DD292904A5 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF P-ALKYLCALIX 4 ARENES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von p-Alkylcalix&4!arenen. Ziel ist eine einfache und wirtschaftliche Herstellung von p-Alkylcalix&4!arenen der allgemeinen Formel I mit n4. Die Verbindungen werden hergestellt aus einem Vorkondensat, hergestellt aus p-Alkylphenol und Formaldehyd, oder aus p-tert.-Alkylcalix&8!arenen oder aus einem Gemisch aus p-Alkylphenol und Paraformaldehyd, jeweils in Gegenwart von Alkalihydroxiden als Katalysator, in einem Gemisch geradkettiger Kohlenwasserstoffe der Kettenlaenge C11 bis C20 bei 217 bis 257C. Die p-Alkylcalix&4!arene werden in gut kristallisierter Form direkt aus dem Reaktionsansatz isoliert. Besonders geeignet ist das Verfahren zur Herstellung von p-tert.-Butylcalix&4!aren{p-Alkylcalix&4!arene; Paraffin, geradkettig; Gemisch; Kettenlaenge; Vorkondensat; Alkylphenol; Formaldehyd; Paraformaldehyd; p-Alkylcalix&8!arene; Katalysator; Alkalihydroxid}The invention relates to a process for the preparation of p-alkylcalix & 4! Arenen. The aim is a simple and economical preparation of p-Alkylcalix & 4! Arenen of the general formula I with n4. The compounds are prepared from a precondensate prepared from p-alkylphenol and formaldehyde, or from p-tertiary alkylcalixes or from a mixture of p-alkylphenol and paraformaldehyde, in each case in the presence of alkali metal hydroxides as catalyst, in a mixture of straight-chain hydrocarbons the chain length C11 to C20 at 217 to 257C. The p-alkylcalix & 4! Arenes are isolated in well-crystallized form directly from the reaction mixture. Particularly suitable is the process for the preparation of p-tert-butylcalix & 4! Arene {p-alkylcalix & 4! Arene; Paraffin, straight chain; Mixture; Kettenlaenge; precondensate; alkyl phenol; Formaldehyde; Paraformaldehyde; ! P-Alkylcalix & 8 arenes; Catalyst; alkali}
Description
in der R die gleiche Bedeutung wie in Formel I hat, und Formaldehyd in Form einer wäßrigen Lösung, vorzugsweise mit 30 bis 40 Masseanteilen in % Formaldehyd,in the R has the same meaning as in formula I, and formaldehyde in the form of an aqueous solution, preferably with 30 to 40 parts by mass in% formaldehyde,
- oder aus einem p-Alkylcalix[8]aren der allgemeinen Formel I mit R wie in Formel I und η = 8- or from a p-Alkylcalix [8] arene of the general formula I with R as in formula I and η = 8
- oder aus einem Gemisch aus dem p-Alkylphenol der allgemeinen Formel II, in der R die gleiche Bedeutung wie in Formel I hat, und Paraformaldehyd- or from a mixture of the p-alkylphenol of the general formula II in which R has the same meaning as in formula I, and paraformaldehyde
durch eine mit Alkalihydroxid katalysierte Reaktion in einem organischen Lösungsmittel als Reaktionsmedium, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Lösungsmittel ein Gemisch geradkettiger Kohlenwasserstoffe der Kettenlänge Cn bis C2o und des Siedebereiches 2500C bis 2600C bei Normaldruck eingesetzt wird, in welches man den jeweiligen Ausgangsstoff und das Alkalihydroxid einbringt, 1 bis 10 Stunden bei 217°C bis 257°C unter Sauerstoffausschluß rührt, dabei das entstehende Reaktionswasser abdestilliert, anschließend unumgesetzten Feststoff bei 100°C bis 1600C aus dem Reaktionsgemisch abtrennt, die feststofffreie Reaktionslösung auf 17°C bis 42 0C abkühlt und das ausgefallene, gut kristalline p-Alkylcalix[4]aren in an sich bekannter Weise isoliert, mit einem Kohlenwasserstoffgemisch der Kettenlänge C5 bis C7 wäscht und im Vakuum bei 0,5 bis 1,OkPa trocknet.by a reaction catalyzed with alkali metal hydroxide in an organic solvent as