DE102005004057A1

DE102005004057A1 - Verfahren zur Herstellung von Verbindungen mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke

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Publication number: DE102005004057A1
Application number: DE200510004057
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Kirschbaum; Simone Dr. Ruckpaul; Robert Dr. Wagner
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2005-01-28
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2025-01-29
Also published as: DE102005004057B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül, ein weiteres Verfahren zur Herstellung von (Zwischen-)Verbindungen zur Verwendung in dem Verfahren zur Herstellung von Verbindungen mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül sowie eine polymorphe Form einiger dieser (Zwischen-)Verbindungen, die nach dem weiteren Verfahren zugänglich sind.

Description

Verbindungen mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül sind im Stand der Technik bekannt und spielen insbesondere als flüssigkristalline Substanzen und Bestandteile flüssigkristalliner Mischungen eine bedeutende Rolle in der Technik elektrooptischer Anzeigeelemente (siehe z. B. P. Kirsch, M. Bremer, Angew. Chem. 2000, 112, 4384; P. Kirsch et al., Angew. Chem. 2001, 113, 1528). In der Literatur sind auch bereits Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben worden.

So offenbaren die WO 01/64667 A1 und die WO 03/033619 A1 ein Verfahren ausgehend von Bis(alkylthio)carbeniumsalzen (beziehungsweise Dithianyliumsalzen; die beiden Begriffe werden in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen synonym verwendet), bei dem zunächst ein Bis(alkylthio)carbeniumsalz in Gegenwart einer Base mit einer mindestens eine Hydroxygruppe aufweisenden Verbindung in einem organischen Lösungsmittel umgesetzt und anschließend mit einem Fluorierungsmittel und einem Oxidationsmittel zu Verbindungen mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül oxidativ fluoriert wird. Dieses Verfahren ergibt zwar in der Regel gute Rohausbeuten (bis zu 90% an Rohprodukt). Die Rohprodukte sind jedoch zumeist stark verunreinigt, mehr oder weniger stark gefärbt und häufig mit einem unangenehmen Geruch behaftet. Dies macht sich besonders bei der Vergrößerung vom Labor- zum Produktionsmaßstab nachteilig bemerkbar. Eine Serie verschiedener Aufreinigungsprozeduren ist erforderlich, um ein Produkt in einer Reinheit zu erhalten, wie sie für viele Anwendungen dieser Verbindungen, insbesondere als Flüssigkristalle, notwendig ist. So müssen zunächst eine Extraktion des Rohprodukts mit einem unpolaren Lösungsmittel oder eine erste Umkristallisation, danach eine Säulenchromatographie unter Verwendung großer Mengen Kieselgel und schließlich in der Regel noch zwei weitere Umkristallisationsschritte ausgeführt werden. Ferner ist es erforderlich, die nach dem jeweiligen Reinigungsschritt erhaltene Lösung unter Destillation, gegebenenfalls im Vakuum, einzuengen. Naturgemäß führt die Vielzahl dieser Schritte dazu, dass die Ausbeute an reinem Produkt deutlich kleiner als die Rohausbeute ist und bestenfalls zwischen 50 und 60% beträgt. Häufig enthält das derart gereinigte Produkt noch minimale Schwefelspuren, die bei gegebenenfalls nachfolgend durchgeführten Reaktionen – insbesondere solchen unter Übergangsmetallkatalyse – zu Schwierigkeiten führen können.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül bereitzustellen, welches das gewünschte Produkt in hoher Ausbeute und Reinheit ergibt und vorzugsweise die genannten Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül, bei dem

(1) zunächst ein Bis(alkylthio)carbeniumsalz in Gegenwart einer Base mit einer mindestens eine Hydroxygruppe aufweisenden Verbindung in einem organischen Lösungsmittel umgesetzt; und
(2) anschließend mit einem Fluorierungsmittel und einem Oxidationsmittel zu Verbindungen mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül oxidativ fluoriert wird; wobei die Verbindung mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke aus dem Reaktionsgemisch der oxidativen Fluorierung dadurch erhalten wird, dass das Reaktionsgemisch einer basischen Hydrolyse unterworfen und das organische Lösungsmittel soweit entfernt wird, dass die Verbindung mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke ausfällt beziehungsweise auskristallisiert.

Dabei erfolgt die basische Hydrolyse in der Regel mit einem Gemisch einer herkömmlichen Base mit Wasser oder auch Eiswasser. Als Base kann jede organische oder anorganische Base verwendet werden, die eine ausreichende Alkalisierung des Reaktionsgemischs gewährleistet, ohne das gewünschte Reaktionsprodukt zu zersetzen. Beispiele dieser Base sind Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumhydroxide sowie tertiäre Amine und Ammoniak, bevorzugt Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Ammoniak und Triethylamin.

Die Entfernung des organischen Lösungsmittels erfolgt in dem erfindungsgemäßen Verfahren üblicherweise nicht vollständig, sondern nur teilweise, und zwar bevorzugt soweit, dass die gewünschte Verbindung mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke aus der verbleibenden Lösungsmittelmenge auskristallisiert oder ausfällt. Die Entfernung des Lösungsmittels erfolgt bevorzugt destillativ, besonders bevorzugt unter vermindertem Druck, beispielsweise im Wasserstrahlvakuum.

Geeignete organische Lösungsmittel sind solche, die zum einen die Ausgangsverbindungen und Reagenzien des erfindungsgemäßen Verfahrens wenigstens soweit lösen oder zumindest dispergieren, dass eine ausreichend rasche Umsetzung zum gewünschten Produkt erfolgen kann, und die ferner die Verbindung mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül nur soweit lösen, dass bei Konzentrieren der Reaktionslösung das gewünschte Produkt ausfällt beziehungsweise auskristallisiert. Darüber hinaus ist das Lösungsmittel bevorzugt so ausgewählt, dass es leicht, insbesondere destillativ ohne besondere thermische Beanspruchung des Rohprodukts entfernt werden kann. Geeignete Lösungsmittel sind Chlorkohlenwasserstoffe wie Dichlormethan oder 1,2-Dichlorethan; aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol oder Hexane; Ether wie Diethylether oder Di-n-butylether; oder Gemische dieser Lösungsmittel. Bevorzugte organische Lösungsmittel sind Chlorkohlenwasserstoffe, inbesondere Dichlormethan.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt überraschenderweise die einfache Abtrennung der bei der oxidativen Fluorierung als störende Nebenprodukte gebildeten Schwefelverbindungen. Das ausgefallene beziehungsweise auskristallisierte Produkt läßt sich gemeinsam mit anderen gegebenenfalls gebildeten Feststoffen, z. B. Polysulfiden, vorzugsweise aus dem verbliebenen Lösungsmittel abfiltrieren. Die störenden Schwefelverbindungen verbleiben hingegen in der Mutterlauge. Aus dem nach dieser bevorzugten Ausführungsform erhaltenen Filterkuchen kann dann die gewünschte Verbindung mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül mit einem weiteren organischen Lösungsmittel ausgewaschen werden, welches so gewählt wird, dass sich die Verbindung mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül darin löst, aber nicht oder nicht nennenswert die weiteren Feststoffe wie Polysulfide. Bevorzugte weitere organische Lösungsmittel zum Waschen des Filterkuchens sind Kohlenwasserstoffe und Ether, besonders bevorzugt aliphatische Kohlenstoffe und insbesondere Isooctan, Hexane und n-Heptan.

