Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von symmetrisch zusammengesetzten Difettsäurediamiden und/oder der entsprechenden reinen Fettsäuren aus Fettsäureestern.

Difettsäurediamide sind technisch vielseitig verwendbare Ver¬ bindungen, die unter anderem als Hilfsstoffe in der Kunststoff- Verarbeitung, als Schmierstoffadditive oder als Flußmittel für Lote eingesetzt werden. Solche Difettsäurediamide werden im we¬ sentlichen aus aktivierten Fettsäuregemischen marktgängiger Öle durch Umsatz mit Diamiden hergestellt. Die aus derartigen Um¬ setzungen erhaltenen Diamide stellen chemisch gesehen keine ein¬ heitlichen Verbindungen dar. Vielmehr handelt es sich hierbei um Gemische von Difettsäurediamiden, wie sie entsprechend den ver¬ schiedenen Kombinationsmöglichkeiten in Abhängigkeit von der Fettsäureverteilung in den eingesetzten Rohstoffen entstehen. Ausgehend von natürlichen Fetten und Ölen, die drei verschiedene Fettsäuren enthalten, entstehen demzufolge nach den Regeln der Kombinatorik Gemische aus sechs verschiedenen Difettsäurediami¬ den, die teils symmetrisch, d.h. bestehend aus zwei gleicharti¬ gen Fettsäureresten, teils asymmetrisch aufgebaut sind. Derartig heterogen zusammengesetzte Difettsäurediamidgemische können daher nur in solchen Fällen eingesetzt werden, bei denen diese Heterogenität nicht stört oder von Vorteil ist. Dagegen wäre es beispielsweise vorteilhaft, wenn als Gleitvermittler für Kunst¬ stoffe, wie sie u.a. bei der Ummantelung von Kabeln verwendet werden, die reinen Diölsäurediamide eingesetzt werden könnten.

Die Trennung von Fettsäuregemischen ist allgemein mit erhebli¬ chem Aufwand verbunden. Die Gründe hierfür liegen u.a. in der struk-turellen Ähnlichkeit der zu trennenden Fettsäuremoleküle oder in der Reaktivität der häufig vorhandenen Doppelbindungen. Die Trennung gestaltet sich um so schwieriger, je reiner das erhaltene Produkt sein soll. Besondere Probleme treten bei der Auftrennung von Fettsäuren gleicher Kettenlänge auf, die sich nur in der Anzahl der Doppelbindungen voneinander unterscheiden. Einen solchen Fall stellen z. B. die technisch sehr interessan¬ ten C _1B -Carbonsäuren Stearinsäure, Ölsäure, Linolsäure und Lino-

lensäure dar. So ist die Reindarstellung der Ölsäure aus Natur¬ fetten sehr mühsam, da die restlose Abtrennung von anderen gesättigten und ungesättigten Fettsäuren nur schwer zu erreichen ist. Entsprechend ist das klassische Verfahren zur Darstellung reiner Ölsäure durch Tieftemperatur-Kristallisation von Olive¬ nölfettsäuren oder deren Methylestern aufwendig und verlust¬ reich. Gerade am Beispiel der Ölsäure läßt sich jedoch zeigen, daß ein höherer Gehalt dieses Bestandteils, z.B. in kosmetischen Erzeugnissen wie Sonnenmilch, die Qualität dieser Produkte erheblich verbessern könnte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe es möglich ist, die symmetrisch zusammengesetzten Difettsäurediamide in so reiner Form zu erhalten, so daß sie sowohl als Grundstoff für höherwer- tige Produkte, beispielsweise zur Herstellung von Kunststoffen, wie sie in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung [396- 16(3)9/89/RI/UMA] beschrieben werden, als auch als Ausgangsεtoff für die Reindarstellung von auf andere Weise nur schwer erhält¬ lichen Fettsäuren geeignet sind.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach An¬ spruch 1 gelöst.

Überraschend wurde gefunden, daß sich Löslichkeiten und Kristal¬ lisierungsgeschwindigkeiten von Diamiden gesättigter, ungesät¬ tigter und hydroxylierter Fettsäuren in organischen Lösungsmit¬ teln viel stärker voneinander unterscheiden, als dies bei den entsprechenden freien Säuren der Fall ist. Die Löslichkeit hängt hierbei in entscheidendem Maße von den funktioneilen Gruppen innerhalb der Fettsäuremoleküle ab und folgt einigen grundlegen¬ den Regeln.

