Un método para preparar un metocarbonato de amonio cuaternario que tiene la fórmula

Proceso in situ para preparar bicarbonatos de amonio cuaternario y carbonatos de amonio cuaternario.

Esta invención se relaciona con un método in situ adecuado para preparar metocarbonatos de amonio cuaternario, bicarbonatos de amonio cuaternario, y carbonatos de amonio cuaternario a partir de aminas terciarias correspondientes.

Se conocen compuestos de amonio cuaternario, tales como carbonato de didecildimetilamonio y cloruro de didecildimetilamonio, por tener actividad antimicrobiana. Ver, por ejemplo, Patentes Estadounidenses Nos. 5,523,487, 5,833,741, y 6,080,789. Se ha encontrado que los compuestos de amonio cuaternario son particularmente útiles como conservantes de madera. Sin embargo, se ha encontrado que los cloruros de amonio cuaternario se lixivian rápidamente en el suelo (Nicholas et al., Forest Prod. J., 41:41 (1991)). Consecuentemente, un acoplador de metal, tal como una sal de cobre, se agrega frecuentemente a los cloruros de amonio cuaternario para evitar lixiviación.

Los carbonatos de amonio cuaternario, por otra parte, tienen mayor resistencia a la lixiviación y no requieren el uso de un acoplador de metal. Como un resultado, existe una creciente demanda en el mercado de conservantes para carbonatos de amonio cuaternario.

La Patente Estadounidense No. 5,438,034 describe un proceso para preparar carbonatos de amonio cuaternario. El proceso incluye hacer reaccionar un cloruro de amonio cuaternario con un hidróxido de metal para formar un hidróxido de amonio cuaternario y luego hacer reaccionar el hidróxido de amonio cuaternario con dióxido de carbono para producir el carbonato de amonio cuaternario. El hidróxido de amonio cuaternario, sin embargo, es muy corrosivo. Adicionalmente, el cloruro de metal producido como un subproducto en la primera reacción se debe filtrar del producto de reacción, una etapa que aumenta el costo y disminuye la eficiencia del proceso. Así, es deseable un método alternativo para producir carbonato de amonio cuaternario.

Werntz, en la Patente de Estadounidense No. 2,635,100, describe un procedimiento para la preparación de carbonatos de amonio cuaternario al hacer reaccionar una amina trialifática con un éster de hidrocarburo dialifático de ácido carbónico, tal como carbonato de dimetilo y carbonato de etileno, preferiblemente en la presencia de un alcohol. Werntz informa que la reacción de aminas terciarias y de carbonato de dimetilo proporciona metocarbonatos de amonio cuaternario. Werntz también informa que cuando el carbonato de etileno se hace reaccionar con trietilamina y metanol, se forma el carbonato cíclico de hidróxido de trietilo-2-hidroxietilamonio. El disolvente, amina no reactiva, y el éster cíclico se remueven mediante destilación. Muchos ésteres hidrocarburos dialifáticos de ácido carbónico, tales como el carbonato de dimetilo, son costosos y, por tanto, aumentan significativamente el costo para la preparación de carbonatos de amonio cuaternario mediante este proceso.

El carbonato de dimetilo está disponible comercialmente, y los métodos de su síntesis se conocen bien en la técnica. Típicamente los carbonatos cíclicos, por ejemplo, carbonato de etileno y propileno, se convierten a carbonato de dimetilo y un glicol en la presencia de metanol un otro alcohol y catalizador. Romano et al., Patente Estadounidense No. 4,062,884, describe un proceso para preparar carbonatos de dialquilo al hacer reaccionar un alcohol con un carbonato cíclico en la presencia de una base orgánica, tal como una amina alifática terciaria. Romano et al. describe la reacción de una mezcla de metanol/carbonato de etileno/trietilamina. La destilación continua del azeotropo de metanol-carbonato de dimetilo durante 3 horas resulta en casi la conversión completa de carbonato de etileno a etilenglicol y carbonato de dimetilo. Romano et al. enseña adicionalmente que la base orgánica que cataliza la reacción se puede recuperar totalmente del recipiente de reacción mediante destilación simple.

