N,n-диаллиламиноэтановая кислота и способ получения
Владельцы патента RU 2458045:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова"(КБГУ) (RU)
Изобретение относится к новому способу получения N,N-диаллиламиноэтановой кислоты, используемой для синтеза водорастворимых полиэлектролитов. Способ заключается в том, что реакцию ведут взаимодействием хлористого аллила с охлажденной до 0-5°С реакционной смесью из α-аминоуксусной кислоты и гидроксида натрия в водно-спиртовом растворе в течение 15-30 мин, затем температуру реакции доводят до 60-75°С и выдерживают в течение 3-5 часов, после окончания реакции реакционную смесь постепенно вливают в сухой ацетон порциями, N,N-диаллиламиноэтановая кислота в виде хлопьев собирается на поверхности ацетона, при этом соли выпадают в осадок. 2 ил., 4 пр.
Изобретение относится к ионогенным мономерам и способу их получения, которые могут быть использованы для синтеза водорастворимых полиэлектролитов.
Известны мономерные системы производных диаллиламина и четвертичных аммониевых оснований диаллильной природы, полученные на основе хлористого аллила и производных диаллиламина [1-4], на основе которых были получены полиэлектролиты с невысокими значениями молекулярных масс.
В качестве наиболее близкого аналога принят патент США №3457302, из которого известен N,N-диаллилглицин (C8H13NO2) и его способ получения, синтезированный взаимодействием хлоруксусной кислоты с диаллиламином.
Недостатками метода получения являются необходимость проведения реакции в атмосфере азота при 100°С в течение 16 часов, затем после добавления раствора щелочи фильтрат необходимо упаривать в вакууме.
Задачей изобретения является расширение ассортимента мономеров диаллильной природы, в молекулах которых содержатся как отрицательно заряженные, так и положительно заряженные функциональные группы, которые способны вступать в реакции радикальной полимеризации для получения новых полиэлектролитов с регулируемым кислотно-основным и гидрофильно-гидрофобным балансом, используемых в качестве флокулянтов, коагулянтов, структураторов почв, пролонгаторов лекарственных средств, и упрощение способа.
Поставленная задача решается получением нового мономера формулы
имеющего элементный состав (табл.1)
| Таблица 1 | |||||||
| Элементный состав N,N-диаллиламиноэтановой кислоты (ДАУ) | |||||||
| мономер | формула | Элементный анализ | |||||
| Теоретический состав, % | Практический состав, % | ||||||
| С, % | Н, % | N, % | С, % | Н, % | N, % | ||
| ДАУ | C8H13NO2 | 61.91 | 8.44 | 9.03 | 60.94 | 8.34 | 9.08 |
Структура синтезированного мономера - N,N-диаллиламиноэтановой кислоты подтверждена 13С-ЯМР спектроскопией (фиг.1, табл.2).
| Таблица 2 | |||||||
| Данные 13С-ЯМР спектроскопии в D2O | |||||||
| Образец | 6С или 6'C | 3C | 4C или 4'C | 1C | 2C | 5C или 5'C | 7C или 7'C |
| ДАУ | - | 58.76 | 58.27 | 122.12 | 135.76 | 180.47 | - |
Аналитическим сигналом, служащим подтверждением реакции получения N,N-диаллиламиноэтановой кислоты, является присутствие на ИК-спектре интенсивности полосы поглощения, характерное для C=C-группы в области 1580-1660 см-1, и присутствие интенсивности полосы поглощения в области 3485-3500 см-1, характерное для деформационных колебаний N+HR3-группы (фиг.2).
Сущность способа заключается в том, что в водно-спиртовом растворе α-аминоуксусную кислоту превращают в натриевую соль воздействием раствора щелочи, затем при температуре 0-5°С прикалывают хлористый аллил в течение 15-30 мин, температуру синтеза доводят до 60-75°С и синтез проводят при данной температуре в течение 3-5 часов, что приводит к получению N,N-диаллиламиноэтановой кислоты (ДАУ). После окончания реакции реакционную смесь постепенно вливают в сухой ацетон порциями. N,N-диаллиламиноэтановая кислота в виде хлопьев собирается на поверхности ацетона, при этом соли выпадают в осадок. Хлопья отсасывают на воронке Бюхнера, тщательно промывают сухим ацетоном, затем в эксикаторе сушат над оксидом фосфора (V) до постоянного веса.
