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DE19615404A1 - Kraft- und Schmierstoffadditive - Google Patents

Kraft- und Schmierstoffadditive

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Publication number
DE19615404A1
DE19615404A1 DE19615404A DE19615404A DE19615404A1 DE 19615404 A1 DE19615404 A1 DE 19615404A1 DE 19615404 A DE19615404 A DE 19615404A DE 19615404 A DE19615404 A DE 19615404A DE 19615404 A1 DE19615404 A1 DE 19615404A1
Authority
DE
Germany
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formula
radical
alkyl
alk
stands
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19615404A
Other languages
English (en)
Inventor
Juergen Dr Dahlhaus
Arthur Dr Hoehn
Wolfgang Dr Guenther
Kurt Dr Oppenlaender
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to DE19615404A priority Critical patent/DE19615404A1/de
Publication of DE19615404A1 publication Critical patent/DE19615404A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft N-Alkylformamide, die als Additive für Kraft- und Schmierstoffe anwendbar sind, Verfahren zur Herstellung dieser Additive und Kraft- und Schmierstoffe sowie Additivkonzentrate, welche diese neuartigen Additive ent­ halten.
Vergaser und Einlaßsysteme von Ottomotoren, aber auch Einspritz-Systeme für die Kraftstoffdosierung in Otto- und Dieselmotoren werden in zunehmendem Maße durch Verunreinigungen belastet. Die Verunreinigungen werden verursacht durch Staubteilchen aus der vom Motor angesaugten Luft, unverbrannte Kohlenwasserstoffreste aus dem Brennraum und die in den Vergaser geleiteten Entlüftungs­ gase aus dem Kurbelwellengehäuse.
Diese Rückstände verschieben das Luft-Kraftstoffverhältnis im Leerlauf und im unteren Teillastbereich, so daß das Gemisch fetter und die Verbrennung unvollständiger wird. Als Folge davon erhöht sich der Anteil unverbrannter oder teilverbrannter Kohlen­ wasserstoffe im Abgas und der Benzinverbrauch steigt.
Es ist bekannt, daß zur Vermeidung dieser Nachteile Kraftstoff­ additive zur Reinhaltung von Ventilen und Vergaser- bzw. Ein­ spritzsystemen verwendet werden (vgl. z. B.: M. Rossenbeck in Katalysatoren, Tenside, Mineralöladditive, Hrsg. J. Falbe, U. Hasserodt, S. 223, G. Thieme Verlag, Stuttgart 1978). Je nach Wirkungsweise und bevorzugtem Wirkort solcher Detergens-Additive unterscheidet man heute zwei Generationen. Die erste Additiv-Ge­ neration konnte nur die Bildung von Ablagerungen im Ansaugsystem verhindern, nicht aber bereits vorhandene Ablagerungen wieder entfernen. Die Additive der zweiten Generation können dagegen Ablagerungen verhindern und beseitigen (keep-clean- und clean-up-Effekt). Dies wird insbesondere durch deren hervorragende Thermo­ stabilität an Zonen höherer Temperatur, wie insbesondere an den Einlaßventilen, ermöglicht.
Das molekulare Bauprinzip dieser als Detergenzien wirkenden Addi­ tive der zweiten Generation beruht auf der Verknüpfung polarer Strukturen mit meist höhermolekularen, unpolaren oder oleophilen Resten. Typische Vertreter der zweiten Additiv-Generation sind Produkte auf der Basis von Polyisobuten im unpolaren Molekülteil, wie insbesondere Additive vom Polyisobutylamin-Typ. Derartige Detergenzien sind, ausgehend von Polyisobutenen, nach zwei ver­ schiedenen mehrstufen Syntheseverfahren herstellbar.
Das erste Verfahren verläuft über eine Chlorierung des polymeren Grundkörpers, gefolgt von einer nucleophilen Substitution des polymeren Grundkörpers durch Amine oder bevorzugt Ammoniak. Diese Variante ist beispielsweise beschrieben in DE-OS 21 29 461 und 22 45 918. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Verwendung von Chlor, die zur Folge hat, daß chlor- oder chloridhaltige Produkte auftreten, was heute keinesfalls mehr erwünscht ist.
Im zweiten Verfahren werden die Polyisobutylamine ausgehend von Polyisobuten über Hydroformylierung und anschließend reduktive Aminierung (vgl. z. B. EP 0 244 616 und DE-OS 36 11 230) chlorfrei hergestellt.
Aus der DE-OS 20 61 057 ist ein Verfahren zur Herstellung von primären Aminen sowie von entsprechenden Formamid-Derivaten und Formiminoestern bekannt, bei dem u. a. auch Polyisobutylen nach der sogenannten "Ritter-Reaktion" zu Aminen umgesetzt wird. Die "Ritter-Reaktion" ist die Umsetzung von Olefinen mit HCN oder Nitrilen unter saurer Katalyse zu substituierten Amiden, die zu Aminen hydrolysiert werden können. Diese Reaktion verläuft über die Bindung des Stickstoffatoms der Cyanogruppe an ein olefini­ sches Kohlenstoffatom und ist beispielsweise beschrieben in Houben-Weyl ES, S. 1032-1041 (1985) bzw. Houben-Weyl, XI/1, S. 994 f. (1957).
