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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton mit hoher Reinheit, das als Rohmaterial
zur Herstellung von Medikamenten, Agrikulturchemikalien und niedrig siedenden
Chelatverbindungen nützlich
ist, die in Verfahren zur Herstellung von elektrischen Teilen verwendet werden.
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H.
Gilman et al., J. Am. Chem. Soc., Vol. 78, Seiten 2790-2792 (1956)
lehren ein Verfahren zur Herstellung von 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton,
das durch die folgenden Reaktionsformeln gezeigt wird:
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A.
Henne et al., J. Am. Chem. Soc., Vol 69, Seiten 1819-1820 (1947)
offenbaren ein Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton
durch Umwandlung eines Natriumsalzes von 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton
in eine Kupferchelatverbindung, anschließende Umkristallisation der
Kupferchelatverbindung und dann Entfernung des Kupfers mit Schwefelwasserstoff.
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R.
Haszeldine et al., J. Chem. Soc. London, 1951, Seiten 609-612 offenbaren,
daß eine
Reaktionsflüssigkeit
mit verdünnter
Schwefelsäure
behandelt und dann mit Ether extrahiert wird und die resultierende
organische Schicht destilliert wird, um Destillate über den
Bereich von 36-90°C
zu erhalten. Es wird darin offenbart, daß der Teil mit einem Siedepunkt
von 85-90°C
1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat zu sein scheint.
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H.
Gilman et al., J. Am. Chem. Soc. Vol. 78, Seiten 2790-2792 (1956)
offenbaren außerdem
die Fällung
von 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat durch Konzentrieren
einer mit Ether extrahierten organischen Schicht.
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Im
allgemeinen wird von Rohmaterialien, einschließlich 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton,
zur Herstellung von Medikamenten, Agrikulturchemikalien und elektronischen
Teilen eine höhere
Reinheit verlangt, verglichen mit Rohmaterialien für andere
Verwendungen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung von 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton mit hoher
Reinheit zur Verfügung
zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren geschaffen zur Her stellung von 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton,
wie es in Anspruch 1 definiert ist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Das
Verfahren zur Herstellung von rohem 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat
gemäß dem Verfahrensschritten
a) bis d) ist nicht besonders eingeschränkt. Zum Beispiel kann solch
ein rohes 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat
folgendermaßen
hergestellt werden. Zuerst wird ein Reaktionsgefäß mit einem Reaktionslösemittel
und einer Base beschickt. Dann wird eine Mischung aus 1,1,1-Trifluoraceton,
einem Trifluoressigsäureester
und einem Lösemittel
allmählich
in das Reaktionsgefäß gegeben,
wobei gerührt
oder dergleichen gemacht wird, um die Reaktionsmischung zu homogenisieren,
während
die Reaktionsmischung auf einer vorbestimmten, unterhalb der Reaktionstemperatur
liegenden Temperatur gehalten wird. Dann wird die Temperatur des
Reaktionsgefäßes nach
Bedarf erhöht,
um die Umsetzung zu beschleunigen, wobei ein Salz des 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylacetons
gebildet wird.
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In
dem Verfahren zur Herstellung eines rohen 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrats
kann das Reaktionsgefäß aus Glas,
Fluorharz oder einem Material sein, das mit einem von diesen ausgekleidet
ist. Das Reaktionslösemittel
kann ein Ether mit einem Siedepunkt vorzugsweise von etwa 30-140°C sein. Beispiele
für einen
solchen Ether sind Diethylether, Dibutylether, t-Butylmethylether,
Diisopropylether und Tetrahydrofuran (THF). Die Base kann eine anorganische
Base sein. Beispiele für
diese anorganische Base sind Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Alkoxide
solcher Metalle und Hydride solcher Metalle. Genauere Beispiele
sind Natriummethoxid, Natrium ethoxid, Natriumhydrid, Natrium, Kaliummethoxid,
Kaliumethoxid, Kaliumhydrid, Kalium und Lithiumhydrid. Der Trifluoressigsäureester
ist nicht besonders eingeschränkt,
da sein Esterrest als eine austretende Gruppe wirkt. Beispiele dafür können Methyltrifluoracetat
und Ethyltrifluoracetat sein, die im industriellen Maßstab leicht
erhältlich
sind. Das Lösemittel
zum Lösen
von 1,1,1-Trifluoraceton und dem Trifluoressigsäureester kann oder kann auch
nicht derselbe Ether sein wie der für das Reaktionslösemittel.