Es wurde gefunden, daß eine OH-Gruppe innerhalb eines Fettsäure- moleküls generell eine sehr schlechte Löslichkeit des entspre¬ chenden Diamids im Vergleich mit Diamiden gesättigter und unge¬ sättigter Fettsäuren bewirkt. Beispielsweise sind die Difettsäu-

rediamide, die 12-Hydroxystearinsäure enthalten, wie sie in hydriertem Ricinusöl vorkommt, selbst in siedendem Methanol praktisch nicht mehr löslich. Die Zahl der Hydroxygruppen beein¬ flußt die Löslichkeiten außerdem so stark, daß sich Dihydroxy- verbindungen wie Bis-12-hydroxystearinsäurediamide beguem von denjenigen Dia idderivaten abtrennen lassen, die nur einen hydroxylgruppenhaltigen Fettsäurerest besitzen. Eine zusätzliche Doppelbindung, wie sie in der Ricinolsäure vorkommt, verbessert die Löslichkeit deutlich. Weiter wurde beobachtet, daß in Abhän¬ gigkeit von der Anzahl der Doppelbindungen im Fettsäuremolekül die Löslichkeit der entsprechenden Diamide im Vergleich zu den Diamiden der entsprechenden gesättigten Fettsäuren ansteigt. Dies ermöglicht eine problemlose Trennung der ungesättigten Fettsäuren sowohl von gesättigten wie von hydroxylgruppentragen¬ den Fettsäuren. Hierbei sind die Unterschiede so bedeutsam, daß sich, obwohl die Löslichkeit der Fettsäuren i.a. mit abnehmender Kettenlänge zunimmt, sogar relativ kurzkettige gesät-tigte Fettsäuren wie die Laurinsäure, die stark angereichert in Palm¬ kern- und Cocosfett vorkommt, in Form ihrer Diamide noch gut von C _1B -ungesättigten Fettsäuren abtrennen lassen. Ferner wurde gefunden, daß symmetrisch aufgebaute Difettsäurediamide verbun¬ den mit einer höheren Kristallisationsgeschwindigkeit eine schlechtere Löslichkeit aufweisen als asymmetrisch aufgebaute Difettsäurediamide, sofern es sich bei den jeweiligen Bestand¬ teilen der Diamide um Fettsäuren mit vergleichbaren Löslich- keitseigenschaften handelt. Die Löslichkeit von Diamiden, die sich aus gesättigten und ungesättigten Fettsäuren zusammenset¬ zen, liegt zwischen derjenigen von Diamiden, die nur aus gesät¬ tigten bzw. nur aus ungesättigten Fettsäuren aufgebaut sind.

Eine weitere überraschende Erkenntnis war, daß sich aus Ölen und Fetten, die eine starke Dominanz einer Fettsäure im Fettsäure- muster aufweisen, überproportional hohe Mengen einheitlich zu¬ sammengesetzter Difettsäurediamide bilden. Hierbei spielt die Art der Fettsäure keine Rolle. Geht man beispielsweise von Fettsäure-komponenten aus, in denen die Ölsäure zu 50% vertreten ist, so beträgt der Anteil des Diölεäurediamids unter den gebil-

deten Difettsäurediamiden maximal 25%. Bei einem Olsäuregehalt von ungefähr 70%, dem für marktgängige Produkte üblichen Anrei¬ cherungs-grad, bildet sich das Diölsäurediamid maximal zu 49%. Ein Difett-säurediamidgemisch enthält etwa 80% einheitlich zusammengesetztes Diölsäurediamid, wenn von Triglyceriden ausge¬ gangen wird, in denen Ölsäure im Fettsäuremuster zu 90% vertre¬ ten ist.

Diese Erkenntnisse lassen sich nun nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einerseits besonders vorteilhaft zur Herstellung symmetrischer Difettsäurediamide aus Fettsäuregemischen nutzen, in denen eine Fettsäure eine starke Dominanz aufweist, und ermöglichen andererseits auf diesem Wege auch gleichzeitig die Aufkonzentrierung und die Reindarstellung seltener außergewöhn¬ licher Fettsäuren. Von besonderem Vorteil ist es, daß die Umset¬ zung von Gemischen von Fettsäureestern oder Fettsäuren mit Diaminen, wie in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung [396-16(l)9/89/RI/BES] beschrieben, nicht nur mit vorgereinigten Fettsäureprodukten, sondern auch mit rohen Fetten und Ölen möglich ist, so daß auch Öle aus neuartigen Züchtungen wie Sonnenblumen mit hohem Olsäuregehalt, insbesondere der Art "High Oleic", oder wie der Euphorbia lathyris, in der die Ölsäure mit einem Gehalt von etwa 85 % im Fettsäuremuster vorliegt, einer Weiterverarbeitung zugänglich sind. Im letzteren Fall enthält das sich bildende Difettsäurediamidgemisch ungefähr 70% Diölsäu¬ rediamid.