Die DE-OS 20 61 057 beschreibt die Herstellung von Polyisobutyl­ amin-Additiven mit Hilfe der Ritter-Reaktion. Hierbei ist es aber erforderlich, die zunächst durch die Ritter-Reaktion erhaltenen Formamide zu hydrolysieren. Die zur Hydrolyse erforderliche Säure kann nicht in die Reaktion zurückgeführt werden, da sie mit der bei der Hydrolyse entstehenden Ameisensäure verunreinigt ist.
Damit entsteht bei dieser Hydrolyse eine in hohen Maße uner­ wünschte Säure- bzw. Salzfracht.
Aus der EP 0 567 810 ist ein Verfahren zur Herstellung von N-Alkylcarbonsäureamiden bekannt, die ebenfalls über Ritter-Reak­ tion zugänglich sind. Die Verwendung dieser Verbindungen als Detergentien in Kraft- und Schmierstoffen wird ebenfalls vorge­ schlagen. Diese N-Alkylcarbonsäureamide zeigen bereits eine gute Wirkung als Detergentien, so daß eine Hydrolyse nicht mehr erfor­ derlich ist, und somit auch keine größeren Mengen nicht mehr verwertbarer Salzfracht bei deren Herstellung anfallen. Als Nitrilkomponente wird gemäß EP 0 567 810 bevorzugt Blausäure ver­ wendet. Die in einem typischen Beispiel erreichte Ausbeute be­ trägt 85-90%. Von Nachteil ist hierbei insbesondere die Verwen­ dung der giftigen Blausäure bei der Herstellung der Additive.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, als Kraft- und Schmierstoffadditive geeignete Alkylaminderivate zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Wirkung bezüglich der Ventil- und Vergaserreinhaltung aufweisen. Darüber hinaus sollten diese Additive über ein Verfahren herstellbar sein, das den Einsatz von Blausäure nicht mehr erfordert, bei dem keine größeren Mengen unverwertbarer Salzfracht mehr anfallen und das Produkte liefert, die im wesentlichen frei von Säure und Halogen­ verunreinigungen sind.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst wird durch Be­ reitstellung von Derivaten langkettiger Amine, die man über eine Einführung von Formylgruppen erhält.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Verbin­ dungen der allgemeinen Formel (I)
Z-CH₂-NY2-nHn (I)
worin
n für 0 oder 1 steht;
Z für einen geradkettigen oder verzweigten Polyalkylrest mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von etwa 150 bis 40 000 steht;
Y für einen Rest der Formel (IIa)
steht, worin
Alk für einen Alkylenrest steht,
R₁ für ein Wasserstoffatom, einen Alkyl-, Cycloalkyl-, Hydroxyalkyl-, Aminoalkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Aryl-, Arylalkyl- oder Heteroarylrest oder einen Rest der For­ mel (III)
steht,
wobei Alk und/oder R₁ noch durch weitere Hydroxy- oder Aminogruppen tragende Alkylreste substituiert sein kön­ nen, und
m für einen ganzzahligen Wert von 0 bis 10 steht; oder,
wenn n für 0 steht, ein Y für einen Rest der Formel (IIa) und das andere Y für Z-CH₂- steht, wobei beide Z gleich oder ver­ schieden sein können; oder
wenn n für 0 steht, ein Y für einen Rest der Formel (III) und das andere Y für einen Rest der Formel (IIb)
steht, worin
Alk, R₁ und in die oben angegebenen Bedeutungen besitzen; und
R₂ und R₃ unabhängig voneinander einen Alkyl-, Cycloalkyl-, Hydroxyalkyl-, Aminoalkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Aryl, Arylalkyl- oder Heteroarylrest bedeuten oder zusammen mit dem Stickstoffatom an das sie gebunden sind einen hetero­ cyclischen Ring bilden, wobei R₂ und/oder R₃ noch durch weitere Hydroxy- oder Aminogruppen tragende Alkylreste substituiert sein können.
Insbesondere betrifft die Erfindung Verbindungen der Formel (I), worin Z und n die oben angegebenen Bedeutungen besitzen, wobei y für einen Formylrest der Formel (IIa) steht, worin
Alk für einen C₁-C₆-Alkylenrest steht,
R₁ für ein Wasserstoffatom oder einen C₁-C₁₀-Alkylrest, der ge­ gebenenfalls durch weitere Hydroxy-C₁-C₆-alkyl- oder Amino- C₁-C₆-alkylreste substituiert sein kann, steht, und
m für einen ganzzahligen Wert von 0 bis 4 steht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Verbin­ dungen der Formel (I) bereitgestellt, worin Z die oben angegebe­ nen Bedeutungen besitzt, n für 0 steht, wobei ein Y für einen Rest der Formel (III) und das andere Y für einen Rest der Formel (IIb) steht, worin
Alk für einen C₁-C₆-Alkylenrest steht,
R₁ für ein Wasserstoffatom oder einen C₁-C₁₀-Alkylrest, der gege­ benenfalls durch weitere Hydroxy-C₁-C₆-alkyl- oder Amino- C₁-C₆-alkylreste substituiert sein kann, steht,
R₂ und R₃ unabhängig voneinander für einen C₁-C₁₀-Alkylrest, der gegebenenfalls durch weitere Hydroxy-C₁-C₆-alkyl- oder Amino- C₁-C₆-alkylreste substituiert sein kann, stehen, und
m für einen ganzzahligen Wert von 0 bis 4 steht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Verbin­ dungen der Formel (IV) bereitgestellt
worin
Z die oben angegebenen Bedeutungen besitzt; und
R₄ für H oder Z-CH₂- steht; oder für einen Rest der Formel (IIc)
steht, worin
m für 0 oder 1 steht;
Alk für Methylen, Ethylen oder Propylen steht; und
R₂ und R₃ unabhängig voneinander für einen C₁-C₆-Alkylrest stehen.
