用于制备脂肪酰胺基烷基二烷基胺的方法与流程

用于制备脂肪酰胺基烷基二烷基胺的方法
1.本发明涉及一种用于通过酶促合成制备脂肪酰胺基烷基二烷基胺的方法。
2.脂肪酰胺基烷基二烷基胺例如像月桂酰胺基丙基二甲基胺是众所周知的化学化合物，其广泛用于工业中，特别是作为中间体化合物用于制备广泛用于个人护理、家庭护理和农业化学组合物中的甜菜碱和磺基甜菜碱。
3.脂肪酰胺基烷基二烷基胺通常通过纯化学途径制备，如例如在wo98/47860中所描述的，其披露了一种用于通过使羧酸和胺反应来生产羧酸酰胺的方法。该反应在氮气下在高温(约180℃或更高)下进行。
4.持续需要提供在效率、成本和环境影响方面带来改进的用于制备这些有用的化学材料的新方法。
5.本技术的各位发明人现已发现，可以通过使脂肪酸与二烷基氨基烷基胺在作为催化剂的特定酶的存在下反应、以有效率的方式来制备脂肪酰胺基烷基二烷基胺。
6.本发明因此涉及一种用于通过以下来制备至少一种脂肪酰胺基烷基二烷基胺的方法：使至少一种含有从8至24个碳原子的脂肪酸与至少一种具有式(i)的二烷基氨基烷基胺在作为催化剂的南极假丝酵母(candida antarctica)脂肪酶的存在下反应：
[0007][0008]
其中：r1表示含有从2至6个碳原子的二价烷基；r2和r3彼此独立地表示含有从1至4个碳原子的一价烷基，
[0009]
该方法使用大于1且最高达1.5的所述二烷基氨基烷基胺与所述脂肪酸的摩尔比。
[0010]
本发明提供了一种用于合成脂肪酰胺基烷基二烷基胺的酶促途径，其导致了极好的产率，同时需要较低过量的二烷基氨基烷基胺起始材料，并且因此消耗较少量的该产品且产生较少的流出物。
[0011]
当与现有技术的纯化学途径相比较时，该合成还可以在更温和的条件下(特别地在更低的温度下)进行，并且因此允许显著的能量节省(如约45％)。
[0012]
在阅读以下说明书和实例时，本发明的其他主题、特征、方面和优点将更清楚地显现。
[0013]
在本说明书中，除非另有说明，否则：
[0014]-表述“至少一个/种”等同于表述“一个/种或多个/种”并可以用其代替；
[0015]-表述“在
……
之间”等同于表述“范围从”并可以用其代替，并意指包括范围的极限值；
[0016]-术语“呈cx形式的化合物”以本身已知的方式表示在其分子中具有x个碳原子的化合物。
[0017]
起始材料：
[0018]
本发明的方法使用如以下描述的两种起始材料。
[0019]
第一种起始材料是具有8至24个碳原子的脂肪酸。
[0020]
此种化合物相当于通式r-cooh，其中r表示含有从7至23个碳原子的直链或支链的、饱和或不饱和的烃基。
[0021]
其中r基团是直链、饱和或不饱和的脂肪酸是优选的。
[0022]
优选的脂肪酸是含有从10至20个、并且更优选从12至18个碳原子的那些。
[0023]
特别优选的脂肪酸是月桂酸、硬脂酸、油酸、及其混合物，以及包含从8至18个碳原子且优选从12至18个碳原子的脂肪酸的混合物。
[0024]
月桂酸和硬脂酸是特别优选的。
[0025]
第二种起始材料是具有式(i)的二烷基氨基烷基胺：
[0026][0027]
r1表示含有从2至6个碳原子、优选3或4个碳原子、并且最优选3个碳原子的二价烷基，其相当于r1表示丙基。
[0028]
r2和r3可以是相同的或不同的并且表示含有从1至4个碳原子、优选1或2个碳原子的一价烷基。
[0029]
根据优选实施例，r2和r3基团是相同的，并且优选地表示甲基或乙基，最优选地r2和r3均表示甲基。
[0030]
根据最优选实施例，具有式(i)的二烷基氨基烷基胺为二甲基氨基丙基胺，其相当于r1表示丙基并且r2和r3均表示甲基。