Das gewünschte Produkt kann aus dieser Waschlösung durch Abdestillieren erhalten werden. Sofern erwünscht kann die Waschlösung zuvor über ein geeignetes Absorbens, bevorzugt Kieselgel, filtriert werden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zugänglichen Verbindungen mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke werden in außerordentlich hohen Reinheiten von in der Regel größer 99,5% erhalten. Zugleich ist die Ausbeute an Reinprodukt im allgemeinen höher als nach dem herkömmlichen Verfahren und beträgt in der Regel mehr als 70–75%. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet zudem die bislang notwendige aufwendige Phasentrennung des Rohreaktionsprodukts sowie die vor allem für (groß)technische Synthesen unerwünschte chromatographsiche Aufreinigung des Endprodukts. Auch ist die Raum-Zeit-Ausbeute deutlich verbessert, da mit wesentlich höheren Konzentrationen gearbeitet werden kann. Ferner ist der der Wertproduktkoeffizient (= Ausbeute Produkt/Gesamtmenge aller Rohstoffe) deutlich verbessert, weil die eingesetzten Rohstoffe reduziert werden können; dieser Umstand ist insbesondere aus Umweltgesichtspunkten vorteilhaft. Auch können ansonsten störende Schwefelverunreinigungen nun nicht mehr synthetische Folgestufen nachteilig beeinflussen.

Die beiden Reaktionsschritte (1) und (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Verbindungen mit Difluoroxymethylenbrücke im Molekül können unter den Bedingungen durchgeführt werden, wie sie aus WO 01/64667 A1 und WO 03/033619 A1 bekannt sind. Bevorzugt wird in Schritt (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens als die mindestens eine Hydroxygruppe aufweisende Verbindung eine Verbindung eingesetzt, deren (Teil-)Struktur üblicherweise als Strukturelement in flüssigkristallinen oder mesogenen Verbindungen Verwendung findet. Somit wird gewährleistet, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Verbindung mit Difluoroxymethylenbrücke im Molekül mesogene beziehungsweise flüssigkristalline Eigenschaften aufweist und/oder ihrerseits als Ausgangsverbindung zur Synthese weiterer mesogener beziehungsweise flüssigkristalliner Verbindungen mit CF₂O-Brücke dienen kann.

Besonders bevorzugt weist die mindestens eine Hydroxygruppe aufweisende Verbindung die Formel VII auf: HO-A³-[-Z⁴-A⁴-]_eX² VIIwobei
e 0, 1 oder 2 bedeutet;

annehmen kann, wenn e 2 ist;
f unabhängig für A³ und A⁴ 0, 1, 2, 3 oder 4 bedeutet;
g und h unabhängig voneinander und unabhängig für A³ und A⁴ 0, 1, 2 oder 3 bedeuten;
Z⁴ eine Einfachbindung, -CF₂O- oder -CO-O- bedeutet; und
X² F, Cl, CN, NCS, SF₅ oder einen unsubstituierten oder einfach mit CN oder einfach oder mehrfach mit F, Cl, Br und/oder I substituierten Alkylrest mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei in dem Alkylrest auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch -C≡C-, -CH=CH-, -O-, -S-, -SO₂-, -C(O)-O- oder -O-C(O)- so ersetzt sein können, dass Heteroatome in der Kette nicht direkt miteinander verknüpft sind;
wobei A⁴, Z⁴, f, g und h jeweils auch verschiedene Bedeutungen annehmen können, wenn e 2 ist.

Ganz besonders bevorzugt sind unter den Verbindungen der Formel VII einfach oder mehrfach, insbesondere mit Fluor, substituierte Phenole oder Naphthole. Insbesondere ist die Verbindung der Formel VII ein Phenol der Formel I:

wobei
L¹, L², L³ und L⁴ unabhängig voneinander H, F, Cl oder CF₃, insbesondere H oder F bedeuten, wobei in besonders bevorzugten Ausführungsformen L³ und L⁴ H sind; und
X¹ F, Cl, CN, NCS, SF₅, mit Halogen einfach oder mehrfach substituiertes Alkanyl, Alkoxy, SCF₃ oder SO₂CF₃ bedeutet, insbesondere F, CN, Cl, CF₃ und OCF₃.

Beispiele von Verbindungen der Formel I sind die folgenden Phenole:

Die in Schritt (1) des Verfahrens zur Herstellung einer Verbindung mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke eingesetzte Base kann im allgemeinen jede basische Verbindung sein, welche die mindestens eine Hydroxygruppe aufweisende Verbindung an der Hydroxygruppe wenigstens teilweise zu deprotonieren vermag beziehungsweise die gewünschte Umsetzung der die mindestens eine Hydroxygruppe aufweisenden Verbindung ermöglicht. Bevorzugt ist als Base ein tertiäres Amin, besonders bevorzugt ein tertiäres aliphatisches Amin wie beispielsweise Triethylamin oder Ethyldiisopropylamin.

Das in Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Fluorierungsmittel ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen und aromatischen Amin-Fluorwasserstoff-Komplexen, welche besonders bevorzugt umfassen: Pyridin-Fluorwasserstoff-Komplexe, NEt₃·3HF, Melamin·HF, Polyvinylpyridin·HF. Ganz besonders bevorzugt sind Pyridin-Fluorwasserstoff-Komplexe und NEt₃·3HF.

Das in Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Oxidationsmittel ist bevorzugt eine Verbindung, welche Haloniumäquivalente freisetzt. Besonders bevorzugt ist die Haloniumäquivalente freisetzende Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Dimethyldibromhydanthoin, N-Bromsuccinimid, N-Iodsuccinimid, Brom, SOCl₂, SO₂ClF, Nitrosoniumsalzen, Nitroniumsalzen und Chloramin T. Ganz besonders bevorzugt sind Dimethyldibromhydanthoin, N-Bromsuccinimid und Brom.

Das in Schritt (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Bis(alkylthio)carbeniumsalz (Dithianyliumsalz) ist bevorzugt eine Verbindung, die eine (Teil-)Struktur aufweist, welche üblicherweise als Strukturelement in flüssigkristallinen oder mesogenen Verbindungen Verwendung findet. Somit wird gewährleistet, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Verbindung mit Difluoroxymethylenbrücke im Molekül mesogene beziehungsweise flüssigkristalline Eigenschaften aufweist und/oder ihrerseits als Ausgangsverbindung zur Synthese weiterer mesogener beziehungsweise flüssigkristalliner Verbindungen mit CF₂O-Brücke dienen kann.