Der Polyalkylrest Z ist vorzugsweise erhältlich durch Homo- oder Copolymerisation von geradkettigen oder verzweigten C₂-C₃₀-Alke­ nen, wobei C₂-C₆-Alkene und insbesondere C₂-C₄-Alkene bevorzugt sind. Besonders bevorzugte C₂-C₄-Alkene sind 1-Alkene, wie Propy­ len. 1-Buten, Isobuten. Beispielsweise kann Z von einem Copolymer aus 1-Buten und Isobuten abgeleitet sein.
Erfindungsgemäß verwendbare Alkylreste umfassen insbesondere C₁-C₁₀-Alkylreste, die geradkettige oder verzweigte, gesättigte Kohlenstoffketten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen aufweisen. Bei­ spielsweise können folgende Reste genannt werden: Niedrigalkyl­ reste, d. h. C₁-C₆-Alkylreste, wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, sec.-Butyl, i-Butyl, t-Butyl, n-Pentyl, sec.-Pentyl, i-Pentyl, n-Hexyl, 1-, 2- oder 3-Methylpentyl; längerket­ tige Alkylreste, wie unverzweigtes Heptyl, Octyl, Nonyl und Decyl und die verzweigten Analoga davon.
In den erfindungsgemäßen Hydroxy- und Aminoalkylresten ist der Alkylteil wie oben definiert und die Hydroxy- oder Aminogruppe befindet sich vorzugsweise an einem terminalen Kohlenstoffatom.
Erfindungsgemäß verwendbare Alkenylreste umfassen insbesondere C₂-C₁₀-Alkenylreste, die geradkettige oder verzweigte Kohlenstoff­ ketten mit wenigstens einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung und mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen aufweisen. Als Beispiele für einfach ungesättigte C₂-C₁₀-Alkenylreste können genannt werden:
Vinyl, Allyl, 1-Propenyl, Isopropenyl, 1-, 2- oder 3-Butenyl, Methallyl, 1,1-Dimethylallyl, 1-, 2-, 3-, 4- oder 5- Hexenyl; längerkettige Reste, wie unverzweigtes Heptenyl, Octenyl, Nonenyl und Decenyl und die verzweigten Analoga davon, wobei die Doppel­ bindung in beliebiger Position auftreten kann. Erfindungsgemäß mitumfaßt werden sowohl die cis- als auch die trans-Isomeren obiger C₂-C₁₀-Alkenylrest.
Erfindungsgemäß verwendbare Alkinylreste umfassen insbesondere C₂-C₁₀-Alkinylreste, die geradkettige oder verzweigte Kohlenstoff­ ketten mit wenigstens einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbin­ dung und 2 bis 10 Kohlenstoffatomen aufweisen. Beispiele umfassen Ethinyl, 1- oder 2-Propinyl, 1-, 2- oder 3-Butinyl, sowie die entsprechenden Alkinylanaloga oben genannter Alkenylreste.
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Cycloalkylgruppen um­ fassen insbesondere C₃-C₇-Cycloalkylreste, wie Cyclopropyl, Cyclo­ butyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclopropylmethyl, Cyclopropylethyl, Cyclopropylpropyl, Cyclobutylmethyl, Cyclo­ butylethyl, Cyclopentylethyl und dergleichen.
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Arylreste sind Phenyl und Naphthyl.
Erfindungsgemäß verwendbare Arylalkylreste sind insbesondere Phenyl-C₁-C₁₀-alkyl und Naphthyl-C₁-C₁₀-alkyl, wobei der C₁-C₁₀-Al­ kylteil wie oben definiert ist.
Die erfindungsgemäß verwendeten Cycloalkyl-, Aryl- und Arylalkyl­ gruppen können gegebenenfalls 1 oder mehrere, wie z. B. 1 bis 4 Heteroatome, wie O, S und N enthalten, wobei Sauerstoff und Stickstoff als Heteroatom bevorzugt sind. Beispiele für cyclische Heteroalkylreste sind Tetrahydrofuranyl, Piperidinyl, Piperazinyl und Morpholinyl. Beispiele für Heteroarylgruppen sind 5- oder 6-gliedrige aromatische Ringsysteme, die 1 bis 4 der genannten Heteroatome umfassen, wie z. B. Furyl, Pyrrolyl, Imidazolyl, Pyrazolyl, Oxazolyl, Isoxazolyl, Oxadiazolyl, Tetrazolyl, Pyri­ dyl, Pyrimidinyl, Pyrazinyl, Pyradizinyl, Triazinyl, Tetrazinyl und dergleichen. Heterocyclische Gruppen gleichen Typs mit minde­ stens einem Stickstoffheteroatom können von den Resten R₂ und R₃ in obiger Formel (IIb), zusammen mit dem Stickstoffatom an das sie gebunden sind, gebildet werden.
