Stand der Technik : Aminoalkansulfonsäuren gehören zur Gruppe der Sulfonamine der allgemeinen Formel I wobei R1 und R2 Alkylgruppen, und n eine ganze Zahl von 1 bis 5 sind.

Die Herstellung einer Gruppe in dieser Verbindungen mit n = 3 erfoigt gemäß dem Stand der Technik mittels 1,3-Propansulton nach der allgemeinen Reaktions- gleichung Das für dieses Verfahren ein gesetzte 1,3-Propansulton reagiert hierbei als hoch reaktives Agens auch mit schwachen Nucleophilen. In der hohen Reaktivität liegt aber auch ein hohes physiologisches Potential begründet. Alkansultone sind daher als potentiell krebserzeugend eingestuft und die Verwen- dung aus diesem Grunde nachteilig. Die Ausbeute dieser Reaktion liegt jedoch allgemein bei 95 bis 98 Prozent, so daß sie bisher die technisch wichtigste Her- stellungsweise darstellt.

Beispiele für technisch verwendete Alkansulfonsäuren sind : 2-Morpholinethansulfonsäure und 4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinpropansulfon- säure. Diese Verbindungen dienen u. a. als biologische Puffersubstanzen in Zell- kulturen.

Die EP 0 752 420 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von 3-Pyridinium- propansulfonbetain (PPS) unter Umgehung von 1,3-Propansulton wobei Pyridin mit 1,3-Dihalogenpropan und Natriumsulfit in Gegenwart von Wasser und einem Alkylhalogenid als Lösungsmittel umgesetzt wird.

Das Verfahren ist jedoch nur für tertiäre Aminkomponenten geeignet, die keinen Wasserstoff am Aminstickstoff tragen. Bei Einsatz von sekundären Aminen erfolgt nämlich eine Deprotonierung des gebildeten tertiären Ammoniumsalzes durch noch nicht umgesetzte sekundäre Amine, da das sekundäre Amin eine stärkere Base darstellt als ein tertiäres Amin und der entstehende quarternäre Stickstoff ein leicht abspaltendes Wasserstoff trägt. Dadurch freigesetztes tertiäres Amin kann nun erneut mit dem Dihalogenpropan reagieren und damit unerwünschte quarternäre Produkte im Sinne der folgenden Reaktionsgleichung bilden.

Dies führt neben der erwünschten Zwischenverbindung V zu dem nicht mehr weiterreagierenden Ammoniumhalogenidsalz IV und dem unerwünschten quartären Salz VI. Dies führt zu erheblichen Ausbeuteminderungen und hohen Anteilen an Nebenprodukten.

Weiter ergibt sich eine hohe Belastung der erhaltenen Lösungen mit Alkalihalo- geniden. Diese ist jedoch bei den geforderten hohen Reinheiten der Endprodukte, beispielsweise als Biopuffer nicht vertretbar, so daß nach den bekannten Her- stellungsverfahren eine Isolierung und Reinigung der festen Aminoalkansulton- säuren erfolgen muß.

Somit steht bisher kein Zugang zu sulfoalkylierten, beispielsweise sulfopropylier- ten sekundären Aminverbindungen unter Ausschluß von Alkansulfonen offen.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, mit dem auch co-Aminoalkansulfonsäuren ohne Alkansultone wirtschaftlich hergestellt werden können und das vorzugsweise auch eine Aufreinigung der erhaltenen Lösungen ohne lsolierung der Festprodukte gestattet.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst und durch die Merkmale der Unteransprüche gefördert.

Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Herstellung von Aminoalkan- sulfonsäuren, vorzugsweise als wässrige Lösung, ohne den Einsatz von Alkan- sultonen. Weiterhin die Reinigung der erhaltenen Lösungen und die zum Erhalt der reinen Substanzen notwendigen Schritte. Weiteres Ziel des neuen Verfahrens ist es, ebenso hohe Ausbeuten wie bei den Alkansulton-Verfahren bei gleicher Produktqualität zu erhalten. Daher müssen mögliche Nebenreaktionen unter- drückt, sowie eine möglichst vollständige Reaktion der eingesetzten Stoffe erreicht werden.

Da es nicht möglich ist, sekundäre Amine direkt mit Dihalogenalkanen und Alkali- sulfit nebenproduktfrei zur Reaktion zu bringen, ist es notwendig, eine neues Verfahren zur Herstellung anzuwenden.

Hierbei wird von sekundären Aminen ausgegangen, welche mit Dihalogenalkanen dergestalt zur Reaktion gebracht werden, daß der Zusatz von Alkalilauge erfolgt.