Besonders bevorzugt ist das Bis(alkylthio)carbeniumsalz eine Verbindung der Formel IIa, IIb, IIc

wobei
a 0, 1 oder 2, besonders bevorzugt 0 oder 1 ist;

unterschiedliche Bedeutungen in einer Verbindung annehmen kann, wenn a 2 ist;

b unabhängig für A¹ und A² 0, 1, 2, 3 oder 4, besonders bevorzugt 0, 1 oder 2 ist;
c und d unabhängig voneinander und unabhängig für A¹ und A² 0, 1, 2 oder 3, besonders bevorzugt 0, 1 oder 2 sind;
R¹ H, Halogen, CN, einen unsubstituierten oder einfach mit CN oder einfach oder mehrfach mit F, Cl, Br und/oder I substituierten Alkylrest mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei in dem Alkylrest auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch -C≡C-, -CH=CH-, -O-, -S-, -SO₂-, -C(O)-O- oder -O-C(O)- so ersetzt sein können, dass Heteroatome in der Kette nicht direkt miteinander verknüpft sind;
R¹¹ und R²¹ unabhängig voneinander einen geradkettigen oder verzweigten, unsubstituierten oder einfach oder mehrfach mit dem gleichen oder verschiedenen Substituenten substituierten Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, in dem eine oder mehrere CH₂-Gruppen unabhängig voneinander so durch -CH=CH-, -C≡C-, -O-, -S-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- ersetzt sein können, dass Heteroatome nicht direkt miteinander verknüpft sind, einen unsubstituierten oder einfach oder mehrfach mit dem gleichen oder verschiedenen Substituenten substituierten Cycloalkyl-, Heterocyclylalkyl- oder Aralkylrest mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen bedeuten oder zusammen eine geradkettige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffbrücke mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Brücke darstellen, wobei eines oder mehrere der Kohlenwasserstoffbrücke-Kohlenstoffatome unabhängig voneinander mit dem gleichen oder verschiedenen Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Heterocyclyl- oder Aralkylrest/en substituiert sein können oder durch eine weitere Kohlenwasserstoffkette verbrückt oder Bestandteil eines gesättigten oder ungesättigten carbocyclischen oder heterocyclischen Ringsystems sein können;
Z¹ eine Einfachbindung, -CH₂CH₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂CF₂-, -CF₂CF₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -CF₂O-, -OCF₂-, -C(O)-O-, -O-C(O)-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- oder -C≡C- und bevorzugt eine Einfachbindung, -CH₂CH₂-, -CF₂CF₂-, -CH₂O-, -CH=CH- oder -C(O)-O- bedeutet; und
Y^– ein nicht oder schwach koordinierendes Anion ist.

Die Formeln IIa, IIb und IIc geben verschiedene mögliche isomere Formen des in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Bis(alkylthio)carbeniumsalzes wieder; in welchem Verhältnis die durch die Formeln IIa, IIb und IIc dargestellten isomeren Formen jeweils vorliegen, hängt im Einzelfall u. a. von der Wahl der Reste R¹¹ und R²¹, der Bedeutung von A², R¹ und gegebenenfalls A¹ und Z¹ sowie von der Bedeutung von Y^– ab und hat auf die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keinen Einfluß. Im allgemeinen können die Formeln IIa, IIb und IIc als Schreibweise für ein und dasselbe Bis(alkylthio)carbeniumsalz aufgefaßt werden; die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zum Teil verwendete Bezeichnung "Formel II" stellt eine verkürzte Schreibweise für "Formel IIa, IIb, IIc" dar.

Reaktionsprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist demnach bevorzugt eine Verbindung der Formel VIII: R¹-[-A¹-Z¹-]_a-A²-CF₂O-A³-[-Z⁴-A⁴-]_e-X² VIIIwobei R¹, A¹, Z¹, a, A², A³, Z⁴, A⁴, e und X² die gleiche Bedeutung wie für die Formeln IIa, IIb, IIc, VII beziehungsweise I besitzen.

oder

mit b, c und d unabhängig voneinander 0, 1, 2, wobei A¹ unterschiedliche Bedeutungen in einer Verbindung annehmen kann, wenn A¹ in einem Molekül zweimal vorhanden ist.

A² ist bevorzugt

mit b, c und d unabhängig voneinander 0, 1, 2.

R¹ ist bevorzugt H, Cl, Br, I, CN, ein unsubstituierter oder einfach mit CN oder einfach oder mehrfach mit F, Cl, Br und/oder I substituierter Alkanylrest oder Alkoxyrest oder Alkenylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen.

Sofern R¹¹ und R²¹ nicht zusammen eine Kohlenwasserstoffbrücke bilden, können sie gleich oder verschieden sein. Bevorzugt sind sie gleich und stehen für einen geradkettigen oder verzweigten, unsubstituierten Alkanylrest mit 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 Kohlenstoffatomen; besonders bevorzugt ist R¹¹ = R²¹ = Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl.

Sofern R¹¹ und R²¹ zusammen eine Kohlenwasserstoffbrücke bilden, ist diese bevorzugt eine geradkettige oder verzweigte, gesättigte Kohlenwasserstoffbrücke mit 3, 4, 5 oder 6 Kohlenstoffatomen in der Brücke, wobei eines oder zwei der Kohlenwasserstoffbrücke-Kohlenstoffatome mit je einem Alkanylrest mit jeweils bis zu vier Kohlenstoffatomen substituiert sein kann/können. Insbesondere bilden R¹¹ und R²¹ zusammen eine -CH₂CH₂CH₂-, eine -CH₂CH₂- oder -CH₂C(CH₃)₂CH₂-Brücke.

Sofern R¹¹ und R²¹ zusammen eine Kohlenwasserstoffbrücke bilden, können sie auch Bestandteil eines carb- oder heterocyclischen Ringsystems sein. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das der Bildung des Bis(alkylthio)carbeniumsalzes (Dithianyliumsalzes) der Formel II zugrundeliegende Dithiol etwa ein, gegebenenfalls substituierter, ortho

beziehungsweise.

sind. Dabei sind R¹¹-R²¹ besonders bevorzugt

Das nicht oder schwach koordinierende Anion Y^– ist bevorzugt ein Fluorid-, Chlorid-, Bromid-, Iodid-, Tetrafluoroborat-, Hexafluorophosphat-, Perchlorat- oder Alkyl- oder Arylcarboxylat- oder Alkyl- oder Arylsulfonat-Anion, wobei in den Alkyl- oder Arylgruppen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Fluor und/oder Chlor substituiert sein können. Ganz besonders bevorzugt ist Y^– das Anion der Tetrafluorborsäure oder Trifluormethansulfonsäure, insbesondere Trifluormethansulfonsäure.

Eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass (in Formel II beziehungsweise VIII)

Bedeutungen in einer Verbindung annehmen kann, wenn A¹ mehr als einmal in der Verbindung vorhanden ist;
A² für

steht;
R¹ H, F, Cl, Br, I, CN, einen unsubstituierten oder einfach mit CN oder einfach oder mehrfach mit F, Cl, Br und/oder I substituierten geradkettigen Alkanylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet;
R¹¹ und R²¹ zusammen für -CH₂CH₂CH₂- oder -CH₂C(CH₃)₂CH₂- stehen;
Z¹ eine Einfachbindung bedeutet; und
Y^– ein Trifluormethansulfonat-Anion ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ferner besonders gut zur Herstellung von Verbindungen mit einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül insbesondere der Formel VIII, welche ihrerseits als Ausgangsverbindungen zur Synthese weiterer mesogener beziehungsweise flüssigkristalliner Verbindungen dienen können. Besonders bevorzugt hierfür sind Bis(alkylthio)carbeniumsalze der Formel IIa, IIb, IIc, bei denen R¹ für H oder Halogen, bevorzugt für Cl, Br oder I und insbesondere für Br steht. Die aus diesen Dithianyliumsalzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zugänglichen Verbindungen mit Difluoroxymethylenbrücke, insbesondere der Formel VIII, eignen sich gut zur Herstellung weiterer Verbindungen mit Difluoroxymethylenbrücke, z. B. mittels bekannter, Übergangsmetallkomplex-katalysierter C-C-Kupplungsreaktionen über das mit R¹ substituierte Kohlenstoffatom. Beispiele für derartige Umsetzungen sind u. a. aus WO 03/033619 A1 bekannt.

Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung folgender Verbindungen der allgemeinen Formel VIII eingesetzt:

Ganz besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formeln VIII19, VIII20 und VIII21.

Üblicherweise werden sowohl Schritt (1) als auch Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei tiefen Temperaturen, typischerweise unter –40°C, bevorzugt unter –60°C und insbesondere bei etwa –70°C ausgeführt. Es hat sich nun gezeigt, dass Schritt (1) auch bei signifikant höheren Temperaturen zwischen etwa 10°C und etwa 35°C, bevorzugt bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann, was zu einer Vereinfachung der Arbeitsabläufe und zur Verminderung des Energieverbrauchs für die ansonsten auch während des ersten Reaktionsschritts erforderlichen Kühlung auf tiefe Temperaturen führt. Diese vorteilhafte Verfahrensvariante ist besonders für die Umsetzung von Bis(alkylthio)carbeniumsalzen der Formel II geeignet, die nach dem im folgenden dargestellten weiteren Verfahren hergestellt werden und insbesondere für Bis(alkylthio)carbeniumsalze der Formel II, in denen R¹ H, F, Cl, Br, I, CN, einen unsubstituierten oder einfach mit CN oder einfach oder mehrfach mit F, Cl, Br und/oder I substituierten geradkettigen Alkanylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, insbesondere H, Cl, Br oder I.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch einen weiteren Verfahrensschritt (0) gekennzeichnet, demzufolge die Verbindung der Formel II durch Umsetzung einer Verbindung der Formel III

mit
mindestens einer Thiolverbindung der Formel IV und/oder V oder mit einer Dithiolverbindung der Formel IV-V: R¹¹-SH IV R²¹-SH V HS-R¹¹R²¹-SH IV-Vin Gegenwart einer Säure der Formel VI H⁺Y^– VIerhalten wird, wobei
R¹, A¹, A², a, Z¹, Y^–, R¹¹ und R²¹ wie oben für Formel II definiert sind.

Bevorzugt wird dieser Verfahrensschritt (0) mit Verbindungen der Formel III ausgeführt, in denen
a 0 ist;
A² für

steht; und
R¹ H, F, Cl, Br, I, CN, einen unsubstituierten oder einfach mit CN oder einfach oder mehrfach mit F, Cl, Br und/oder I substituierten geradkettigen Alkanylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet.

Als Säure der Formel VI wird bevorzugt Fluorwasserstoff, Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Iodwasserstoff, Tetrafluorborsäure, Hexafluorphosphorsäure, Perchlorsäure, Alkylcarbonsäure, Arylcarbonsäure, Alkylsulfonsäure oder Arylsulfonsäure verwendet, wobei in den Alkyl- oder Arylgruppen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Fluor und/oder Chlor substituiert sein können. Diese Säuren können gegebenenfalls auch aus einem ihrer Salze durch Zugabe einer anderen Säure freigesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt ist die Säure der Formel VI Tetrafluorborsäure oder Trifluormethansulfonsäure, insbesondere Trifluormethansulfonsäure.

Ferner ist es bevorzugt, dass die Umsetzung der Verbindung der Formel III mit einem Überschuß von wenigstens 2,5 Moläquivalenten, besonders bevorzugt von wenigstens 3 Moläquivalenten, ganz besonders bevorzugt 3 bis 20 Moläquivalenten der Säure der Formel VI, insbesondere mit einem Überschuß von wenigstens 2,5 Moläquivalenten, besonders bevorzugt von wenigstens 3 Moläquivalenten, ganz besonders bevorzugt 3 bis 20 Moläquivalenten und insbesondere 3 bis 10 Moläquivalenten Trifluormethansulfonsäure erfolgt.

Die Umsetzung der Verbindung der Formel III zu dem Bis(alkylthio)carbeniumsalz der Formel II kann unter den in der Literatur bekannten Reaktionsbedingungen erfolgen (vgl. z. B. WO 03/033619 A1 und P. Kirsch et al., Angew. Chem. 2001, 113, 1528), beispielsweise in einem Lösungsmittelgemisch aus Toluol und einem aliphatischen Kohlenwasserstoff wie Hexanen, Heptan oder Isooctan unter Rückfluß am Wasserabscheider. Es ist jedoch auch möglich und in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt, als Lösungsmittel des Verfahrensschritts (0) die Säure der Formel VI selbst, insbesondere Trifluormethansulfonsäure, einzusetzen. Dabei ist es besonders bevorzugt, die Reaktion unter Erwärmen auf etwa 60°C bis etwa Rückflußtemperatur, bevorzugt etwa 100°C bis etwa 120°C auszuführen.

