Fettalkohole
Fettalkohole sind aliphatische, langkettige, einwertige, meist primäre Alkohole.[1] Die Kohlenwasserstoffreste sind bei nativen Fettalkoholen oft unverzweigt, synthetische Fettalkohole sind häufig auch verzweigt. Die Kohlenstoffkette weist 6 bis 22 Kohlenstoffatome auf[2] und kann auch ein- oder mehrfach ungesättigt sein.[3]
Fettalkohole finden sich in natürlichen Wachsen, gebunden als Carbonsäureester, z. B. in Wollwachs oder Walrat und werden oft Wachsalkohole genannt. Derartige Alkohole enthalten in der Regel eine gerade Anzahl von C-Atomen, die auch bei 36 und mehr C-Atomen liegen kann.
Fettalkohole werden in der chemischen Industrie, z. B. durch Reduktion von Fettsäuren oder petrochemisch hergestellt. Fettalkohole werden direkt als nichtionisches Tensid und zur Herstellung verschiedener anderer Tenside verwendet.
Struktur
BearbeitenDie Tabelle zeigt Beispiele für Fettalkohole; bisweilen werden die höhermolekularen Vertreter ab etwa 24 Kohlenstoffatomen zu den Wachsalkoholen gezählt.[4] Die Nomenklatur entspricht der Nomenklatur der Alkane, ergänzt um die Endung -ol für die zusätzlich vorhandene Alkoholgruppe. Häufig werden auch ihre Trivialnamen verwendet (s. in Klammern).
| C-Atome : Doppelbindungen | Name | Bruttoformel | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| gesättigte Fettalkohole | ||||||
| 6:0 | 1-Hexanol | C6H13OH | ||||
| 7:0 | 1-Heptanol | C7H15OH | ||||
| 8:0 | 1-Octanol | C8H17OH | ||||
| 10:0 | 1-Decanol | C10H21OH | ||||
| 12:0 | 1-Dodecanol (Laurylalkohol) | C12H25OH | ||||
| 14:0 | 1-Tetradecanol (Myristylalkohol) | C14H29OH | ||||
| 16:0 | 1-Hexadecanol (Cetylalkohol) | C16H33OH | ||||
| 17:0 | 1-Heptadecanol (Margarylalkohol) | C17H35OH | ||||
| 18:0 | 1-Octadecanol (Stearylalkohol) | C18H37OH | ||||
| 20:0 | 1-Eicosanol (Arachidylalkohol) | C20H41OH | ||||
| 22:0 | 1-Docosanol (Behenylalkohol) | C22H45OH | ||||
| 24:0 | 1-Tetracosanol (Lignocerylalkohol) | C24H49OH | ||||
| 26:0 | 1-Hexacosanol (Cerylalkohol) | C26H53OH | ||||
| 28:0 | 1-Octacosanol (Montanylalkohol) | C28H57OH | ||||
| 30:0 | 1-Triacontanol (Melissylalkohol) | C30H61OH | ||||
| einfach ungesättigte Fettalkohole | ||||||
| 16:1 | cis-9-Hexadecen-1-ol (Palmitoleylalkohol) | C16H31OH | ||||
| 18:1 | cis-9-Octadecen-1-ol (Oleylalkohol) | C18H35OH | ||||
| 18:1 | trans-9-Octadecen-1-ol (Elaidylalkohol) | C18H35OH | ||||
| 18:1 | cis-11-Octadecen-1-ol | C18H35OH | ||||
| mehrfach ungesättigte Fettalkohole | ||||||
| 18:2 | cis,cis-9,12-Octadecadien-1-ol (Linoleylalkohol) | C18H33OH | ||||
| 18:3 | 6,9,12-Octadecatrien-1-ol (γ-Linolenylalkohol) | C18H31OH | ||||
Herstellung
BearbeitenReduktion von Fettsäureestern
BearbeitenFettalkohole lassen sich durch Reduktion und Hydrolyse von Wachsen wie Walrat mit elementarem Natrium herstellen (Bouveault-Blanc-Reaktion).[5] Die erste technische Darstellung wurde 1928 von den Hydrierwerken in Rodleben durchgeführt. Dieses Verfahren hat zur Gewinnung von Fettalkoholen keine technische Bedeutung mehr.