Dies ist notwendig, um etwaige Nebenreaktionen zu unterbinden. Es wird in was- serhaltigen Medien gearbeitet.

In einem zweiten Schritt wird die Zugabe von Halogenwasserstoffsäure zur Reak- tionslösung notwendig, um einen für die weiteren Schritte des Herstellprozesses günstigen sauren pH-Bereich zu erreichen.

Zur Bildung der Sulfonsäure wird der Reaktionslösung Alkalisulfit in zum Amin äquimolaren Mengen zugesetzt.

Störend für den direkten Einsatz der erhaltenen Produkte, beispielsweise der Puffersubstanz, wirken sich die erhaltenen Mengen an Alkalihalogeniden, sowie die in Spuren entstehenden Nebenprodukte aus. Um das Produkt in der für Bio- puffer-Lösungen geforderten Reinheit zu erhalten, muß nach der Reaktion eine Aufreinigung des wässrigen Reaktionsmediums durchgeführt werden. Es ist hier- bei zu berücksichtigen, daß pro 1 Mol Reaktionsprodukt mindestens 2 Mol Alkali- halogenide entstehen. Aufgrund eines geringen Überschusses an Alkalisulfit im Reaktionsansatz ist der Anteil an Alkalisalzen in der Produktlösung jedoch zu- sätzlich noch um diesen Anteil erhöht. Eine Abreicherung der Alkalihalogenide und Nebenprodukte kann nun beispielsweise mittels lonenaustauschverfahren durchgeführt werden. Dies ist jedoch aufgrund des hohen Gehaltes an gebildeten Alkalihalogeniden nicht wirtschaftlich durchführbar. Das Nanofiltrationsverfahren alleine reicht aus technischen Gründen ebenfalls nicht aus, die geforderte Produktreinheit zu erreichen, da in der Nanofiltration alle negativ zweiwertigen geladenen Teilchen und größeren Moleküle, wie sie als Nebenprodukte entstehen, ebenfalls zurückgehalten werden und so in der Produktlösung verbleiben.

Die in der vorliegenden Erfindung dargestellte Produktreinigung bezieht sich nun auf die Kombination aus Nanofiltration und lonenaustauschverfahren zur wirt- schaftlichen Abtrennung des Produktes von den während der Reaktion ent- stehenden ein-und zweiwertigen Alkalihalogeniden und Nebenprodukten. Die im Rahmen dieser Erfindung eingesetzten Verfahren der Nanofiltration und des lonenaustausches mittels lonenaustauscherharzen sind bekannt.

Die Nanofiltration dient hierbei zur Abreicherung der einwertigen Alkylhalogenide.

Die zweiwertigen Alkalihalogenide und restlichen Nebenprodukte, die einen ge- meinsamen Anteil von ca. 0,5 Gew.-% ausmachen, werden in einem zweiten Schritt mittels lonenaustauschverfahren entfernt. Die Durchführung des er- findungsgemäßen Verfahrens ist nachfolgend in aligemeiner Form beschrieben.

Die Nanofiltration Der osmotische Druck der Reaktionslösung, welcher während der Nanofiltration zur Abreicherung der einwertigen Alkalihalogenide überwunden werden muß, wird durch die Konzentration des Produktes, der Nebenprodukte und der zweiwertigen Alkalisalze bestimmt. Dieser osmotische Druck beträgt in der üblichen Reaktions- lösung ca. 30 Bar. Zur Durchführung der Nanofiltration bei technisch und wirt- schaftlich sinnvollen Betriebsdrücken muß die Reaktionslösung daher in einem Verhältnis von 1 : 2 bis 1 : 3 mit Wasser verdünnt werden, wobei sich der osmo- tische Druck in gleicher Weise auf 15-10 Bar reduziert. Das Nanofiltrations- verfahren wird vorzugsweise in der Verfahrensweise der Diafiltration durchgeführt.

