmend
ausgeprägte textilweichmachende und antistatischmachende Eigenschaften auf. Je nach
chemischer Konstitution der Verbindungen sind gleitende Übergänge zu beobachten.
[0010] Verbindungen mit einem C
10- bis C
20
[0011] Textilweichmachende Verbindungen mit einem C
10-bis C
20-Alkyl-, Hydroxyalkyl- oder Alkenyl-Rest und einem C
10- bis C
20-Hydroxyalklyl-Rest und im übrigen kurzen Resten erhält man entsprechend, indem man
ein tertiäres Amin mit einem C
10- bis C
20-Alkyl- oder Hydroxyalkyl- oder
;Alkenyl-Rest mit einem C
10- bis C
20-Halogenhydrin umsetzt.
[0012] Di.e Herstellung von derartigen antimikrobiell wirksamen Verbindungen und von textilpflegenden
Verbindungen ist daher ebenso ein weiterer Gegenstand der Erfindung wie die Verwendung
der Verfahrensprodukte als Textilweichmacher oder -antistatika bzw. als Antimikrobika.
Eine Verwendung als Textilweichmacher erfolgt beispielsweise in flüssigen Mitteln
zur Wäschenachbehandlung, die neben dem erfindungsgemäß hergestellten wirkstoff zusätzlich
wenigstens eine weitere Verbindung aus der Gruppe Trägermittel, Lösungsmittel, Verdünnungsmit-
tel, Emulgator, Farbstoff, Duftstoff, Konservierungsmittel, Viskositätsstellmittel,
Trübungsmittel und eventuell weitere übliche Zusatzstoffe enthalten.
[0013] Mittel zur Wäschenachbehandlung haben beispielsweise folgende Zusammensetzung:
2 - 80 Gew.-% erfindungsgemäß hergestellte Verbindungen mit 2 langen Hydroxyalkyl-,
Alkyl- oder Alkenyl-Resten. 20 - 98 Gew.-% Träger, Lösungsmittel, Verdünnungsmittel
0 - 20 Gew.-% Emulgator 0 - 3 Gew.-% Konservierungsmittel 0 - 5 Gew.-% Duftstoff 0
- 1 Gew.-% Farbstoff Rest Viskositätsstellmittel, Trübungsmittel, gegebenenfalls saure
Verbindungen und sonstige übliche . Zusatzstoffe.
[0014] Auch wenn man die Verfahrensprodukte zu entsprechend zusammengesetzten Waschmitteln,
die wenigstens eine waschaktive Verbindung enthalten, hinzufügt, können sie eine weichmachende
Wirkung entfalten. Derartige Waschmittel basieren vorzugsweise auf Rezepturen mit
nichtionischen Tensiden. Trägt man die Verfahrensprodukte gegebenenfalls zusammen
mit üblichen Hilfs- und Zusatzstoffen auf textile Flächengebilde als Träger auf, können
diese auch als Tumblerhilfsmittel Verwendung finden.
B e i s p i e l e
[0015] Die folgenden Beispiele beschreiben die Herstellung von quartären Ammoniumverbindungen,
ausgehend von 1,2-Epoxyalkanen.
Beispiel 1
[0016] 123,8 g (0,5 Mol) 1,2-Epoxyhexadecan (Epoxidzahl 6, 46) wurden mit 49,3 g (0,5 Mol)
wäßriger, konzentrierter HC1 (37 %ig) vermischt. Hierbei stieg die Temperatur auf
65 °C an. Unter Rühren wurde das Reaktionsgemisch 1 Stunde lang auf 95 °C gehalten.
Dann fügte man 44.6 g (0,5 Mol) Dimethylethanolamin und 732 g Wasser zu und hielt
die Temperatur 8 Stunden lang bei 95 °C. Die Amin- .zahl war auf 2 zurückgegangen.
Die klare homogene Lösung enthielt 95 % der theoretisch möglichen Menge an Quartärsalz.