the reaction medium, characterized in that the organic solvent used is a mixture of straight-chain hydrocarbons of chain length Cn to C 2 o and boiling range 250 ° C. to 260 ° C. under atmospheric pressure, into which the respective starting material and the alkali metal hydroxide, 1 to 10 hours at 217 ° C to 257 ° C with exclusion of oxygen stirred while distilling off the water of reaction, then unreacted solid at 100 ° C to 160 0 C separated from the reaction mixture, the solids-free reaction solution to 17 ° C to 42 0 C and the precipitated, well crystalline p-alkylcalix [4] arene isolated in a conventional manner, washed with a hydrocarbon mixture of chain length C 5 to C 7 and dried in vacuo at 0.5 to 1, OkPa ,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gemisch geradkettiger Kohlenwasserstoffe der Kettenlänge C11 bis C2o ein durch Molsiebextraktion aus einem Erdölmitteldestillatschnitt isoliertes n-Paraffingemisch der Zusammensetzung 2,5 bis 10 Masseanteile in % η-Paraffine C11 bis C12,80 bis 90 Masseanteile in % η-Paraffine C13 bis C17 und 0,5 bis 10 Masseanteile in% n-ParaffineC18 bis C20 eingesetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that as a mixture of straight-chain hydrocarbons of chain length C 11 to C 2 o an isolated by Molsiebextraktion from a Erdölmitteleldestillatschnitt n-paraffin mixture of the composition 2.5 to 10 mass fractions in% η-paraffins C 11 to C 12 , 80 to 90 parts by weight in% η-paraffins C 13 to C 17 and 0.5 to 10 parts by weight in% n paraffins C 18 to C 20 is used.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalihydroxid Natrium-oder Kaliumhydroxid, vorzugsweise in Form einer wäßrigen Lösung in einem Verhältnis von 2 bis 10 Stoff mengenanteilen in %, bezogen auf verwendete phenolische Einheit, eingesetzt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that as alkali metal hydroxide sodium or potassium hydroxide, preferably in the form of an aqueous solution in a ratio of 2 to 10 substance proportions in%, based on the phenolic unit used, is used.
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von p-Alkylcalix[4]arenen, die als Stabilisatoren für Polymere oder zur Herstellung ionensensitiver Elektroden oder als macrocyclische Synthesebausteine verwendbar sind.The invention relates to a process for the preparation of p-alkyl calix [4] arenes, which are useful as stabilizers for polymers or for the production of ion-sensitive electrodes or as macrocyclic synthesis building blocks.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
p-Alkylcalix[4]arene haben auf Grund ihrer besonderen Struktur in den letzten Jahren zunehmend an Interesse gewonnen. (Top. Curr.Chem. 123 [1984]1)p-Alkylcalix [4] arenes have gained increasing interest in recent years due to their special structure. (Top Curr.Chem 123 (1984) 1)
Für einen praktischen Einsatz der p-Alkylcalix[4]arene macht es sich erforderlich, technologisch einfache und wirtschaftliche Herstellungsverfahren für diese Verbindungen zu entwickeln. Gemäß Literatur (J. Org. Chem. 51 [1986] 742) wird zur HerstellungFor practical use of p-alkylcalix [4] arenes, it is necessary to develop technologically simple and economical production processes for these compounds. According to literature (J. Org. Chem. 51 [1986] 742) is used for the production