Die Herstellung des Bis(alkylthio)carbeniumsalzes der Formel II aus der korrespondierenden Carbonsäure der Formel III durch direkte Umsetzung mit einem Thiol oder Dithiol bietet gegenüber dem bekannten Syntheseverfahren (s. z. B. WO 03/033619 A1), bei dem die Carbonsäure der Formel III zunächst mit beispielsweise Thionylchlorid in das entsprechende Säurechlorid überführt wird, welches anschließend mit Thiol oder Dithiol zur Verbindung der Formel II umgesetzt wird, verschiedene Vorteile, die sich insbesondere bei Durchführung im (groß-)technischen Maßstab bemerkbar machen: Es kann auf die Verwendung des giftigen und korrosiven Thionylchlorids verzichtet werden. Ferner führt die Kürzung des Synthesewegs um einen Schritt zur Senkung von Herstellungskosten. Auch erweist sich das direkt aus der Carbonsäure der Formel III hergestellte Bis(alkylthio)carbeniumsalz der Formel II als weniger hygroskopisch als das im Prinzip strukturidentische Salz, das über die "Thionylchlorid"-Route hergestellt wird, was seine Handhabung, Lagerung und Weiterverarbeitung deutlich vereinfacht.

Für eine bestimmte Gruppe von Verbindungen der Formel II hat sich darüber hinaus gezeigt, dass sich das durch direkte Umsetzung der Carbonsäure der Formel III mit einem Dithiol in Gegenwart einer Säure erhältliche Bis(alkylthio)carbeniumsalz der Formel II offenbar in seiner Festkörperstruktur von dem entsprechenden, über den "Thionylchlorid-Weg" zugänglichen Bis(alkylthio)carbeniumsalz unterscheidet. Daher sind diese Verbindungen der Formel II-A (in ihren isomeren Formen II-Aa, II-Ab, II-Ac) in ihrer so zugänglichen polymorphen Form sowie das Verfahren zu ihrer Herstellung als solches ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung:
Verbindung der Formel II-Aa, II-Ab, II-Ac

einer polymorphen Form, welche erhältlich ist durch Umsetzung einer Verbindung der Formel III-A

mit einem Überschuß einer Säure der Formel VI H⁺Y^– VIwobei
Hal Br oder I, insbesondere Br bedeutet;
L⁵, L⁶, L⁷ und L⁸ unabhängig voneinander H oder F bedeuten, wobei besonders bevorzugt L⁷ und L⁸ beide H sind;
Y^– Trifluormethansulfonat-Anion ist; und
R¹¹ und R²¹ zusammen für -CH₂C(CH₃)₂CH₂-, -CH₂CH₂- oder insbesondere für -CH₂CH₂CH₂- stehen.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist unter "polymorpher Form" einer Verbindung eine Festkörperstruktur beziehungsweise feste Zustandsform dieser Verbindung zu verstehen, die sich von anderen Festkörperstrukturen beziehungsweise festen Zustandsformen der gleichen Verbindung unterscheidet, wobei sich dieser Unterschied in wenigstens einem differierenden physikalischen, physikochemischen und/oder chemischen Paramater manifestiert. Der Ausdruck "polymorphe Form" umfasst dabei neben gegebenenfalls unterschiedlichen Kristallformen auch gegebenenfalls vorliegende amorphe Festkörperstrukturen der Verbindung als solches sowie Kristallformen und amorphe Festkörperstrukturen von Hydraten, Solvaten, Komplexen, Dimeren, Trimeren, Oligomeren beziehungsweise Polymeren dieser Verbindung (beziehungsweise ihrer Salze).

Die erfindungsgemäßen Polymorphen der Verbindungen der Formel II-A unterscheiden sich von den bislang bekannten Festkörperformen der Verbindungen der Formel II-A insbesondere dadurch, dass sie deutlich weniger hydrolyseempfindlich, weniger beziehungsweise nicht hygroskopisch, lagerfähig unter üblichen Bedingungen und ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen an der Luft stabil und als solches in Dichlormethan nahezu unlöslich sind. Die Strukturidentität der erfindungsgemäßen Polymorphen der Verbindung der Formel II-A und der bereits bekannten Festkörperformen dieser Verbindung ergibt sich aus der Identität der NMR-Spektren und der Teilidentität der IR-Spektren, während sich die Polymorphie insbesondere durch unterschiedliche DSC-Kurven zeigt.

Insbesondere im Fall dieser erfindungsgemäßen polymorphen Formen von Verbindungen der Formel II-A hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Reaktionsschritt (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Temperaturen in einem Bereich zwischen ca. 10°C und ca. 35°C auszuführen.

Sofern das in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Bis(alkylthio)carbeniumsalz der Formel II als Ring A¹ einen 1,4-Cyclohexylenring aufweist, kann dieses Bis(alkylthio)carbeniumsalz der Formel II auch aus dem korrespondierenden Ketendithioketal der Formel IX durch Umsetzung – gegebenenfalls in situ – mit einer Säure der Formel VI erhalten werden:

wobei
R¹, a, A¹, Z¹, R¹¹ und R²¹ wie oben für die Formeln II beziehungsweise III definiert sind und auch deren bevorzugte Bedeutungen annehmen; und
A^2a für

steht.

Die Darstellung des für die Durchführung dieser Verfahrensvariante erforderlichen Ketendithioketals der Formel IX erfolgt beispielsweise gemäß den in der WO 02/48073 A1 offenbarten Verfahren; dabei wird beispielsweise ein in 4-Stellung mit R¹-[-A¹-Z¹-]_a- substituiertes Cyclohexanon mit 2-Trimethylsilyl-1,3-dithian in Gegenwart von Butyllithium zu dem entsprechenden Ketendithioketal der Formel IX umgesetzt.

Unabhängig vom jeweiligen Verfahren zur Herstellung der in Schritt (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens einzusetzenden Bis(alkylthio)carbeniumsalze ist es bevorzugt, diese vor ihrer Verwendung zu trocknen, um gegebenenfalls vorhandene Feuchtigkeitsspuren oder im Feststoff als Hydrat gebundene Wassermoleküle zu entfernen.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "Alkyl" – sofern er nicht an anderer Stelle dieser Beschreibung oder in den Ansprüchen abweichend definiert ist – einen geradkettigen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 15 (d. h. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 oder 15) Kohlenstoffatomen; dieser Rest ist unsubstituiert oder einfach oder mehrfach mit Fluor, Chlor, Brom, Iod, Carboxy, Nitro, -NH₂, -N(Alkanyl)₂ und/oder Cyano substituiert, wobei die Mehrfachsubstitution mit dem gleichen oder mit verschiedenen Substituenten erfolgen kann.

Sofern es sich bei diesem Alkylrest um einen gesättigten Rest handelt, wird er auch als "Alkanyl" bezeichnet. Ferner umfasst der Ausdruck "Alkyl" auch unsubstituierte oder entsprechend insbesondere mit F, Cl, Br, I und/oder -CN ein- oder mehrfach gleich oder verschieden substituierte Kohlenwasserstoffreste, in denen eine oder mehrere CH₂-Gruppen derart durch -O- ("Alkoxy", "Oxaalkyl"), -S- ("Thioalkyl"), -SO₂-, -CH=CH("Alkenyl"), C≡C- ("Alkinyl"), -CO-O- oder -O-CO- ersetzt sein können, dass Heteroatome (O, S) in der Kette nicht direkt miteinander verknüpft sind. Vorzugsweise ist Alkyl ein geradkettiger oder verzweigter, unsubstituierter oder substituierter Alkanyl-, Alkenyl- oder Alkoxyrest mit 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 Kohlenstoffatomen. Sofern Alkyl einen Alkanylrest bedeutet, ist dieser bevorzugt Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, t-Butyl, n-Pentyl, Neopentyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl; CF₃, CHF₂, CH₂F; CF₂CF₃. Besonders bevorzugt ist der Alkanylrest geradkettig und unsubstituiert oder mit F substituiert.