Für das erfindungsgemäße Verfahren können grundsätzlich beliebi¬ ge Mischungen gesättigter, ungesättigter und hydroxylierter Fettsäuren und Fettsäureester eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft werden Fette und Öle pflanzlichen oder tierischen Ursprungs als Ausgangsmaterialien eingesetzt, wobei das Verfah¬ ren insbesondere zur Umsetzung roher Fette und Öle geeignet ist, wie sie nach den üblichen Methoden, z.B. durch Kalt- oder Hei߬ pressen mit Schnecken- oder Spindelpressen oder durch Pressex¬ traktion gewonnen werden. Die in solchen rohen Ausgangsmateria- lien unter Umständen vorhandenen festen Inhaltsstoffe, z.B. Holz

oder Pflanzenreste, werden vor der Umsetzung zweckmäßig abge¬ trennt. Bevorzugt werden solche Fette und Öle eingesetzt, die einen besonders hohen Gehalt an funktionellen oder an außerge¬ wöhnlichen Fettsäuren aufweisen. Der Anteil an den gewöhnlichen funktioneilen Fettsäuren sollte zweckmäßig wenigstens 50 %, der Anteil an außergewöhnlichen Fettsäuren wenigstens 10 % betragen, jeweils bezogen auf die Gesamtzahl der Fettsäuremoleküle. Beson¬ ders bevorzugt werden das Öl der Euphorbia lathyris, linol- und ölsäurereiches Sonnenblumenöl, insbesondere der Art "High Oleic", Ricinusöl oder hydriertes Ricinusöl, Leinöl und Rapsöle, insbesondere erucasäurereiches Rapsöl, das Öl der Purgiernuß, Olivenöl oder Seetieröle wie Fisch- oder Waltranöl verwendet. Die Menge eingesetzten Ausgangsmaterials ist beliebig, so daß das Verfahren grundsätzlich sowohl im Labormaßstab als auch im industriellen Maßstab durchführbar ist.

Die jeweiligen Ausgangsmaterialien können direkt mit den Diami¬ nen umgesetzt werden. Als Diamine können z.B. primäre und sekun¬ däre aliphatische, cycloaliphatische, aliphatisch-aromatische oder aromatische Diamine, vorzugsweise mit 2 bis 44 Kohlenstof¬ fatomen, eingesetzt werden. Hierunter fallen beispielsweise auch dimere Fettsäuren aus natürlichen Fetten und Ölen. Zwischen den beiden Aminofunktionen der Diamine können sich in der Kohlenwas- serstoffkette oder am cycloaliphatischen oder aromatischen Rest außerdem zusätzliche strukturelle Elemente bzw. weitere funktio- nelle Gruppen, z.B. Ethergruppen, Aminogruppen, Diamidgruppie- rungen, Ketogruppen oder Sulfongruppen befinden. Bevorzugte Diamine sind 1,2-Diaminoethan, 1,3-Diaminopropan, 1,6-Diaminoh- exan, 1,8-Diaminooctan, Piperazin, 4,7,10-Trioxatridecan-l,13- diamin, 3,3'-Diaminodiphenylsulfon, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diamino- dicyclohexylmethan und handelsübliche Etherdiamine der Formel

CH ₃

H-N-CHCH ₂ (OCH ₂ CH) _n NH ₂ CH,

wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 2000 ist. Besonders bevorzugte Verbindungen sind 1,2-Diaminoethan und 1,6-Diaminohexan.

Die Diamine werden, bezogen auf die Anzahl der Aminofunktionen und der Fettsäurereste, bevorzugt in stöchiometrischen Mengen eingesetzt, das Mischungsverhältnis ist jedoch nicht überaus kritisch, da sich auch bei einem zweifachen Überschuß an Amino¬ funktionen überraschenderweise die Diamide noch bevorzugt vor den Monoamiden bilden.

Gegebenenfalls kann die Umsetzung auch in einem geeigneten Lösungsmittel erfolgen, um eine homogene Reaktionsführung zu gewährleisten. In der Regel werden unpolare Lösungsmittel, insbesondere Toluol, Xylol oder Petrolether verwendet werden.

Die Umsetzung kann in einem Temperaturbereich zwischen 20 und 300"C erfolgen, bevorzugt wird jedoch ein Bereich zwischen 50 und 200°C, da in diesem Temperaturbereich die Reaktionszeiten mit 1 bis 6 Stunden für die praktische Durchführung des Verfah¬ rens noch nicht zu lang sind.