Erfindungsgemäß anwendbare geradkettige oder verzweigte Alkylen­ reste umfassen geradkettige C₁-C₁₀-Alkylenreste, wie z. B. Ethylen, Propylen, Butylen, Pentylen und Hexylen, sowie verzweigte C₁-C₁₀-Alkylenreste, wie z. B. 1,1-Dimethylethylen, 1,3-Dimethyl­ propylen, 1-Methyl-3-ethyl-propylen, 2,3-Dimethylbutylen, 1,3-Dimethylbutylen, 1,1-Dimethylbutylen, 1,2-Dimethylpentylen und 1,3-Dimethylhexylen.
Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Substituenten sind C₁-C₆-Alkyl, Amino-C₁-C₆-alkyl, Hydroxy-C₁-C₆-Alkenyl, C₁-C₆-Alky­ loxy, C₂-C₆-Alkenyl, C₁-C₆-Alkanoyl, wie z. B. Acetyl und Propio­ nyl, Nitro und Amino.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstel­ lung von Verbindungen der allgemeinen Formel (I), wobei man ein Polyalkylamin der allgemeinen Formel (Va)
Z-CH₂-NA2-nHn (Va)
worin
Z und n die oben angegebenen Bedeutungen besitzen,
A für ein Wasserstoffatom oder für einen Alkyleniminrest der Formel (VIa)
steht,
worin Alk und m die oben angegebenen Bedeutungen besitzen und
R₅ wie R₁ definiert ist, jedoch nicht für eine Formylgruppe steht,
wobei, wenn n für 0 steht, die beiden Reste A gleich oder verschieden sind und gegebenenfalls ein A für Z-CH₂- steht; oder
ein Polyalkylamin der allgemeinen Formel (Vb)
Z-CH₂-NXH (Vb)
worin
Z die oben angegebenen Bedeutungen besitzt, und
X für einen Alkyleniminrest der Formel (VIb)
steht, worin
Alk, R₂, R₃, R₅ und in die oben angegebenen Bedeutungen besit­ zen;
mit Kohlenmonoxid in Gegenwart eines Alkohols und einer katalyti­ schen Menge eines Alkalimetallalkoholates, oder mit einem Amei­ sensäurealkylester umsetzt, und das gebildete N-Alkylformamid der Formel (I) isoliert.
Als Katalysator dienen in Falle der Umsetzung mit Kohlenmonoxid Alkalimetallalkoholate. Diese können als Heterogen- oder bevor­ zugt als Homogen-Katalysatoren eingesetzt werden. Als Alkali­ metallalkoholate kommen z. B. Natrium- oder Kaliumalkoholate in Betracht. Vorzugsweise verwendet man die Alkalimetallmethylate. Besonders bevorzugt ist Natriummethylat.
Die Umsetzung des Amins der Formel (V) mit Kohlenmonoxid erfolgt vorzugsweise nach Einstellung folgender Parameter:
  • - Kohlenmonoxid wird in der Reaktion im Überschuß eingesetzt. Dabei wird das Verhältnis von Kohlenmonoxid zum Amin über den Partialdruck des Kohlenmonoxids eingestellt.
  • - Das molare Verhältnis des Amins zum katalytisch aktiven Alka­ limetallalkoholat beträgt in Regel etwa 20 000 : 1 bis etwa 1000 : 1, vorzugsweise etwa 12 000 : 1 bis etwa 5000 : 1.
  • - Die Reaktion wird in Gegenwart eines Alkohols durchgeführt, Bei diesen Alkoholen handelt es sich in der Regel um primäre aliphatische C₁-C₁₀-Alkohole wie Methanol, Ethanol, i-Propa­ nol, n-Butanol, n-Pentanol und dergleichen, vorzugsweise um Methanol oder Ethanol und insbesondere um Methanol.
  • - Die Reaktion kann in einem von obigen Alkoholen verschiedenen Lösungsmittel ausgeführt werden. Als Lösungsmittel können z. B. genannt werden Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Cyclo­ hexan, C₅ bis C₂₀-, wie z. B. C₁₀ bis C₁₃-, Kohlenwasserstoff­ gemische (beispielsweise Mihagol), und dergleichen. Die Menge des Lösungsmittels liegt im allgemeinen bei etwa 10 bis 90 Gew.-% bezogen auf den Gesamtansatz.
  • - Die Reaktion wird bei Temperaturen von etwa 10 bis etwa 200°C, vorzugsweise bei etwa 20 bis etwa 100°C durchgeführt. Der Reaktionsdruck beträgt etwa 10 bis etwa 200 bar, vorzugs­ weise etwa 20 bis etwa 100 bar. Die Reaktionszeiten betragen im allgemeinen etwa 0,1 bis 5 Stunden.
Zur Durchführung der Reaktionen werden die Reaktionspartner ver­ mischt und anschließend unter CO-Druck auf die Reaktionstempera­ tur gebracht. Die Aufarbeitung kann in an sich bekannter Weise durch Abtrennung des Katalysators, Abdestillieren des Lösungsmit­ tels sowie gegebenenfalls chromatographische oder destillative Reinigung des Reaktionsproduktes erfolgen.
Im Falle der Umsetzung des Amins der Formel (V) mit einem Amei­ sensäureester gelten vorzugsweise folgende Parameter.