Wie oben erwähnt, kann
eine Mischung aus 1,1,1-Trifluoraceton, einem Trifluoressigsäureester
und einem Lösemittel
in das Reaktionsgefäß gegeben
werden im Hinblick auf die Durchführbarkeit der Reaktion. Es
ist jedoch nicht notwendig, diese in das Reaktionsgefäß zu gebenden
Komponenten zu mischen. Ferner kann dieses Lösemittel weggelassen werden.
Wie oben erwähnt,
ist es bevorzugt, die Reaktionsmischung während der Zugabe dieser Komponenten
zu kühlen,
um einen Anstieg der Temperatur zu verhindern. Die Reaktionstemperatur
beträgt
vorzugsweise etwa 0-90°C,
bevorzugter etwa 20-70°C.
Wenn sie niedriger als 0°C
ist, wird die Reaktionsgeschwindigkeit zu niedrig. Wenn sie höher als
90°C ist,
kann die Ausbeute an 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat
zu niedrig werden.
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Nach
Abschluß der
obigen Reaktion wird ein Salz von rohem 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton
durch Entfernen des Reaktionslösemittels
erhalten. Die Entfernung des Reaktionslösemittels erfolgt durch Anwendung
von Hitze und/oder Vakuum. Danach wird die Reaktionsflüssigkeit
des Rückstands
in ein anderes Reaktionsgefäß gegeben,
gefolgt von der Zugabe von Wasser und dann von Säure (z.B. Schwefelsäure, Salzsäure oder
Salpetersäure),
wodurch das Salz zersetzt wird. Dann wird die Lösemittelextraktion durch Zugabe
eines Lösemittels
zu der Reaktionsflüssigkeit
durchgeführt.
Dann wird das Lösemittel
von der erhaltenen organischen Schicht entfernt, wodurch ein rohes,
Verunreinigungen enthaltendes 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat in fester
Form erhalten wird.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist die Art, wie das rohe 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat mit dem
schlechten Lösemittel
in Kontakt gebracht wird, nicht besonders eingeschränkt. Zum
Beispiel kann das rohe 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat
in dem schlechten Lösemittel
dispergiert werden. Dann kann das gefällte 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat
durch Filtration abgetrennt werden. Als weiteres Beispiel ist es
möglich,
das schlechte Lösemittel
als Waschflüssigkeit
auf das 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat zu bringen, das
auf einem Filter einer Filtrationsvorrichtung gehalten wird. Das
erhaltene 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat wird üblicherweise
getrocknet. Wenn es jedoch als Rohmaterial zur Herstellung von 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton
verwendet wird, ist die Trocknung nicht notwendig.
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Die
Temperatur zur Durchführung
des obigen Verfahrens ist nicht besonders eingeschränkt. Sie
beträgt
vorzugsweise etwa 0-90°C,
bevorzugter etwa 20-60°C.
Im Hinblick auf die Durchführbarkeit
ist eine Temperatur bevorzugt, die weder Heizen noch Kühlen erfordert.
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Das
oben erwähnte
schlechte Lösemittel,
das in dem Verfahren verwendet wird, ist aus Kohlenwasserstoffen
und fluorhaltigen Lösemitteln,
die frei von Chlor sind, ausgewählt.