[0031]
在本发明中，将这两种起始材料以大于1(也就是说严格大于1)的所述二烷基氨基烷基胺与所述脂肪酸的摩尔比进行组合。
[0032]
该摩尔比优选地范围为从1.05至1.3、并且最优选从1.1至1.2。
[0033]
脂肪酰胺基烷基二烷基胺：
[0034]
本发明提供了一种合成具有通式(ii)的脂肪酰胺基烷基二烷基胺的改进方法：
[0035][0036]
其中r、r1、r2和r3具有以上(包括以上描述的优选实施例)给出的定义。
[0037]
特别优选的具有式(ii)的化合物是月桂酰胺基丙基二甲基胺，其相当于r为呈c
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形式的直链烷基、r1为丙基并且r2和r3均为甲基。根据以下反应方案，该化合物通过使作为起始材料的月桂酸和二甲基氨基丙基胺反应来获得：
[0038][0039]
其他优选的化合物是从硬脂酸、油酸、以及包含从8至18个碳原子并且优选从12至18个碳原子的脂肪酸的混合物获得的酰胺基丙基二甲基胺。
[0040]
酶催化剂：
[0041]
本发明使用特定脂肪酶，即南极假丝酵母脂肪酶作为催化剂。
[0042]
该催化剂优选地是呈含有接枝到聚合物载体上的南极假丝酵母脂肪酶的固体催化剂形式，该聚合物载体优选为阴离子树脂如丙烯酸树脂。
[0043]
此类由接枝到适当的固体载体上的酶制成的催化剂在本领域中是众所周知的，并且是可商购的。
[0044]
在本发明中可以使用的特定的商业催化剂以按重量计21％的量含有接枝到丙烯酸树脂上的南极假丝酵母脂肪酶，并且由诺维信公司(novozymes)以名称novozym 435销售。
[0045]
相对于一种或多种脂肪酸的总重量，该催化剂优选地以范围为按重量计从0.2％至2％、优选按重量计从0.5％至1.5％的量使用，并且最优选以按重量计0.9％至1.1％的量使用。
[0046]
以上量相当于催化剂活性物质的量，即南极假丝酵母脂肪酶的量。这样的量不包括可能的惰性载体。
[0047]
根据优选实施例，南极假丝酵母脂肪酶是在本发明的方法中使用的唯一催化剂。
[0048]
操作条件：
[0049]
在一种或多种脂肪酸与一种或多种二烷基氨基烷基胺之间的反应有利地在从75℃至120℃、优选从85℃至105℃、并且最优选从90℃至100℃的范围内的温度下进行。
[0050]
该反应优选地在真空下在范围为从25.102至200.102pa(25至200毫巴)、优选从50.102至100.102pa(50至100毫巴)的压力下进行。
[0051]
如下文所描述的，该反应优选地在间歇式反应器中进行。首先将一种或多种脂肪酸装载入反应器中，并且添加催化剂。可以将该一种或多种脂肪酸熔化，然后再引入至反应器中，或者可以将它(它们)直接在反应器中熔化，该熔化优选在添加催化剂之前进行。将混合物加热至高达反应温度并置于真空下，然后在连续机械搅拌反应介质的情况下逐步添加一种或多种二烷基氨基烷基胺。
[0052]
反应通常在范围为从8至40小时、优选从15至30小时的几个小时内完成。
[0053]
在这些条件下，脂肪酸成为脂肪酰胺基烷基二烷基胺的摩尔转化比有利地大于99％，如约99.5％或甚至更高-[0054]
在反应结束时，关闭搅拌并且通过倾析或过滤将酶催化剂分离。可替代地，可以通过离心将催化剂分离。
[0055]
根据优选实施例，在第一个反应循环后，将该催化剂再循环至该反应器中，在其中将该催化剂重复用于下一个反应批次。可以有利地将催化剂再循环至少三次并且最高达二
十次、优选最高达十次。
[0056]