Da in einem Alkylrest eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch -O- ersetzt sein können, umfasst der Ausdruck "Alkyl" auch "Alkoxy"-beziehungsweise "Oxaalkyl"-Reste. Unter Alkoxy ist ein O-Alkyl-Rest zu verstehen, in dem das Sauerstoffatom direkt mit der durch den Alkoxyrest substituierten Gruppe oder dem substituierten Ring verbunden ist und Alkyl wie oben definiert ist; vorzugsweise ist Alkyl dann Alkanyl oder Alkenyl. Bevorzugte Alkoxyreste sind Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy, Heptoxy und Octoxy, wobei jeder dieser Reste auch substituiert sein kann, und zwar vorzugsweise mit einem oder mehreren Fluoratomen. Besonders bevorzugt ist Alkoxy -OCH₃, -OC₂H₅, -O-n-C₃H₇, -O-n-C₄H₉, -O-t-C₄H₉, -OCF₃, -OCHF₂, -OCHF oder -OCHFCHF₂. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "Oxaalkyl" Alkylreste, in denen wenigstens eine nicht-terminale CH₂-Gruppe durch -O- derart ersetzt ist, dass keine benachbarten Heteroatome (O, S) vorliegen. Vorzugsweise umfasst Oxaalkyl geradkettige Reste der Formel C_aH_2a+1-O-(CH₂)_b-, wobei a und b jeweils unabhängig voneinander 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 bedeuten; besonders bevorzugt ist a eine ganze Zahl von 1 bis 6 und b 1 oder 2.

Sofern in einem wie oben definerten Alkylrest eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch Schwefel ersetzt sind, liegt ein "Thioalkyl"-Rest vor. Vorzugsweise umfasst "Thioalkyl" einen geradkettigen Rest der Formel C_aH_2a+1-S-(CH₂)_b-, wobei a 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 ist und b 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 ; besonders bevorzugt ist a eine ganze Zahl von 1 bis 6 und b 0, 1 oder 2. Der Thioalkylrest kann ebenfalls mit F, Cl, Br, I und/oder -CN substituiert sein und ist vorzugsweise unsubstituiert.

Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "Alkenyl" einen wie oben definierten Alkylrest, in dem eine oder mehrere -CH=CH-Gruppen vorhanden sind. Sofern zwei -CH=CH-Gruppen in dem Rest vorhanden sind, kann dieser auch als "Alkadienyl" bezeichnet werden. Ein Alkenylrest kann 2 bis 15 (d. h. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 oder 15) Kohlenstoffatome enthalten und ist verzweigtkettig oder vorzugsweise geradkettig. Der Rest ist unsubstituiert oder ein- oder mehrfach gleich oder verschieden insbesondere mit F, Cl, Br, I und/oder CN substituiert. Ferner können eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, -C≡C-, -CO-O-, -OC-O- so ersetzt sein, dass Heteroatome (O, S) nicht direkt miteinander verbunden sind. Falls die CH=CH-Gruppe an beiden Kohlenstoffatomen einen anderen Rest als Wasserstoff trägt, etwa wenn sie eine nicht-terminate Gruppe ist, kann die CH=CH-Gruppe in zwei Konfigurationen vorliegen, nämlich als E-Isomer und als Z-Isomer. Im allgemeinen ist das E-Isomer (trans) bevorzugt. Vorzugsweise enthält der Alkenylrest 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 Kohlenstoffatome und bedeutet Vinyl, 1E-Propenyl, 1E-Butenyl, 1E-Pentenyl, 1E-Hexenyl, 1E-Heptenyl, 2-Propenyl, 2E-Butenyl, 2E-Pentenyl, 2E-Hexenyl, 2E-Heptenyl, 3-Butenyl, 3E-Pentenyl, 3E-Hexenyl, 3E-Heptenyl, 4-Pentenyl, 4Z-Hexenyl, 4E-Hexenyl, 4Z-Heptenyl, 5-Hexenyl und 6-Heptenyl. Besonders bevorzugte Alkenylreste sind Vinyl, 1E-Propenyl und 3E-Butenyl.

Falls in einem Alkylrest eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch -C≡C- ersetzt sind, liegt ein Alkinylrest vor. Auch die Ersetzung von einer oder mehreren CH₂-Gruppen durch -CO-O- or -O-CO- ist möglich. Dabei sind die folgenden dieser Reste bevorzugt: Acetyloxy, Propionyloxy, Butyryloxy, Pentanoyloxy, Hexanoyloxy, Acetyloxymethyl, Propionyloxymethyl, Butyryloxymethyl, Pentanoyloxymethyl, 2-Acetyloxyethyl, 2-Propionyloxyethyl, 2-Butyryloxyethyl, 2-Acetyloxypropyl, 3-Propionyloxypropyl, 4-Acetyloxybutyl, Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Propoxycarbonyl, Butoxycarbonyl, Pentoxycarbonyl, Methoxycarbonylmethyl, Ethoxycarbonylmethyl, Propoxycarbonylmethyl, Butoxycarbonylmethyl, 2-(Methoxycarbonyl)ethyl, 2-(Ethoxycarbonyl)ethyl, 2-(Propoxycarbonyl)-ethyl, 3-(Methoxycarbonyl)propyl, 3-(Ethoxy-carbonyl)propyl oder 4-(Methoxycarbonyl)butyl.

Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "Cycloalkyl" einen cyclischen aliphatischen (alicyclischen) Rest mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen, der gesättigt oder partiell ungesättigt ist und unsubstituiert oder einfach oder mehrfach mit Halogen, Carboxy, Nitro, Alkanyl, Alkoxy, -NH₂ und/oder mit -N(Alkanyl)₂ substituiert ist, wobei die Mehrfachsubstitution mit dem gleichen oder mit verschiedenen Substituenten erfolgen kann. Bevorzugt ist der Cycloalkylrest unsubstituiert und weist 5, 6 oder 7 Kohlenstoffatome auf. Insbesondere steht Cycloalkyl für einen Cyclohexylrest.

Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung steht "Alkylen" für einen divalenten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 Kohlenstoffatomen in der Kette, der gegebenenfalls auch einfach oder mehrfach mit Halogen, CN, Carboxy, Nitro, Alkanyl, Alkoxy, -NH₂ oder mit -N(Alkanyl)₂ substituiert sein kann, wobei die Mehrfachsubstitution mit dem gleichen oder mit verschiedenen Substituenten erfolgen kann. Bevorzugt steht "Alkylen" für einen geradkettigen, unsubstituierten oder mit Methyl einfach oder zweifach substituierten, gesättigten aliphatischen Rest mit 1, 2, 3, 4, 5, 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere für -CH₂CH₂CH₂- und -CH₂C(CH₃)₂CH₂-.

"Halogen" steht im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung für Fluor, Chlor, Brom beziehungsweise Iod.

Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck "Aryl" – sofern er nicht an anderer Stelle der Beschreibung oder in den Ansprüchen im Einzelfall abweichend definiert ist – einen aromatischen Kohlenwasserstoff mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls mit Halogen, Nitro, Alkanyl, Alkoxy, -NH₂ oder mit -N(Alkanyl)₂ einfach oder mehrfach substituiert ist, wobei die Mehrfachsubstitution mit dem gleichen oder mit verschiedenen Substituenten erfolgen kann. Insbesondere steht "Aryl" für einen unsubstituierten oder substituierten Phenyl- oder Naphthylrest.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung steht der Ausdruck "Aralkyl" für einen Aryl-Alkyl-Rest, d. h. für einen Rest, in dem ein Aryl-Substituent über eine Alkylbrücke mit einem Atom, einer Kette, einem weiteren Ring, einem anderen Rest oder einer funktionellen Gruppe verknüpft ist. Bei der Alkylbrücke handelt es sich vorzugsweise um einen gesättigten bivalenten Kohlenwasserstoffrest ("Alkylen"), insbesondere um Methylen (-CH₂-) und Ethylen (-CH₂-CH₂-). Bevorzugte Beispiele eines Aralkylrestes sind Benzyl und Phenethyl. Ein "Aralkyl-O-Rest" ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein Aralkylrest, der über ein an die Alkylbrücke gebundenes Sauerstoffatom mit einem weiteren Atom, einer Kette, einem anderen Rest oder einer funktionellen Gruppe verknüpft ist. Bevorzugte Beispiele eines Aralkyl-O-Restes sind O-Benzyl und O-CH₂CH₂Phenyl.

Unter einem "Heteroarylrest" versteht man für die Zwecke der vorliegenden Erfindung einen cyclischen, (hetero-)aromatischen organischen Rest mit 5 bis 18 Ringatomen, der in seinem Cyclus neben Kohlenstoffatomen ein oder mehrere gleiche oder verschiedene Heteroatome enthält, wobei diese Heteroatome bevorzugt aus Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel ausgewählt sind. Der Heterocyclus weist wenigstens einen Ring auf und kann auch zwei, drei oder mehr Ringe aufweisen, die gegebenenfalls miteinander kondensiert sind, wobei wenigstens einer der mehreren Ringe wenigstens ein Heteroatom aufweist. Der Heteroarylrest kann in gleicher Weise wie der oben definierte Arylrest unsubstituiert oder einfach oder mehrfach gleich oder verschieden mit Halogen, Nitro, Alkanyl, Alkoxy, -NH₂ und/oder mit -N(Alkanyl)₂ substituiert sein. Der Heteroarylrest kann über jedes seiner Ringatome gebunden sein. Bevorzugt ist der Heteroarylrest aus der Gruppe ausgewählt, die aus Pyrrolyl, Pyrazolyl, Imidazolyl, Pyridinyl, Pyridazinyl, Pyrimidinyl, Pyrazinyl, Indolyl, Furanyl, Thienyl, Oxazolyl, Isoxazolyl, Pyranyl, Benzofuranyl, Benzothienyl besteht.

Unter einem "Heterocyclylrest" versteht man für die Zwecke der vorliegenden Erfindung einen cyclischen organischen Rest mit 5 bis 18 Ringatomen, der in seinem Cyclus wenigstens eine gesättigte (endocyclische) Bindung zwischen zwei Ringatomen aufweist und ein oder mehrere gleiche oder verschiedene Heteroatome enthält, die bevorzugt aus Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel ausgewählt sind. Der Heterocyclus weist wenigstens einen Ring auf und kann auch zwei, drei oder mehr Ringe aufweisen, die gegebenenfalls miteinander kondensiert sind, wobei wenigstens einer der mehreren Ringe wenigstens ein Heteroatom aufweist. Der Heterocyclylrest kann in gleicher Weise wie der oben definierte Arylrest unsubstituiert oder einfach oder mehrfach gleich oder verschieden mit Halogen, Nitro, Alkanyl, Alkoxy, -NH₂ und/oder mit -N(Alkanyl)₂ substituiert sein. Der Heterocyclylrest kann über jedes seiner Ringatome gebunden sein. Bevorzugt ist der Heterocyclylrest aus der Gruppe ausgewählt, die aus Pyrrolidin, Piperidin, Piperazin, Morpholin, Tetrahydrofuran, Dioxan, Dihydropyrazol, Dihydroimidazol, Dihydrooxazol, Tetrahydrooxazol, Dihydroisoxazol und Tetrahydroisoxazol besteht. Unter einem "Heterocyclylalkyl" ist hier ein Rest zu verstehen, bei dem ein Heterocyclyl-Rest über eine Alkylbrücke mit einem Atom, einer Kette, einem weiteren Ring, einem anderen Rest oder einer funktionellen Gruppe verknüpft ist.

Die in den erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Verbindungen sind – sofern eine Synthese in der vorliegenden Beschreibung nicht ausdrücklich angegeben wird – ebenso wie die verwendeten Reagenzien und Lösungsmittel literaturbekannt und zumeist kommerziell erhältlich. Alternativ können sie nach an sich bekannten Methoden hergestellt werden, wie sie in der Literatur beschrieben sind (z. B. in Standardwerken der synthetischen organischen Chemie wie Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart), und zwar unter Reaktionsbedingungen, die für die genannten Umsetzungen bekannt und geeignet sind. Man kann aber auch von an sich bekannten, hier nicht näher erwähnten Varianten Gebrauch machen.

Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung versteht man unter einer "flüssigkristallinen Verbindung" eine Verbindung, die als solches oder in Kombination mit weiteren Verbindungen in einer flüssigkristallinen Zustandsform ("liquid-crystal state") gemäß IUPAC-Definition (Pure and Applied Chemistry 73, 845-895 (2001), 2.2) vorliegen kann.

Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung versteht man unter einer "mesogenen Verbindung" eine Verbindung, die in Kombination mit weiteren Verbindungen in einer flüssigkristallinen Zustandsform ("liquid-crystal state") gemäß IUPAC-Definition (Pure and Applied Chemistry 73, 845-895 (2001), 2.2) vorliegen kann, ohne notwendigerweise selbst flüssigkristallin zu sein.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch Beispiele weiter veranschaulicht werden, die jedoch weder den Gegenstand noch den Schutzbereich der Patentansprüche beschränken sollen.