der p-Alkylcalix[4Jarene durch basenkatalysierte Reaktion der polare Diphenylether als Reaktionsmedium eingesetzt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß neben einer erheblichen Geruchsbelästigung durch den Diphenylether, dieser als aromatische Verbindung toxisch bedenklich ist. Außerdem ist eine aufwendige Stufe zur Isolierung der p-Alkylcalix[4]arene bei diesem Verfahren notwendig. Weiterhin können p-Alkylcalix[4]arene durch basenkatalysierte Reaktion von p-Alkylphenolen und Paraformaldehyd in Tetralin hergestellt werden. (J. Org. Chem. 43 [1978] 4280) Das Tetralin als Reaktionsmedium hat den Nachteil, daß es als aromatische Verbindung toxisch ist und daß es auf Grund seiner leichten Autoxidierbarkeit Periode bildet, die durch ihre spontane Zersetzung bei höheren Temperaturen zu erheblichen Gefährdungen führen. Außerdem wird bei diesem Verfahren Kaliumtert.-butylat als Katalysator angewendet, das nur in einem aufwendigen Verfahren aus Kalium und tert.-Butanol erhalten wird und für eine technische Anwendung zu teuer ist.the p-alkylcalix [4] arene was used as the reaction medium by base-catalyzed reaction of the polar diphenyl ethers. The disadvantage of this method is that in addition to a significant odor nuisance by the diphenyl ether, this is toxic as a toxic compound toxic. In addition, a complex stage for the isolation of the p-alkylcalix [4] arenes is necessary in this process. Furthermore, p-alkylcalix [4] arenes can be prepared by base-catalyzed reaction of p-alkylphenols and paraformaldehyde in tetralin. (J. Org. Chem. 43 [1978] 4280) The tetralin as a reaction medium has the disadvantage that it is toxic as an aromatic compound and that it forms due to its easy auto-oxidizing period, which by their spontaneous decomposition at higher temperatures to significant hazards to lead. In addition, potassium tert-butylate is used as the catalyst in this process, which is obtained only in a complicated process from potassium and tert-butanol and is too expensive for industrial application.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, ein technologisch einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von p-Alkylcalix[4]arenen zu entwickeln.The aim of the invention is to develop a technologically simple and economical process for the preparation of p-Alkylcalix [4] arenes.
Aufgabe der Erfindung ist es, p-Alkylcalix[4]arene unter Verwendung eines nichttoxischen und geruchsfreien Reaktionsmediums in Gegenwart leicht verfügbarer basischer Katalysatoren herzustellen.The object of the invention is to prepare p-alkylcalix [4] arenes using a non-toxic and odor-free reaction medium in the presence of readily available basic catalysts.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von p-Alkylcalix[4]arenen der allgemeinen Formel IThis object is achieved by a process for the preparation of p-alkylcalix [4] arenes of the general formula I.
gelöst, in welchersolved, in which
R = n-Alkyl C, bis C4; iso-Alkyl C3 bis C5; tert.-Alkyl C4 und C6, Cyclohexyl undR = n-alkyl C, to C 4 ; iso-alkyl C 3 to C 5 ; tert.-alkyl C 4 and C 6 , cyclohexyl and
bedeuten, aus einem Vorkondensat, hergestellt aus dem entsprechenden Alkylphenol der allgemeinen Formel Ilmean, from a precondensate prepared from the corresponding alkylphenol of general formula II
II.II.
in der R die gleiche Bedeutung wie in Formel I hat, und Formaldehyd in Form einer wäßrigen Lösung mit vorzugsweise 30 bis 40 Masseanteilen in % Formaldehyd, oder aus einem p-Alkylcalix[8]aren der allgemeinen Formel I mit R = wie in Formel I undin which R has the same meaning as in formula I, and formaldehyde in the form of an aqueous solution with preferably 30 to 40 parts by mass in% formaldehyde, or from a p-alkylcalix [8] arene of the general formula I with R = as in formula I. and
oder aus einem Gemisch aus dem p-Alkylphenol der allgemeinen Formel Il mit R wie in Formel Ior from a mixture of the p-alkylphenol of the general formula II with R as in formula I.