然后回收脂肪酰胺基烷基二烷基胺。当反应在真空下进行时，已经从反应器中去除了水和残余的胺，并且无需进一步纯化。
[0057]
以下本发明的实施实例纯粹是作为说明给出的，而不应解释为对其范围进行限制。
[0058]
实例
[0059]
实例1：通过使月桂酸与二甲基氨基丙基胺反应合成月桂酰胺基丙基二甲基胺
[0060]
合成在具有250ml体积的连接有真空泵、冷凝器、机械搅拌器和用于胺进料的蠕动泵的夹套式反应器中进行。
[0061]
反应在95℃、50-100毫巴的真空、机械搅拌下并且用进料分批的胺来进行。首先，将月桂酸引入到反应器中。可以将其在反应器中熔化或者在添加之前熔化。然后，添加酶催化剂。使用的催化剂为商业产品novozym 435，其含有按重量计21％的接枝到丙烯酸树脂上的来源自南极假丝酵母b的南极假丝酵母脂肪酶。
[0062]
使用的酶(活性物质，即不包括载体)的量相当于基于月桂酸的1％w/w。
[0063]
将化学计量量加上10％过量的二甲基氨基丙基胺(dmapa)持续7小时的一段时间连续地添加至反应器中。在进料7小时后，每小时监测酸指数。当其变得恒定时，添加分为1％的部分的过量的胺。
[0064]
对于第一个反应批次，在胺过量11％(摩尔)的情况下实现了99.5％的转化率。总反应时间是约15小时。
[0065]
在反应后，关闭搅拌使酶催化剂到反应器的底部。从顶部将产物去除。测量酸指数和残余的胺以证明实现了所有技术指标。
[0066]
在将产物去除后(循环1结束)，使用反应器中剩余的催化剂进行新的反应循环：添加新装入量(new charge)的月桂酸，并且开始进料二甲基氨基丙基胺。使用相同负载的催化剂实现三个连续的反应循环。
[0067]
下表总结了针对该三个连续循环的反应的条件和结果。
[0068]
[0069][0070]
(*)
含有按重量计21％的南极假丝酵母脂肪酶
[0071]
实例2：通过使硬脂酸与二甲基氨基丙基胺反应合成硬脂酰胺基丙基二甲基胺
[0072]
合成在具有250ml体积的连接有真空泵、冷凝器、机械搅拌器和用于胺进料的蠕动泵的夹套式反应器中进行。
[0073]
反应在95℃、50-100毫巴的真空、机械搅拌下并且用进料分批的胺来进行。首先，将硬脂酸引入到反应器中。可以将其在反应器中熔化或者在添加之前熔化。然后，添加酶催化剂。使用的催化剂为商业产品novozym 435，其含有按重量计21％的接枝到丙烯酸树脂上的来源自南极假丝酵母b的南极假丝酵母脂肪酶。
[0074]
使用的酶(活性物质，即不包括载体)的量相当于基于月桂酸的1％w/w。
[0075]
将化学计量量加上10％过量的二甲基氨基丙基胺(dmapa)持续7小时的一段时间连续地添加至反应器中。在进料7小时后，每小时监测酸指数。当其变得恒定时，添加分为1％的部分的过量的胺。
[0076]
在胺过量18％(摩尔)的情况下实现了99.2％的转化率。总反应时间是约20小时。
[0077]
在反应后，关闭搅拌使酶催化剂到反应器的底部。从顶部将产物去除。测量酸指数和残余的胺以证明实现了所有技术指标。
[0078]
下表总结了针对该合成的反应的条件和结果。
[0079][0080][0081]
(*)
含有按重量计21％的南极假丝酵母脂肪酶
[0082]
以上实例显示，本发明的方法提供了一种用于合成脂肪酰胺基烷基二烷基胺的有效途径。
[0083]
本发明的酶促方法特别是相对于化学合成的益处是二烷基氨基烷基胺原料从
30％减少至10％-13％，并且降低了温度。两个参数对工艺成本均具有显著影响。
[0084]
此外，在化学合成中，在指定酸度含量之后，需要另一个步骤以便去除dmapa的残余物，而这在本发明的方法中是不需要的。