ES3040080T3 - Multiple charged ionic compounds derived from polyamines and compositions thereof and methods of preparation thereof - Google Patents

Multiple charged ionic compounds derived from polyamines and compositions thereof and methods of preparation thereof

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ES3040080T3
ES3040080T3 ES19765620T ES19765620T ES3040080T3 ES 3040080 T3 ES3040080 T3 ES 3040080T3 ES 19765620 T ES19765620 T ES 19765620T ES 19765620 T ES19765620 T ES 19765620T ES 3040080 T3 ES3040080 T3 ES 3040080T3
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Abstract

Se describen aquí compuestos catiónicos o aniónicos con múltiples cargas, sus métodos de fabricación y los artículos o composiciones que los contienen. Los compuestos catiónicos o aniónicos con múltiples cargas se derivan de poliaminas mediante dos reacciones: una adición aza-Michael con una olefina activada con un grupo iónico y una reacción de apertura de anillo con un epóxido. La olefina activada tiene una de las siguientes fórmulas: (1), (2) o (3), el epóxido es (4) y X es NH u O. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Compuestos iónicos de carga múltiple derivados de poliaminas y composiciones de los mismos y métodos de preparación de los mismos
Campo de la invención
La presente descripción se refiere generalmente al campo de las moléculas de carga múltiple. En particular, la presente descripción se refiere a una nueva clase de poliaminas modificadas que comprenden tanto grupos catiónicos o aniónicos como grupos no iónicos unidos a sus átomos de nitrógeno. Los compuestos descritos pueden ser útiles como agentes de control de la incrustación, agentes antimicrobianos, higienizantes, suavizantes textiles, agentes antiestáticos, inhibidores de la corrosión, agentes espumantes, colectores de flotación, dispersantes, recuperación intensificada de aceite (EOR) asistida por tensioactivos, limpiadores, etc., solos o junto con otros productos químicos en diversas aplicaciones.
Antecedentes de la invención
Un sistema de agua, incluido un sistema de agua industrial, tiene muchos usos diferentes. Cualquier sistema de agua, incluidos sus equipos y el agua, es propenso a la contaminación microbiana y a la incrustación. La incrustación o la deposición de cualquier material orgánico o inorgánico pueden ocurrir incluso en un sistema de agua industrial que se trata con los mejores programas de tratamiento de aguas disponibles actualmente. Si un sistema de agua no se limpia o trata periódicamente, entonces presentará mucha incrustación.
La incrustación se produce debido a la contaminación microbiológica y, posteriormente, al crecimiento microbiano y/o de biopelículas. Las fuentes de contaminación microbiana en los sistemas de agua industrial son numerosas y pueden incluir, aunque no de forma limitativa, contaminación de transmisión aérea, reposición de agua, fugas de proceso y equipos limpiados de manera inadecuada. Los microorganismos que causan incrustaciones pueden establecer sus comunidades microbianas en cualquier superficie humectable o semihumectable de un sistema de agua. Los sistemas de agua de refrigeración por evaporación son particularmente propensos a la incrustación.
La incrustación tiene un impacto negativo en un sistema de agua, particularmente en un sistema de agua industrial. Por ejemplo, las costras minerales graves (material inorgánico) se acumularían en cualquier superficie en contacto con el agua y cualquier costra, a su vez, proporciona un entorno ideal para el crecimiento de microorganismos y/o biopelículas. Si la incrustación o el crecimiento de biopelículas puede progresar en un sistema de agua, el sistema de agua puede sufrir una disminución de la eficiencia operativa, fallos prematuros del equipo y un aumento de los riesgos relacionados con la salud asociados con la incrustación y/o el crecimiento de biopelículas microbianas.
Las sustancias exopoliméricas secretadas por los microorganismos ayudan a la formación de biopelículas a medida que las comunidades microbianas se desarrollan en las superficies. Estas biopelículas son ecosistemas complejos que establecen un medio para concentrar los nutrientes y ofrecen protección para el crecimiento microbiano, por lo que las biopelículas pueden acelerar la formación de costras, la corrosión y otros procesos de incrustación. Las biopelículas no solo contribuyen a la reducción de la eficiencia del sistema de agua, sino que también proporcionan un entorno excelente para la proliferación microbiana y para la generación de la peligrosa bacteriaLegionella.Por lo tanto, es importante que las biopelículas y otros procesos de incrustación se reduzcan en la mayor medida posible para minimizar el riesgo relacionado con la salud asociado conLegionellay otros agentes patógenos de transmisión hídrica.
Se desarrollan diversos métodos para limpiar o eliminar las biopelículas y los microorganismos asociados con las biopelículas. Si bien es necesario limpiar y eliminar las biopelículas, un mejor planteamiento es prevenir o reducir la formación o el crecimiento de incrustaciones o biopelículas, de modo que se reduzca la necesidad de limpiar o eliminar las biopelículas. La limpieza o eliminación de las biopelículas usualmente requiere la interrupción del funcionamiento y la introducción de otros productos químicos. Una forma de prevenir o reducir la formación o el crecimiento de incrustaciones y/o biopelículas es tratar un sistema de agua con un agente de composición de control de la incrustación o una composición de control de la incrustación. Por ejemplo, los inhibidores de la corrosión y/o los agentes de composición de control de la incrustación se añaden frecuentemente a los fluidos de producción de petróleo y gas corriente arriba para proteger las tuberías e infraestructuras de acero al carbono frente a la corrosión y el crecimiento de biopelículas.
Los compuestos de amonio cuaternario se han utilizado durante muchos años como inhibidores de la corrosión y agentes de control de la incrustación. Los compuestos de amonio cuaternario pertenecen a una subcategoría importante de tensioactivos porque tienen propiedades únicas. Una distinción principal entre los compuestos de amonio cuaternario y otros tensioactivos son sus estructuras únicas. Los compuestos de amonio cuaternario consisten principalmente en dos fracciones, un grupo hidrófobo, p. ej., un grupo alquilo largo, y un grupo de sal de amonio cuaternario. La carga positiva única del amonio desempeña un papel clave, p. ej., en las interacciones electrostáticas entre el tensioactivo y la superficie o los diferentes componentes de las biopelículas. Sin embargo, los compuestos de amonio cuaternario utilizados para tal fin son frecuentemente especiesbiscuaternarias o especies cuaternizadas con cloruro de bencilo que son conocidas por ser muy peligrosas. Por añadidura, existen reglamentos gubernamentales relativos a la descarga de cualquier agua que contenga compuestos cuaternarios individuales al medio ambiente.
La patente CN 105 523 956 A expone un compuesto de fórmula (III) y su uso como tensioactivo en los campos de productos químicos de uso diario, el tratamiento de aguas, la fabricación de papel y el desarrollo de campos petrolíferos.
Por lo tanto, un objetivo de la descripción es desarrollar un método para fabricar los nuevos compuestos para el control de la incrustación en un sistema de agua de manera eficiente y eficaz.
Un objetivo adicional de la descripción es utilizar los novedosos compuestos en un artículo, producto y/o composición.
Estos y otros objetos, ventajas y características de la presente descripción serán evidentes a partir de la siguiente memoria descriptiva tomada conjuntamente con las reivindicaciones establecidas en la presente memoria.
Breve resumen de la invención
En la presente memoria se exponen nuevos compuestos según las reivindicaciones, métodos para fabricar los compuestos descritos y artículos o composiciones que comprenden los compuestos descritos. Más particularmente, los compuestos según la invención son compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple que comprenden múltiples cargas positivas o negativas y grupos no iónicos dentro de una única molécula de diversos tamaños. Se derivan de poliaminas o polietileniminas solubles en agua.
En un aspecto, en la presente memoria se expone un compuesto de carga múltiple que tiene una de las fórmulas genéricas de NA2-[R10']n-NA2, (RNA)n-RNA2 , NA2-(RNA)n-RNA2 o NA2-(RN(R'))n-RNA>, en donde R10' es un grupo alquileno C<2>-C<10>lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R es -CH<2>-, -CH<2>CH<2>-, -CH2CH2CH2-, - CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R' es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquilo C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, RNAB, RNARNAB o RN(RNAB)2; n puede ser de desde 2 hasta 1000000; A es una combinación de H,
o una combinación de H,
en donde X es NH u O; R<2>es H, CH3 o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido; R2' es H, CH3 o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C1-C10, lineal o ramificado, sustituido o no sustituido, -COOH, -CH2COOH, Y', o -(CH2)m-Y'; m es un número entero de 2 a 4; R<3>está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal o ramificado, no sustituido; Y es -NR<4>R<5>R6(+); Y' es -COOH, -SO<3>H, -PO<3>H, -OSO<3>H, -OPO<3>H, o una sal del mismo; R<4>, R<5>, y R<6>son independientemente un grupo alquilo C1-C10; R<7>es H o alquilo; y R<8>es alquilo, o -(CH2)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1-30; en donde el compuesto es un compuesto catiónico de carga múltiple que tiene 1,2, 3, o más grupos
y al menos un grupo
o un compuesto aniónico de carga múltiple que tiene 1,2, 3 o más grupos
y al menos un grupo
En otro aspecto según la invención, es un compuesto de carga múltiple derivado de una poliamina a través de sus reacciones con una olefina activada y un epóxido, en donde la olefina activada tiene la siguiente fórmula;
y el epóxido es
en donde X es NH u O; R<2>es H, CH<3>o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C<2>-C<10>lineal o ramificado, no sustituido; R<3>está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal o ramificado, no sustituido; Y es -NR4Rs R6(+);R<4>, R<5>y R<6>son independientemente un grupo alquilo C1-C10 no sustituido; R<7>es H o alquilo; y R<8>es alquilo, o -(CH2)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1 a 30; en donde la poliamina y la olefina activada se someten a una reacción de adición de Michael de aza y la poliamina y el epóxido se someten a una reacción de apertura de anillo; en donde el compuesto es un compuesto catiónico de carga múltiple que tiene 1,2, 3 o más cargas positivas de la olefina activada y al menos un grupo no iónico del epóxido o un compuesto aniónico de carga múltiple que tiene 1, 2, 3 o más cargas negativas de la olefina activada y al menos un grupo no iónico del epóxido.
En otro aspecto, aquí se expone un método para fabricar el compuesto o su sal aquí descritos.
Aun en otro aspecto, se proporciona en la presente memoria un artículo, producto o composición que comprende uno o más compuestos descritos en la presente memoria.
El resumen anterior es solo ilustrativo y no pretende ser limitativo de ninguna manera. Además de los aspectos, modos de realización y características ilustrativos descritos anteriormente, otros aspectos, modos de realización y características de la presente tecnología resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de los siguientes dibujos y la descripción detallada, que muestra y describe los modos de realización ilustrativos de la presente tecnología. En consecuencia, las cifras y la descripción detallada también deben considerarse como de naturaleza ilustrativa y no limitativa de ninguna manera.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra un esquema de reacción genérico ilustrativo para producir un compuesto catiónico de carga múltiple primero mediante una reacción de apertura de anillo entre una polietilenimina lineal y un epóxido y después una reacción de adición de aza-Michael con una olefina activada (compuesto de carbonilo a, p-insaturado).
La Figura 2 muestra un esquema de reacción genérico alternativo ilustrativo para producir un compuesto catiónico de carga múltiple primero mediante una reacción de adición de aza-Michael entre una polietilenimina lineal y un compuesto de carbonilo a, p-insaturado y después una reacción de apertura de anillo con un epóxido.
La Figura 3 muestra un esquema de reacción genérico ilustrativo para producir un compuesto catiónico de carga múltiple haciendo reaccionar una polietilenimina ramificada tanto con un epóxido como con un compuesto de carbonilo a, p-insaturado mediante una reacción de apertura de anillo y una reacción de adición de aza-Michael, respectivamente.
La Figura 4 muestra un esquema de reacción genérico para producir un compuesto catiónico de carga múltiple haciendo reaccionar una polietilenimina linear tanto con un epóxido como con un compuesto de carbonilo a, pinsaturado mediante una reacción de apertura de anillo y una reacción de adición de aza-Michael, respectivamente.
Se describirán en detalle diversas realizaciones de la presente descripción con referencia a los dibujos, en donde los números de referencia similares representan partes similares a lo largo de las diversas vistas. Las figuras representadas en la presente memoria no son limitaciones para las diversas realizaciones según la descripción, y se presentan como ilustración ejemplar de la descripción.
Descripción detallada de la realización preferida
En la presente memoria se exponen nuevos compuestos, métodos para fabricar los compuestos descritos en la presente memoria y artículos o composiciones que comprenden los compuestos descritos en la presente memoria. Más particularmente, se exponen compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple según la invención derivados de una poliamina, una olefina activada y un epóxido mediante una reacción tanto de adición de aza-Michael como una reacción de apertura de anillo. Se describen métodos para sintetizar tales compuestos.