und Paraformaldehyd durch eine mit Alkalihydroxid katalysierte Reaktion in einem organischen Lösungsmittel als Reaktionsmedium, indem erfindungsgemäß als organisches Lösungsmittel ein Gemisch geradkettiger Kohlenwasserstoffe der Kettenlänge Cn bis C2o und des Siedebereiches 2500C bis 2600C bei Normaldruck eingesetzt wird, in welches man den jeweiligen Ausgangsstoff und das Alkalihydroxid einbringt, 1 bis 10 Stunden bei 217°C bis 257°C unter Sauerstoffausschluß rührt, dabei das entstehende Reaktionswasser abdestilliert, anschließend unumgesetzten Feststoff bei 1000C bis 1600C aus dem Reaktionsgemisch abtrennt, die feststofffreie Reaktionslösung auf 17°C bis 42°C abkühlt und das ausgefallene, gut kristalline p-A!kylcalix[4]aren in an sich bekannter Weise isoliert, mit einem Kohlenwasserstoffgemisch der Kettenlänge C5 bis C7 wäscht und im Vakuum bei 0,5 bis 1,OkPa trocknet. Als Gemisch geradkettiger Kohlenwasserstoffe der Kettenlänge Cn bis C20 wird ein durch Molsiebextraktion aus einem Erdölmitteldestillatschnitt isoliertes n-Paraffingemisch der Zusammensetzung 2,5 bis 10 Masseanteile in % η-Paraffine Cn bis Ci2,80 bis 90 Masseanteile in % η-Paraffine Ci3 bis Ci7 und 0,5 bis 10 Masseanteile in % η-Paraffine Ci8 bis C20 eingesetzt. Als Alkalihydroxid wird vorzugsweise Kaliumhydroxid bzw. Natriumhydroxid in einem Verhältnis von 2 bis 10 Stoffmengenanteilen in %, bezogen auf verwendete phenolische Einheit, eingesetzt. Der Einsatz erfolgt vorzugsweise in Form einer wäßrigen Lösung.and paraformaldehyde by an alkali metal hydroxide catalyzed reaction in an organic solvent as the reaction medium by the invention as the organic solvent, a mixture of straight-chain hydrocarbons of chain length Cn to C 2 o and the boiling range 250 0 C to 260 0 C is used at atmospheric pressure, in which the respective starting material and the alkali metal hydroxide, 1 to 10 hours at 217 ° C to 257 ° C stirred with exclusion of oxygen, distilling off the water of reaction formed, then unreacted solid at 100 0 C to 160 0 C separated from the reaction mixture, the solids-free reaction solution to 17 Cooled to 42 ° C and the precipitated, well crystalline pA! Kylcalix [4] arene isolated in a conventional manner, washed with a hydrocarbon mixture of chain length C 5 to C 7 and dried in vacuo at 0.5 to 1, OkPa , As a mixture of straight-chain hydrocarbons of chain length Cn to C 20 , an n-paraffin mixture of the composition 2.5 to 10 mass fractions in% η-paraffins Cn to Ci 2 , 80 to 90 mass fractions in% η-paraffins Ci 3 is isolated by molecular sieve extraction from a petroleum middle distillate cut used to Ci 7 and 0.5 to 10 parts by weight in% η-paraffins Ci 8 to C 20 . The alkali metal hydroxide used is preferably potassium hydroxide or sodium hydroxide in a ratio of from 2 to 10 molar proportions in%, based on the phenolic unit used. The use is preferably in the form of an aqueous solution.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden überraschenderweise p-Alkylcalix[4]arene in gut kristallisierter Form unter Verwendung eines fast geruchslosen, nichttoxischen Reaktionsmediums erhalten. Verbindungen, die vorzugsweise durchThe process of the invention surprisingly yields p-alkylcalix [4] arenes in a well crystallized form using an almost odorless, non-toxic reaction medium. Compounds, preferably by
dieses erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden, sind das p-tert.-Butylcalix[4]aren (Formel I, η = 4, R = t.-C4H9) und p-tert.-Amylcalix[4]aren (Formel I, η = 4, R = t.-C5Hn). Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten p-Alkylcalix[4]arene können zur Metallionenextraktion bzw. für ionensensitive Elektroden, als Stabilisatoren von polymeren Werkstoffen sowie als Syntheseausgangsstoff für Calix[4]arenderivate eingesetzt werden.This process according to the invention are prepared, the p-tert-butyl calix [4] arene (formula I, η = 4, R = t.-C 4 H 9 ) and p-tert-amylcalix [4] arene (formula I , η = 4, R = t.-C 5 Hn). The p-alkylcalix [4] arenes prepared by the process according to the invention can be used for metal ion extraction or for ion-sensitive electrodes, as stabilizers of polymeric materials and as synthesis starting material for calix [4] arene derivatives.
