Химические соединения

Химические соединения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к новым азотсодержащим соединениям и их получению, применению азотсодержащих соединений в качестве обеспечивающих гидрофобность соединений, композициям, содержащим азотсодержащие соединения, способу получения композиций, способу получения бумаги и картона и к получаемым таким образом бумаге и картону.

Гидрофобность различных веществ можно увеличить посредством обработки соединениями с гидрофобными группами. Это используют, например, в области бумаги и строительного картона, которые часто нуждаются в определенной степени устойчивости к проникновению жидкости и влаги. Одним из способов получения бумаги и строительного картона с увеличенной устойчивостью к проникновению жидкости и влаги является использование в процессе производства бумаги определенных соединений. Такие соединения, часто обозначаемые как проклеивающие средства, можно добавлять к суспензии целлюлозы до формирования бумажного полотна или полотна строительного картона и/или к формируемому полотну. Добавление проклеивающих средств к суспензии целлюлозы и до формирования листа, как правило, обозначают как проклейка в массе, тогда как добавление проклеивающих средств к бумажному полотну или полотну строительного картона, как правило, обозначают как поверхностная проклейка. Как правило, проклеивающие средства содержат гидрофобные функциональные группы, а также могут содержать группы, которые могут химически связываться с составляющими в суспензии целлюлозы или составляющими в полотне целлюлозных волокон, как правило, связываться с целлюлозными волокнами. Проклеивающие средства, не способные к химической реакции, как правило, обозначают как нереакционно-способные проклеивающие средства. Проклеивающие средства, способные к химической реакции с составляющими в суспензии целлюлозы или с составляющими в бумажном полотне или полотне строительного картона, часто обозначают как химически реакционно-способные проклеивающие средства или способные к реакции с целлюлозой проклеивающие средства. Часто применяемые способные к реакции с целлюлозой проклеивающие средства включают кетеновые димеры, кетеновые полимеры, ангидриды кислот, органические изоцианаты и карбамоилхлориды. Как правило, проклеивающие средства не применяют сами по себе, а предоставляют в качестве водных композиций, в форме эмульсий или дисперсий, в основном вследствие гидрофобного характера проклеивающего средства. Для правильного диспергирования или эмульгирования проклеивающего средства, как правило, используют дополнительные соединения.

В статье ʺSynthesis and application of fatty amide sizing agentʺ, M Ye-Hong et al., Zaozhi Huaxuepin (2010), 22 (Suppl.), Nanjing Forestry University, pp 36-41, описаны катионные проклеивающие средства на основе амидов жирных кислот, получаемые посредством реакции стеариновой кислоты и диэтилентриамина (DETA), таким образом, формируя содержащий стеариновую кислоту аддукт и реакции указанного аддукта с эпихлоргидрином (EPI) с получением соединения катионного амида жирной кислоты.

В DE 1015574 описаны четвертичные аммонийные соединения, получаемые посредством реакции вторичных аминов и замещенных галогенами эпоксидов. Углеводородные остатки, связанные с четвертичным аммонием, самое большое содержат семь атомов углерода.

В статье ʺRing opening alkylations of 1,1-dialkyl-3-substituted azetidinium cations: substituent entropy controlled strained ring-chain equilibrium with aminedʺ, Gaertner, Journal of Organic Chemistry, 33: 523-530 (1968), описаны 1,1-диалкил-3-гидроксиазетидиновые катионы для алкилирования ряда активных нуклеофилов.

Статья ʺSome reactions of epichlorohydrine with aminesʺ Ross et.al., Journal of Organic Chemistry, 29: 824-826 (1964), относится к исследованию реакции эпихлоргидрина с этилендиамином.

Целью настоящего изобретения является предоставление альтернативного обеспечивающего гидрофобность средства высокой эффективности, такого как проклеивающее средство для производства бумаги.

Дополнительной целью изобретения является предоставление обеспечивающего гидрофобность средства, которое можно легко эмульгировать/диспергировать в воде.

Еще одной дополнительной целью изобретения является предоставление альтернативного обеспечивающего гидрофобность средства, которое можно легко получать из легкодоступного сырья.

Еще одной дополнительной целью изобретения является предоставление обеспечивающего гидрофобность средства, которое демонстрирует хорошие удерживающие свойства, например, при использовании в качестве средства для проклейки в массе при производстве бумаги.