Beispiel 2
[0017] 94,3 g (0,5 Mol) 1,2-Epoxydodecan (Epoxidzahl 8,48) wurden mit 49,3 g (0,5 Mol) 37
%iger wäßriger HC1 vermischt und 1 Stunde bei 95 °C gehalten. Dann fügte man 67, 6
g (0,5 Mol) Dimethylbenzylamin und 500,8 g Wasser hinzu und erhitzte unter Rühren
8 Stunden auf 95 °C. Das anfangs
zwei- phasige Reaktionsgemisch war homogen geworden, die Aminzahl auf 2,3 abgesunken.
Die Lösung enthielt 92 % der theoretisch möglichen Menge an Quartärsalz.
Beispiel 3
[0018] Zu 123,8 g (0,5 Mol) 1,2-Epoxyhexadecan (Epoxidzahl 6,46) wurden 81,6 g (0,5 Mol)
49,6 %ige HBr unter Rühren gegeben, wobei die Temperatur auf 65 °C anstieg. Nach einer
Stunde bei 95 °C war kein Epoxid mehr nachzuweisen, und es kristallisierte beim Abkühlen
das entsprechende Bromhydrin aus. Man fügte 44,6 g (0,5 Mol) Dimethylethanolamin und
585,4 g Wasser zu und rührte 8 Stunden bei 95 °C. Die Aminzahl ging auf 2,1 zurück.
Das beim Abkühlen zu einem klaren Gel erstarrende Reaktionsprodukt enthielt 96,2 %
der theoretisch möglichen Menge an Quartärsalz.
Beispiel 4
[0019] Bei 95 °C wurde ein Gemisch aus 94,3 g (0,5 Mol) 1,2-Epoxydodecan (Epoxidzahl 8,48)
und 111,2 g (0,5 Mol) 57,5 %iger HJ 4 Stunden gerührt. Dann wurden 44,6 g (0,5 Mol)
Dimethylethanolamin zugegeben und das Reaktionsgemisch 6 Stunden bei 95 °C gerührt.
Die Aminzahl der homogenen klaren Lösung betrug 0,9, der Gehalt an Quartärsalzen lag
bei 92,2 % der theoretisch möglichen Menge.
Beispiel 5
[0020] 94,3 g (0,5 Mol) 1,2-Epoxydodecan (Epoxidzahl 8,48), 111,2 g (0,5 Mol) 57,5 %ige
HJ und 486,9 g Wasser wurden 75 Minuten bei 95 °C gerührt. Hierzu gab man 72,3 g (0,57
Mol) 47 %ige wäßrige Trimethylaminlösung und rührte 4 Stunden bei 95 °C. Die Aminzahl
betrug 0,72, der Umsatz zu Quartärsalz war praktisch vollständig.
Beispiel 6
[0021] Ein Gemisch aus 94,3 g (0,5 Hol) 1,2-Epoxydodecan und 51,64 g (0,5 Mol) 35,3 %iger
HCl wurde innerhalb von einer Stunde unter Rühren zum Chlorhydrin umgesetzt. Man gab
410,8 g Wasser und 35,5 g (0,27 Mol) Tetramethylpropylendiamin-1,3 zu und erhitzte
8 Stunden auf 95°C. Man erhielt eine homogene klare Lösung. Der Umsatz zu Quartärsalz
war praktisch vollständig.
Beispiel 7 -
[0022] 80,6 g (0,5 Mol) 1,2-Epoxydecan (Epoxidzahl 9,93) und 49,27 g (0,5 Mol) 37 %ige HC1
wurden unter Rühren 1 Stunde auf 95 °C erwärmt. Die Epoxidzahl betrug dann Null. Nach
Zusatz von 646,2 g Wasser und 129,5 g (0,5 Mol) Methyl-2-hydroxy-dodecylethanolamin
(Aminzahl 216,7) wurde 25 Stunden unter Rühren auf 95°C erwärmt. Das dann vorliegende
klare gelbliche Gel wies eine Aminzahl von 6,1 auf. Die Quaternierung war nahezu vollstänig.