50 g p-tert.-Butylphenol, 70 m330%ige wäßrige Formaldehydlösung und 0,6g Natriumhydroxid werden in einem offenen Kolben eine Stunde 1000C bis 1100C ausgesetzt. Die erhaltene hochviskose Masse läßt man auf Raumtemperatur abkühlen und zerkleinert sie nach dem Erstarren in kleine Stücke. Diese werden in einem Rührgefäß mit Wasserabscheider in 400cm3 eines Gemisches geradkettiger Paraffine Cn bis C2o suspendiert und unter Rühren und Sauerstoffausschluß erwärmt. Bei 1100C beginnt das Abdestillieren des Reaktionswassers.50 g of p-tert-butylphenol, 70 m 3 30% aqueous formaldehyde solution and 0.6 g of sodium hydroxide are exposed in an open flask for one hour 100 0 C to 110 0 C. The resulting high-viscosity mass is allowed to cool to room temperature and crushed it after solidification in small pieces. These are suspended in a stirred vessel with a water separator in 400 cm 3 of a mixture of straight-chain paraffins C n to C 2 o and heated with stirring and exclusion of oxygen. At 110 0 C, the distilling off of the reaction water begins.
Die Temperatur wird weiter gesteigert, wobei oberhalb 152°C ein weißer Feststoff zunächst ausfällt. Anschließend wird bei 217°C bis 252°C etwa 5 Stunden zum Sieden erhitzt. Dabei geht der überwiegende Teil des Feststoffes wieder in Lösung. Nach den 5 Stunden Reaktionszeit läßt man denverbleibenden Feststoffsich absetzen und zieht bei 1000C bis 160°Cdie heiße Lösung vom abgesetzten Feststoff ab. Beim Abkühlen der Lösung auf Raumtemperatur scheiden sich Kristalle des p-tert.-Butylcalix[4]arens aus, die durch Filtration isoliert und mit einem Gemisch von Paraffinen Cs bis C7 gewaschen werden. Anschließend wird im Vakuum bei 0,5 bis 1,0 kPa getrocknetThe temperature is further increased, above 152 ° C, a white solid precipitates first. The mixture is then heated at 217 ° C to 252 ° C for about 5 hours to boiling. The majority of the solid goes back into solution. After the 5 hours of reaction time allowed to settle denver permanent Feststoffsich and pulls at 100 0 C to 160 ° C the hot solution from the settled solids from. When the solution is cooled to room temperature, crystals of p-tert-butylcalix [4] arene precipitate, which are isolated by filtration and washed with a mixture of paraffins C s to C 7 . It is then dried in vacuo at 0.5 to 1.0 kPa
Ausbeute: 32g (60% bezogen auf Phenol); Fp. 34O0C bis 3450CYield: 32 g (60% based on phenol); Mp 34O 0 C to 345 0 C
50g p-tert.-Butylcalix[8]aren (Formel I, η = 8, R = tert.-Butyl) und 0,6g Natriumhydroxid in 2ml Wasser werden in einem Rührgefäß mit Wasserabscheider in 400cm3 eines Gemisches geradkettiger Paraffine der vorzugsweisen Kettenlänge C13 bis C17 suspendiert und unter Sauerstoffausschluß 6 Stunden bei 217°C bis 252°C gerührt. Dabei geht der überwiegende Teil des Feststoffs in Lösung. Nach den 6 Stunden läßt man eventuell unumgesetztes p-tert.