Указанных выше целей можно достичь посредством предоставления соединения формулы (I)

где R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 30 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода, и A представляет собой галоген.

В другом аспекте изобретение относится к соединению формулы (II)

где R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 30 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода, и A представляет собой галоген.

В другом аспекте изобретение относится к способу получения соединения, выбранного из соединения формулы (I), как определено выше, формулы (II), как определено выше, и их смесей, где способ включает реакцию соединений формулы (III) и формулы (IV),

где соединения формулы (III) представлены:

где соединения формулы (IV) представлены:

где R₁ и R₂ являются такими, как определено выше, и, когда применимо, A представляет собой галоген. Таким образом, для получения соединений формулы (I), R₁ и R₂ независимо друг от друга выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 30 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода. Для получения соединений формулы (II) по меньшей мере один из R₁ и R₂ выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода.

Дополнительный аспект изобретения относится к применению соединений, выбранных из соединений формулы (I), формулы (II), формулы (V) и их смесей, для обеспечения гидрофобности (т.е. в качестве обеспечивающего гидрофобность средства) соединений формулы (V), представленных:

где для формул (I), (II) и (V) R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 30 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 4 атома углерода, A^- представляет собой анион, выбранный из галогенов, и, когда применимо, A представляет собой галоген.

Также применение для обеспечения гидрофобности можно обозначить как способ увеличения гидрофобных свойств вещества посредством приведения его в контакт по меньшей мере с одним из соединений формул (I), (II) или (V), как описано в настоящем документе.

Когда их используют для обеспечения гидрофобности, можно проводить реакции соединений с другими негидрофобными или менее гидрофобными веществами с обеспечением их усиленных гидрофобных свойств.

Соединения можно использовать в их чистых формах или в композициях, таких как водные композиции, содержащие по меньшей мере одно из указанных соединений, или в композициях, в которых по меньшей мере одно из указанных соединений смешивают с органическим растворителем. Возможные органические растворители включают, например, по меньшей мере один углеводородный растворитель, совместимый с соединениями формулы (I), (II), и (V), которые присутствуют в композиции. Подходящие органические растворители включают углеводороды, содержащие от 1 до 12 атомов углерода, такие как углеводороды, содержащие шестичленное кольцо, которое может содержать 6 делокализованных π-электронов. Например, органический растворитель может представлять собой неполярный органический растворитель, как правило, содержащий от 5 до 12 атомов углерода, такой как неполярные ароматические или алифатические углеводороды. Примеры подходящих органических растворителей в качестве неограничивающих примеров включают спирты (метанол, этанол, изопропанол), полярные апротонные растворители (DMSO, DMF, DMA или ацетонитрил), алифатические углеводороды (например, пентан, гексан, гептан, циклопентан или циклогексан), дихлорметан или другие содержащие хлор растворители или широко распространенные ароматические растворители, такие как бензол, хлорбензол, толуол или различные изомеры ксилола. Можно использовать смесь различных органических растворителей, такую как любая смесь из классов растворителей или конкретных растворителей, описанных выше. Также можно использовать композиции, содержащие две или более из указанных соединений формул (I), (II) и (V), как определено выше, без дополнительных добавок, например смесь соединений формулы (II) и (V), как определено выше.

Дополнительный аспект изобретения относится к композиции, содержащей по меньшей мере одно соединение, выбранное из соединений формулы (I) или формула (II) и их смеси, и по меньшей мере один дополнительный компонент, где R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 30 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 4 атома углерода, A^- представляет собой анион, выбранный из галогенов, и, когда применимо, A представляет собой галоген. Указанный дополнительный компонент может представлять собой воду или по меньшей мере одно органическое соединение. Например, такое органическое соединение может представлять собой соединение формулы (V), в частности, как определено выше. Также органическое соединение может представлять собой органический растворитель или смесь растворителей. Для соединений формулы (I) предпочтительна их дисперсия или эмульсия в воде. Для соединений формулы (II) предпочтительна композиция, дополнительно содержащая соединение формулы (V) и/или другое органическое соединение, такое как органический растворитель, как определено выше.