Es braucht nicht erwähnt
zu werden, daß das
schlechte Lösemittel
bei seinem Gebrauch als Flüssig keit
vorliegt. Dieses schlechte Lösemittel ist
nicht besonders eingeschränkt,
und sein Siedepunkt liegt vorzugsweise nicht höher als etwa 200°C. Beispiele
für die
Kohlenwasserstoffe sind (1) aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie
n-Pentan, n-Hexan, n-Heptan, n-Oktan, n-Nonan, n-Decan und deren
Isomere, wobei die Isomere bei etwa 5°C flüssig sind; (2) aromatische Kohlenwasserstoffe,
wie Benzol, Toluol, o-Xylol, m-Xylol, p-Xylol, Ethylbenzol und Mesitylen;
(3) alicyclische Kohlenwasserstoffe, wie Cyclopentan, Cyclohexan,
Methylcyclopentan, Methylcyclohexan, Tetralin und Decalin; und (4)
industrielle Benzine (Mischungen von Kohlenwasserstofflösemitteln),
wie Ligroin und Petrolether. Beispiele für fluorhaltige Lösemittel
sind 1,2-Bis(trifluormethyl)benzol, 1,3-Bis(trifluormethyl)benzol, 1,4-Bis(trifluormethyl)benzol,
1,1,1,3,3-Pentafluorpropan, 1,1,1,3,3-Pentafluorbutan, Heptafluorcyclopentan und
perfluorierte cyclische Ether (FLORINATR).
Es ist möglich,
eine Mischung von wenigstens zwei von diesen zu verwenden.
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In
dem Verfahren wird das schlechte Lösemittel wahlweise mit einer
kleinen Menge eines guten Lösemittels
gemischt, in dem die Löslichkeit
von 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat höher ist als in dem schlechten
Lösemittel.
Die Menge des guten Lösemittels
sollte nicht größer als
30 Gewichtsteile je 100 Gewichtsteile schlechtes Lösemittel
sein. Das gute Lösemittel
in der Erfindung ist nicht besonders beschränkt. Beispiele dafür sind Ether,
wie Diethylether, Dibutylether, t-Butylmethylether, Diisopropylether
und Tetrahydrofuran (THF); und Alkohole, wie Methanol, Ethanol,
n-Propanol, Isopropanol und n-Butanol.
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Das
1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat, das erfindungsgemäß gereinigt
worden ist, wird durch ein konventionelles Verfahren dehydratisiert,
um sein Anhydrid dadurch zu erhalten. R. Belford, J. Inorganic and
Nuclear Chemistry, 1956, Vol. 2, Seiten 11-31 offenbart ein solches
Verfahren, bei dem eine Dispersion hergestellt wird durch Schütteln von
1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat mit annähernd seinem dreifachen
Volumen 98%-iger Schwefelsäure.
Nachdem die Dispersion über
Nacht stehengelassen wurde, wird die Dehydratisierung des Produkts
mit einer frischen Charge Schwefelsäure wiederholt. Die resultierende obere
Schicht wird abgehebert und destilliert, wodurch das Anhydrid (Ausbeute:
98 %) als Destillat zwischen 70,0-70,2°C erhalten wird. J. Am. Chem.
Soc., 78, 2790 (1956) offenbart ein anderes Verfahren, bei dem wasserfreies
Calciumsulfat mit 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat
gemischt wird. Dann wird die resultierende Mischung erhitzt. Das
Destillat wird wieder mit wasserfreiem Calciumsulfat behandelt und
destilliert, wodurch das Anhydrid mit einem Siedepunkt von 68°C (736 mm)
erhalten wird. Es ist noch ein anderes Verfahren bekannt, bei dem
1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat zusammen mit Phosphorpentoxid
in Ether erhitzt wird.
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Die
folgenden nicht einschränkenden
Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung.