Las realizaciones de la presente descripción no están limitadas a composiciones y métodos de uso particulares, que pueden variar y son entendidas por los expertos en la materia. Por ejemplo, como se utiliza en esta memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares “ un” , “ una” y “ el/la/los/las” pueden incluir referentes plurales salvo que el contenido indique claramente lo contrario. Adicionalmente, todas las unidades, prefijos, y símbolos pueden denotarse en su forma aceptada por el SI.
Los intervalos numéricos citados en la memoria descriptiva incluyen los números dentro del intervalo definido. A lo largo de la presente descripción, diversos aspectos de la presente descripción se presentan en un formato de intervalo. Debe entenderse que la descripción en formato de intervalo es simplemente por conveniencia y brevedad y no debe interpretarse como una limitación inflexible al alcance de la descripción. En consecuencia, debe considerarse que la descripción de un intervalo tiene descritos específicamente todos los subintervalos posibles, así como los valores numéricos individuales dentro de ese intervalo (p. ej., de 1 a 5 incluye 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4 y 5).
Para que de la presente descripción se pueda entender más fácilmente, primero se definen determinados términos. A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos que se utilizan en la presente memoria tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto en la técnica a la que pertenecen las realizaciones de la descripción. Muchos métodos y materiales similares, modificados, o equivalentes a aquellos que se describen en la presente memoria pueden utilizarse en la práctica de las realizaciones de la presente descripción sin experimentación excesiva, los materiales y métodos preferidos se describen en la presente memoria. Al describir y reivindicar las realizaciones de la presente descripción, se utilizará la siguiente terminología según las definiciones que se establecen a continuación.
El término “ aproximadamente” , como se utiliza en la presente memoria, se refiere a la variación en la cantidad numérica que puede producirse, por ejemplo, a través de procedimientos típicos de medición y manipulación de líquidos utilizados para fabricar concentrados o disoluciones de uso en el mundo real; a través de un error en estos procedimientos; a través de diferencias en la fabricación, fuente o pureza de los ingredientes utilizados para preparar las composiciones o llevar a cabo los métodos; y similares. El término “ aproximadamente” abarca además cantidades que difieren debido a diferentes condiciones de equilibrio para una composición que se produce a partir de una mezcla inicial particular.
Como se utiliza en la presente memoria, “ sustituido” se refiere a un grupo orgánico como se define a continuación (p. ej., un grupo alquilo) en el que uno o más enlaces a un átomo de hidrógeno contenido en el mismo se reemplazan por un enlace a átomos que no son de hidrógeno o de carbono. Los grupos sustituidos también incluyen grupos en los que uno o más enlaces a átomos de carbono o hidrógeno se sustituyen por uno o más enlaces, incluidos enlaces dobles o triples, a un heteroátomo. Por lo tanto, un grupo sustituido está sustituido con uno o más sustituyentes, salvo que se indique lo contrario. Un grupo sustituido puede sustituirse con 1, 2, 3, 4, 5 o 6 sustituyentes.
Los grupos de anillos sustituidos incluyen anillos y sistemas de anillos en los que un enlace a un átomo de hidrógeno se reemplaza por un enlace a un átomo de carbono. Por lo tanto, los grupos cicloalquilo, arilo, heterociclilo y heteroarilo sustituidos también pueden sustituirse con grupos alquilo, alquenilo y alquinilo sustituidos o no sustituidos tal como se definen en la presente memoria.
Como se utiliza en la presente memoria, el término “ alquilo” o “ grupos alquilo” se refiere a hidrocarburos saturados que tienen uno o más átomos de carbono, incluidos grupos alquilo de cadena lineal (p. ej., metilo, etilo, propilo, butilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo, nonilo, decilo, etc.), grupos alquilo de cadena ramificada (p. ej., isopropilo, terc-butilo, sec-butilo, isobutilo, etc.) y grupos alquilo sustituidos con alquilo.
Salvo que se indique lo contrario, el término “ alquilo” incluye tanto “ alquilos no sustituidos” como “ alquilos sustituidos” Tal como se utiliza en la presente memoria, el término “ alquilos sustituidos” se refiere a grupos alquilo que tienen sustituyentes que reemplazan uno o más hidrógenos en uno o más carbonos de la estructura principal de hidrocarburos. Tales sustituyentes pueden incluir, por ejemplo, grupos alquenilo, alquinilo, halógeno, hidroxilo, alquilcarboniloxi, arilcarboniloxi, alcoxicarboniloxi, ariloxi, ariloxicarboniloxi, carboxilato, alquilcarbonilo, arilcarbonilo, alcoxicarbonilo, aminocarbonilo, alquilaminocarbonilo, dialquilaminocarbonilo, alquiltiocarbonilo, alcoxilo, fosfato, fosfonato, fosfinato, ciano, amino (incluidos alquilamino, dialquilamino, arilamino, diarilamino y alquilarilamino), acilamino (incluidos alquilcarbonilamino, arilcarbonilamino, carbamoílo y ureido), imino, sulfhidrilo, alquiltio, ariltio, tiocarboxilato, sulfatos, alquilsulfinilo, grupos sulfonatos, sulfamoílo, sulfonamido, nitro, trifluorometilo, ciano, azido, heterocíclico, alquilarilo o aromáticos (incluido heteroaromático).
En algunas realizaciones, los alquilos sustituidos pueden incluir un grupo heterocíclico. Como se utiliza en la presente memoria, el término “ grupo heterocíclico” incluye estructuras de anillo cerrado análogas a los grupos carbocíclicos en los cuales uno o más de los átomos de carbono en el anillo es un elemento distinto de carbono, por ejemplo, nitrógeno, azufre u oxígeno. Los grupos heterocíclicos pueden ser saturados o insaturados. Los grupos heterocíclicos ilustrativos incluyen, aunque no de forma limitativa, aziridina, óxido de etileno (epóxidos, oxiranos), tiirano (episulfuros), dioxirano, azetidina, oxetano, tietano, dioxetano, ditietano, ditietina, azolidina, pirrolidina, pirrolina, oxolano, dihidrofurano, y furano.
Los grupos alquenilo o alquenos son grupos alquilo ramificados o de cadena lineal que tienen de dos a aproximadamente 30 átomos de carbono e incluyen además al menos un doble enlace. En algunas realizaciones, un grupo alquenilo tiene de 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, o típicamente, de 2 a 10 átomos de carbono. Los grupos alquenilo pueden estar sustituidos o no sustituidos. Para un doble enlace en un grupo alquenilo, la configuración para el doble enlace puede ser una configuracióntransocis.Los grupos alquenilo pueden sustituirse de manera similar a los grupos alquilo.
Los grupos alquinilo son grupos alquilo ramificados o de cadena lineal que tienen de dos a aproximadamente 30 átomos de carbono y que además incluyen al menos un triple enlace. En algunas realizaciones, un grupo alquinilo tiene de 2 a aproximadamente 30 átomos de carbono, o típicamente, de 2 a 10 átomos de carbono. Los grupos alquenilo pueden estar sustituidos o no sustituidos. Los grupos alquinilo pueden sustituirse similarmente a los grupos alquilo o alquenilo.
Como se utilizan en la presente memoria, los términos “ alquileno” , “ cicloalquileno” , “ alquilinuros” y “ alquenileno” , solos o como parte de otro sustituyente, se refieren a un radical divalente derivado de un grupo alquilo, cicloalquilo o alquenilo, respectivamente, tal como se ejemplifica con -CH2CH2CH2-. Para los grupos alquileno, cicloalquileno, alquinileno y alquenileno, no se implica ninguna orientación del grupo de unión.
El término “ éster” , como se utiliza en la presente memoria, se refiere a un grupo -R30COOR31. R30 está ausente, es un grupo alquileno, cicloalquileno, alquenileno, alquinileno, arileno, aralquileno, heterociclilalquileno o heterociclileno sustituido o no sustituido, según se define en la presente memoria. R31 es un grupo alquilo, cicloalquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, aralquilo, heterociclilalquilo o heterociclilo sustituido o no sustituido según se define en la presente memoria.
El término “ amina” (o “ amino” ), tal como se utiliza en la presente memoria, se refiere a los grupos -R32NR33R34 R32 está ausente, es un grupo alquileno, cicloalquileno, alquenileno, alquinileno, arileno, aralquileno, heterociclilalquileno o heterociclileno sustituido o no sustituido, tal como se define en la presente memoria. R33 y R34 son independientemente hidrógeno o un grupo alquilo, cicloalquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, aralquilo, heterociclilalquilo o heterociclilo sustituido o no sustituido como se define en la presente memoria.
El término “ amina” , tal como se utiliza en la presente memoria, también se refiere a un compuesto independiente. Cuando una amina es un compuesto, puede representarse mediante una fórmula de grupos R32'NR33'R34', en donde R32', R33' y R34 son independientemente hidrógeno, o un grupo alquilo, cicloalquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, aralquilo, heterociclilalquilo o heterociclilo sustituido o no sustituido, como se define en la presente memoria.
El término “ hidroxilo” , como se utiliza en la presente memoria, se refiere a un grupo -R35OH. R35 está ausente, es un grupo alquileno, cicloalquileno, alquenileno, alquinileno, arileno, aralquileno, heterociclilalquileno o heterociclileno sustituido o no sustituido, tal como se define en la presente memoria.
El término “ ácido carboxílico” , como se utiliza en la presente memoria, se refiere a grupos -R36COOH. R36 está ausente, es un grupo alquileno, cicloalquileno, alquenileno, alquinileno, arileno, aralquileno, heterociclilalquileno o heterociclileno sustituido o no sustituido, tal como se define en la presente memoria.
El término “ éter” , como se utiliza en la presente memoria, se refiere a un grupo -R37OR38. R37 está ausente, es un grupo alquileno, cicloalquileno, alquenileno, alquinileno, arileno, aralquileno, heterociclilalquileno o heterociclileno sustituido o no sustituido, tal como se define en la presente memoria. R38 es un grupo alquilo, cicloalquilo, alquenilo, alquinilo, arilo, aralquilo, heterociclilalquilo o heterociclilo sustituido o no sustituido como se define en la presente memoria.
El término “ disolvente” , como se utiliza en la presente memoria, se refiere a cualquier disolvente inorgánico u orgánico. Los disolventes son útiles en el método o artículo, producto o composición descrito como disolvente de reacción o disolvente portador. Los disolventes adecuados útiles para eliminar suciedades hidrofóbicas incluyen, aunque no de forma limitativa, disolventes oxigenados tales como alcanoles inferiores, éteres de alquilo inferior, glicoles, éteres de aril glicol y éteres de alquil glicol inferior. Ejemplos de disolventes útiles incluyen, aunque no de forma limitativa: metanol, etanol, propanol, isopropanol y butanol, isobutanol, etilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol, éteres mixtos de etilen-propilenglicol, éter fenílico de etilenglicol y éter fenílico de propilenglicol. El agua también es un disolvente. El disolvente utilizado en la presente memoria puede ser de un único disolvente o de una mezcla de muchos disolventes diferentes.
Los éteres de glicol incluyen, aunque no de forma limitativa, éter n-butílico de dietilenglicol, éter n-propílico de dietilenglicol, éter etílico de dietilenglicol, éter metílico de dietilenglicol, éter t-butílico de dietilenglicol, éter n-butílico de dipropilenglicol, éter metílico de dipropilenglicol, éter etílico de dipropilenglicol, éter propílico de dipropilenglicol, éter terc-butílico de dipropilenglicol, éter butílico de etilenglicol, éter propílico de etilenglicol, éter etílico de etilenglicol, éter metílico de etilenglicol, acetato de éter metílico de etilenglicol, éter n-butílico de propilenglicol, éter etílico de propilenglicol, éter metílico de propilenglicol, éter n-propílico de propilenglicol, éter metílico de tripropilenglicol y éter nbutílico de tripropilenglicol, éter fenílico de etilenglicol, éter fenílico de propilenglicol y similares, o mezclas de los mismos.
Ácidos
Las composiciones o métodos descritos en la presente memoria pueden incluir un ácido. Sin embargo, en algunas realizaciones, las composiciones descritas en la presente memoria están libres de un ácido.
Generalmente, los ácidos, tal como se utilizan en la presente descripción, incluyen ácidos tanto orgánicos como inorgánicos. Los ácidos orgánicos incluyen, aunque no de forma limitativa, el ácido hidroxiacético (glicólico), el ácido fórmico, el ácido acético, el ácido propiónico, el ácido butírico, el ácido valérico, el ácido caproico, el ácido glucónico, el ácido itacónico, el ácido tricloroacético, el clorhidrato de urea y el ácido benzoico. Los ácidos orgánicos también incluyen ácidos dicarboxílicos tales como ácido oxálico, ácido malónico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido adípico y ácido tereftálico. También se pueden utilizar combinaciones de estos ácidos orgánicos. Los ácidos inorgánicos incluyen, aunque no de forma limitativa, ácidos minerales, tales como ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido sulfámico, ácido metilsulfámico, ácido clorhídrico, ácido bromhídrico, ácido fluorhídrico y ácido nítrico. Los ácidos inorgánicos se pueden utilizar solos, junto con otro u otros ácidos inorgánicos o junto con uno o más ácidos orgánicos. Pueden utilizarse generadores de ácido para formar un ácido adecuado, incluyendo, por ejemplo, generadores tales como fluoruro de potasio, fluoruro de sodio, fluoruro de litio, fluoruro de amonio, bifluoruro de amonio, silicofluoruro de sodio, etc.