Композицию, как описано выше, можно использовать в качестве обеспечивающей гидрофобность композиции. По одному из вариантов осуществления композиция может представлять собой водную композицию, такую как обеспечивающая гидрофобность водная композиция. В области производства бумаги и строительного картона соединения, придающие гидрофобность конечному продукту (такому как бумага и строительный картон), как правило, обозначают как проклеивающие соединения или проклеивающие средства. Выявлено, что соединения формул (I), (II) и (V), как описано выше, и их смеси являются пригодными в качестве проклеивающих средств и их можно включать в проклеивающие композиции. Например, проклеивающая композиция по изобретению может представлять собой водную композицию, содержащую по меньшей мере одно соединение формулы (I), (II) или (V), как описано выше.

В композициях соединения формул (I), (II), (V) и их смеси, в частности соединения формулы (I), функционируют преимущественно как соединения, обеспечивающие увеличенную гидрофобность, т.е. в качестве проклеивающих средств. Хотя соединения формулы (II) и (V) могут обеспечивать определенные характеристики гидрофобности бумаге и строительному картону, соединения формулы (II) и (V) при воздействии воды обладают способностью формировать соединения формулы (I).

По еще одному дополнительному аспекту изобретение относится к способу производства бумаги или строительного картона, включающему получение водной суспензии целлюлозы, обезвоживание водной суспензии целлюлозы, получая, таким образом, бумажное полотно или полотно строительного картона, где способ включает добавление к суспензии целлюлозы или к бумажному полотну или полотну строительного картона соединения, выбранного из соединений формулы (I), формулы (II), формулы (V) и их смесей, где R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 30 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 4 атома углерода, и, когда применимо, A представляет собой галоген.

Таким образом, соединение, выбранное из соединений формулы (I), формулы (II), формулы (V) и их смесей, можно добавлять к суспензии целлюлозы или соединение можно добавлять к бумажному полотну или полотну строительного картона. Альтернативно, способ может включать добавление указанных компонентов и к водной суспензия целлюлозы, и к бумажному полотну или полотну строительного картона.

По одному из вариантов осуществления способа до применения в способе, например до добавления к водной суспензии целлюлозы или добавления к бумажному полотну или полотну строительного картона, соединение, выбранное из соединений формулы (I), формулы (II), формулы (V) и их смесей, можно предоставлять в качестве композиции, такой как водная композиция. Композицию и водную композицию можно обозначать как обеспечивающую гидрофобность (проклеивающую) композицию и обеспечивающую гидрофобность (проклеивающую) водную композицию.

Полагают, что варианты осуществления, описанные в настоящей заявке, не следует рассматривать как ограничивающие сущность настоящего изобретения.

В соответствии с вариантом, относящимся к вариантам осуществления, включающим гидрофобные средство, композицию, водную композицию, способу получения обеспечивающей гидрофобность композиции, применению соединений, способу производства бумаги или строительного картона и бумагу или строительный картон, указанные варианты осуществления могут относиться к любому из соединений формул (I), (II), (V) и их смесям. Таким образом, указанные варианты осуществления могут относиться к соединениям формулы (I), или относиться к соединениям формулы (II), или относиться к соединениям формулы (V), или относиться к соединениям из любой смеси, содержащей два различных или три различных соединения формул (I), (II) и (V).

Как используют в настоящей заявке, термин углеводород относится к молекуле/группе, не содержащей гетероатомов. Таким образом, термин углеводород относится к молекуле/группе, содержащей только атомы углерода и водорода. Таким образом, как правило, углеводород относится к группе/химической группе/молекуле, состоящей из атомов углерода (один или несколько атомов углерода) и водорода.

Углеводород может быть неразветвленным, разветвленным, а также может содержать одну или несколько двойных связей между атомами углерода. Когда углеводород содержит по меньшей мере одну двойную связь углерод-углерод, как правило, его обозначают как ненасыщенный углеводород. Атомы углерода углеводорода могут располагаться так, чтобы формировать одну или несколько кольцевых структур, например, как в углеводороде, содержащем одно или несколько углеродных колец, с которыми связаны атомы водорода. Углеводород, содержащий каркас из атомов углерода, расположенных в форме одного или нескольких колец, можно обозначать как циклический углеводород. Углеводород, содержащий одну или несколько углеродных кольцевых структур, также может содержать одну или несколько двойных связей углерод-углерод, и его можно обозначать как циклоалкен или циклический ненасыщенный углеводород. Такие двойные связи углерод-углерод могут располагаться в циклической системе или между атомами углерода, не включенными в циклическую систему или/и в циклической системе, и в других частях углеводорода. Циклический углеводород, не содержащий двойные связи углерод-углерод, можно обозначать как циклоалкан или циклический насыщенный углеводород.