Die Reaktion wird vorsorglich in geschlossenen Systemen, z.B. in einem Autoklaven, durchgeführt. Die Reaktion kann ohne besonde¬ ren Aufwand erfolgen, wird jedoch bevorzugt unter Inertgasatmo¬ sphäre, z.B. von Argon oder Stickstoff durchgeführt, da hier¬ durch mehr Sicherheit gegen unerwünschte Nebenreaktionen wie die Oxidation der Ausgangsmaterialien erreichbar ist.

Falls erforderlich, können dem Reaktionsgemisch auch Katalysa¬ toren, z.B. Ammoniumchlorid oder p-Toluolsulfonsäure zugefügt werden. Auch biologische Katalysatoren wie Esterasen können bei den für diese Enzyme geeigneten Temperaturen eingesetzt werden. Ebenso können weitere übliche Hilfs- und Zusatzstoffe wie Poly- merisationshemmer und Antioxidantien, z.B. Aεcorbinsäure oder Glukose zugesetzt werden.

Nach Beendigung der Reaktion werden die Reaktionsprodukte durch einfache oder fraktionierte Kristallisation abgetrennt und, falls erforderlich, anschließend aus geeigneten Lösungsmitteln umkristallisiert. Als Lösungsmittel eignen sich sowohl polare wie unpolare Verbindungen. Bevorzugt wird aus Methanol oder Ethanol umkristallisiert. Unter Umständen genügt auch bereits ein einfacher Waschvorgang, beispielsweise mit Toluol oder Methanol, um reine Reaktionsprodukte zu erhalten. Eine besonders bevorzugte Reinigungsmethode stellt die Lösungsmittelheißdampf- Extraktion dar, bei der die Disäurediamide ebenfalls in kristal¬ liner Form erhalten werden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Difett- säure-diamide werden mit einem so hohen Reinheitsgrad erhalten, daß sie problemlos weiterverarbeitet werden können. So lassen sich die Difettsäurediamide entweder direkt als Zusatzstoffe, z.B. als Schmierstoffadditive einsetzen oder aber in weitere interessante Folgeprodukte umwandeln. So können Difettsäuredi¬ amide, deren Fettsäusrereste funktioneile Gruppen wie Kohlen¬ stoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen oder OH-Gruppen tragen, bei¬ spielsweise die aus dem rohen Öl der Euphorbia-lathyris-Samen oder aus rohem Ricinusöl in hochkonzentrierter Form erhältlichen Diölsäurediamide bzw. Diricinolsäurediamide, wie in der gleich¬ zeitig eingereichten Anmeldung [396-16(3)/9/89/RI/BES] beschrie¬ ben, mit geeigneten bifunktionellen Verbindungen, z.B. mit Diisocyanaten, umgesetzt werden und stellen somit neuartige Grundstoffe zur Erzeugung von Präpolymeren, Kunststoffen und Kunststoffadditiven, z.B. für Klebstoffe, Dichtungsmassen, KunststoffSchaumstoffe, Schmierstoffe sowie eine Vielzahl weite¬ rer technischer Hilfsstoffe dar. Aus den Difettsäurediamiden lassen sich schließlich nach den üblichen Verfahren der Versei¬ fung auch die freien Fettsäuren herstellen, die ihrerseits wiederum derivati-siert werden können, oder aber, falls es sich um Fettsäuren mit weiteren funktioneilen Gruppen handelt, selbst als Grund- oder Zusatzstoffe für Kunststoffe dienen können.

Erfindungsgemäß ist aber durch Ausnutzen der Löslichkeitsunter- schiede der Diamide nicht nur eine Anreicherung der Hauptfett¬ säurekomponenten der Ausgangsverbindungen möglich, vielmehr werden bei diesem Verfahren auch automatisch die in geringeren Mengen auftretenden Fettsäuren aufkonzentriert. Durch Verseifen der angereicherten Difettsäuredia id-Gemische und einer sich bedarfsweise anschließenden Trennung, z.B. durch Destillation, lassen sich somit Fettsäuremischungen gewinnen, die gegenüber den Ausgangsverbindungen ein deutlich verändertes Fettsäuremu¬ ster aufweisen. Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Gesetzmäßigkeiten für die Löslichkeiten der Difettsäurediamide ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren also möglich, das Fettsäuremuster einer gegebenen Ausgangs ischung vorhersagbar zu verschieben oder aber auch Säuren, die nur in kleinen Mengen vorhanden sind, einzeln zu isolieren.