Los ejemplos de ácidos particularmente adecuados en los métodos o composiciones descritos en la presente memoria incluyen ácidos inorgánicos y orgánicos. Los ácidos inorgánicos ilustrativos incluyen fosfórico, fosfónico, sulfúrico, sulfámico, metilsulfámico, clorhídrico, bromhídrico, fluorhídrico y nítrico. Los ácidos orgánicos ilustrativos incluyen hidroxiacético (glicólico), cítrico, láctico, fórmico, acético, propiónico, butírico, valérico, caproico, glucónico, itacónico, tricloroacético, hidrocloruro de urea y benzoico. También se pueden utilizar ácidos dicarboxílicos orgánicos tales como el ácido oxálico, maleico, fumárico, adípico y tereftálico.
Fuente o base de alcalinidad
Los métodos de preparación o composiciones descritos pueden incluir el uso de una cantidad eficaz de una fuente de alcalinidad o base como catalizador o ingrediente. La fuente de alcalinidad comprende a su vez uno o más compuestos alcalinos. La fuente de alcalinidad se puede añadir a la mezcla de reacción en forma de sólido, líquido o disolución de la misma.
En general, una cantidad eficaz de la fuente de alcalinidad debe considerarse como una cantidad que proporciona una mezcla de reacción que tiene un pH de al menos aproximadamente 8. Cuando la disolución tiene un pH de entre aproximadamente 8 y aproximadamente 10, puede considerarse ligeramente alcalina, y cuando el pH es superior a aproximadamente 12, la disolución puede considerarse cáustica.
La fuente de alcalinidad puede incluir un carbonato de metal alcalino, un hidróxido de metal alcalino, un silicato de metal alcalino, un metasilicato de metal alcalino o una mezcla de los mismos. Los carbonatos de metal adecuados que se pueden utilizar incluyen, por ejemplo, carbonato, bicarbonato, sesquicarbonato de sodio o potasio o una mezcla de los mismos. Los hidróxidos de metales alcalinos adecuados que pueden utilizarse incluyen, por ejemplo, hidróxido de sodio, de litio o de potasio. Los ejemplos de silicatos de metales alcalinos útiles incluyen silicato de sodio o potasio (con una relación de M2O:SiO2 de 2,4 a 5:1, representando M un metal alcalino) o metasilicato. Se puede preparar un metasilicato mezclando un hidróxido y un silicato. La fuente de alcalinidad también puede incluir un borato de metal tal como borato de sodio o potasio, y similares.
La fuente de alcalinidad también puede incluir etanolamina, sulfato de urea, aminas, sales de amina y amonio cuaternario. Las aminas catiónicas más simples, las sales de amina y los compuestos de amonio cuaternario pueden dibujarse esquemáticamente de este modo:
en donde, R representa una cadena larga de alquilo, R', R" y Rm pueden ser cadenas largas de alquilo o grupos más pequeños de alquilo o arilo o hidrógeno y X representa un anión.
En algunas realizaciones, los métodos de preparación están exentos de la fuente de alcalinidad porque los reactantes contienen una amina primaria o un grupo amino primaria para catalizar la reacción. En algunas realizaciones, las composiciones descritas en la presente memoria están exentas de la fuente de alcalinidad.
Poliaminas
Una poliamina puede tener, aunque no de forma limitativa, una fórmula genérica de NH2-[R10']n-NH2, (RNH)n-RNH2, H2N-(RNH)n-RNH2 o H2N-(RN(R'))n-RNH2, en donde R10' es un grupo alquileno C2-C i0 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C<4>-C io lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R' es -CH<2>-, -CH<2>CH<2>-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquilo C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, RNH2, RNHRNH2, o RN(RNH2)2 ; y n puede ser desde 2 hasta 1000000. El monómero en una poliamina, p. ej., el grupo R o R', puede ser igual o diferente. En la presente descripción, una poliamina se refiere tanto a poliamina de molécula pequeña cuando n es de desde 1 hasta 9 como a poliamina polimérica cuando n es de desde 10 hasta 1000000.
Las poliaminas de micromoléculas incluyen, aunque no de forma limitativa, etilendiamina, dietilentriamina, trietilentetramina, tetraetilenpentamina, pentaetilenhexamina, hexaetilenheptamina y tris(2-aminoetil)amina.
Otras posibles poliaminas incluyen las monoaminas, diaminas y triaminas JEFFAMINE® de Huntsman. Estos productos altamente versátiles contienen grupos amino primarios unidos al extremo de una estructura principal de poliéter, normalmente a base de óxido de propileno (PO), óxido de etileno (EO) o una mezcla de ambos óxidos. Las aminas JEFFAMINE® incluyen una familia de polieteraminas que consiste en monoaminas, diaminas y triaminas basadas en la estructura principal de poliéter. Las aminas JEFFAMINE® también incluyen polieteraminas de alta conversión y a base de politetrametilenglicol (PTMEG). Estas aminas JEFFAMINE® tienen un peso molecular promedio (M<w>) de aproximadamente 130 a aproximadamente 4000.
Una poliamina utilizada en la presente descripción puede ser un derivado de poliamina o una poliamina modificada, en la que uno o más de los protones de NH, pero no todos, en la poliamina están sustituidos por un grupo no sustituido o sustituido. Por ejemplo, una alquilpoliamina que contiene uno o más grupos alquilo conectados al átomo de nitrógeno puede utilizarse para producir la poliamina catiónica de carga múltiple descrita en la presente memoria. En estos derivados de PEI, solo algunos de los protones de NH2 primarias o NH secundarias se reemplazan por otros grupos distintos de protones y los protones de NH<2>o NH restantes todavía pueden reaccionar con un aceptor de Michael, tal como una olefina activada que contiene un grupo hidrófilo (iónico), mediante una reacción de adición de aza-Michael.
Una clase de poliamina polimérica incluye polietilenimina (PEI) y sus derivados. La polietilenimina (PEI) o poliaziridina es un polímero con una unidad repetitiva de CH2CH2NH y tiene una formulación general de NH2(CH2CH2NH)n-CH<2>CH<2>NH<2>, en donde n puede ser de desde 2 hasta 10<5>. El monómero de repetición en PEI tiene un peso molecular (Mw) de 43,07 y una razón de nitrógeno con respecto a carbono de 1:2.
Los derivados de PEI incluyen PEI etoxiladas/propiladas, PEI de poliquat, PEI de cuat de poliglicerol y otros derivados de PEI, sales o mezclas de los mismos. La masa molar de las polietileniminas, incluidas las polietileniminas modificadas, puede oscilar de aproximadamente 800 g/mol a aproximadamente 2000000 g/mol. Por ejemplo, SOKALAN® HP20 es un producto de PEI alcoxilado. En estos derivados de PEI, solo algunos de los protones de NH2 primarias o NH secundarias se reemplazan por grupos funcionales y los protones de NH2 o NH restantes todavía pueden reaccionar con un aceptor de Michael, p. ej., una olefina activada o un compuesto a,p-insaturado que contiene un grupo hidrófilo (iónico).
Las PEI y sus derivados pueden ser lineales, ramificados o dendrímeros. Las polietileniminas lineales contienen todas las aminas secundarias, a diferencia de las PEI ramificadas que contienen grupos amino primarios, secundarios y terciarios. También existen formas dendrímeras totalmente ramificadas y contienen grupos amino primarios y terciarios. A continuación se muestran dibujos de PEI lineal, ramificada y dendrímera no modificada.
PEI lineal
PEI ramificada ilustrativa
Los derivados de PEI se obtienen normalmente sustituyendo un(os) protón/protones en los átomos de nitrógeno por un grupo diferente. Uno de tales derivados de PEI es el PEI etoxilada y propoxilada, en donde las polietileniminas se derivatizan con cadenas laterales de óxido de etileno (EO) y/u óxido de propileno (PO). La etoxilación de las PEI puede aumentar la solubilidad de las PEI.
La PEI se produce a escala industrial. Hay varias polietileniminas comerciales disponibles, incluyendo, por ejemplo, las comercializadas con el nombre comercial Lupasol® (BASF), incluyendo, por ejemplo, Lupasol® FG, Lupasol® G, Lupasol® PR 8515, Lupasol® WF, Lupasol® G 20/35/100, Lupasol® HF, Lupasol® P, Lupasol® PS, Lupasol® PO 100, Lupasol® PN 50/60, y Lupasol® SK. Estas PEI tienen pesos moleculares promedio (M<w>) de aproximadamente 800, aproximadamente 1300, aproximadamente 2000, aproximadamente 5000, aproximadamente 25 000, aproximadamente 1300/2000/5000, aproximadamente 25000, aproximadamente 750000, aproximadamente 750000, aproximadamente 1000000 y aproximadamente 2000000, respectivamente.
Dos promedios habitualmente utilizados para el peso molecular de un polímero son el peso molecular promedio en número (Mn) y el peso molecular promedio en peso (M<w>). El índice de polidispersidad (D) representa la distribución del peso molecular de los polímeros. Mn = (In¡M¡)/In¡, Mw = (In¡M¡2)/In¡M¡ y D = Mw/Mn, en donde el número de índice, i, representa el número de diferentes pesos moleculares presentes en la muestra y n¡ es el número total de moles con una masa molar de M¡. Para un polímero, Mn y Mw suelen ser diferentes. Por ejemplo, un compuesto de PEI puede tener un Mn de aproximadamente 10000 mediante GPC y un Mw de aproximadamente 25000 mediante LS.
La dispersión de luz (LS) se puede utilizar para medir el M<w>de una muestra de polímero. Otra forma fácil de medir el peso molecular de una muestra o producto es la cromatografía de permeación en gel (GPC). La GPC es una técnica analítica que separa las moléculas de los polímeros por tamaño y proporciona la distribución de peso molecular de un material. La GPC también se conoce a veces como cromatografía de exclusión molecular (SEC). Esta técnica se utiliza frecuentemente para el análisis de polímeros para determinar tanto su Mn como su Mw.
Estas polietileniminas comercialmente disponibles e ilustrativas son solubles en agua y están disponibles como polietileniminas anhidras y/o polietileniminas modificadas proporcionadas en disoluciones acuosas o metoxipropanol (como para Lupasol® PO 100).
La PEI y sus derivados encuentran muchas aplicaciones normalmente derivadas de su carácter policatiónico. Debido a la presencia de grupos amino, la PEI puede protonarse con ácidos para formar una sal de PEI del medio circundante, lo que da como resultado un producto que está parcial o totalmente ionizado dependiendo del pH. Por ejemplo, aproximadamente el 73 % de PEI se protona a pH 2, aproximadamente el 50 % de PEI se protona a pH 4, aproximadamente el 33 % de PEI se protona a pH 5, aproximadamente el 25 % de PEI se protona a pH 8 y aproximadamente el 4 % de PEI se protona a pH 10. En general, los PEI se pueden comprar como su forma protonada o no protonada con y sin agua. Las PEI comerciales a pH 13 tienen una densidad de carga (catiónica) de aproximadamente 16-17 meq/g (miliequivalentes por gramo).
El contraión de cada centro de nitrógeno protonado se equilibra con un anión de un ácido obtenido durante la neutralización. Los ejemplos de sales de PEI protonadas incluyen, aunque no de forma limitativa, sal de clorhidrato de PEI, sal de ácido sulfúrico de PEI, sal de ácido nítrico de PEI, sal de ácido acético de PEI, sal de ácido graso de PEI y similares. De hecho, se puede utilizar cualquier ácido para protonar PEI, lo que da como resultado la formación del compuesto de sal de PEI correspondiente.
La polietilenimina adecuada útil en de la presente descripción puede contener una mezcla de sustituyentes de aminas primarias, secundarias y terciarias o una mezcla de diferentes pesos moleculares promedio. La mezcla de sustituyentes de amina primaria, secundaria y terciaria puede estar en cualquier proporción, incluyendo, por ejemplo, en la proporción de aproximadamente 1: 1: 1 a aproximadamente 1: 2: 1 con ramificación cada 3 a 3,5 átomos de nitrógeno a lo largo de un segmento de cadena. Alternativamente, los compuestos de polietilenimina adecuados pueden ser principalmente uno de los sustituyentes de amina primaria, secundaria o terciaria.
La poliamina que se puede utilizar para producir los compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple descritos en la presente memoria puede tener un amplio intervalo de su peso molecular promedio. Se pueden producir diferentes compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple con sus pesos moleculares promedio característicos seleccionando diferentes poliaminas de molécula pequeña de partida, PEI poliméricas o mezclas de las mismas. Controlando el tamaño de las poliaminas o PEI y el grado de modificación por parte del compuesto a,p-insaturado y el epóxido, se pueden producir compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple con un peso molecular promedio similar y múltiples cargas catiónicas o múltiples cargas aniónicas. Debido a este carácter, se pueden producir y utilizar diferentes compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple para una gama más amplia de aplicaciones que utilizan poliaminas o PEI no modificadas.