Как используют в настоящем документе, термин алифатический углеводород относится к углеводороду, не содержащему никаких ароматических групп. Под ароматической молекулами/группами подразумевают плоскую циклическую систему, удовлетворяющую правилу Хюккеля, т.е. когда количество π-электронов циклической системы углерод-углерод составляет 4n+2, где n представляет собой ноль или положительное число. Таким образом, ароматический углеводород может содержать плоские циклические системы с делокализованными π-электронами из ряда, представленного 4n+2, где n представляет собой ноль или положительное число. Обычная ароматическая система представлена циклической системой из шести атомов углерода, содержащих 6 π-электронов, обычно обозначаемой как бензол или бензольная группа. Углеводород, содержащий ароматические группы, можно обозначать как арил или аралкил (группы). В отношении этой заявки арил относится к любой функциональной группе или заместителю, полученным из ароматического кольца, таким как фенил, нафтил, ксилил, состоящим из атомов углерода и водорода. Аралкил следует понимать как углеводородное соединение, содержащее по меньшей мере одну ароматическую циклическую систему, где к этой ароматической циклической системе (ковалентно) присоединена неароматическая углеводородная группа.

По одному из вариантов осуществления изобретения углеводороды можно выбирать из неразветвленных или разветвленных алкилов или алкенилов.

По одному из вариантов осуществления, подходящему ко всем аспектам настоящего изобретения и в отношении формулы (I) и формулы (II), непосредственно, и дополнительно к способу получения соединений формулы (I), (II) и (V) и их смесей, R₁ и R₂, независимо друг от друга, предпочтительно выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 30 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода. Таким образом, по меньшей мере один из R₁ и R₂ представляет собой углеводород, содержащий от 8 до 30 атомов углерода.

По одному из вариантов осуществления в отношении соединений формулы (I) и (II), непосредственно, и дополнительно к способу получения соединений формулы (I) и (II) и их смесей, R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 26 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода. По настоящему документу по меньшей мере один из R₁ и R₂ представляет собой углеводород, содержащий от 8 до 26 атомов углерода.

По другим аспектам настоящего изобретения, относящимся к композиции, способу получения композиции, применению соединений формулы (I), (II), (V) и их смесей для обеспечение гидрофобности, альтернативно, применению формулы (I), (II), (V) и их смесей в качестве обеспечивающего гидрофобность средства, способу производства бумаги или строительного картона и бумаги, R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 30 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 4 атома углерода. По одному из вариантов осуществления R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 30 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода. По другому варианту осуществления R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 26 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 4 атома углерода. По другому варианту осуществления R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 26 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода.

Таким образом, по одному из вариантов осуществления изобретения и общему для всех аспектов/вариантов настоящего изобретения, R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 30 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода. Предпочтительно R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 26 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода. Таким образом, по последнему варианту осуществления, общему для всех аспектов настоящего изобретения, по меньшей мере один из R₁ и R₂ представляет собой углеводород, содержащий от 8 до 26 атомов углерода. По другому варианту осуществления (общему для всех аспектов) R₁ и R₂, независимо друг от друга, предпочтительно выбраны из алифатических углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 26 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода, т.е. по меньшей мере один из R₁ и R₂ представляет собой углеводород, содержащий от 8 до 26 атомов углерода, и выбран из неразветвленных или разветвленных алкильных, алкенильных, арильных или аралкильных углеводородов.

По другому варианту осуществления, применимому ко всем аспектам/вариантам, и другому варианту осуществления один из R₁ и R₂ или оба предпочтительно можно выбирать из алифатических углеводородов, содержащих от 6, от 8, от 10, от 12 атомов углерода, от 14 атома углерода или от 16 атомов углерода. Кроме того, один из R₁ и R₂ или оба предпочтительно можно выбирать из алифатических углеводородов, содержащих до 28, до 26, до 24 или до 22 атомов углерода. R₁ и R₂ или оба предпочтительно можно выбирать из алифатических углеводородов, содержащих количество атомов углерода из количества, которое получают комбинацией любого из меньших количеств атомов углерода (т.е. 6, 8, 10, 12, 14 или 16 атомов углерода) и любого из наибольших количеств атомов углерода (т.е. 22, 24, 26 или 28 атомов углерода). Например, по меньшей мере один из R₁ и R₂ или оба R₁ и R₂ предпочтительно можно выбирать из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 10 атомов углерода или по меньшей мере 16 атомов углерода, например от 10 до 24 атомов углерода или от 16 до 24 атомов углерода.