Für eine ausreichende Abreicherung der Alkalihalogenide wird VE-Wasser als Diafiltrationslösung verwendet. Das Diafiltratvolumen entspricht etwa dem 7- 1 Ofachen der Reaktionslösung. Damit ist eine Abreicherung der einwertigen Al- kalihalogenide > 95 % möglich. Eingesetzt wird eine Nanofiltrationsmembran mit einem Cutt-Off von ca. 150-300 g/Mol, vorzugsweise ca. 200 g/Mol und ein Be- triebsdruck von 25-35 Bar, d. h. 15-20 Bar höher als der osmotische Druck ein- gestellt. Im Anschluß an die Diafiltration wird die jetzt teilweise aufgereinigte Re- aktionslösung auf das Ursprungsvolumen aufkonzentriert und durch lonenaus- tauschverfahren weiter aufgereinigt. lonenaustauschverfahren Der Austausch von Anionen und Kationen mittels lonenaustauscherharzen wird seit langem benutzt und ist Stand der Technik. Die hier beschriebene Aufreinigung wird mit einer Kombination aus einem stark sauren Kationenaustausch und einem schwach basischen Anionenaustausch durchgeführt. Eingesetzt wurde beispiels- weise als stark saurer lonenaustauscher ein Typ Pyrolite C 104 und als schwach basischer lonenaustauscher ein Typ Pyrolite A 100. Die Betriebsweise der lonen- austauscher soll in einem Gleich-oder Gegenstromverfahren durchgeführt wer- den, das Gleichstromprinzip wird bevorzugt. Das Verhältnis von Anionen und Kat- ionenaustauscher wird so eingestellt, daß der nachfolgende Anionenaustauscher die gleiche Austauscherkapazität wie der Kationenaustauscher aufweist. Die Ka- pazität der lonenaustauscher reicht aus, um ein durch die Nanofiltration vor- gereinigtes Reaktionsvolumen entsprechend dem 8-10fachen Bettvolumen des Kationenaustauschers abzureichern. Das lonenaustauschverfahren ermöglicht eine Abreicherung der Alkalihalogenide und Nebenprodukte auf weniger als 0,1 %. Zur Elution des im lonenaustauscher verbleibenden Produktes werden die lonenaustauschersäulen mit VE-Wasser gewaschen. Das Waschwasservolumen entspricht etwa dem 2-3fachen Bettvolumen des Kationenaustauschers. Die Re- generation der lonenaustauscher findet entsprechend den technischen Angaben der Hersteller statt.

In der beigefügten Fig. 1 wird das Verfahrensfließbild der erfindungsgemäßen Kombination von Nanofiltration und lonenaustausch zur Produktreinigung wieder- gegeben. In dieser Figur wird das Diafiltrat aus Behälter 1 in den Produktbehälter 2 überführt, von dem es in die Nanofiltration 3 läuft, in welcher durch die diagonale Linie die Nanofiltrationsmembran 3a angedeutet ist. Die die Membran nicht pas- sierenden Anteile werden in die Produktlösung zurückgeführt und dort mit Diafiltrat in die Reinigungskonzentration zurückverdünnt. Die durch die Membran 3a lau- fende gereinigte Lösung geht über einen Zwischentank 4 auf die erste lonen- austauschersäule mit einem stark kationischen Austauscher 5 und deren Ablauf auf eine zweite lonenaustauschersäule mit schwach anionischem Austauscher 6.

Das durch diese lonenaustauscher gereinigte Produkt wird in einem Auffangtank 7 gesammelt und nach Bedarf entnommen.

Verfahrensbeispiel : Herstellung von 3-Morpholinopropansulfonsäureliisung w- (MOPS) * 6298 g (40 Mol) an 1,3-Bromchlorpropan (BCP) wurde vorgelegt und auf 20°C temperiert, 420 g (10 Mol) NaOH in 2000 ml Wasser wurde zugegeben und anschließend 870 g (10 Mol) Morpholin zugegeben.

* Nach 10 min wurde die Suspension auf 45°C aufgeheizt. Bei dieser Tempera- tur wurde 8 Stunden gerührt.

* 100 ml 33 % ige Salzsäure in 1250 g Wasser im leichten Überschuß (ca. 11 Mol) wurde zugegeben. Dabei ist nicht die Menge an Salzsäure zu beachten, sondern der pH-Wert. Erst wenn dieser auf 0 bis 1 abgesunken ist, tritt eine scharfe Trennung zwischen wässriger und organischer Phase auf.

Die organische Phase (Überschuß BCP) wurde abgelassen.

Zur wässrigen Phase wird konzentrierte Natronlauge bis zu einem pH-Wert von 5-6 und anschließend eine gesättigte Natriumsulfitlösung (1260 g (10 Mol) Naos03+1250 g H2O) zugefügt.

Die Mischung wurde auf 75°C aufgeheizt und bei dieser Temperatur 24 Stun- den gerührt.

* Danach wurde. die Lösung abgekühlt und wie folgt aufgereinigt.