Hydrierung von Fettsäuren und Fettsäureestern
BearbeitenIm Regelfall werden Fettalkohole aus nachwachsenden Rohstoffen, etwa durch Hydrierung von Fettsäuren aus pflanzlichen Ölen, hergestellt (siehe auch Oleochemie). Dabei wird die für Carbonsäuren typische Carboxygruppe (–COOH) in die für Alkohole typische Hydroxygruppe (–OH) überführt. Das C-Atom der COOH-Gruppe bleibt als –CH2–OH erhalten. So wird z. B. Cetylalkohol (C16) als Produkt der Palmitinsäure aus Palmöl oder Kokosöl und Stearylalkohol (C18) aus Stearinsäure gewonnen.[6][5]
Hydroformylierung von Olefinen
BearbeitenFettalkohole lassen sich aus Olefinen und Kohlenstoffmonoxid durch Hydroformylierung (Oxosynthese) an Cobalt- und Rhodium-Katalysatoren herstellen. Die entstehenden Aldehyde werden durch Hydrierung in Alkohole überführt. Die so gewonnenen Alkohole werden auch Oxoalkohole genannt und können durch diesen Syntheseweg auch verzweigt und ungeradzahlig sein.
Ziegler-Alfol-Synthese
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[1a] Aufbaureaktion, [1b] Verdrängung, [2a] Oxidation, [2b] Hydrolyse
Fettalkohole mit geradzahligen Kohlenstoffketten lassen sich durch Reaktion von Ethen mit Triethylaluminium herstellen. Im ersten Schritt wird aus metallischem Aluminium Wasserstoff und Triethylaluminium als Zwischenprodukt Diethylaluminiumhydrid hergestellt, dass mit Ethen weiter zu Triethylaluminium reagiert. Etwa zwei Drittel des gebildeten Triethylaluminiums werden wieder in die Ausgangsreaktion (1) zurückgeführt, ein Drittel wird für die Aufbaureaktion genutzt.[8]
Die Verteilung der Kettenlänge entspricht einer Poisson-Verteilung, die durch geeignete Wahl der Prozessparameter für den Bereich von 10 bis 16 Kohlenstoffen optimiert wird. Bei der Oxidation des Komplexes mit Sauerstoff und anschließender Hydrolyse mit Schwefelsäure und Wasser bilden sich naturidentische Ziegler-Alkohole, auch Alfole genannt, die als Fettalkoholsulfate oder nach Ethoxylierung und Sulfatierung als Alkylethersulfate in Körperpflegeprodukten sowie Wasch- und Reinigungsmitteln Verwendung finden.[9][10]
Synolverfahren
BearbeitenIn Synolverfahren werden aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff unter ähnlichen Bedingungen wie bei der Fischer-Tropsch-Synthese Fettalkohole gewonnen.[11]
Bashkirov-Verfahren
BearbeitenBei der Oxidation von Paraffinen in Gegenwart von Borsäure nach dem Bashkirov-Verfahren fallen hauptsächlich sekundäre Alkohole an.[12]
Guerbet-Kondensation
BearbeitenDurch Guerbet-Kondensation von linearen, primären Alkoholen bei Temperaturen von etwa 180 bis 300 °C in Gegenwart von zum Beispiel Kaliumhydroxid führt zur Bildung von primären, in alpha-Stellung verzweigten Fettalkoholen.[13]
Biosynthese
BearbeitenViele Organismen nutzen Fettalkohole für verschiedene Zwecke, die bekannteste ist die Herstellung von Bienenwachs durch die Honigbiene. Aktivierte Fettsäureester aus Fettsäuren und Coenzym A werden enzymatisch durch eine Acyl-CoA-Reduktase in zwei Schritten zum Fettalkohol reduziert. Im ersten Schritt wird der Ester zum Aldehyd und dieser zum Fettalkohol reduziert. Als Kofaktor wird NADPH benötigt.[14]
Verwendung
BearbeitenFettalkohole wie der Stearylalkohol und der Cetylalkohol werden als nichtionische Tenside verwendet und lassen sich als Grundlage für viele Cremes und Salben einsetzen. Sie sind nicht mit Wasser mischbar, können aber durch Umsetzung mit gasförmigen Schwefeltrioxid und anschließender Neutralisation mit Basen wie Natronlauge in Fettalkoholsulfate überführt werden. Diese haben eine große Bedeutung als anionische Tenside in Waschmitteln und Körperpflegeprodukten. Durch Ethoxylierung lassen sich Fettalkoholethoxylate als nichtionische Tenside gewinnen, die in Körperpflegeprodukten verwendet werden.