По другому варианту осуществления, применимому ко всем аспектам/вариантам и другим вариантам осуществления, любое из соединений формул (I), (II), (V) и их смесей, например соединения формулы (I), можно определять, как указано выше, однако с дополнительным свойством, что общее количество атомов углерода, находящихся в R₁ и R₂, может составлять более 12 атомов углерода, более 14 атомов углерода, более 16 атомов углерода, более 18 атомов углерода, более 20 атомов углерода. Выявлено, что диспергируемость/эмульгируемость, такие как самодиспергируемость/самоэмульгируемость, особенно соединений формулы (I) имеет тенденцию к корреляции с количеством атомов углерода в заместителях R₁ и R₂, таким как общее количество атомов углерода в заместителях R₁ и R₂. Более конкретно, диспергируемость увеличивается с увеличением общего количества атомов углерода в заместителях R₁ и R₂.

Выявлено, что соединения по изобретению, в частности соединения формулы (I), можно легко эмульгировать/диспергировать в водной фазе, во многих случаях даже без добавления дополнительных соединений облегчающих формирование площади свободной поверхности (как правило, обозначаемые как диспергирующие средства/эмульгаторы).

Соединение, выбранное из соединений формул (I), (II), (V) и их смесей, можно добавлять к суспензии целлюлозы, альтернативно к бумажному полотну или полотну строительного картона в виде водной эмульсии/дисперсии, а также можно добавлять непосредственно к суспензии целлюлозы или к бумажному полотну или полотну строительного картона без необходимости начального эмульгирования/диспергирования в водной фазе.

По дополнительному варианту осуществления, общему для всех аспектов/вариантов настоящего изобретения, углеводородная группа, которая определена как содержащая по меньшей мере 4 атома углерода, альтернативно по меньшей мере 8 атомов углерода, выбрана из неразветвленных углеводородов (включая насыщенные и ненасыщенные углеводороды), или ее можно выбирать из насыщенных линейных (соответственно неразветвленных) углеводородов, альтернативно, ее можно выбирать из ненасыщенных линейных (соответственно неразветвленных) углеводородов.

По другому варианту осуществления, общему для всех аспектов настоящего изобретения, R₁ и R₂, независимо друг от друга, предпочтительно выбраны из алифатических углеводородов, содержащих от 8 атомов углерода до 30 атомов углерода, соответственно от 8 атомов углерода до 26 атомов углерода, соответственно от 8 атомов углерода до 22 атомов углерода. По другому варианту осуществления, общему для всех вариантов/аспектов изобретения, R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из линейных (неразветвленных) алифатических углеводородов, содержащих от 8 атомов углерода до 26 атомов углерода, соответственно от 8 атомов углерода до 24 атомов углерода, соответственно от 8 атомов углерода до 22 атомов углерода. Наименьший уровень количества атомов углерода в указанных выше диапазонах, относящихся к углеводородам R₁ и R₂ (независимо друг от друга), составляет от 9, или 10, или 11, или 12, или 14 атомов углерода. Таким образом, R₁ и R₂, независимо друг от друга, можно выбирать из углеводородов, например от 9 до 30 атомов углерода, от 8 до 28, от 9 до 28, от 10 до 30, от 10 до 28, от 11 до 30, от 11 до 28, от 12 до 30, от 12 до 28, от 8 до 26, от 10 до 26, от 12 до 26, от 8 до 24, от 10 до 24, от 12 до 24, от 8 до 22, от 10 до 22, от 12 до 22.

На всем протяжении заявки формулировку ʺвыбранный изʺ можно заменять формулировкой ʺвыбранный из группы, содержащейʺ, альтернативно, заменять формулировкой ʺвыбранный из группы, состоящей изʺ.