Específicamente, las poliaminas que se pueden utilizar para producir las poliaminas modificadas descritas aquí tienen un peso molecular promedio (M<w>) de aproximadamente 60-200, aproximadamente 100-400, aproximadamente 100 600, aproximadamente 600-5000, aproximadamente 600-800, aproximadamente 800-2000, aproximadamente 800 5000, aproximadamente 100-2000000, aproximadamente 100-25 000, aproximadamente 600-25000, aproximadamente 800-25000, aproximadamente 600-750000, aproximadamente 800-750000, aproximadamente 25 000-750000, aproximadamente 750000-2 000000, aproximadamente 100, aproximadamente 200, aproximadamente 300, aproximadamente 400, aproximadamente 500, aproximadamente 600, aproximadamente 700, aproximadamente 800, aproximadamente 1000, aproximadamente 1,500, aproximadamente 2000, aproximadamente 3000, aproximadamente 5000, aproximadamente 8000, aproximadamente 10000, aproximadamente 15000, aproximadamente 20000, aproximadamente 50000, aproximadamente 100000, aproximadamente 250000, aproximadamente 500000, aproximadamente 1000000, aproximadamente 2000000 o cualquier valor entre los mismos.
En un aspecto, en la presente memoria se expone un compuesto de carga múltiple que tiene una de las fórmulas genéricas de NA2-[R10']n-NA2, (RNA)n-RNA2, NA2-(RNA)n-RNA2 o NA2-(RN(R'))n-RNA2, en donde R10' es un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, - CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R' es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquilo C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, RNA2, RNARNA2, o RN(RNA2)2; n puede ser de desde 2 hasta 1000000; A es una combinación de H,
o una combinación de H,
en donde X es NH u O; R<2>es H, CH3 o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido; R2' es H, CH<3>o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C<1>-C<10>, lineal o ramificado, sustituido o no sustituido, -COOH, -CH2COOH, Y', o -(CH2)m-Y'; m es un número entero de 2 a 4; R<3>está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal o ramificado, no sustituido; Y es -NR4Rs R6(+); Y' es -COOH, -SO3H, -PO3H, -OSO3H, -OPO3H, o una sal del mismo; R<4>, R<5>, y R<6>son independientemente un grupo alquilo C1-C10; R<7>es H o alquilo; y R<8>es alquilo, o -(CH2)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1-30; en donde el compuesto es un compuesto catiónico de carga múltiple que tiene 1,2, 3, o más grupos
y al menos un grupo
o un compuesto aniónico de carga múltiple que tiene 1, 2, 3 o más grupos
y al menos un grupo
En algunas realizaciones, A es
En algunas otras realizaciones, A es
y
En aún algunas otras realizaciones, A es
y
En algunas realizaciones, el compuesto de carga múltiple es NA2-[R10']n-NA2. En algunas otras realizaciones, el compuesto de carga múltiple es (RNA)n-RNA2. En aún algunas otras realizaciones, el compuesto de carga múltiple es NA2-(RNA)n-RNA2. En algunas otras realizaciones, el compuesto de carga múltiple es NA2-(RN(R'))n-RNA2.
En algunas realizaciones, R7 es H. En algunas otras realizaciones, R7 es un grupo alquilo C1-C4. En aún algunas otras realizaciones, R8 es un grupo alquilo C12-C20.
En otro aspecto según la invención de la presente memoria, es un compuesto de carga múltiple derivado de una poliamina a través de sus reacciones con una olefina activada y un epóxido, en donde la olefina activada tiene la siguiente fórmula;
y el epóxido es
en donde X es NH u O; R<2>es H, CH3 o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido; R<3>está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal o ramificado, no sustituido; Y es -NR<4>R5Ra(+); R<4>, R<5>y R<6>son independientemente un grupo alquilo C<1>-C<10>no sustituido; R<7>es H o alquilo; y R<8>es alquilo, o -(CH<2>)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1 a 30; en donde la poliamina y la olefina activada se someten a una reacción de adición de Michael de aza y la poliamina y el epóxido se someten a una reacción de apertura de anillo; en donde el compuesto es un compuesto catiónico de carga múltiple que tiene 1, 2, 3 o más cargas positivas a partir de la olefina activada y al menos un grupo no iónico a partir del epóxido o un compuesto aniónico de carga múltiple que tiene 1, 2, 3 o más cargas negativas a partir de la olefina activada y al menos un grupo no iónico a partir del epóxido.
Los compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple descritos aquí se derivan de una poliamina como resultado de su adición de aza-Michael con una olefina activada, tal como un compuesto de carbonilo a, p-insaturado, que tiene un grupo iónico y su reacción de apertura de anillo con un epóxido.
Las dos reacciones de una poliamina que conducen a los compuestos descritos pueden ser secuenciales o simultáneas, p. ej., de tres maneras diferentes, como se muestra en laFigura 1,laFigura 2y laFigura 3,que ilustra los esquemas genéricos para las estructuras y las reacciones que conducen a los compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple descritos.
LaFigura 1muestra un esquema de reacción genérico ilustrativo para producir un compuesto catiónico de carga múltiple primero mediante una reacción de apertura de anillo entre una polietilenimina de revestimiento y un epóxido y después una reacción de adición de aza-Michael con una olefina activada, p. ej., un compuesto carbonílico a, pinsaturado que tiene un grupo catiónico. LaFigura 2muestra un esquema de reacción genérico alternativo ilustrativo para producir un compuesto catiónico de carga múltiple primero mediante una reacción de adición de aza-Michael entre una polietilenimina lineal y un compuesto de carbonilo a, p-insaturado y después una reacción de apertura de anillo con un epóxido. LaFigura 3muestra un esquema de reacción genérico ilustrativo para producir un compuesto catiónico de carga múltiple haciendo reaccionar una polietilenimina ramificada tanto con un epóxido como con un compuesto de carbonilo a, p-insaturado mediante una reacción de apertura de anillo y una reacción de adición de aza-Michael, respectivamente.
En laFigura 1,laFigura 2y laFigura 3,k, l, m, n, o o p es un número entero de 1-100; X es NH o O; R<2>es H, CH3, o un grupo alquilo C2-C10 lineal o ramificado no sustituido; R<3>está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal o ramificado, no sustituido; Y es -NR<4>R<5>R6(+) o una sal del mismo; R<4>, R<5>y R<6>son independientemente un grupo alquilo C1-C10 o un grupo bencilo; R<7>es H o alquilo; y R<8>es alquilo, o -(CH2)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1-30.
Las estructurasVyVIde laFigura 1,laFigura 2y laFigura 3representan productos de reacción generalizados. En las estructurasVyVI,todos los grupos amino secundarios y primarios de la polietilenimina reaccionan con epóxidos y compuestos carbonílicos a, p-insaturados, de modo que no quedan grupos amino secundarios. Es posible que en los compuestos iónicos de carga múltiple descritos, algunos grupos amino secundario o primario no reaccionen completamente con el epóxido o la olefina activada y permanezcan como grupos amino primario o secundario en el compuesto iónico de carga múltiple o su sal.
En algunas realizaciones según la invención, R<7>es H. En algunas otras realizaciones según la invención, R<7>es CH3. En aún algunas otras realizaciones según la descripción, R<7>es un alquilo C2-C4.
En algunas realizaciones según la descripción; R<8>es un alquilo C1-C30. En algunas otras realizaciones según la descripción, R<8>es un alquilo C8-C4. En aún algunas otras realizaciones según la descripción, R<8>es un alquilo C8-C20.
En algunas realizaciones según la invención, R<8>es -(CH2)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1 a 30 y el grupo alquilo es un grupo alquilo C1-C30.
En algunas realizaciones, la poliamina es NH2-[R10']n-NH2, (RNH)n-RNH2, H2N-(RNH)n-RNH2 o H2N-(RN(R'))n-RNH2, en donde R10' es un grupo alquileno C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R' es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquilo C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, RNH2, RNHRNH2, o RN(RNH2)2; y n puede ser desde 2 hasta 1000000. El monómero en una poliamina, p. ej., el grupo R o R', puede ser igual o diferente. En la presente descripción, una poliamina se refiere tanto a poliamina de molécula pequeña cuando n es de desde 1 hasta 9 como a poliamina polimérica cuando n es de desde 10 hasta 1000000.
En otras palabras, el compuesto iónico de carga múltiple puede tener una fórmula de NA2-[R10']n-NA2, (RNA)n-RNA2, NA2-(RNA)n-RNA2 o NA2-(RN(R'))n-RNA2 o similares, en donde R10' es un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido; R es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R' es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquilo C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, RNA2, RNARNA2, o RN(RNA2)2; n puede ser de desde 2 hasta 1000000; A es una combinación de H,
o una combinación de H,
en donde X es NH u O; R<2>es H, CH3, o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C2-C10 lineal o ramificado no sustituido; R<3>está ausente o es un grupo alquileno C<1>-C<30>lineal o ramificado, no sustituido; Y es -NR<4>R<5>R<6>(+);R<4>, R<5>y R<6>son independientemente un grupo alquilo C1-C10 no sustituido; R<7>es H o alquilo; y R<8>es alquilo, o -(CH2)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1 a 30; en donde el compuesto es un compuesto catiónico de carga múltiple que tiene 1,2, 3 o más cargas positivas de la olefina activada y al menos un grupo no iónico del epóxido o un compuesto aniónico de carga múltiple que tiene 1, 2, 3 o más cargas negativas de la olefina activada y al menos un grupo no iónico del epóxido.
En algunas realizaciones, A tiene carga positiva
y es no iónico
En algunas otras realizaciones, A tiene carga negativa
y es no iónico
En algunas realizaciones, al menos dos de los protones de NH2 primarias fueron reemplazados por
y el resto de los protones de NH2 primarias permanece. En algunas realizaciones, al menos dos de los protones de NH2 primarias fueron reemplazados por
al menos uno de los protones de NH2 primarias o de NH secundarias fue reemplazado por
y el resto de los protones de NH2 primarias permanece. En algunas otras realizaciones, todos los protones de NH2 primarias se reemplazan por
En algunas realizaciones, algunos de los protones de NH2 primarias y de NH secundarias se reemplazan por
En algunas realizaciones, todos los protones de NH2 primarias y parte de los protones NH secundarias se reemplazan por
No obstante, los compuestos descritos en la presente memoria son compuestos catiónicos de carga múltiple que tienen 1,2, 3 o más grupos
y al menos un grupo
o compuestos aniónicos de carga múltiple que tienen 1,2, 3 o más grupos
y al menos un grupo
En algunas realizaciones, R<2>es H. En algunas realizaciones, R<2>es CH3. En aún algunas otras realizaciones, R<2>es CH3CH3 , CH2CH2CH3 o CH(CH<3>)<2>.
En algunas realizaciones, Y es -NR4R5R6(+). En algunas otras realizaciones, Y es - NR4R5R6(+) y R<4>, R<5>y R<6>son independientemente CH3. En aún algunas otras realizaciones, Y es -NR4R5R6(+) y R<4>y R<5>son independientemente CH3 y R<6>es un alquilo aromático C6-C12. En algunas otras realizaciones, Y es -NR4R5R6(+) y R<4>y R<5>son independientemente CH3 y R<6>es - CH2-C6H6.
En algunas realizaciones, Y es -NR4R5R6(+) y el contraión para Y es cualquier ion o especie con carga negativa. En algunas otras realizaciones, el contraión para Y se selecciona del grupo que consiste en cloruro, bromuro, fluoruro, yoduro, acetato, aluminato, cianato, cianuro, dihidrogenofosfato, dihidrogenofosfito, formiato, carbonato, hidrogenocarbonato, hidrogenooxalato, hidrogenosulfato, hidróxido, nitrato, nitrito, tiocianato y una combinación de los mismos.
En algunas realizaciones, Y' es -COOH o una sal del mismo. En algunas otras realizaciones, Y' es -SO3H, -OSO3H o una sal del mismo. Aun en otras realizaciones, Y' es -PO3H, - OPO3H o una sal del mismo.
En algunas realizaciones, cuando Y es un grupo aniónico, los contraiones positivos para la carga negativa son Li+, Na+, K+, NH3+, un amonio cuaternario o similares.
En algunas realizaciones, R<3>es CH2. En algunas otras realizaciones, R<3>es CH2CH2. En otras realizaciones, R<3>es C(CH3)2. En aún algunas otras realizaciones, R<3>es un grupo alquileno C1-C30 no sustituido, lineal y saturado. En algunas realizaciones, R<3>es un grupo alquileno C1-C30 no sustituido, lineal e insaturado.
En algunas realizaciones, R<3>es un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C8-C18 lineal. En algunas otras realizaciones, R<3>es un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C8-C20 ramificado.