  • - Als Ameisensäureester werden Ameisensäurealkylester verwen­ det. Bevorzugt werden C₁-C₆-Alkylester, wie z. B. Ameisensäure­ methylester und Ameisensäureethylester verwendet; besonders bevorzugt ist der Ameisensäuremethylester (Methylformiat).
  • - Das molare Verhältnis von Ameisensäurealkylester, wie z. B. Methylformiat, zum Amin beträgt in der Regel etwa 10:1 bis etwa 1:1. Vorzugsweise wird der Ester im Überschuß einge­ setzt, z. B. in einem Verhältnis von etwa 3 : 1 bis etwa 1,3 : 1.
  • - Die Reaktion kann in einem Lösungsmittel, wie z. B. in einem der oben genannten Lösungsmittel wie Hexan, Cyclohexan, C₅ bis C₂₀-, wie z. B. C₁₀ bis C₁₃-, Kohlenwasserstoffgemische (beispielsweise Mihagol) und dergleichen, ausgeführt werden. Die Menge des Lösungsmittels liegt im allgemeinen bei etwa 10 bis 90 Gew.-% bezogen auf den Gesamtansatz.
  • - Die Reaktion wird bei Temperaturen von etwa 10 bis etwa 200°C, vorzugsweise bei etwa 20 bis etwa 100°C durchgeführt. Der Reaktionsdruck ist der Eigendruck der Reaktionsmischung bei der gewählten Temperatur. Sollte ein höherer Druck als der Eigendruck der Mischung erwünscht sein, so kann zusätz­ lich ein Inertgas wie z. B. Stickstoff, aufgepreßt werden. Die Reaktionszeiten betragen im allgemeinen etwa 0,1 bis etwa 5 Stunden.
Zur Durchführung der Reaktionen werden die Reaktionspartner ver­ mischt und anschließend auf die Reaktionstemperatur gebracht. Die Aufarbeitung kann in an sich bekannter Weise durch Abdestillieren der leichtsiedenden Bestandteile sowie gegebenenfalls durch chro­ matographische oder destillative Reinigung des Reaktionsproduktes erfolgen.
Die Reaktion kann bei beiden Varianten kontinuierlich oder dis­ kontinuierlich ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung der N-Alkylformamide der Formel (I) mit hoher Selektivität bei sehr guter Ausbeute. Gegenüber dem in der EP 0 567 810 beschriebenen Verfahren via Ritter-Reaktion erhält man bei der erfindungsgemäßen Carbonylierung überraschenderweise Ausbeuten von über 95%.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen der allgemeinen Formel (I) unterscheiden sich von den gemäß Stand der Technik mit Hilfe der Ritter-Reaktion hergestellten Verbindungen (vgl. z. B. EP 0 567 810) u. a. dadurch, daß zwischen dem Oligo- bzw. Polyalkylrest Z und dem Amidstickstoff noch eine zusätzliche im ursprünglichen Oligo- bzw. Polyolefin nicht vorhandene Methylengruppe steht, die bei der Herstellung des Polyalkylamins aus dem reaktiven Polyal­ kylen durch Hydroformylierung und anschließende reduktive Aminie­ rung eingefügt wird.
Die Polyalkylamine der allgemeinen Formel (V) können durch Hydro­ formylierung reaktiver Polyalkene und anschließende reduktive Aminierung des Oxoproduktes hergestellt werden. Die reaktiven Polyalkene mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 150 bis 40 000 sind Homo- oder Copolymere aus geradkettigen oder verzweig­ ten Alken-Monomeren, die jeweils Alkylseitenketten mit 1 bis 28, bevorzugt 1 bis 4, besonders bevorzugt 1 bis 2 C-Atomen aufweisen können. Reaktive Polyalkene umfassen ungesättigte Polymere hoher chemischer Homogenität, wobei mehr als 10% der Doppelbindungen alpha-ständig sind. Die Herstellung reaktiver Polyalkene ist z. B. in der DE 27 02 604 oder der EP 0 145 235 offenbart. Insbesondere sind solche reaktiven Polyalkene bevorzugt, die aus 1-Alkenen, wie insbesondere Ethylen, Propylen, 1-Buten, Isobuten oder Ge­ mischen davon, hergestellt sind.
Als Polyalkylamine der allgemeinen Formel (V) kommen auch in Betracht Amine gemäß EP 0 244 616 und EP 0 695 338, auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird. Die EP 0 244 616 beschreibt insbesondere solche Polyalkylamine, worin der Rest Z abgeleitet ist von Isobuten und bis zu 20 Gew.-% n-Buten, wobei das Moleku­ largewicht des Polyisobutenrests bei etwa 300 bis etwa 5000 lie­ gen kann. Die EP 0 695 338 beschreibt insbesondere solche Poly­ alkylamine, worin der Rest Z abgeleitet ist von einem oder mehre­ ren 1-n-Alkenen mit 3-6 Kohlenstoffatomen und bis zu 50 Gew.-% Ethen, wobei Z etwa 20-400 Kohlenstoffatome aufweisen kann.
Wesentliches Kriterium für alle erfindungsgemäß brauchbaren Poly­ alkylamine ist aber, daß sie mindestens eine primäre oder sekun­ däre Amingruppe enthalten, die in der erfindungsgemäßen Weise derivatisiert werden kann.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt werden Additive ausgehend von Polybutyl- und Polyisobutylaminen der Formel (V) hergestellt, die aus der EP 0 244 614 bekannt sind. Insbesondere bevorzugt verwen­ det man Polyisobutylamin mit einer endständigen primären Amino­ gruppe und einem Molekulargewicht von etwa 800-1500.