Соединения формулы (I) можно обозначать как содержащие четвертичный аммоний соединения, альтернативно, можно обозначать как азетидиновые соединения или соединения, содержащие азетидиновую функциональную группу. Азетидин (или азациклобутан/триметиленимин) представляет собой гетероциклическое органическое соединение, содержащее четырехчленное кольцо из трех атомов углерода и атома азота, таким образом, азетидин или азетидиновые соединения содержат четырехчленную циклическую систему, содержащую положительно заряженный атом азота. Атом азота в формуле (I) является положительно заряженным, таким образом, обеспечивая положительно заряженное органическое соединение. Как правило, этот положительный заряд сбалансирован наличием анионных соединений и/или атомов, особенно в композициях, содержащих воду, т.е. водных композициях, содержащих положительно заряженное органическое азетидиновое соединение. Соединение формулы (I) может быть представлено в качестве соли.

Соединения формулы (II) можно обозначать как галогенгидрины или галогеноспирты. Галогенгидрины представляют собой органические соединения, содержащие атом углерода с галогеновым заместителем и соседний атом углерода с гидроксильным заместителем.

Соединения формул (I), (II) и (V), как правило, получают посредством реакции вторичных аминов формулы (III) и эпигалогенгидринов формулы (IV).

В соответствии с одной схемой реакции (A) вторичный амин формулы (III) и эпигалогенгидрин формулы (IV) преимущественно преобразуют в соединения формулы (I) по существу за один этап реакции. В соответствии с этой схемой (A) вторичный амин и эпигалогенгидрин реагируют в водной реакционной среде. Как правило, схема (A) включает предоставление вторичного амина в жидкой форме и смешивание с эпигалогенгидрином и водой, предпочтительно при повышенной температуре, такой как приблизительно более 70°C, соответственно в пределах температур от 70 до 120°C, соответственно от 80 до 110°C, например, в течение периода времени от 30 минут до 20 часов.

В соответствии с другой схемой реакции (B), соединения формул (I), (II) и (V) получают посредством реакции вторичного амина формулы (III) и эпигалогенгидрина формулы (IV) в реакционной среде, содержащей органический растворитель. Этот этап реакции можно обозначать как первый этап схемы (B). Как правило, реакционная среда, где проводят реакцию вторичного амина и эпигалогенгидрина, по существу не содержит составляющих/компонентов (таких как вода), реагирующих с эпигалогенгидрином с получением побочных продуктов с негативным воздействием на скорость преобразования желаемых продуктов. Если при реакции вторичного амина и эпигалогенгидрина присутствует вода, последнее соединение (эпигалогенгидрин) может реагировать с водой с образованием галогензамещенных спиртов (кроме соединений формулы (II), включая дихлорпропанол (DCP) и хлорпропандиол (CPD)). Предпочтительно реакционная среда по существу не содержит воды или не содержит воды. Альтернативно, реакционная среда содержит растворитель, который по существу не содержит вода или не содержит воды. Под по существу не содержит воды подразумевают количество воды в реакционной среде, которое в конце первого этапа дает приемлемое количество галогензамещенных спиртов, таких как DCP и CPD. Соответственно, реакционная среда не содержит воды или любых других соединений, которые способны трансформировать/преобразовывать эпигалогенгидрин в нежелательные соединения, включая галогензамещенные спирты, такие как DCP и CPD. Под не содержит воды более конкретно подразумевают реакционную среду, содержащую воды менее 1% по массе всей композиции, например менее 0,1% по массе. Также реакционная среда может по существу состоять или состоять по меньшей мере из одного органического растворителя, такого как по меньшей мере один углеводород растворитель, способный обеспечивать удовлетворительный выход в отношении формул (I) и (II) и в определенной степени (V). Подходящие органические растворители представляют собой углеводороды, содержащие от 1 до 12 атомов углерода, где указанные углеводороды предпочтительно содержат шестичленное кольцо, которое может содержать 6 делокализованных π-электронов. Соответственно, органический растворитель представляет собой неполярный органический растворитель, как правило, содержащий от 5 до 12 атомов углерода, такой как неполярные ароматические углеводороды. Примеры подходящих органических растворителей в качестве неограничивающих примеров включают спирт (метанол, этанол, изопропанол), дихлорметан, содержащие хлор растворители, циклопентан, гексан, циклогексан, бензол и толуол. Бензол и толуол можно применять в качестве органического растворителя. Также можно использовать смесь различных органических растворителей, такую как любая смесь классов растворителей или конкретных растворителей, указанных выше.