Die technische Verwertbarkeit von Ölen und Fetten wird durch die leichte Isolierbarkeit symmetrisch zusammengesetzter Diamide, wie sie durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht wird, be-trächtlich erweitert. Das Verfahren ist besonders geeignet und wirtschaftlich zur Abtrennung von Fettsäuren aus Gemischen, in denen eine Fettsäure starke Dominanz aufweist und zur Auf¬ trennung von Gemischen der industriell besonders interessanten C ₁₈ -Fett-säuren. Auch für die kurzkettigen Fettsäuren, insbeson¬ dere für Laurinsäure, besteht jedoch ein erheblicher industriel¬ ler Bedarf, dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Rechnung getragen werden kann.

Die Erfindung ermöglicht also nicht nur die einfache und reine Darstellung bisher nur schwer zugänglicher Fettsäuren und ihrer Derivate, sondern sie erlaubt auch gleichzeitig die Bildung einer Vielzahl neuer Grundstoffe, deren technische Verwendung in der chemischen Industrie, aufgrund ihrer schweren Zugänglichkeit bis-her nicht in Frage kam.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

100 g Euphorbiaöl (Fettsäure-Muster: 7% Palmitinsäure, 2% Stea- rin-säure, 84% ölsäure, 3% Linolεäure, 3% Linolensäure) und 9,4g 1,2-Diaminoethan wurden im Autoklaven unter Stickstoffatmosphäre 3 Stunden bei 180°C und 3 Stunden bei 100°C gerührt. Das Reakti¬ ons-produkt wurde abgetrennt und aus Methanol umkristallisiert. N,N'-Ethylenbiεoleodiamid wurde mit einer Ausbeute von 71g und einer Reinheit von >90% erhalten.

Beispiel 2

9 g Leinöl und 0,9 g 1,2-Diaminoethan wurden unter Stickstoffat¬ mosphäre 3 Stunden bei 180°C und 3 Stunden bei 100°C im Autokla¬ ven gerührt. Das Produkt wurde aus 75 ml Methanol umkristalli¬ siert. Während sich in der Mutterlauge Amide mit Linol- und Linolensäure anreicherten, hatten sich im umkristallisierten Produkt Amide mit Ölsäure, Palmitinsäure und Stearinsäure ange¬ reichert.

Beispiel 3

Umsetzung von Ricinusöl mit 1,2-Diaminoethan

5,1 g Ricinusöl und 0,5 g 1,2-Diaminoethan wurden 5 Stunden lang im Autoklaven bei 120°C unter Stickstoffatmosphäre gerührt. Das Reaktionsprodukt wurde dann aus Methanol umkristallisiert. Das auf diese Weise erhaltene N,N-Ethylenbisricinolsäurediamid besitzt eine Reinheit von >90%. (Schmelzpunkt 83 bis 85°C, Ausbeute: 2,6 g)

Beispiel 4

Umsetzung von Ricinusöl mit 1,6-Diaminohexan

51 g Ricinusöl und 9,7 g 1,6-Diaminohexan wurden 5 Stunden lang unter Stickstoffatmosphäre bei 100°C gerührt. Das Reaktionspro¬ dukt wurde aus 150ml Methanol umkristallisiert. Das auf diese Weise erhaltene Hexamethylenbisricinolsäurediamid besitzt eine Reinheit von >90%. (Schmelzpunkt 86 bis 88°C, Ausbeute: 32 g)

Beispiel 5

Umsetzung von gehärtetem Ricinusöl mit 1,2-Diaminoethan

153 g gehärtetes Ricinusöl und 15 g Diaminoethan wurden 5 Stun¬ den lang unter Stickstoffatmosphäre bei 140°C im Autoklaven gerührt. Das Reaktionsprodukt wurde dann aus Methanol umkristal¬ lisiert. Das auf diese Weise erhaltene Bis(12-hydroxystearinsäu- re)-N,N'-ethylendiamid besitzt eine Reinheit von >90% (Schmelz¬ punkt 142-145°C, Ausbeute: 106,5 g) .

Beispiel 6

Umsetzung von gehärtetem Ricinusöl mit 1,6-Diaminohexan

5,1 g gehärtetes Ricinusöl und 0,97 g 1,6-Diaminohexan wurden 5 Stunden lang unter Sickstoffatmosphäre bei 150°C im Autoklaven gerührt. Das Reaktionsprodukt wurde dann einer Lösungsmittel- heißdampf-Extraktion mit Methanol unterworfen. Das auf diese Weise erhaltene Bis(12-hydroystearinsäure)-l,6-N,N'-hexamethy- lendiamid. besitzt eine Reinheit von >90% (Schmelzpunkt 135- 136°C, Ausbeute: 3,7 g)