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BEISPIEL 1
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HERSTELLUNG VON 1,1,1,5,5,5-HEXAFLUORACETYLACETON-DIHYDRAT
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Ein
500 ml Dreihalskolben, der mit einem Thermometer, einem Tropftrichter
und einem Rückflußkühler ausgestattet
war, wurde mit 34,6 g (0,64 mol) Natriummethoxid und 240 ml t-Butylmethylether
beschickt. Es wurde eine Mischung hergestellt durch Zusammenmischen
von 71,7 g (0,64 mol) 1,1,1-Trifluoraceton, 90,9 g (0,64 mol) Ethyltrifluoracetat
und 120 ml t-Butylmethylether. Dann wurde die Mischung 30 min lang
in den Kolben getropft, während
die Reaktionsmischung auf einer Temperatur nicht über 30°C gehalten
und mit einem Magnetrührer
gerührt
wurde. Nach Abschluß des
Tropfens wurde die Reaktion 4 h bei 40°C durchgeführt. Nach der Reaktion wurde
das Reaktionsprodukt durch Abdestillieren des t-Butylmethylethers
unter Verwendung eines Verdampfers konzentriert, wobei ein Natriumsalz
eines rohen 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylacetons erhalten wurde. Dieses
Natriumsalz wurde in einen 500 ml Dreihalskolben gegeben, der mit
einem Thermometer und einem Rückflußkühler ausgestattet
war. Dann wurden 120 ml Wasser zugegeben. Dann wurden 160 g einer
24%-igen wäßrigen Schwefelsäurelösung bei
einer Temperatur nicht über
20°C und
unter Rühren
mit einem Magnetrührer
zugegeben. Dann wurde die Reaktion 6 h bei 60°C durchgeführt mit anschließendem Kühlen auf
Raumtemperatur. Die resultierende Reaktionsflüssigkeit wurde mit 200 ml t-Butylmethylether
extrahiert. Die entstandene Wasserschicht wurde wieder mit 100 ml
t-Butylmethylether extrahiert. Diese vereinigten organischen Schichten
wurden mit einem Verdampfer destilliert, um den t-Butylmethylether
zu entfernen, wobei 118,8 g eines rohen 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrats
erhalten wurden.
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HERSTELLUNG VON 1,1,1,5,5,5-HEXAFLUORACETYLACETON
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Wie
in der Tabelle gezeigt, wurden 12 ml Toluol zu 6,0 g des erhaltenen
rohen 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrats gegeben. Die resultierende
Mischung wurde 1 h bei Raumtemperatur mit einem Magnetrührer gerührt mit
anschließender
Filtration und Trocknung, wodurch 5,3 g 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat
erhalten wurden. Dann wurde ein 20 ml Kolben vom Auberginentyp mit
5,3 g des erhaltenen 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrats
und 20 g 98%-iger Schwefel säure
beschickt. Dann wurde der Kolben zugestöpselt und die Mischung 4 h
bei Raumtemperatur mit einem Magnetrührer gerührt, gefolgt von einem einstündigen ruhigen
Stehenlassen, um zwei Schichten voneinander getrennt zu haben. Dann
wurden 4,0 g 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton aus der organischen
Schicht erhalten. Dieses Produkt erwies sich gaschromatographisch
(Detektor: FID, Säule:
DB-1, Säulengröße: 0,25
mm × 60
m) als 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton mit einer Reinheit von
99,9 % (Flächen
in der Gaschromatographie).
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BEISPIEL 2-1-2-8
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HERSTELLUNG VON 1,1,1,5,5,5-HEXAFLUORACETYLACETON
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In
jedem der Beispiele 2-1 bis 2-8 wurde die Herstellung von 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton
von Beispiel 1 wiederholt mit der Ausnahme, daß ein in der Tabelle gezeigtes
Lösemittel
zu 6,0 g des rohen in Beispiel 1 erhaltenen 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrats
gegeben wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle gezeigt.