Existe una necesidad continua de métodos más eficientes y más baratos para preparar carbonatos de amonio cuaternario. Un método in situ de una etapa para preparar carbonatos de amonio cuaternario satisfaría ventajosamente estas necesidades.

El solicitante ha descubierto un método in situ adecuado para preparar sales de metocarbonato de amonio cuaternario en alto rendimiento a partir de aminas terciarias, metanol, y por lo menos un carbonato cíclico, y su posterior conversión a bicarbonatos de amonio cuaternario, carbonatos de amonio cuaternario o ambos en una reacción de crisol. De acuerdo con una realización de la invención, el método incluye hacer reaccionar una amina y metanol con por lo menos un carbonato cíclico para proporcionar un metocarbonato de amonio cuaternario. Este método no produce o requiere el manejo de hidróxidos de amonio cuaternario corrosivos. Adicionalmente, este método produce ventajosamente glicoles como subproductos. Los glicoles se agregan frecuentemente a soluciones que contienen carbonatos de amonio cuaternario y bicarbonatos de amonio cuaternario para elevar su punto de ignición y como un anticongelante.

La presente invención también proporciona un método de preparar un bicarbonato de amonio cuaternario, carbonato de amonio cuaternario, o mezclas de los mismos al (a) preparar un metocarbonato de amonio cuaternario mediante el método anteriormente mencionado, y (b) convertir el metocarbonato de amonio cuaternario al bicarbonato de amonio cuaternario correspondiente, carbonato de amonio cuaternario, o mezclas de los mismos.

El solicitante ha descubierto un método in situ adecuado para preparar sales de metocarbonato de amonio cuaternario en alto rendimiento a partir de aminas terciarias, metanol, y por lo menos un carbonato cíclico, y su posterior conversión a bicarbonatos de amonio cuaternario, carbonatos de amonio cuaternario, o mezclas de los mismos in a una reacción de crisol.

El término "alquilo" como se utiliza aquí incluye sustituyentes alquilo rectos o ramificados. Un grupo "alquilo" es un hidrocarburo saturado.

Preparación del Metocarbonato de Amonio Cuaternario

El método de la presente invención puede preparar metocarbonatos de amonio cuaternario que tienen la fórmula

donde R¹, R², y R³ son independientemente alquilo C₁-C₃₀. Preferiblemente, R¹, R², y R³ son independientemente alquilo C₁-C₂₀ y más preferiblemente son independientemente alquilo C₁-C₁₆. Más preferiblemente, R¹ es metilo.

También, por lo menos uno de R¹, R², y R³ es preferiblemente un alquilo C₈-C₃₀ o un alquilo C₈-C₂₀. De acuerdo con una realización, R¹ y R² son independientemente alquilo C₁-C₂₀ y más preferiblemente son independientemente alquilo C₁-C₁₆ y R³ es alquilo C₈-C₂₀ y más preferiblemente alquilo C₈-C₁₆.

De acuerdo con una realización preferida, R² es alquilo C₁-C₂₀. De acuerdo con otra realización, R² es metilo. De acuerdo con todavía otra realización, R² es un alquilo C₈-C₁₂ y más preferiblemente un alquilo C₁₀.

De acuerdo con una realización preferida, R³ es un alquilo C₈-C₁₂ y más preferiblemente un alquilo C₁₀.

De acuerdo con otra realización preferida, R¹ es metilo y R² y R³ son independientemente alquilo C₈-C₂₀. Más preferiblemente, R² y R³ son independientemente alquilo C₈-C₁₂. De acuerdo con una realización más preferida, R² y R³ son alquilo C₁₀.

De acuerdo con todavía otra realización preferida, R¹ y R² son metilo y R³ es un alquilo C₈-C₂₀. De acuerdo con una realización, R³ es un alquilo C₁₀-₁₈ y más preferiblemente es un alquilo C₁₂-₁₈. De acuerdo con otra realización, R³ es alquilo C₈-C₁₂ y más preferiblemente es un alquilo C₁₀.