Die Polyalkylamine (V) können als Reinsubstanz oder als Substanz­ gemisch zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen ver­ wendet werden. Gemische von Polyalkylaminen (V) können beispiels­ weise primäre und sekundäre Amine enthalten (d. h. einen oder zwei Z-CH₂-Reste). Außerdem kann die Länge der Polyalkylseitenkette variieren, wenn zur Herstellung des Polyalkylamins ein Poly­ olefingemisch verwendet wurde.
Die zur Herstellung der Polyalkylamine (V) verwendeten Amine sind bekannte Verbindungen. Als Beispiele für geeignete Amine sind zu nennen: Ammoniak, Ethylen-1,2-diamin, Propylen-1,2-diamin, Propy­ len-1,3-diamin, Butylendiamine, die Monoalkyl-, Dialkyl- und Trialkylderivate dieser Amine, wie z. B. N,N-Dimethylpropy­ len-1,3-diamin. Weitere Beispiele sind Polyalkylenpolyamine, de­ ren Alkylenreste 1-4 lineare C-Atome aufweisen, wie z. B. Poly­ ethylenpolyamine und Polypropylenpolyamine. Beispiele für Poly­ ethylenpolyamine sind Diethylentriamin, Triethylentetramin und Tetraethylenpentamin.
Erfindungsgemäß geeignete Polyamine mit wenigstens einer primären Amingruppe sind beispielsweise auch beschrieben in der EP 0 578 323, worauf hiermit Bezug genommen wird.
Außerdem können Gemische obiger Amine eingesetzt werden.
Gegenstand der Erfindung sind außerdem Schmierstoffzusammenset­ zungen, welche wenigstens ein erfindungsgemäßes Polyalkylaminde­ rivat gemäß obiger Definition, gegebenenfalls in Kombination mit weiteren üblichen Schmierstoff Zusätzen enthalten. Beispiele für übliche Zusätze sind Korrosionsinhibitoren, Verschleißschutzaddi­ tive, Viskositätsverbesserer, Detergenzien, Antioxidantien, Anti­ schaummittel, Schmierfähigkeitsverbesserer und Stockpunktverbes­ serer. Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind üblicherweise in Mengen von etwa 1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung enthalten.
Beispiele für erfindungsgemäß hergestellte Schmierstoffe umfassen Öle und Fette für Kraftfahrzeuge und industriell eingesetzter Antriebsaggregate, wie insbesondere Motorenöle, Getriebeöle und Turbinenöle.
Die Erfindung betrifft außerdem Kraftstoffzusammensetzungen, wie z. B. Kraftstoffe für Otto- und Dieselmotoren, welche die erfin­ dungsgemäßen Polyalkylaminderivate enthalten. Die erfindungsgemä­ ßen Verbindungen dienen darin insbesondere als Detergenzien zur Reinhaltung des Kraftstoffeinlaßsystems. Aufgrund ihrer disper­ gierenden Eigenschaften üben sie einen positiven Einfluß auf den Motorschmierstoff aus, in welchen sie während des Betriebs gelan­ gen können. Die erfindungsgemäßen Polyalkylamine werden handels­ üblichen Kraftstoffen in Konzentration von etwa 20 bis 5000 mg/kg, vorzugsweise etwa 50 bis 1000 mg/kg Kraftstoff zudosiert. Die erfindungsgemäßen Additive können gegebenenfalls auch zusam­ men mit anderen bekannten Additiven zugesetzt werden.
Während in Schmierstoffzusammensetzungen vorzugsweise solche erfindungsgemäßen Additive verwendet werden, worin Z ein zahlen­ mittleres Molekulargewicht von etwa 2000-40 000 aufweist, eignen sich für die Verwendung als Kraftstoffadditiv insbesondere solche Verbindungen, worin Z ein zahlenmittleren Molekulargewicht von etwa 150-5000, vorzugsweise von etwa 500-2500 und insbeson­ dere von etwa 800-1500 aufweist.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung Additivgemische, welche in konzentrierter Form wenigstens eine erfindungsgemäße Verbindung in Kombination mit anderen Kraftstoffadditiven, insbe­ sondere Detergenzien und Dispergatoren, enthalten. Besonders be­ vorzugt ist eine Kombination mit beispielsweise aus der US 4,832,702 bekannten Polyisobutylaminen. Insbesondere eignen sich hierzu die an sich bekannten Polyisobutylamine der Formel R-CH₂-NR′₂, in der R ein von Isobuten und 0 bis 30 Gew.-% n-Buten abgeleiteter Polybutyl- oder Polyisobutylrest und R′ Wasserstoff, C₁-C₁₀-Alkyl oder C₁-C₈-Aminoalkyl, das noch durch weitere, Amino­ gruppen tragende C₁-C₆-Alkylreste substituiert sein kann, bedeu­ tet.
Die Prüfung der Produkte als Kraftstoffadditive, besonders auf ihre Eignung als Ventil- und Vergaserreiniger, geschieht mit Hilfe von Motortests, die in Prüfstandversuchen mit einem 1,2 l Opel-Kadett-Motor gemäß CEC-F-04-A-87 durchgeführt werden.