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BEISPIEL 3
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HERSTELLUNG VON 1,1,1,5,5,5-HEXAFLUORACETYLACETON-DIHYDRAT
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Ein
300 ml Dreihalskolben, der mit einem Thermometer, einem Tropftrichter
und einem Rückflußkühler ausgestattet
war, wurde mit 8,67 g (0,16 mol) Natriummethoxid und 60 ml Dibutylether
beschickt. Eine Mischung wurde durch Zusammenmischen von 18,0 g
(0,16 mol) 1,1,1-Trifluoraceton, 22,8 g (0,16 mol) Ethyltrifluoracetat
und 30 ml Dibutylether hergestellt. Dann wurde die Mischung 30 min
lang in den Kolben getropft, während
die Reaktionsmischung auf einer Temperatur nicht über 30°C gehalten
und mit einem Magnetrührer gerührt wurde.
Nach Abschluß des
Tropfens wurde die Reaktion 4 h bei 40°C durchgeführt. Nach der Reaktion wurde
das Reaktionsprodukt durch Abdestillieren des Dibutylethers mittels
eines Verdampfers konzentriert, wobei ein Natriumsalz eines rohen
1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylacetons
erhalten wurde. Dieses Natriumsalz wurde in einen 300 ml Dreihalskolben
gegeben, der mit einem Thermometer und einem Rückflußkühler ausgestattet war. Dann
wurden 30 ml Wasser zugegeben. Dann wurden 40 g einer 24%-igen wäßrigen Schwefelsäurelösung bei
einer Temperatur nicht über
20°C und
unter Rühren
mit einem Magnetrührer
zugegeben. Dann wurde die Reaktion 6 h bei 60°C durchgeführt mit anschließendem Kühlen auf
Raumtemperatur. Die resultierende Reaktionsflüssigkeit wurde mit 50 ml THF
extrahiert. Die entstandene Wasserschicht wurde wieder mit 40 ml
THF extrahiert. Diese vereinigten organischen Schichten wurden mit
einem Verdampfer destilliert, um THF zu entfernen, wobei ein rohes
1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat erhalten wurde.
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HERSTELLUNG VON 1,1,1,5,5,5-HEXAFLUORACETYLACETON
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Zu
dem erhaltenen rohen 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat wurden 70
ml Toluol gegeben, gefolgt von einem ein stündigen Rühren bei Raumtemperatur mit
einem Magnetrührer,
dann Filtration und Trocknung, wobei 27,3 g 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat
(vgl. Tabelle) erhalten wurden. Ein 100 ml Reaktionsgefäß aus Glas,
ausgestattet mit einem Thermometer, einem Rührer und einem mit Glaskugeln
gefüllten
Rückflußkühler wurde
mit 27,3 g des erhaltenen 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrats und
55 g 98%-iger Schwefelsäure
beschickt, während
man Stickstoffgas durch das Reaktionsgefäß fließen ließ. Dann wurde die Mischung
allmählich
unter Rühren
mit einem Magnetrührer
auf 80°C
erhitzt. Während
dieses Erhitzens wurden 21,0 g Destillat bei etwa 70°C gesammelt.
Dieses Destillat erwies sich gaschromatographisch, wie in Beispiel
1 beschrieben, als 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton mit einer Reinheit
von 99,9 %.
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VERGLEICHSBEISPIEL
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HERSTELLUNG VON 1,1,1,5,5,5-HEXAFLUORACETYLACETON-DIHYDRAT
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Die
Herstellung von 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrat von Beispiel
3 wurde wiederholt, wobei 29,1 g eines rohen 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrats
erhalten wurden.
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HERSTELLUNG VON 1,1,1,5,5,5-HEXAFLUORACETYLACETON
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Ein
100 ml Reaktionsgefäß, das dasselbe
wie das von Beispiel 3 war, wurde mit 29,1 g des erhaltenen rohen
1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton-Dihydrats und 58 g 98%-ige Schwefelsäure beschickt.
Dann wurde die Mischung allmählich
auf 80°C
unter Rühren
mit einem Magnetrührer
erhitzt. Während
des Erhitzens wurden 21,3 g Destillat von 70°C gesammelt. Dieses Destillat
erwies sich gaschromatographisch, wie in Beispiel 1 beschrieben,
als 1,1,1,5,5,5-Hexafluoracetylaceton mit einer Reinheit von 93,5
%.