Пример 1. В четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, капельной воронкой и обратным холодильником с насадкой для использования сухого льда в ацетоне, вносят 7.5 г (1 моль) α-аминоуксусной кислоты, растворяют в 45 мл воды и добавляют 45 мл изопропилового спирта, затем прикалывают 8 мл 50%-ного раствора гидроксида натрия. Реакционную смесь охлаждают до 0°С, для отвода избыточного тепла используют водяную баню со льдом. Затем прикапывают медленно 16.32 мл (2 моль) хлористого аллила в течение 15 мин. После добавления 16 мл 50%-ного раствора гидроксида натрия реакционную массу медленно подогревают до 60°С, выдерживают в течение 3 часов. После окончания реакции реакционную смесь постепенно вливают в сухой ацетон порциями. N,N-диаллиламиноэтановую кислоту в виде хлопьев собирают на поверхности ацетона, при этом соли выпадают в осадок. Хлопья отсасывают на воронке Бюхнера, тщательно промывают сухим ацетоном, затем в эксикаторе сушат над оксидом фосфора (V) до постоянного веса. N,N-диаллиламиноэтановая кислота - мономер светло-желтого цвета. Мономер плавится с разложением при 282±2°С. (Тпл α-аминоуксусной кислоты 262°С с разложением). Выход мономера 65%.
Пример 2. В четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, капельной воронкой и обратным холодильником с насадкой для использования сухого льда в ацетоне, вносят 7.5 г (1 моль) α-аминоуксусной кислоты, растворяют в 45 мл воды и добавляют 45 мл изопропилового спирта, затем прикалывают 8 мл 50%-ного раствора гидроксида натрия. Реакционную смесь охлаждают до 5°С, для отвода избыточного тепла используют водяную баню со льдом. Затем прикалывают медленно 16.32 мл (2 моль) хлористого аллила в течение 15 мин. После добавления 16 мл 50%-ного раствора гидроксида натрия реакционную массу медленно подогревают до 60°С, выдерживают в течение 3 часов. После окончания реакции реакционную смесь постепенно вливают в сухой ацетон порциями. N,N-диаллиламиноэтановую кислоту в виде хлопьев собирают на поверхности ацетона, при этом соли выпадают в осадок. Хлопья отсасывают на воронке Бюхнера, тщательно промывают сухим ацетоном, затем в эксикаторе сушат над оксидом фосфора (V) до постоянного веса. N,N-диаллиламиноэтановая кислота - мономер светло-желтого цвета. Мономер плавится с разложением при 282±2°С. (Тпл α-аминоуксусной кислоты 262°С с разложением). Выход мономера 55%.
Пример 3. В четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, капельной воронкой и обратным холодильником с насадкой для использования сухого льда в ацетоне, вносят 7.5 г (1 моль) α-аминоуксусной кислоты, растворяют в 45 мл воды и добавляют 45 мл изопропилового спирта, затем прикалывают 8 мл 50%-ного раствора гидроксида натрия. Реакционную смесь охлаждают до 5°С, для отвода избыточного тепла используют водяную баню со льдом. Затем прикалывают медленно 16.32 мл (2 моль) хлористого аллила в течение 30 мин. После добавления 16 мл 50%-ного раствора гидроксида натрия реакционную массу медленно подогревают до 75°С, выдерживают в течение 5 часов. После окончания реакции реакционную смесь постепенно вливают в сухой ацетон. N,N-диаллиламиноэтановую кислоту в виде хлопьев собирают на поверхности ацетона, при этом соли выпадают в осадок. Хлопья отсасывают на воронке Бюхнера, тщательно промывают сухим ацетоном, затем в эксикаторе сушат над оксидом фосфора (V) до постоянного веса. N,N-диаллиламиноэтановая кислота - мономер светло-желтого цвета. Мономер плавится с разложением при 282±2°С. (Тпл α-аминоуксусной кислоты 262°С с разложением). Выход мономера 65%.