Die Wirksamkeit der im erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen N-Alkylformamide bei der Einlaßventilreinhaltung ist gegenüber den in der EP 0 567 810 beschriebenen Formamiden bei deutlich niedrigerer Dosierung (ca. 1/4 der Menge) besser (vgl. Beispiel 14).
Zur Prüfung der erfindungsgemäßen Produkte hinsichtlich ihrer Dispergatoreigenschaften kann ein "Tüpfeltest", wie er zum Bei­ spiel von A. Schilling in "Les Huiles pour Moteurs et la Graissge des Moteurs", Vol. 1, 1962, Seite 89 f, in etwas modifizierter Form beschrieben ist, herangezogen werden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand folgender Ausführungsbei­ spiele näher erläutert.
Beispiele 1 bis 13 Herstellung von Polyisobutenformamid
Unter Befolgung einer der folgenden allgemeinen Arbeitsvorschrif­ ten (A) oder (B) wird unter Einstellung der in Tabelle 1 genann­ ten Verfahrensparameter Polyisobutenformamid hergestellt.
Variante (A)
In einem 300 ml Autoklaven werden Polyisobutenamin (mittlere Mol­ masse = 1000, hergestellt gemäß EP 0 244 616 ) Lösungsmittel, Alkohol und Natriummethylat vorgelegt. Anschließend wird auf die gewünschte Temperatur hochgeheizt und der Kohlenmonoxid-Arbeits­ druck aufgepreßt. Nach Ende der Reaktion werden die Reaktionsmi­ schung abgekühlt, der Autoklav entspannt, der Katalysator ent­ fernt und das Lösungsmittel sowie überschüssiger Alkohol destil­ lativ abgetrennt. Das zurückbleibende, farblose (und teilweise viskose) Produkt wird ausgewogen. Umsatz und Selektivität werden GC-analytisch (GC-Flächen-%) und ¹H-NMR-spektroskopisch bestimmt.
Variante (B)
In einem 300 ml Autoklaven werden Polyisobutenamin (mittlere Mol­ masse = 1000, hergestellt gemäß EP 0 244 616) Lösungsmittel und Methylformiat vorgelegt. Anschließend wird auf die gewünschte Temperatur hochgeheizt; dabei stellt sich ein Eigendruck der Reaktionsmischung ein. Nach Ende der Reaktion werden die Reak­ tionsmischung abgekühlt, der Autoklav entspannt und das Lösungs­ mittel sowie überschüssiges Methylformiat destillativ abgetrennt. Das zurückbleibende, farblose (und teilweise viskose) Produkt wird ausgewogen. Umsatz und Selektivität werden GC-analytisch (GC-Flächen-%) und ¹H-NMR-spektroskopisch bestimmt.
Die folgende Tabelle 1 gibt die wesentlichen Daten der Reaktionen wider. Der Umsatz ist auf eingesetztes Polyisobutenamin bezogen. NaOMe steht für Natriummethylat, MeOH für Methanol, PIBA für Polyisobutenamin.
Beispiel 14 Motortests
Die Testresultate eines Motortests (1,2 1 Opel Kadett-Prüfmotor) mit einem erfindungsgemäßen Polyisobutenformamid sind in der fol­ genden Tabelle 2 zusammengefaßt.
Tabelle 2
Ergebnis des Motortests
Die Testresultate eines vergleichbaren Motortests (1,2 l Opel Kadett-Prüfmotor) mit einem Polyisobutenformamid gemäß EP 0 567 810 sind in folgender Tabelle 3 zusammengefaßt.
Tabelle 3
Ergebnis eines Motortests

Claims (14)

1. Verbindungen der allgemeinen Formel (I) Z-CH₂- NY2-nHn (I)worin
n für 0 oder 1 steht;
Z für einen geradkettigen oder verzweigten Polyalkylrest mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von etwa 150 bis 40 000 steht;
Y für einen Rest der Formel (IIa) steht, worin
Alk für einen Alkylenrest steht,
R₁ für ein Wasserstoffatom, einen Alkyl-, Cycloalkyl-, Hydroxyalkyl-, Aminoalkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Aryl-, Arylalkyl- oder Heteroarylrest oder einen Rest der Formel (III) steht,
wobei Alk und/oder R₁ noch durch weitere Hydroxy- oder Aminogruppen tragende Alkylreste substituiert sein können, und
m für einen ganzzahligen Wert von 0 bis 10 steht; oder,
wenn n für 0 steht, ein Y für einen Rest der Formel (IIa) und das andere Y für Z-CH₂- steht, wobei beide Z gleich oder verschieden sein können; oder
wenn n für 0 steht, ein Y für einen Rest der Formel (III) und das andere Y für einen Rest der Formel (IIb) steht, worin
Alk, R₁ und in die oben angegebenen Bedeutungen besitzen; und
R₂ und R₃ unabhängig voneinander einen Alkyl-, Cyclo­ alkyl-, Hydroxyalkyl-, Aminoalkyl-, Alkenyl-, Alki­ nyl-, Aryl, Arylalkyl- oder Heteroarylrest bedeuten oder zusammen mit dem Stickstoffatom an das sie gebunden sind einen heterocyclischen Ring bilden, wobei R₂ und/oder R₃ noch durch weitere Hydroxy- oder Aminogruppen tragende Alkylreste substituiert sein können.