En algunas realizaciones, la poliamina es una poliamina lineal, ramificada o dendrímera con una fórmula general de -[RNH]n-, en donde R es -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos, y n es un número entero de 3, 4, 5, 6, 7-9 o de 10 a 1000000. En algunas realizaciones, la poliamina es una poliamina lineal, ramificada o dendrímera con una fórmula general de (RNH)n-RNH2, en donde R es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos y n puede ser de 2 a 1000000. En algunas realizaciones, R es el mismo en cada monómero. En algunas otras realizaciones, R puede ser diferente de un monómero a otro monómero.
En algunas otras realizaciones, la poliamina es una poliamina lineal, ramificada o dendrímera con una fórmula general de H2N-(RNH)n-RNH2, en donde R es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos y n puede ser de 2 a 1000000. En algunas realizaciones, R es el mismo en cada monómero. En algunas otras realizaciones, R puede ser diferente de un monómero a otro monómero.
En aún algunas otras realizaciones, la poliamina es una poliamina lineal, ramificada o dendrímera con una fórmula general de H2N-(RN(R'))n-RNH2, en donde R es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R' es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquilo C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, RNH2, RNHRNH2, o RN(RNH2)2; y n puede ser desde 2 hasta 1000000. En algunas realizaciones, R o R' son iguales en cada monómero. En algunas otras realizaciones, R o R' pueden ser diferentes de un monómero a otro monómero.
En algunas realizaciones, la poliamina es una con una fórmula general de NH2-[R10']n-NH2, en donde R10' es un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos, y n es un número entero de 3, 4, 5, 6, 7-9 o de 10 a 1000000.
En algunas realizaciones, la poliamina es una o más de las poliaminas denominadas como JEFFAMINE® de Huntsman.
En algunas realizaciones, la poliamina comprende una alquilenamina, comprendiendo la alquilenamina etilendiamina, dietilentriamina, trietilentetramina, tetraetilenpentamina, pentaetilenhexamina, hexaetilenheptamina, polietilenimina, tris(2-aminoetil)amina o una mezcla de las mismas.
En algunas otras realizaciones, la poliamina es una mezcla de una monoamina, diamina y triamina con una cadena principal de poliéter o con una cadena principal de poliéter basada en óxido de propileno (PO), óxido de etileno (OE) o una mezcla de ambos óxidos.
En algunas realizaciones, la poliamina es una poliamina no modificada. En algunas otras realizaciones, la poliamina es una poliamina modificada.
En algunas realizaciones más, la poliamina es una poliamina etoxilada, poliamina propilada, poliamina con poliquat, poliamina con poliglicerol o una combinación de las mismas.
En aún algunas otras realizaciones, la poliamina es una polietilenoimina lineal, ramificada o dendrímera. En algunas otras realizaciones, la poliamina comprende solo grupos amino primarios y secundarios. En algunas realizaciones, la poliamina comprende solo grupos amino primarios, secundarios y terciarios. En algunas otras realizaciones, la poliamina comprende solo grupos amino primarios y terciarios.
En algunas realizaciones, la poliamina es un compuesto único. En algunas otras realizaciones, la poliamina es una mezcla de dos o más poliaminas diferentes, en donde las diferentes poliaminas tienen diferente peso molecular, diferente estructura o ambas.
En algunas realizaciones, la poliamina tiene un peso molecular promedio (Mw) de aproximadamente 60 a aproximadamente 2000000 Da. En algunas otras realizaciones, la poliamina tiene un peso molecular promedio (Mw) de aproximadamente 60 a aproximadamente 5000 Da. En aún algunas otras realizaciones, la poliamina tiene un peso molecular promedio (Mw) de aproximadamente 60 a aproximadamente 25000 Da.
En algunas realizaciones, las poliaminas que se pueden utilizar para producir las poliaminas modificadas descritas en la presente memoria tienen un peso molecular promedio (M<w>) de aproximadamente 60-200, aproximadamente 100 400, aproximadamente 100-600, aproximadamente 600-5000, aproximadamente 600-800, aproximadamente 800 2000, aproximadamente 800-5000, aproximadamente 100-2000000, aproximadamente 100-25000, aproximadamente 600-25.000, aproximadamente 800-25000, aproximadamente 600-750000, aproximadamente 800-750000, aproximadamente 25000-750000, aproximadamente 750000-2000000, aproximadamente 100, aproximadamente 200, aproximadamente 300, aproximadamente 400, aproximadamente 500, aproximadamente 600, aproximadamente 700, aproximadamente 800, aproximadamente 1000, aproximadamente 1500, aproximadamente 2000, aproximadamente 3000, aproximadamente 5 000, aproximadamente 8 000, aproximadamente 10000, aproximadamente 15000, aproximadamente 20000, aproximadamente 50000, aproximadamente 100000, aproximadamente 250000, aproximadamente 500000, aproximadamente 1000000, aproximadamente 2000000 o cualquier valor entre los mismos.
En algunas realizaciones, la poliamina es una diamina o triamina que tiene un peso molecular promedio (Mw) de aproximadamente 130 a aproximadamente 4000.
En algunas realizaciones, el compuesto es una mezcla derivada de una polietilenimina lineal y cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (APTAC). En algunas otras realizaciones, el compuesto es una mezcla derivada de una polietilenoimina lineal y cloruro de cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC).
En algunas otras realizaciones, el compuesto catiónico de carga múltiple es una mezcla derivada de una polietilenoimina ramificada y cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (APTAC). En algunas otras realizaciones, el compuesto es una mezcla derivada de una polietilenoimina lineal y cloruro de cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC).
En algunas realizaciones, la olefina activada es cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (APTAC), cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC), cloruro de 2-(acriloiloxi)-N,N,N-trimetiletanaminio (DMAEA-MCQ), sal cuaternaria de cloruro de bencilo y acrilato de N,N-dimetilaminoetilo (DMAEA-BCQ) o metilsulfato de 2-(metacriloiloxi)-N,N,N-trimetiletan-1-aminio (DMAEA-MSQ).
En algunas otras realizaciones, la olefina activada es cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (APTAC), cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC) o una mezcla de los mismos.
En algunas otras realizaciones, la olefina activada es cloruro de 2-(acriloiloxi)-N,N,N-trimetiletanaminio (DMAEA-MCQ), sal cuaternaria de cloruro de bencilo y acrilato de N,N-dimetilaminoetilo (DMAEA-BCQ) o metilsulfato de 2-(metacriloiloxi)-N,N,N-trimetiletan-1-aminio (DMAEA-MSQ) o una mezcla de los mismos.
En algunas realizaciones, la olefina activada es un ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfónico, ácido itacónico, ácido maleico, 3-(aliloxi)-2-hidroxipropano-1-sulfonato, o sus sales o mezclas de los mismos.
En algunas otras realizaciones, la olefina activada es ácido vinilsulfónico, ácido vinilfosfónico o una mezcla de los mismos.
En algunas realizaciones, el epóxido es un éter alquilglicidílico, éter hexilglicidílico, éter octilglicídico, éter dodecilglicídico, un 1,2-epoxialcano, 1,2-epoxitetradecano, 1,2-epoxidodecano o 1,2-epoxioctano o una mezcla de los mismos. En algunas otras realizaciones, el epóxido es un éter alquilglicidílico o 1,2-epoxialcano. En aún algunas otras realizaciones, el epóxido es éter hexilglicídico, éter octilglicídico, éter dodecilglicídico o una mezcla de los mismos. En algunas otras realizaciones, el epóxido es 1,2-epoxitetradecano, 1,2-epoxidodecano o 1,2-epoxioctano, o una mezcla de los mismos.
Aun en algunas otras realizaciones, cuando la olefina activada contiene un grupo aniónico que puede soportar carga negativa a un pH alcalino, los iones positivos contrarios para las cargas negativas incluyen, aunque no de forma limitativa, iones de metales alcalinos, Li+, Na+, K+, NH4+, un ion de amonio cuaternario, etc.
En algunas realizaciones, el compuesto es un producto de un epóxido, cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (APTAC) y una polietilenimina con un peso molecular promedio (Mw) de aproximadamente 1300, una polietilenimina con un peso molecular promedio (Mw) de aproximadamente 5000, una polietilenimina con un peso molecular promedio (Mw) de aproximadamente 25000, o una polietilenimina con un peso molecular promedio (Mw) de aproximadamente 750 000, respectivamente.
Debe entenderse que cuando n es mayor que 2, el compuesto puede ser una mezcla de más de dos compuestos catiónicos, que difieren entre sí por las ubicaciones exactas de los sustituyentes de NH.
En algunas realizaciones, el compuesto aniónico o catiónico de carga múltiple tiene un peso molecular promedio (Mw) desde aproximadamente 100 a aproximadamente 2.000.000 Da. En algunas otras realizaciones, el compuesto aniónico o catiónico de carga múltiple tiene un peso molecular promedio (Mw) desde aproximadamente 100 a aproximadamente 50.000 Da. Aun en algunas otras realizaciones, el compuesto aniónico o catiónico de carga múltiple tiene un peso molecular promedio (Mw) desde aproximadamente 100 Da a aproximadamente 600 Da, de aproximadamente 100 Da a aproximadamente 1000 Da, de aproximadamente 100 Da a aproximadamente 1400 Da, de aproximadamente 100 Da a aproximadamente 3000 Da, de aproximadamente 100 Da a aproximadamente 5500 Da, o de aproximadamente 100 Da a aproximadamente 10.000 Da, de aproximadamente 100 Da a aproximadamente 20.000 Da, de aproximadamente 100 Da a aproximadamente 30.000 Da, o de aproximadamente 100 Da a aproximadamente 40.000 Da.
En algunas realizaciones, el compuesto catiónico de carga múltiple tiene al menos 2, al menos 3, al menos 4, al menos 5, al menos 6, al menos 7, al menos 8, al menos 9 o al menos 10 cargas positivas. En algunas otras realizaciones, el compuesto tiene de 10 a 1000 cargas positivas, o cualquier valor entre las cargas positivas.
En algunas realizaciones, el compuesto catiónico de carga múltiple tiene al menos 2, al menos 3, al menos 4, al menos 5, al menos 6, al menos 7, al menos 8, al menos 9 o al menos 10 cargas negativas. En algunas otras realizaciones, el compuesto tiene de 10 a 1000 cargas positivas, o cualquier valor entre las cargas negativas.
En algunas realizaciones, el compuesto o el compuesto modificado es soluble o dispersable en agua.
Reacción de adición de aza-Michael y reacción de apertura de anillo del epóxido
Los compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple descritos en la presente memoria se derivan de una reacción de adición de aza-Michael entre una poliamina y un aceptor de Michael, tal como una olefina activada, o un compuesto de carbonilo a, p-insaturado que contiene un grupo hidrófilo (iónico) y de una reacción de apertura de anillo entre una poliamina y un epóxido. La reacción de adición de aza-Michael y la reacción de apertura de anillo pueden ocurrir de forma secuencial o simultánea. En algunas realizaciones, los productos de reacción de la reacción de adición de aza-Michael se derivan además con una reacción de apertura de anillo de un epóxido. Alternativamente, los compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple descritos en la presente memoria se derivan de una reacción de apertura de anillo entre una poliamina y un epóxido y los productos de la reacción de apertura de anillo reaccionan después con un aceptor de Michael, tal como una olefina activada o un compuesto de carbonilo a, p-insaturado que contiene un grupo hidrófilo (iónico) a través de una reacción de adición de aza-Michael entre el producto.
Un grupo amino alifático puede sufrir una reacción de adición de aza-Michael cuando está en contacto con un resto de hidrocarburo insaturado (p. ej., un doble enlace carbono-carbono) que está cerca de un grupo extractor de electrones, tal como un grupo carbonilo, ciano o nitro. Específicamente, la adición de Michael es una reacción entre nucleófilos y funcionalidades de olefina y alquino activadas, en donde el nucleófilo añade un enlace múltiple carbonocarbono que es adyacente a un grupo activador que atrapa electrones y estabiliza la resonancia, tal como un grupo carbonilo. El nucleófilo de adición de Michael se conoce como “ donante de Michael” , la olefina electrófila activada se conoce como “ aceptor de Michael” y el producto de reacción de los dos componentes se conoce como “ aducto de Michael” . Los ejemplos de donantes de Michael incluyen, aunque no de forma limitativa, aminas, tioles, fosfinas, carbaniones y alcóxidos. Los ejemplos de aceptores de Michael incluyen, aunque no de forma limitativa, ésteres de acrilato, metacrilatos de alquilo, acrilonitrilo, acrilamidas, maleimidas, cianoacrilatos y vinilsulfonas, cetonas de vinilo, nitroetilenos, aldehídos a, p-insaturados, fosfonatos de vinilo, acrilonitrilo, piridinas de vinilo, compuestos azoicos, beta-cetoacetilenos y ésteres de acetileno.