Los...

1. Un método para preparar un metocarbonato de amonio cuaternario que tiene la fórmula

en donde R¹ y R² son independientemente alquilo C₁-C₃₀ y R³ es un alquilo C₈-C₃₀, el método comprende hacer reaccionar

(a) una amina que tiene la fórmula NR¹R²R³;

(b) un carbonato cíclico que tiene la fórmula

en donde R⁴ es hidrógeno o alquilo C₁-C₄ y n es un entero de 1 a 10; y

(c) metanol

para formar el metocarbonato.

2. El método de la reivindicación 1, en donde R¹ y R² son independientemente alquilo C₁-C₂₀ y R³ es un alquilo C₈-C₂₀.

3. El método de la reivindicación 1, en donde R¹ y R² son independientemente alquilo C₁-C₁₆ y R³ es un alquilo C₈-C₁₆.

4. El método de la reivindicación 3, en donde R¹ es metilo.

5. El método de la reivindicación 1, en donde R² es alquilo C₁-C₂₀.

6. El método de la reivindicación 5, en donde R² es metilo.

7. El método de la reivindicación 5, en donde R² es alquilo C₈-C₁₂.

8. El método de la reivindicación 7, en donde R² es alquilo C₁₀.

9. El método de la reivindicación 1, en donde R³ es alquilo C₈-C₂₀.

10. El método de la reivindicación 9, en donde R³ es alquilo C₈-C₁₂.

11. El método de la reivindicación 10, en donde R³ es alquilo C₁₀.

12. El método de la reivindicación 1, en donde R¹ es metilo y R² y R³ son independientemente alquilo C₈-C₁₂.

13. El método de la reivindicación 12, en donde R² y R³ son alquilo C₁₀.

14. El método de la reivindicación 1, en donde R¹ y R² son metilo y R³ es alquilo C₈-C₂₀.

15. El método de la reivindicación 1, en donde la amina se selecciona del grupo que consiste de didecilmetilamina, dodecildimetilamina, dioctilmetilamina, octadecildimetilamina, dioctadecilmetilamina, trioctilamina, y cualquier combinación de cualquiera de las anteriores.

16. El método de la reivindicación 1, en donde R⁴ es hidrógeno o metilo.

17. El método de la reivindicación 16, en donde el carbonato cíclico es carbonato de etileno.

18. El método de la reivindicación 16, en donde el carbonato cíclico es carbonato de propileno.

19. El método de la reivindicación 1, en donde la relación molar de amina al componente (b) varía de 1:1 a 1:10.

20. El método de la reivindicación 19, en donde la relación molar de amina al componente (b) varía de 1:1.1 a 1:1.3.

21. El método de la reivindicación 1, en donde la relación molar de amina a metanol varía de 1:2 a 1:20.

22. El método de la reivindicación 1, en donde la etapa de reacción se desarrolla de 120 a 160ºC.

23. El método de la reivindicación 22, en donde la etapa de reacción se desarrolla de 120 a 150ºC.

24. El método de la reivindicación 23, en donde la etapa de reacción se desarrolla de 120 a 140ºC.

25. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente la etapa de recuperar el carbonato de dimetilo.

26. El método de la reivindicación 1, en donde carbonato de dimetilo está presente como un reactivo adicional.

27. El método de la reivindicación 26, en donde la relación molar de amina a carbonato de dimetilo varía de 2:1 a 1:3.

28. El método de la reivindicación 1, en donde la amina es didecilmetilamina;

el carbonato cíclico se selecciona del grupo que consiste de carbonato de etileno, carbonato de propileno, y mezclas de los mismos; y

se forma metocarbonato de didecildimetilamonio.

29. El método de la reivindicación 28, en donde el carbonato de dimetilo está presente como un reactivo adicional.

30. El método de la reivindicación 28, en donde el carbonato cíclico es carbonato de propileno.

31. El método de la reivindicación 1; que comprende la etapa adicional de convertir el metocarbonato de amonio cuaternario en una mezcla de bicarbonato de amonio cuaternario y carbonato de amonio cuaternario.