Literatur
Bearbeiten- Stichwort Fatty Alcohols In: Hans Zoebelein (Hrsg.): Dictionary of Renewable Ressources. 2. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim und New York 1996; S. 101–102. ISBN 3-527-30114-3.
Weblinks
Bearbeiten- Cyberlipid: Fatty Alcohols and Aldehydes. Abgerufen am 6. Februar 2007. General overview of fatty alcohols, with references.
- CONDEA: Dr. Z Presents All about fatty alcohols. (PDF; 494 kB) Abgerufen am 6. Februar 2007.
- S. Würkert: Hydrierung von Fettsäuremethylestern zu gesättigten Fettalkoholen, Dissertation (2006).
- CYBERLIPID CENTER - your www site for fats and oils, umfassende Informationen zu Fetten und Ölen und abgeleiteten Verbindungen, wie Fettalkoholen und anderem
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ Spektrum-Online-Lexika: Eintrag zu Fettalkohole. In: Lexikon der Chemie, abgerufen am 15. Dezember 2015.
- ↑ Eintrag zu Fettalkohole. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 10. Januar 2013.
- ↑ Der Brockhaus, Naturwissenschaft und Technik, Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg, 2003.
- ↑ Otto-Albrecht Neumüller (Hrsg.): Römpps Chemie-Lexikon. Band 6: T–Z. 8. neubearbeitete und erweiterte Auflage. Franckh'sche Verlagshandlung, Stuttgart 1988, ISBN 3-440-04516-1, S. 4562–4563.
- ↑ a b Dr. Z Presents: All about fatty alkohols ( vom 27. September 2007 im Internet Archive), 43-seitiges pdf mit umfassenden Informationen zu Fettalkoholen, englisch, abgerufen am 22. März 2010
- ↑ S. Würkert: Hydrierung von Fettsäuremethylestern zu gesättigten Fettalkoholen ( vom 28. Juni 2007 im Internet Archive), als 205-seitiges pdf, abgerufen am 22. März 2010.
- ↑ Christoph Elschenbroich, Albrecht Salzer, Organometallchemie, 3. Auflage, Teubner, Stuttgart, 1990.
- ↑ Wilhelm Keim, Arno Behr und Günter Schmitt: Grundlagen der industriellen Chemie. Technische Produkte und Prozesse, ISBN 3-7935-5490-2 (Salle), ISBN 3-7941-2553-3 (Sauerländer), S. 188–189.
- ↑ W. Hagge: Neuzeitliche Entwicklungen und wirtschaftliche Bedeutung der Detergentien. In: Fette, Seifen, Anstrichmittel. 67, 1965, S. 205–211, doi:10.1002/lipi.19650670312.
- ↑ Gunther Czichocki, Helga Brämer, Inge Ohme: Herstellung, Eigenschaften und Analytik von Ethersulfaten. In: Zeitschrift für Chemie. 20, 1980, S. 90–94, doi:10.1002/zfch.19800200303.
- ↑ Wilhelm Wenzel: Das Synolverfahren. Eine neue Synthese aliphatischer Alkohole. In: Angewandte Chemie. 20, 1948, S. 225, doi:10.1002/ange.19480200902.
- ↑ Noweck, Klaus, and Wolfgang Grafahrend. "Fatty alcohols." Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry (2006).
- ↑ Ramesh Varadaraj, Jan Bock, Paul Valint, Stephen Zushma, Robert Thomas: Fundamental interfacial properties of alkyl-branched sulfate and ethoxy sulfate surfactants derived from Guerbet alcohols. 1. Surface and instantaneous interfacial tensions. In: The Journal of Physical Chemistry. 95, 1991, S. 1671, doi:10.1021/j100157a033.
- ↑ Janine Hellenbrand Charakterisierung von Acyl-CoA-Reduktasen Dissertation RWTH Aachen 2012