Como se utiliza en la presente memoria, una “ olefina activada” se refiere a un alqueno sustituido en el que al menos uno del carbono de doble enlace tiene un grupo extractor de electrones conjugado. Algunos ejemplos de olefinas activadas incluyen, aunque no de forma limitativa, compuestos carbonílicos a, p-insaturados (tales como CH2=CHCO-NH-CH3, alquilo-CH=CH-CO-alquilo, CH2=CH2C(O)-O-CHa), CH2=CH-COOH, CH2=CH(CHa)-COOH, CH2=CH-SO<3>H y similares.
La reacción de adición de aza-Michael puede catalizarse mediante un ácido o base fuerte. En algunos casos, algunos líquidos iónicos pueden funcionar tanto como medios de reacción como catalizadores. El catalizador preferido para la reacción de adición de aza-Michael para sintetizar los compuestos descritos es una base. Los catalizadores básicos ilustrativos pueden ser hidróxido y aminas. Debido a que la reacción para sintetizar los compuestos descritos utiliza una poliamina, la poliamina en sí misma puede funcionar como un catalizador para la reacción. En tales realizaciones, no es necesario ningún catalizador adicional, o un catalizador adicional es opcional. Otros catalizadores preferidos incluyen bases de amidina y guanidina.
La utilización de disolvente y/o diluyente para la reacción es opcional. Cuando se emplean, es adecuada una amplia gama de disolventes no ácidos, tales como, por ejemplo, agua, éteres (p. ej., tetrahidrofurano (THF)), hidrocarburos aromáticos (p. ej., tolueno y xileno), alcoholes (p. ej., n-butanol) y similares. Se puede utilizar una amplia gama de disolventes para la reacción porque el proceso de síntesis es relativamente insensible al disolvente. Cuando se utiliza disolvente (o diluyente), los niveles de carga pueden variar desde aproximadamente 10 % en peso a aproximadamente 80%en peso y más. El nivel de carga de disolvente puede ser de aproximadamente 0%en peso, de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 10% en peso, de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 20 % en peso, de aproximadamente 20 % en peso a aproximadamente 30 % en peso, de aproximadamente 30 % en peso a aproximadamente 40 % en peso, de aproximadamente 40 % en peso a aproximadamente 50 % en peso, de aproximadamente 50 % en peso a aproximadamente 60 % en peso, de aproximadamente 60 % en peso a aproximadamente 70 % en peso, de aproximadamente 70 % en peso a aproximadamente 80 % en peso, de aproximadamente 1 % en peso a aproximadamente 20 % en peso, de aproximadamente 20 % en peso a aproximadamente 40 % en peso, de aproximadamente 40 % en peso a aproximadamente 60 % en peso, de aproximadamente 60 % en peso a aproximadamente 80 % en peso, de aproximadamente 40 % en peso a aproximadamente 70 % en peso, aproximadamente 5 % en peso, aproximadamente 15 % en peso, aproximadamente 25 % en peso, aproximadamente 35 % en peso, aproximadamente 45 % en peso, aproximadamente 55 % en peso, aproximadamente 65 % en peso, aproximadamente 75 % en peso, o cualquier valor entre ellos de la mezcla de reacción final.
Generalmente, la reacción se puede llevar a cabo a una temperatura en un amplio intervalo de temperaturas. La temperatura de reacción puede oscilar de aproximadamente 0 °C a aproximadamente 150 °C, más preferiblemente de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 80 °C. La temperatura de contacto puede ser de aproximadamente 10 °C a aproximadamente 140 °C, de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 130 °C, de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 120 °C, de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 110 °C, de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 100 °C, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 90 °C, de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 80 °C, de aproximadamente 0 °C a aproximadamente 20 °C, de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 40 °C, de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 60 °C, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 80 °C, de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 100 °C, de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 120 °C, de aproximadamente 120 °C a aproximadamente 150 °C, aproximadamente 5 °C, aproximadamente 25 °C, aproximadamente 45 °C, aproximadamente 65 °C, aproximadamente 85 °C, aproximadamente 105 °C, aproximadamente 125 °C, aproximadamente 145 °C, o cualquier valor entre los mismos. La temperatura de reacción puede ser aproximadamente la misma desde el inicio de la reacción hasta el final de la reacción y puede cambiarse de una temperatura a otra mientras la reacción continúa.
El tiempo de reacción para la síntesis de los compuestos descritos en la presente memoria puede variar ampliamente, dependiendo de factores tales como la temperatura de reacción, la eficacia y la cantidad del catalizador, la presencia o ausencia de diluyente (disolvente) y similares. El tiempo de reacción preferido puede ser de aproximadamente 0,5 horas a aproximadamente 48 horas, de aproximadamente 1 hora a 40 horas, de aproximadamente 2 horas a 38 horas, de aproximadamente 4 horas a aproximadamente 36 horas, de 6 horas a aproximadamente 34 horas, de aproximadamente 8 horas a aproximadamente 32 horas, de aproximadamente 10 horas a aproximadamente 30 horas, de aproximadamente 12 horas a aproximadamente 28 horas, de aproximadamente 14 horas a 26 horas, de aproximadamente 16 horas a 24 horas, de aproximadamente 18 horas a 20 horas, de aproximadamente 1 hora a 8 horas, de 8 horas a 16 horas, de 8 horas a aproximadamente 24 horas, aproximadamente 2 horas, aproximadamente 4 horas, aproximadamente 6 horas, aproximadamente 8 horas, aproximadamente 10 horas, aproximadamente 14 horas, aproximadamente 16 horas, aproximadamente 18 horas, aproximadamente 24 horas, aproximadamente 30 horas, aproximadamente 36 horas, o cualquier valor intermedio.
La reacción de apertura de anillo de un epóxido con una amina también se conoce en la técnica anterior. Esta reacción de apertura de anillo se puede realizar a una temperatura de aproximadamente -20 °C a aproximadamente 200 °C y en presencia de un catalizador, base o ácido. En algunas realizaciones, la reacción de apertura de anillo se realiza exenta de catalizador, base o ácido. En algunas otras realizaciones, la reacción de apertura de anillo es a una temperatura de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 150 °C; una temperatura diferente para la reacción de adición de aza-Michael; en presencia de un catalizador, base o ácido diferente.
Tanto las reacciones de adición de aza-Michael como las de apertura de anillo para la síntesis de los compuestos descritos pueden lograrse cuando un mol de la poliamina y moles específicos (dos o más moles) de la olefina activada, el epóxido y ambos se mezclan durante un tiempo suficiente a la temperatura descrita anteriormente.
Se descubrió que la reacción de adición de aza-Michael y apertura de anillo de un epóxido se puede utilizar para sintetizar los compuestos descritos sin tener que utilizar una temperatura superior a 200 °C y una alta presión mayor que la presión atmosférica normal y con un alto rendimiento (mayor del 98 %).
La progresión de ambas reacciones típicamente se puede monitorizar mediante ESI-MS y/o espectroscopía de RMN en cuanto al consumo del monómero. Los productos de reacción pueden purificarse o separarse mediante HPLC u otros métodos conocidos por un experto en la técnica. Para las reacciones que se completaron, el producto formado se puede separar mediante la eliminación del disolvente o mediante precipitación en un disolvente no polar que fuera el opuesto del medio de reacción. Para las reacciones en agua, el producto formado se precipita de la mezcla de reacción acuosa. Una presión más alta puede acelerar la reacción. Típicamente, si la reacción se lleva a cabo a temperatura ambiente con un catalizador adecuado, la reacción puede tener un rendimiento de producto de más de 98 %, en algunas realizaciones en el transcurso de 16 horas.
Método de fabricación
En otro aspecto, aquí se expone un método para fabricar un compuesto o su sal, en donde el método comprende poner en contacto una poliamina con un epóxido de
y una olefina activada (aceptor de Michael) que tiene un grupo iónico según una de las siguientes fórmulas
R2' es H, CH3 o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C1-C10, lineal o ramificado, sustituido o no sustituido, -COOH, -CH2COOH, Y', o -(CH2)m-Y'; m es un número entero de 2 a 4; R<3>está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal o ramificado, no sustituido; Y es -NR4R5Ra(+), Y' es -COOH, -SO3H, -PO3H, -OSO3H, -OPO3H, o una sal del mismo; y R<4>, R<5>, y R<6>son independientemente un grupo alquilo C<1>-C<10>; R<7>es H o alquilo; y R<8>es alquilo, o -(CH<2>)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1-30; en donde la poliamina y la olefina activada experimentan una reacción de adición de aza-Michael; la poliamina y el epóxido se someten a una reacción de apertura de anillo; y en donde el compuesto es un compuesto catiónico de carga múltiple que tiene 1,2, 3 o más cargas positivas de la olefina activada y al menos un grupo no iónico del epóxido o un compuesto aniónico de carga múltiple que tiene 1,2, 3 o más cargas negativas de la olefina activada y al menos un grupo no iónico del epóxido.
En algunas realizaciones de los métodos descritos, la poliamina es un NH<2>-[R10']n-NH<2>, (RNH)n-RNH2 , H<2>N-(RNH)n-RNH2, H2N-(RN(R'))n-RNH2 , o una mezcla de los mismos, en donde R10' es un grupo alquileno C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH<3>)CH<2>-, un grupo alquileno C<4>-C<10>lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R' es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquilo C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, RNH2, RNHRNH2 , o RN(RNH2)2 y n puede ser de 2 a 1.000.000.
En algunas realizaciones, la olefina activada es
en donde X es NH u O; R<2>es H, CH3 o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido; R<3>está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal o ramificado, no sustituido; Y es -NR4R5R6(+), y R<4>, R<5>, y R<6>son independientemente un grupo alquilo C<1>-C<10>
En algunas realizaciones, la olefina activada es cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (APTAC), cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC), cloruro de 2-(acriloiloxi)-N,N,N-trimetiletanaminio (DMAEA-MCQ), sal cuaternaria de cloruro de bencilo y acrilato de N,N-dimetilaminoetilo (DMAEA-BCQ), metilsulfato de 2-(metacriloiloxi)-N,N,N-trimetiletan-1-aminio (DMAEA-MSQ) o una mezcla de los mismos.
En algunas realizaciones, Y es -NR4RsR6(+) y el contraión para Y es cualquier ion o especie con carga negativa. En algunas otras realizaciones, el contraión para Y es cloruro, bromuro, fluoruro, yoduro, acetato, aluminato, cianato, cianuro, dihidrogenofosfato, dihidrogenofosfito, formiato, carbonato, hidrogenocarbonato, hidrogenooxalato, hidrogenosulfato, hidróxido, nitrato, nitrito, tiocianato o una combinación de los mismos.
En algunas otras realizaciones de los métodos descritos, la olefina activada es
en donde X es NH u O; R<2>es H, CH3 o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido; R2' es H, CH3 o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C1-C10, lineal o ramificado, sustituido o no sustituido, -COOH, -CH2COOH, Y', o -(CH2)m-Y'; m es un número entero de 2 a 4; R<3>está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal o ramificado, no sustituido; Y' es -COOH, -SO3H, -PO3H, -OSO3H, -OPO3H, o una sal del mismo; y R<4>, R<5>, y R<6>son independientemente un grupo alquilo C1-C10
En algunas realizaciones, la olefina activada es ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido itacónico, ácido maleico, ácido vinilsulfónico, ácido vinilfosfónico, o una mezcla de los mismos.
En algunas otras realizaciones, la olefina activada es ácido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfónico (AMPS), 3-(aliloxi)-2-hidroxipropano-1-sulfonato o una mezcla de los mismos.
En aún algunas otras realizaciones, cuando la olefina activada contiene un grupo aniónico que puede soportar carga negativa a un pH alcalino, los contraiones positivos para las cargas negativas incluyen, aunque no de forma limitativa, iones de metales alcalinos, Li+, Na+, K+, NH4+, un ion amonio cuaternario, etc.
En algunas realizaciones, R<7>es H. En algunas otras realizaciones, R<7>es CH3. En aún algunas otras realizaciones, R<7>es un alquilo C<2>-C<4>.
En algunas realizaciones; R<8>es un alquilo C1-C30. En algunas otras realizaciones, R<8>es un grupo alquilo C8-C4. En aún algunas otras realizaciones, R<8>es un alquilo C8-C20.
En algunas realizaciones, R<8>es -(CH2)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1-30 y el grupo alquilo es un grupo alquilo C1-C30.
En algunas realizaciones, el epóxido es un éter alquilglicidílico, éter hexilglicidílico, éter octilglicídico, éter dodecilglicídico, un 1,2-epoxialcano, 1,2-epoxitetradecano, 1,2-epoxidodecano o 1,2-epoxioctano o una mezcla de los mismos. En algunas otras realizaciones, el epóxido es un éter alquilglicidílico o 1,2-epoxialcano. En aún algunas otras realizaciones, el epóxido es éter hexilglicídico, éter octilglicídico, éter dodecilglicídico o una mezcla de los mismos. En algunas otras realizaciones, el epóxido es 1,2-epoxitetradecano, 1,2-epoxidodecano o 1,2-epoxioctano, o una mezcla de los mismos.