-Butylcalix[8]aren sich absetzen und zieht die heiße flüssige Phase vom Feststoff ab. Beim Abkühlen der flüssigen Phase auf Raumtemperatur scheiden sich Kristalle aus, die durch Filtration isoliert und mit einem leichtsiedenden Kohlenwasserstoffgemisch C5 bis C7 gewaschen werden. Anschließend erfolgt die Trocknung im Vakuum bei 0,5 bis 1,OkPa50 g of p-tert-butylcalix [8] arene (formula I, η = 8, R = tert-butyl) and 0.6 g of sodium hydroxide in 2 ml of water are dissolved in a stirred vessel with water separator in 400 cm 3 of a mixture of straight-chain paraffins of the preferred chain length C 13 to C 17 and suspended under exclusion of oxygen for 6 hours at 217 ° C to 252 ° C stirred. The majority of the solid goes into solution. After the 6 hours, unreacted p-tert-butylcalix [8] arene is allowed to settle and the hot liquid phase is removed from the solid. When the liquid phase is cooled to room temperature, crystals are precipitated, which are isolated by filtration and washed with a low-boiling hydrocarbon mixture C 5 to C 7 . The drying is then carried out in vacuo at 0.5 to 1, OkPa
Ausbeute: 35g (70% bezogen auf t.-Butylcalix[8]aren); Fp. 3410C bis 346°CYield: 35 g (70% based on t.-butylcalix [8] arene); Mp 341 0 C to 346 ° C
In einem Rührgefäß mit Wasserabscheider werden 50g p-tert.-Butylphenol, 20g Paraformaldehyd und 0,8cm3 10n wäßrige Kaliumhydroxidlösung in 500cm3 eines Gemisches geradkettiger Paraffine unter Sauerstoffausschluß zwei Stunden auf 1200C erwärmt und anschließend vier Stunden bei 247°C zum Sieden erhitzt.In a stirred vessel with a water separator 50 g of p-tert-butylphenol, 20 g of paraformaldehyde and 0.8 cm 3 10n aqueous potassium hydroxide in 500cm 3 of a mixture of straight-chain paraffins with exclusion of oxygen for two hours at 120 0 C and then boiled for four hours at 247 ° C to boiling heated.
Den nicht umgesetzten Feststoff läßt man sich absetzen und trennt die heiße Reaktionslösung vom Feststoff ab. Beim Abkühlen auf 17 bis 27 °C kristallisiert p-tert.-Butylcalix[4]aren aus, das isoliert und mit einem Gemisch von Paraffinen C5 bis C7 gewaschen wird. Anschließend trocknet man es im Vakuum bei 0,5 bis 1,OkPa.The unreacted solid is allowed to settle and separates the hot reaction solution from the solid. On cooling to 17 to 27 ° C, p-tert-butylcalix [4] arene crystallizes, which is isolated and washed with a mixture of paraffins C 5 to C 7 . It is then dried in vacuo at 0.5 to 1, OkPa.
Ausbeute: 17g (33% bezogen auf Phenol); Fp. 340°C bis 345°CYield: 17g (33% based on phenol); Mp 340 ° C to 345 ° C
Wie im Beispiel 1 beschrieben, wird aus 50g tert.-Amylphenol, 70cm3 einer 30%igen wäßrigen Formaldehydlösung und 0,6g Natriumhydroxid ein Vorkondensat hergestellt. Dieses wird ebenfalls, wie im Beispiel 1 beschrieben, in einem Rührgefäß in 400cm3 eines Gemisches geradkettiger Paraffine suspendiert und weiterverarbeitet. Ausbeute: 22g (50% bezogen auf eingesetztes Phenol); Fp. 308°C bis 3100CAs described in Example 1, a precondensate is prepared from 50 g of tert-amylphenol, 70 cm 3 of a 30% aqueous formaldehyde solution and 0.6 g of sodium hydroxide. This is likewise suspended, as described in Example 1, in a stirred vessel in 400 cm 3 of a mixture of straight-chain paraffins and further processed. Yield: 22 g (50% based on the phenol used); Mp. 308 ° C to 310 0 C.
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Legal Events
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