2. Verbindung nach Anspruch 1, worin Z und n die oben angegebe­ nen Bedeutungen besitzen, wobei Y für einen Formylrest der Formel (IIa) steht, worin
Alk für einen C₁-C₆-Alkylenrest steht,
R₁ für ein Wasserstoffatom oder einen C₁-C₁₀-Alkylrest, der gegebenenfalls durch weitere Hydroxy-C₁-C₆-alkyl- oder Amino-C₁-C₆-alkylreste substituiert sein kann, steht, und
m für einen ganzzahligen Wert von 0 bis 4 steht.
3. Verbindung nach Anspruch 1, worin Z die oben angegebenen Bedeutungen besitzt, n für 0 steht, wobei ein Y für einen Rest der Formel (III) und das andere Y für einen Rest der Formel (IIb) steht, worin
Alk für einen C₁-C₆-Alkylenrest steht,
R₁ für ein Wasserstoffatom oder einen C₁-C₁₀-Alkylrest, der gegebenenfalls durch weitere Hydroxy-C₁-C₆-alkyl- oder Amino-C₁-C₆-alkylreste substituiert sein kann, steht,
R₂ und R₃ unabhängig voneinander für einen C₁-C₁₀-Alkylrest, der gegebenenfalls durch weitere Hydroxy-C₁-C₆-alkyl- oder Amino-C₁-C₆-alkylreste substituiert sein kann, stehen, und
m für einen ganzzahligen Wert von 0 bis 4 steht.
4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 der Formel (IV) worin
Z die oben angegebenen Bedeutungen besitzt; und
R₄ für H oder Z-CH₂- steht; oder für einen Rest der For­ mel (IIc) steht, worin
m für 0 oder 1 steht;
Alk für Methylen, Ethylen oder Propylen steht; und
R₂ und R₃ unabhängig voneinander für einen C₁-C₆-Alkylrest stehen.
5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin Z ein von mindestens einem geradkettigen oder verzweigten C₂-C₃₀-Alken, vorzugsweise C₂-C₆-Alken, insbesondere C₂-C₄-Alken oder Ge­ mische davon abgeleiteter Polymerrest ist.
6. Verbindung nach Anspruch 5, worin das Alken ein 1-Alken ist.
7. Verbindung nach Anspruch 6, worin das 1-Alken ausgewählt ist unter Ethylen, Propylen, 1-Buten und Isobuten.
8. Verbindung nach Anspruch 7, worin Z abgeleitet ist von Poly­ buten oder Polyisobuten, oder einem Copolymerisat aus Iso­ buten und bis zu 20 Gew.-% n-Buten, und ein mittleres Moleku­ largewicht von etwa 800 bis etwa 1500 aufweist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei man ein Polyalkylamin der allgemeinen Formel (Va) Z-CH₂-NA2-nHn (Va)worin
Z und n die oben angegebenen Bedeutungen besitzen,
A für ein Wasserstoffatom oder für einen Alkyleniminrest der Formel (VIa) steht,
worin Alk und m die oben angegebenen Bedeutungen besitzen und R₅ wie R₁ definiert ist, jedoch nicht für eine For­ mylgruppe steht, wobei, wenn n für 0 steht, die beiden Reste A gleich oder verschieden sind und gegebenenfalls ein A für Z-CH₂- steht; oder
ein Polyalkylamin der allgemeinen Formel (Vb)Z-CH₂-NXH (Vb)worin
Z die oben angegebenen Bedeutungen besitzt, und
X für einen Alkyleniminrest der Formel (VIb) steht, worin
Alk, R₂, R₃, R₅ und in die oben angegebenen Bedeutungen besit­ zen;
mit Kohlenmonoxid in Gegenwart eines Alkohols und einer kata­ lytischen Menge eines Alkalimetallalkoholates, oder mit einem Ameisensäurealkylester umsetzt, und das gebildete N-Alkyl­ formamid der Formel (I) isoliert.
10. Schmierstoffzusammensetzung, enthaltend in üblichen flüssigen oder pastösen Schmierstoffen eine oder mehrere Verbindungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Gesamtmenge von etwa 1-15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusam­ mensetzung, gegebenenfalls in Kombination mit weiteren übli­ chen Schmierstoffadditiven.
11. Schmierstoffzusammensetzung nach Anspruch 10, enthaltend min­ destens eine Verbindung der allgemeinen Formel (I), worin Z ein zahlenmittleres Molekulargewicht von etwa 2000 bis 40 000 besitzt.
12. Kraftstoffzusammensetzung, umfassend eine oder mehrere Ver­ bindungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, in einer Gesamt­ konzentration von etwa 20 bis 5000 mg/kg Kraftstoff, gegebe­ nenfalls in Kombination mit weiteren üblichen Kraftstoffaddi­ tiven.
13. Kraftstoffzusammensetzung nach Anspruch 12, enthaltend minde­ stens eine Verbindung der allgemeinen Formel (I), worin Z ein zahlenmittleres Molekulargewicht von etwa 150 bis 5000 be­ sitzt.
14. Additivgemisch für Kraft- oder Schmierstoffe, umfassend eine oder mehrere Verbindungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, gegebenenfalls in Kombination mit weiteren üblichen Additi­ ven.
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