[0023] Unter ähnlichen Bedingungen erhielt man vergleichbare Ergebnisse, wenn man anstelle
des in diesem Beispiel eingesetzten Methyl-2-hydroxydodecylethanolamin, Dimethyl-kokosalkylamin,
Dimethyltalgalkylamin, Di-ethyltalgalkylamin oder andere tertiäre Amine mit Fettalkylresten
einsetzte.
1) Verfahren zur Herstellung von quartären Ammoniumverbindungen aus.einem tertiären
Amin und einem Halogenhydrin, dadurch gekennzeichnet, daß man ein tertiäres Amin mit
einem vicinalen Halogenhydrin mit wenigstens 6 Kohlenstoffatomen in der Hitze bei
Normaldruck umsetzt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man-1,2-Halogenhydrine mit
6 - 28 Kohlenstoffatomen mit einem tertiären Amin, vorzugsweise im Molverhältnis 1:1
umsetzt.
3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Halogenhydrine,
die man durch Reaktion von 1,2-Epoxiden mit Halogenwasserstoff erhält, mit einem tertiären
Amin umsetzt.
4) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung
mit dem tertiären Amin bei 40 bis 100 °C, vorzugsweise bei 65 bis 95 °C, vornimmt.
5) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein 1,2-Halogenhydrin
mit 10 bis 20, vorzugsweise 12 bis 16 Kohlenstoffatomen, mit einem tertiären Amin
umsetzt.
6) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein tertiäres
Amin mit kurzen Alkyl-, Hydroxyalkyl- oder Arylresten mit einem Halogenhydrin mit
10 bis 20 Kohlenstoffatomen umsetzt.
7) Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein tertiäres
Amin mit einem C10-bis C20-Alkyl- oder Alkenyl-Rest mit einem Halogenhydrin mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen umsetzt.
8) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnete daß man ein tertiäres
Amin mit einem C10- bis C20-Alkyl-, Hydroxyalkyl- oder Alkenyl-Rest mit einem Halogenhydrin mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen.
9) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung
in Gegenwart von 0,5 bis 10 Gew.-% eines quartären Ammoniumsalzes vornimmt.
10) Verwendung der nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 5 sowie 8 und 9 hergestellten
Verbindungen als Wirkstoff zum Weich- und Antistatischnachen von Tex- tilien.
11) Verwendung gemäß Anspruch 10 in Mittel zum Weich-und Antistatischrmachen, die
neben dem Wirkstoff zusätzlichwenigstens eine weitere Verbindung aus der Gruppe Trägermittel,
Lösungsmittel, Verdünnungsnittel, Emulgator, Farbstoff, Duftstoff, Konservierungsmittel,
Viskositätsstellmittel, Trübungsmittel und eventuell weitere übliche Zusatzstoffe
enthalten.
12) Verwendung gemäß den Ansprüchen 10 u. 11 in Mitteln der folgenden Zusammensetzung:
2 - 80 Gew.-% nach den Verfahren der Ansprüche 1 bis 5 sowie 8 und 9 hergestellte
Verbindungen 20 - 98 Gew.-% Träger, Lösungsmittel, Verdünnungsmittel 0-20 Gew.-% Emulgator,
0 - 3 Gew.-% Konservierungsmittel, 0 - 5 Gew.-% Duftstoff, 0 - 1 Gew.-% Farbstoff
Rest Viskositätsstellmittel, Trübungsmittel gegebenenfalls saure Verbindungen und,
sonstige übliche Zusatzstoffe.
13) Verwendung gemäß Anspruch 10 in Waschmitteln, die außer den nach dem Verfahren
der Ansprüche 1 bis 5 sowie 8 und 9 hergestellten Wirkstoffe wenigstens eine waschaktive
Verbindung, vorzugsweise ein nichtionisches Tensid, enthalten.
14) Verwendung der nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 7 und 9 hergestellten Verbindungen
als antimikrobieller Wirkstoff.