Реакция вторичного амина формулы (III) и галогенгидрина формулы (IV) дает соединения формулы (I) или смесь формул (I), (II) и (V) в зависимости от схемы реакции. Как правило, эпоксиамины формулы (V) получают с использованием (реакционной) среды, по существу не содержащей составляющих/компонентов, реагирующих с эпогалогенгидрином с формированием соединения, уменьшающего выход соединений формулы (II) и, таким образом, в конечном итоге, соединений формулы (I).

Первый этап схемы (B) соответственно проводят при повышенных температурах в диапазоне приблизительно от 10 до приблизительно 300°C, например приблизительно от 50 до приблизительно 200°C и в течение приблизительно от 10 до приблизительно 1000 минут или приблизительно от 30 до приблизительно 300 минут.

Как уже описано, соединения формулы (I), т.е. азетидин (или азетидиновые соединения), можно получать по существу в течение одного этапа на схеме (A). На схеме реакции B выход азетидина можно увеличивать добавлением воды к реакционной смеси, получаемой на первом этапа. Как правило, реакционная среда, содержащая соединения формул (I), (II) и (V), содержит очень низкие количества галогензамещенных органических соединений, таких как галогензамещенные спирты (такие как DCP и CPD), или предпочтительно незначительные количества галогензамещенных органических соединений. Соответственно, перед добавлением воды к реакционной среде (после первого этапа) реакционная среда по существу может не содержать галогензамещенных органических соединений или реакционная среда не содержит галогензамещенных органических соединений. Хотя предпочтительным может являться добавление воды к реакционной смеси соединений формул (I), (II) и (V) после первого этапа, указанные соединения можно выделять из реакционной среды и смешивать с водой для дополнительной реакции с соединениями формулы (I). Соединения формулы (II) и (V), т.е. галогенгидрины и эпоксиамины, реагируют с водой при повышенных температурах, таким образом, обеспечивая выход азетидиновых соединений формулы (I). Таким образом, выход азетидина увеличивают, подвергая соединения формулы (II) и (V) воздействию воды. Этот этап, где соединения формулы (II) и (V) преобразуют в азетидиновые соединения формулы (I), обозначают как второй этап.

Соответственно, второй этап схемы (B) проводят при повышенных температурах в диапазоне приблизительно от 20 до приблизительно 150°C, например приблизительно от 60 до приблизительно 100°C, а предпочтительно приблизительно от 10 до приблизительно 200 минут или приблизительно от 20 до приблизительно 60 минут.

В соответствии с еще одной схемой реакции (C) первый этап проводят как на схеме реакции (B) за исключением отсутствия растворителя. Таким образом, вторичный амин формулы (III) и эпигалогенгидрин формулы (IV) смешивают в отсутствие какого-либо дополнительного растворителя. Во всех других аспектах подходят условия схемы реакции (B). Подобным образом, второй этап добавления воды к полученной реакционной смеси проводят, как на схеме реакции (B).

Когда предпочтительно применяют схемы (B) или (C), выход азетидина на основе вторичного амина или эпигалогенгидрина может составлять более 60%, более 70%, более 80% более 88%, например более 90%. Кроме того, при применении схемы (B) снижено образование галогензамещенных органических соединений, таких как DCP и CPD, альтернативно его можно подавлять по существу полностью.

Если такие соединения, как DCP и CPD, образуются в неприемлемом количестве, их можно удалять из реакционной среды или конечных продуктов, применяя подходящие дополнительные этапы способа, такие как ионный обмен, электродиализ, ферментативная обработка и выделение с использованием диоксида углерода, такого как сверхкритический диоксид углерода.

Таким образом, по одному из вариантов осуществления предоставлена композиция, содержащая соединение формулы (I), где R₁ и R₂, независимо друг от друга, выбраны из углеводородов, содержащих от 1 атома углерода до 30 атомов углерода, при условии, что по меньшей мере один из R₁ и R₂ предпочтительно выбран из алифатических углеводородов, содержащих по меньшей мере 8 атомов углерода, и A представляет собой галоген; и где композиция по существу не содержит, предпочтительно не содержит, галогензамещенных органических соединений (таких как DCP и CPD).

Как понимают в настоящем документе и как известно в данной области, вторичные амины относятся к органическим аминам, содержащим основной атом азота с двумя незанятыми парами электронов, таким как производные аммиака, где углеводородными группами замеще