En algunas realizaciones de los métodos descritos, el paso de contacto se realiza en presencia de un disolvente de reacción. El disolvente de reacción puede ser cualquier disolvente inorgánico u orgánico utilizado habitualmente en la síntesis química. El disolvente de reacción utilizado en el método descrito se puede introducir en la reacción entre la poliamina y la olefina activada que incluye un grupo catiónico o aniónico y entre la poliamina y el epóxido mediante cualquier método conocido por un experto en la técnica. Por ejemplo, el disolvente se puede añadir al contenedor o recipiente para la reacción antes, al mismo tiempo, con uno o ambos reactivos, o después de que se añadan la poliamina, la olefina activada o ambas.
En algunas realizaciones, el disolvente de reacción es agua, metanol, etanol, propanol, glicol, PEG o una mezcla de los mismos. En algunas otras realizaciones, el disolvente de reacción es agua.
En algunas otras realizaciones de los métodos descritos, el paso de contacto se realiza en presencia de un catalizador, base o ácido. El catalizador, base o ácido se pueden introducir en la reacción entre la poliamina y la olefina activada mediante cualquier método conocido por un experto en la técnica.
En algunas realizaciones, la etapa de contacto se realiza sin la presencia de ninguna fuente de alcalinidad o base adicional. En algunas otras realizaciones, la etapa de contacto se realiza en presencia de una fuente de alcalinidad. En algunas otras realizaciones, la etapa de contacto se realiza en presencia de una base orgánica, tal como alcanolaminas. Aun en algunas otras realizaciones, el paso de contacto se realiza en presencia de un hidróxido de metal alcalino, carbonato, base de imidazol/piridina, o una combinación de los mismos, tal como NaOH, Na2CO3, aminoetil piridina, aminopropil imidazol, o una combinación de los mismos. En algunas otras realizaciones, la etapa de contacto se realiza con la presencia de hidróxido de benciltrimetilamonio. En algunas realizaciones, la base del catalizador es una base de amidina o guanidina, o mezclas de las mismas. En algunas otras realizaciones, el catalizador es un líquido iónico, tal como acetato de 1,8-diazabiciclo[5.4.0]-undec-7-en-8-io, para la reacción en condiciones exentas de disolvente a temperatura ambiente.
Aun en algunas otras realizaciones de los métodos descritos, el paso de contacto se realiza en presencia de un ácido. En algunas otras realizaciones, la etapa de contacto se realiza en presencia de un catalizador. El catalizador puede ser uno cualquiera o más de los catalizadores conocidos para la reacción de adición de Michael por un experto en la técnica.
Aun en algunas otras realizaciones de los métodos descritos, el paso de contacto se realiza libre de un catalizador, base o ácido. En algunas otras realizaciones, el paso de contacto se realiza libre de un hidróxido de metal alcalino, carbonato, silicato, metasilicato, base a base de imidazol/piridina, o todos los mismos. En algunas realizaciones, la etapa de contacto se realiza sin una base.
En algunas realizaciones, la etapa de contacto es un proceso de dos etapas, primero entre la poliamina y la olefina activada y después entre el producto y el epóxido. En algunas otras realizaciones, la etapa de contacto es un proceso de dos etapas, primero entre la poliamina y el epóxido y entre el producto y la olefina activada. En aún algunas otras realizaciones, la etapa de contacto es una etapa única en donde se produce el contacto de la poliamina tanto con el epóxido como con la olefina activada. Cuando la etapa de contacto es un proceso de dos etapas, las dos etapas se pueden realizar a dos temperaturas diferentes de aproximadamente -20 °C a aproximadamente 200 °C. En algunas realizaciones, la etapa de contacto con la olefina activada se realiza a una temperatura de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 120 °C. En algunas otras realizaciones, la etapa de contacto con el epóxido se realiza a la temperatura de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 150 °C.
En otro aspecto más según la descripción es un artículo, producto o composición que comprende uno o más compuestos descritos en la presente memoria.
En algunas realizaciones, el artículo, producto o composición comprende además un disolvente portador o un portador. Como se utiliza en la presente memoria, un “ disolvente portador” o portador es un disolvente o sistema de disolventes en el que el compuesto descrito puede distribuirse de modo uniforme y estable.
Como se utiliza en la presente memoria, “ estable” significa que los compuestos descritos en la presente memoria no precipitan ni se separan del disolvente portador u otros ingredientes en la composición en aproximadamente 1 hora, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 12 horas, aproximadamente 12 horas, aproximadamente 1 día, aproximadamente 5 días, aproximadamente 10 días, aproximadamente 20 días, aproximadamente 1 mes, de aproximadamente 1 mes a aproximadamente 1 año, o de aproximadamente 1 año a aproximadamente 2 años después de que los compuestos descritos en la presente memoria y el disolvente portador o cualquier otro ingrediente se mezclen homogéneamente.
En algunas otras realizaciones, el portador es agua, un disolvente orgánico o una mezcla de los mismos. En algunas realizaciones, el artículo, producto o composición comprende además un disolvente orgánico. En algunas otras realizaciones, el artículo, producto o composición comprende además un disolvente orgánico y agua.
En algunas realizaciones, el disolvente orgánico es un alcohol, un hidrocarburo, una cetona, un éter, un glicol de alquileno, un glicol éter, una amida, un nitrilo, un sulfóxido, un éster o cualquier combinación de los mismos. En algunas otras realizaciones, el disolvente orgánico es un alcohol, un alquilenglicol, un alquiléter de alquilenglicol o una combinación de los mismos. Aun en algunas realizaciones, el disolvente orgánico es metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, monoetilenglicol, éter monobutílico de etilenglicol o una combinación de los mismos.
En algunas realizaciones, el disolvente orgánico es metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, 2-etilhexanol, hexanol, octanol, decanol, 2-butoxietanol, metilenglicol, etilenglicol, 1,2-propilenglicol, 1,3-propilenglicol, éter monometílico de dietilenglicol, éter monoetílico de dietilenglicol, éter monobutílico de etilenglicol, éter dibutílico de etilenglicol, pentano, hexano, ciclohexano, metilciclohexano, heptano, decano, dodecano, diésel, tolueno, xileno, nafta aromática pesada, ciclohexanona, diisobutilcetona, dietil éter, carbonato de propileno, N-metilpirrolidinona.
En algunas realizaciones, el artículo, producto o composición puede comprender adicionalmente un tensioactivo adicional. El tensioactivo adicional es un tensioactivo no iónico, semianiónico, aniónico, catiónico, anfótero, de ion híbrido, gemini, dicatiónico, dianiónico o combinaciones de los mismos.
En algunas realizaciones, los artículos, productos o composiciones son sólidos. En algunas otras realizaciones, los artículos, productos o composiciones son líquidos.
Como se utiliza en la presente memoria, el término “ sustancialmente libre” se refiere a composiciones que carecen por completo del componente, o que tienen una cantidad tan pequeña del componente, que el componente no afecta al rendimiento de la composición. El componente puede estar presente como impureza o como contaminante y debe ser menor que a 0,5 % en peso. En otra realización, la cantidad del componente es menor que 0,1 % en peso y en otra realización más, la cantidad del componente es menor que 0,01 % en peso.
Las expresiones “ porcentaje en peso” , “ % en peso” , “ por ciento por peso” , “ % por peso” , y variaciones de las mismas, como se utiliza en la presente memoria, se refieren a la concentración de una sustancia como el peso de esa sustancia dividido por el peso total de la composición y multiplicado por 100. Se entiende que, como se utiliza en la presente memoria, “ por ciento” , “ %” , y similares se pretende que sean sinónimos de “ por ciento en peso” , “ % en peso” , etc.
Los métodos y composiciones de la presente descripción pueden comprender, consistir esencialmente en, o consistir en los componentes e ingredientes de las composiciones o métodos descritos, así como en otros ingredientes descritos en la presente memoria. Tal como se utiliza en la presente memoria, “ que consiste esencialmente en” significa que los métodos y composiciones pueden incluir etapas, componentes o ingredientes adicionales, pero solo si las etapas, componentes o ingredientes adicionales no alteran materialmente las características básicas y nuevas de los métodos y composiciones reivindicados.
Ejemplos
Las realizaciones de la presente descripción se definen adicionalmente en los siguientes ejemplos no limitantes. Estos ejemplos, aunque indican ciertas realizaciones de la descripción, se dan solo a modo de ilustración.
Ejemplo 1
Esquema general para sintetizar compuestos ilustrativos
LaFigura 4es un esquema de reacción de síntesis genérico para la preparación de los compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple descritos en la presente memoria. En este esquema genérico, se utiliza una polietilenimina lineal como representante de las poliaminas. Los hidrógenos del nitrógeno de la polietilenimina lineal se sustituyen tanto por los grupos catiónicos mediante reacciones de adición de aza-Michael como por los grupos hidrófobos mediante la reacción de apertura en anillo del epóxido. Se pueden crear diferentes composiciones variando las cantidades de los monómeros iónicos y del epóxido de alquilo hidrófobo.
En laFigura 4,k es un número entero de 1-100; X es NH o O; R<2>es H, CH3, o un grupo alquilo C2-C10 lineal o ramificado no sustituido; R<3>está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal o ramificado, no sustituido; Y es -NR<4>R<5>R6(+) o una sal del mismo; R<4>, R<5>y R<6>son independientemente un grupo alquilo C1-C10 o un grupo bencilo; y R<8>es alquilo, o -(CH2)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1-30.
La progresión de la reacción se puede monitorizar mediante ESI-MS y/o espectroscopía de RMN en cuanto al consumo del monómero catiónico y el epóxido. Las reacciones se pueden detener en el momento en que se consuma aproximadamente >98 % del monómero y del epóxido. La solución acuosa o alcohólica de los compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple se puede utilizar “ tal cual” para los ensayos de aplicación.
En el esquema descrito anteriormente, se puede utilizar agua y/o isopropanol como disolvente. Sin embargo, el uso de disolvente y/o diluyente para la reacción es opcional. Cuando se emplean, son adecuados una amplia gama de disolventes no ácidos, tales como, por ejemplo, acetonitrilo, éteres (p. ej., tetrahidrofurano (THF)), otros alcoholes (p. ej., metanol, etanol, n-butanol, glicol, PEG o una mezcla) y similares.
En el esquema descrito anteriormente, no es necesario ningún catalizador adicional. Debido a que las reacciones para sintetizar los compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple descritos utilizan una poliamina, la poliamina en sí misma puede funcionar como un catalizador (base) para ambas reacciones. Sin embargo, un catalizador adicional es opcional. La adición de aza-Michael y las reacciones de apertura de anillo empleadas para la síntesis de los compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple descritos también se pueden catalizar mediante un ácido o una base fuertes.
En el esquema descrito anteriormente, las reacciones pueden llevarse a cabo a una temperatura comprendida desde aproximadamente 50 °C a aproximadamente 130 °C. Sin embargo, la temperatura de reacción puede oscilar de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 150 °C, más preferiblemente de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 100 °C.
En el esquema descrito anteriormente, la síntesis se logra en una reacción de dos etapas. Sin embargo, los compuestos catiónicos o aniónicos de carga múltiple descritos se pueden sintetizar mediante una reacción de una etapa en un solo recipiente mediante la adición de Michael en tándem y la reacción de apertura de anillo haciendo reaccionar una poliamina simultáneamente con los monómeros iónicos y el epóxido.
Ejemplo 2
Síntesis del aducto de deta/2ehge (1:2)
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml equipado con una sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadió éter 2-etilhexilglicídico (2-EHGE, 55 gramos). Después, se añadió dietilentriamina (DETA, 15 gramos) a la mezcla de reacción bien agitada. Se aumentó la temperatura de la reacción a 130 °C y se agitó durante 3 horas o hasta que se completó la reacción.
Ejemplo 3
Síntesis del aducto de tepa/éter alquilglicidílico c12-c14 (1:3)
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml equipado con una sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadió ERISYS™ GE 8 (éter alquilglicidílico C12-C14, n.° c As : 68609-97-2, 132 gramos). Después se añadió trietilenpentamina (TEPA, 98 %, 30 gramos) a la mezcla de reacción bien agitada. Se aumentó la temperatura de la reacción a 130 °C y se agitó durante 3 horas o hasta que se completó la reacción.
Ejemplo 4
Síntesis del aducto de tepa/éter alquilglicidílico c12-c14 (1:2)
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml equipado con una sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadió ERISYS™ GE 8 (éter alquilglicidílico C12-C14, n.°<c>A<s>: 68609-97-2, 120 gramos). Después se añadió trietilenpentamina (TEPA, 98 %, 40 gramos) a la mezcla de reacción bien agitada. Se aumentó la temperatura de la reacción a 130 °C y se agitó durante 3 horas o hasta que se completó la reacción.
Ejemplo 5
Síntesis del aducto de etilenamina e-100/aptac (1:2,5)
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml equipado con sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadió polietilenamina E-100 (50 gramos). Después, se añadieron al matraz cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (ApTAC, 75 %, 121 gramos) y agua (20 gramos). La mezcla resultante se agitó a 80 °C durante una noche. A medida que la reacción avanzaba hasta completarse, la mezcla se convirtió en una solución transparente amarillenta.