Aufreinigung mittels Nanofiltration und lonenaustauscher Eingesetzt wurden 7,8 kg (6,5 Liter) der salzhaltigen Produktlösung aus der Her- stellung der co-MOPS. Die Produktlösung enthielt 1,21 kg co-MOPS, 0,73 kg NaCI, 0,69 kg NaBr und 0,04 kg Na2SO4. Die Abtrennung der einwertigen Salze NaCI und NaBr wurde mittels Nanofiltration durchgeführt. Zur Reduktion des osmoti- schen Druckes der Lösung wurde die Produktlösung mit 6,5 Liter VE-Wasser ver- dünnt. Die Nanofiltration wurde in Form einer Diafiltration mit einem konventio- nellen Wickelmodul durchgeführt. Eingesetzt wurde ein Wickelmodul der Fa. Os- monics mit einem Cutt-Off von 250 Dalton und einer Membranfläche von 1 m2. Die Nanofiltration fand bei einem Transmembrandruck von 35 bar und einer Über- strömung der Membran von 1000 I/m2h statt.

Die Nanofiltration wurde wie folgt durchgeführt : Die salzhaltige Produktlösung wurde im Vorlagebehälter der Nanofiltrationsanlage vorgelegt und mit 6,5 Liter VE-Wasser verdünnt. Das abfließende Permeatvolumen (mittlerer Permeatfluß 50 1/h) wurde kontinuierlich im gleichen Verhältnis im Vorlagebehälter durch VE- Wasser ersetzt (Diafiltration). Die Nanofiltration wurde solange durchgeführt, bis ein Permeatvolumen von 100 Liter aus dem System ausgeschleust war. Das Permeat wurde in einem Tank aufgefangen. Danach wurde eine Aufkonzen- trierung der jetzt weitgehend entsalzten Produktlösung durchgeführt, bis das Ur- sprungsvolumen von 6,5 Liter wieder erreicht war. Nach der Diafiltration des Re- aktionsmediums wurde eine Aufkonzentrierung der 100 Liter Permeat bis auf ein Endvolumen von 7,5 Liter durchgeführt. Die Einstellung waren hier eine Mem- branüberströmung von 1000 I/m2h und ein Transmembrandruck von 30 bar. Das aufkonzentrierte Permeat und die teilentsalzte Produktlösung wurden danach miteinander gemischt (nachfolgend vorgereingte Produktlösung genannt). Die Permeataufkonzentrierung hatte den Zweck, ca. 90% der MOPS aus dem Per- meat wieder zurückzugewinnen und damit den produktbezogenen Gesamtrückhalt in der Nanofiltration von 90% auf über 99% zu steigern.

Nach der Nanofiltration enthielt die Mischung aus teilentsalzter Produktlösung und aufkonzentriertem Permeat 1,20 kg co-MOPS, 0,045 kg NaCI, 0,037 kg NaBr und 0,04 kg Na2SO4. Die Nanofiltration ermöglicht somit eine Reduktion von NaCI um 94% und von NaBr um 95% bei einem Produktverlust kleiner 1%, der Gehalt an Natriumsulfat wird nicht reduziert.

Im Anschluß an die Nanofiltration fand die Abtrennung des Natriumsulfates und der restlichen Salze aus der vorgereingten Produktlösung mittels lonenaustausch- verfahren statt. Ein Liter der vorgereinigten Produktlösung enthielt 0,144 kg co-MOPS, 2,8 g NaCI, 3,5g NaBr und 3g Nazis04. Eingesetzt wurde hier eine Anordnung aus zwei Säulen mit 350 mi des stark kationischen lonentauschers Relite EXC08 und 170 ml des schwach anionischen lonentauschers Relite EXA54. Die Beladungskapazität des lonentauschermaterials reicht aus, um 1 Liter der vorgereinigten Produktlösung vollständig zu entsalzen. Die lonentauscher werden in ihrer entsprechend regenerierten Form (H-Form für stark kationisch und OH-Form für schwach anionisch) eingesetzt. Die vorgereinigte Produktlösung wurde zuerst über den stark kationischen lonentauscher und danach über den schwach anionischen lonentauscher geleitet. Die Durchströmung der vorgereinig- ten Produktlösung durch die lonentauscher erfolgte durch den hydrostatischen Druck. Danach wurden beide lonentauscher mit 1 Liter VE-Wasser gespult. Das Spülwasser und die jetzt vollständig aufgereinigte Produktlösung werden mitein- ander gemischt und dieses Gemisch ergab 2 Liter Produktlösung. Die Produkt- lösung enthielt nach der Aufreinigung mittels lonenaustauschverfahren 0,138 kg co-MOPS und keine nachweisbaren Salze mehr. Dies entsprach einem Produktverlust kleiner 4%. Hiermit war die Aufreinigung beendet.