Пример 4. В четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, капельной воронкой и обратным холодильником с насадкой для использования сухого льда в ацетоне, вносят 7.5 г (1 моль) α-аминоуксусной кислоты, растворяют в 45 мл воды и добавляют 45 мл изопропилового спирта, затем прикалывают 8 мл 50%-ного раствора гидроксида натрия. Реакционную смесь охлаждают до 0°С, для отвода избыточного тепла используют водяную баню со льдом. Затем прикалывают медленно 16.32 мл (2 моль) хлористого аллила в течение 30 мин. После добавления 16 мл 50%-ного раствора гидроксида натрия реакционную массу медленно подогревают до 75°С и выдерживают в течение 5 часов. После окончания реакции реакционную смесь постепенно вливают в сухой ацетон порциями. N,N-диаллиламиноэтановую кислоту в виде хлопьев собирают на поверхности ацетона, при этом соли выпадают в осадок. Хлопья отсасывают на воронке Бюхнера, тщательно промывают сухим ацетоном, затем в эксикаторе сушат над оксидом фосфора (V) до постоянного веса. N,N-диаллиламиноэтановая кислота - мономер светло-желтого цвета. Мономер плавится с разложением при 282±2°С. (Тпл α-аминоуксусной кислоты 262°С с разложением). Выход мономера 75%.
Технический результат изобретения заключается в расширении ассортимента мономеров диаллильной природы. Предлагаемый мономер обладает высокой активностью в реакциях радикальной полимеризации, в молекулах которых содержатся как отрицательно заряженные, так и положительно заряженные функциональные группы, для получения новых полиэлектролитов с регулируемым кислотно-основным и гидрофильно-гидрофобным балансом, используемых в качестве флокулянтов, коагулянтов, структураторов почв, пролонгаторов лекарственных средств и упрощения способа достигается за счет снижения температуры реакции и уменьшения времени синтеза.
Литература
1. Мацоян С.Г., Погосян Г.М., Джагамян А.О., Мушегян А.А. Исследование в области циклической полимеризации и сополимеризации. 13. Изучение циклической полимеризации N-замещенных диаллиламинов. // Высокомолекул. соединения. 1963. Т.5. №6. С.854-860.
2. Hoover M.F. Cationic Quarternery Polyelectrolytes-A Literature Review. // J. Macromol. Sci.-Chem., 1970. A4 (6). P 1293-1300.
3. Lancaster L.E., Bassei L., Panzer H.P. The Structure of Poly (Diallyl dimethylammonium) Chloride by 13C-NMR spectroscopy. // J. Polym. Sci. 1976. V.14. P.549-554.
4. Johns S.R., Willing R.L., Middleton S., Ong A.K. Cyclopolymerization. VII. The 13C-NMR Spectra of Cyclopolymers obtained from N,N-Diallylamines. // J. Macromol. Sci. - Chem., A, 1976. V.10. №5. P.875-891.
5. Патент США №3457302 «Способ получения третичных аминокислот», РЖХ, 13Н355 П., 1970.
Способ получения N,N-диаллиламиноэтановой кислоты, заключающийся в том, что реакцию ведут взаимодействием хлористого аллила с охлажденной до 0-5°С реакционной смесью из α-аминоуксусной кислоты и гидроксида натрия в водно-спиртовом растворе в течение 15-30 мин, затем температуру реакции доводят до 60-75°С и выдерживают в течение 3-5 ч, после окончания реакции реакционную смесь постепенно вливают в сухой ацетон порциями, N,N-диаллиламиноэтановая кислота в виде хлопьев собирается на поверхности ацетона, при этом соли выпадают в осадок.