Ejemplo 6
Síntesis de un compuesto catiónico de carga múltiple ilustrativo
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml equipado con una sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadió el compuesto del Ejemplo 1 (aducto de DETA/2EHGE 1:2, 21,5 gramos). Después, se añadieron al matraz cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (APTAC, 75 %, 34 gramos) y agua. La suspensión resultante se agitó a 70 °C durante la noche o hasta alcanzar el consumo completo de APTAC. A medida que la reacción avanzaba hasta completarse, la suspensión se convirtió en una solución transparente amarillenta.
Ejemplo 7
Síntesis de un compuesto aniónico de carga múltiple ilustrativo
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml equipado con una sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadió el compuesto del Ejemplo 2 (aducto de DETA/2EHGE 1:2, 21,5 gramos). Después, se añadieron al matraz una solución de sal sódica de ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfónico (NaAMPS, 58 %, 49 gramos) y agua (6 gramos). La suspensión resultante se agitó a 70 °C durante la noche o hasta alcanzar el consumo completo de NaAMPS. A medida que la reacción avanzaba hasta completarse, la suspensión se convirtió en una solución transparente amarillenta.
Ejemplo 8
Síntesis de un compuesto catiónico de carga múltiple ilustrativo
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml equipado con sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadieron el compuesto del Ejemplo 3 (TEPA/éter alquilglicidílico C12-C14, aducto 1:3, 35,6 gramos) e isopropanol (36 gramos). Después, se añadió al matraz cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (APTAC, 75 %, 24 gramos). La mezcla resultante se agitó a 70 °C durante una noche o hasta que se alcanzó el consumo completo de APTAC. A medida que la reacción avanzaba hasta completarse, la suspensión se convirtió en una solución transparente de color ámbar oscuro.
Ejemplo 9
Síntesis de un compuesto aniónico de carga múltiple ilustrativo
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml equipado con una sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadieron el compuesto del Ejemplo 3 (TEPA/éter alquilglicidílico C12-C14, aducto 1:3, 40 gramos) e isopropanol (26 gramos). Después, se añadieron al matraz una solución de sal sódica de ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfónico (NaAMPS, 58%, 46 gramos) y agua (31 gramos). La solución resultante se agitó a 70 °C durante la noche o hasta alcanzar el consumo completo de NaAMPS. A medida que la reacción avanzaba hasta completarse, la mezcla se convirtió en una solución transparente amarillenta.
Ejemplo 10
Síntesis de un compuesto catiónico de carga múltiple ilustrativo
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml equipado con sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadieron el compuesto del Ejemplo 4 (TEPA/éter alquilglicidílico C12-C14, aducto 1:2, 33,62 gramos) e isopropanol (50 gramos). Después, se añadió al matraz cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (APTAC, 75 %, 31 gramos). La mezcla resultante se agitó a 70 °C durante una noche o hasta que se alcanzó el consumo completo de APTAC. A medida que la reacción avanzaba hasta completarse, la suspensión se convirtió en una solución transparente de color ámbar oscuro.
Ejemplo 11
Síntesis de un compuesto/surfactante catiónico con múltiples cargas
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml equipado con una sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadió el compuesto del Ejemplo 5 (aducto de etilenamina E-100/APTAC 1:2,5, 74%, 50 gramos). Después, se añadieron al matraz<E R I S y S>™ GE 8 (éter alquilglicidílico C12-C14, n.° CAS: 68609-97-2, 41,5 gramos) e isopropanol (40 gramos). La mezcla resultante se agitó a 90 °C durante una noche o hasta que se completó la reacción.
Ejemplo 12
Síntesis de un compuesto catiónico de carga múltiple
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 250 ml equipado con una sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadió el compuesto del Ejemplo 5 (aducto de etilenamina E-100/APTAC 1:2,5, 74%, 63 gramos). Después, se añadieron al matraz<E R I S y S>™<G e>8 (éter alquilglicidílico C12-C14, n.° CAS: 68609-97-2, 34,2 gramos) e isopropanol (40 gramos). La mezcla resultante se agitó a 90 °C durante una noche o hasta que se completó la reacción.
Ejemplo 13
Síntesis en un solo recipiente de un compuesto catiónico de carga múltiple ilustrativo
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 500 ml equipado con una sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadieron ERISYS™ GE 8 (éter alquilglicidílico C12-C14, n.° CAS:68609-97-2, 110 gramos), trietilenpentamina (TEPA, 99 %, 25 gramos), cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (APTAC, 75 %, 108 gramos) e isopropanol (80 ml). La mezcla resultante se agitó a 90 °C durante la noche o hasta que se completó la reacción, como indicaba el consumo de APTAC y ERISYS™ GE 8. A medida que la reacción avanzaba hasta completarse, la mezcla se convirtió en una solución transparente ámbar.
Ejemplo 14
Síntesis en un solo recipiente de un compuesto catiónico de carga múltiple ilustrativo
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 500 ml equipado con una sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadieron éter 2-etilhexilglicidílico (98 %, 93 gramos), trietilenotetraamina (TETA, 60 %, 29,8 gramos), cloruro de (3-acrilamidopropil)trimetilamonio (APTAC, 75%, 67 gramos) e isopropanol (50 ml). La mezcla resultante se agitó a 90 °C durante la noche o hasta que se completó la reacción, como indicaba el consumo de APTAC y éter 2-etilhexilglicidílico. A medida que la reacción avanzaba hasta completarse, la mezcla se convirtió en una solución transparente ámbar.
Ejemplo 15
Síntesis en un solo recipiente de un compuesto aniónico de carga múltiple ilustrativo
A un matraz de fondo redondo de tres bocas de 500 ml equipado con una sonda de temperatura, condensador y barra agitadora magnética se le añadieron éter 2-etilhexilglicidílico (98 %, 77 gramos), dietilentriamina (DETA, 99 %, 14 gramos), solución de sal sódica de ácido acrilamido-2-metil-1-propanosulfónico (NaAMPS, 58 %, 160 gramos) e isopropanol (80 ml). La mezcla resultante se agitó a 90 °C durante la noche o hasta que se completó la reacción, como indicaba el consumo de NaAMPS y éter 2-etilhexilglicidílico. A medida que la reacción avanzaba hasta completarse, la mezcla se convirtió en una solución transparente amarillo oscuro.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES Un compuesto que comprende: un compuesto derivado de una poliamina a través de sus reacciones con una olefina activada y un epóxido, en donde: la olefina activada tiene la siguiente fórmula;
    el epóxido es
    X es NH o O; R2 es H, CH3 o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido; R3 está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal o ramificado, no sustituido; Y es -NR4R5R6M; R4, R5 y R6 son independientemente un grupo alquilo C1-C10 no sustituido; R7 es H o alquilo; y R8 es alquilo, o -(CH2)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1 a 30; en donde la poliamina y la olefina activada se someten a una reacción de adición de Michael de aza y la poliamina y el epóxido se someten a una reacción de apertura de anillo; en donde el compuesto es un compuesto catiónico de carga múltiple que tiene 1, 2, 3 o más cargas positivas de la olefina activada y al menos un grupo no iónico del epóxido, o un compuesto aniónico de carga múltiple que tiene 1,2, 3 o más cargas negativas de la olefina activada y al menos un grupo no iónico del epóxido. El compuesto según la reivindicación 1, en donde la poliamina es (i) una poliamina lineal, ramificada, o dendrímera con una fórmula general de -[RNH]n-, en donde R es -CH2-, - CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos y n es un número entero de 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10 a 1000000; (ii) una poliamina lineal con una fórmula general de H2N-(RNH)n-RNH2, en donde R es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos y n es un número entero de 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10 a 1000000; o (iii) una poliamina lineal con una fórmula general de H2N-(RN(R’))n-RNH2, en donde R es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquileno C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos, R’ es -CH2-, -CH2CH2-, - CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquilo C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, RNH2 , RNHRNH2 o RN(RNH2)2 y n es un número entero de 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10 a 1000000. El compuesto según la reivindicación 1, en donde la poliamina es una polialquilenimina que comprende etilenimina, propilenimina, butilenimina, pentilenimina, hexilenimina, heptilenimina o una combinación de las mismas. 4. El compuesto según la reivindicación 1, en donde la poliamina es una alquilenamina que comprende etilendiamina, dietilentriamina, trietilentetramina, tetraetilenpentamina, pentaetilenhexamina, hexaetilenheptamina, polietilenimina, tris(2-aminoetil)amina, o una combinación de las mismas. 5. El compuesto según la reivindicación 1, en donde la poliamina es una mezcla de monoamina, diamina y triamina con una estructura principal de poliéter o con una estructura principal de poliéter basada en óxido de propileno (PO), óxido de etileno (EO) o una mezcla de ambos óxidos. 6. El compuesto según la reivindicación 1, en donde la poliamina es una polietilenimina lineal, ramificada o dendrímera. 7. El compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde X es NH u O y R<2>es H o CH3. 8. El compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde Y es (i) -NR<4>R<5>R6(+), y R<4>, R<5>, y R<6>son independientemente CH3, (ii)-NR<4>R<5>R6(+>, R<4>y R<5>son independientemente CH3, y R<6>es un alquilo aromático C2-C12, (iii) - NR<4>R<5>R6(+>, R<4>y R<5>son independientemente CH3, y R<6>es -CH2-C6H6, o (iv) -NR<4>R<5>R6(+> y el contraión para Y es cloruro, bromuro, fluoruro, yoduro, acetato, aluminato, cianato, cianuro, dihidrogenofosfato, dihidrogenofosfito, formiato, hidrogenocarbonato, hidrogenooxalato, hidrogenosulfato, hidróxido, nitrato, nitrito, tiocianato o una combinación de los mismos. 9. El compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde R<3>es CH2, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -C(CH3)2-, un grupo alquileno C1-C20 no sustituido, lineal y saturado, un grupo alquileno C1-C20 no sustituido, lineal e insaturado, un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo Ce- C18 lineal, o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C8-C20 ramificado. 10. El compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde (i) R<8>es H y R<7>es alquilo C1-C30, (ii) R<8>es alquilo C1-C30 y R<7>es H, CH3, o alquilo C2-C4, o (iii) R<8>es alquilo C4-C30 o alquilo C8-C20. 11. El compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde el epóxido es un éter alquilglicidílico, éter butilglicidílico, éter hexilglicidílico, éter octilglicidílico, éter dodeciglicidílico, éter tetradecilglicidílico, 1,2-epoxialcano, 1,2-epoxitetradecano, 1,2-epoxidodecano o 1,2-epoxioctano, y en donde la olefina activada es cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MApTAC), cloruro de 2-(acriloiloxi)-N,N,N-trimetiletanaminio (DMAEA-MCQ), sal cuaternaria de cloruro de bencilo y acrilato de N,N-dimetilaminoetilo (DMAEA-BCQ), metilsulfato de 2-(metacriloiloxi)-N,N,N-trimetiletan-1-aminio (DMAEA-MSQ), o cloruro de 2-(acriloiloxi)-N,N,N-trimetiletanaminio (DMAEA-M<c>Q). 12. El compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en donde el olefina activada es un ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfónico (AMPS), ácido itacónico, ácido maleico, o 3-(aliloxi)-2-hidroxipropano-1-sulfonato. 13. El compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde la olefina activada es ácido vinilsulfónico, ácido vinilfosfónico o una mezcla de los mismos. 14. El compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde el compuesto tiene un peso molecular promedio (Mw) de aproximadamente 100 a aproximadamente 2000000 Da, de aproximadamente 100 a aproximadamente 200 000 Da, o de aproximadamente 100 a aproximadamente 5500 Da. 15. El compuesto según la reivindicación 1, en donde el compuesto tiene una de las fórmulas genéricas de NA2-[R<10>']n-NA2, (RNA)n-RNA2, NA2-(RNA)n-RNA2 o NA2-(RN(R'))n-RNA2, en donde: R<10>' es un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CHs)CH2-, un grupo alquileno C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, o una combinación de los mismos; R' es -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH(CH3)CH2-, un grupo alquilo C4-C10 lineal o ramificado, no sustituido o sustituido, RNA2, RNARNA2 o RN(RNA2)2; n puede ser de desde 2 hasta 1000000; A es una combinación de H,
    X es NH o O; R2 es H, CH3 o un grupo alquilo, alquenilo o alquinilo C2-C10 lineal o ramificado, no sustituido; R3 está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal no sustituido; R3 está ausente o es un grupo alquileno C1-C30 lineal o ramificado, no sustituido; Y es -NR4R5R6M; R4, R5, y R6 son independientemente un grupo alquilo C1-C10; R7 es H o alquilo; y R8 es alquilo, o -(CH2)k-O-alquilo, en donde k es un número entero de 1 a 30; en donde el compuesto es un compuesto catiónico de carga múltiple que tiene 1,2, 3, o más
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