Beispiel 1
In einem 1-Liter-Mehrhals-Kolben wurden unter Schutzgas 4-Brom-2,6-difluorbenzoesäure 1 (50,0 g, 0,211 mol) in einer 1 : 1-Mischung aus Toluol und Isooctan suspendiert. Dann wurden 1,3-Propandithiol 2 (27,5 g, 0,254 mol) und Trifluormethansulfonsäure (95,0 g, 0,633 mol) hinzugegeben. Man erhitzte die Reaktionsmischung für 20 Stunden, ließ abkühlen und versetzte mit Diethylenglykoldibutylether. Nach Zugabe von Dichlormethan und nach Rühren für eine Stunde bei Raumtemperatur wurde die Reaktionsmischung mit Eis gekühlt und abgesaugt. Der Filterkuchen wurde mit Dichlormethan zweimal kalt nachgewaschen und anschließend im Vakuum bei ca. 40°C getrocknet. Ausbeute an 3: 82,3 g (84,9%). Gelbliche Kristalle.
In einer Verfahrensvariante wurden 25,00 g 4-Brom-2,6-difluorbenzoesäure 1, 47,25 g Trifluormethansulfonsäure und 14,75 g Propandithiol 2 in 40 g Toluol und 32,5 g Isooctan suspendiert und unter Rühren 4,5 Stunden auf 105°C erhitzt. Die klare orange Lösung wurde auf 20–30°C abgekühlt und mit 82,5 g Diethylenglycoldibutylether versetzt. Die entstandene Suspension wurde 1 Stunde bei 20°C gerührt, dann auf 3°C abgekühlt, mit 41 g Dichlormethan versetzt und 1 Stunde bei dieser Temperatur gerührt. Die Suspension wurde filtriert, der Filterkuchen 3x mit 30 g Dichlormethan gewaschen und unter Vakuum bei 40°C getrocknet. Es wurden 42,8 g (89% d. Th) des gewünschten Produktes in Form gelblicher Kristalle erhalten.
In einer weiteren Verfahrensvariante wurden 25,00 g 4-Brom-2,6-difluorbenzoesäure 1, 47,25 g Trifluormethansulfonsäure und 14,75 g Propandithiol 2 in einem Kolben vorgelegt und unter Rühren 3 Stunden auf 108°C erhitzt. Die klare gelbe Lösung wurde auf 20–30°C abgekühlt und mit 82,5 g Diethylenglycoldibutylether versetzt. Die entstandene Suspension wurde auf 3°C abgekühlt, mit Dichlormethan versetzt und 1 Stunde bei dieser Temperatur gerührt. Die Suspension wurde filtriert, der Filterkuchen 3x mit Dichlormethan gewaschen und unter Vakuum bei 40°C getrocknet. Es wurden 46,75 g (97% d. Th) des gewünschten Produktes in Form gelblicher Kristalle erhalten.
Beispiel 2
3,4,5-Trifluorphenol 4 (21,5 g, 0,145 mol) und Triethylamin (14,7 g, 0,145 mol) wurden in 300 g Dichlormethan vorgelegt. Hierzu wurde das sorgfältig getrocknete Bis(alkylthio)carbeniumsalz 3 (60,0 g, 0,131 mol) aus Beispiel 1 bei ca. 20°C portionsweise hinzugegeben, wobei eine schwach gelbe Suspension entstand. Es wurde bei Raumtemperatur eine Stunde nachgerührt und dann auf –70°C gekühlt. Dann wurde bei dieser Temperatur Triethylamintrishydrofluorid (42,6 g, 0,264 mol) hinzugegeben. Die Reaktionsmischung wurde bei dieser Temperatur für zwei Stunden nachgerührt. Anschließend wurde Brom (52,2 g, 0,327 mol) zugetropft. Die dicke Suspension wurde für eine Stunde bei –70°C nachgerührt, dann im Eiswasserbad erwärmt und nochmals 1,5 Stunden gerührt. Der Ansatz wurde vorsichtig auf ein Gemisch aus 72 g Eis und 150 g Kalilauge (47%) gegebenen. Die Suspension mit einem pH-Wert von 10–11 wurde über eine Stunde auf Raumtemperatur erwärmt. Dann wurde ein Teil des Lösungsmittels am Rotationsverdampfer bei 40°C Badtemperatur und vermindertem Druck eingeengt. Der sich dabei bildende Niederschlag wurde abgesaugt, in Heptan aufgenommen und über Kieselgel filtriert. Das farblose Filtrat wurde unter vermindertem Druck eingeengt. Der gebildete Rückstand wurde abfiltriert und aus 2-Propanol/Wasser umkristallisiert. Ausbeute an 5: 80–85%.
Beispiel 3
160,75 g des Triflats 3 wurden in 705 g Dichlormethan suspendiert und bei 15–24°C mit einer Lösung von 50,61 g 3,4-Difluorphenol 6 und 39,36 g Triethylamin in 190 g Dichlormethan versetzt. Die schwach gelbe Suspension wurde auf –70 bis –75°C abgekühlt und mit 14,2 g Triethylamintrishydrofluorid versetzt. Die gelbe Lösung wurde 1 Stunde bei –75°C gerührt und anschließend bei dieser Temperatur mit 141 g Brom versetzt. Die entstandene orange Suspension wurde 0,5 Stunden bei –75°C gerührt, auf 0°C erwärmt und 1 Stunde bei dieser Temperatur gerührt. Unter Eiskühlung wurde das Reaktionsgemisch auf eine Mischung von 730 g Eis und 400 g 47%iger Kalilauge gegeben. Das erhaltene hellgelbe Gemisch wurde auf Raumtemperatur erwärmt. Die organische Phase wurde abgetrennt und die verbliebene wässrige Phase wurde zweifach mit Heptan extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen wurden 2x mit Wasser gewaschen und filtriert. Die organische Phase wurde vom Lösungsmittel befreit. Der Rückstand wurde über eine mit Kieselgel belegte Fritte gegeben, die mit Heptan eluiert wurde. Das Filtrat wurde vom Lösungsmittel befreit, der Rückstand aus 206 g Isopropanol umkristallisiert. Es wurden 97,2 g (71% d. Th.) des gewünschten Produkts 7 als farblose Kristalle erhalten.
Beispiel 4
560 g des Triflats 8 (erhalten nach einem zu Beispiel 1 analogen Verfahren) wurden in 1220 ml Dichlormethan suspendiert und bei 18–32°C mit einer Lösung von 215 g Trifluorphenol 4 und 200 ml Triethylamin in 600 ml Dichlormethan versetzt. Es wurde 0,5 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, dann das Reaktionsgemisch auf –70°C abgekühlt und mit 432 ml Triethylamintrishydrofluorid versetzt. Die gelbe Suspension wurde 2 Stunden bei –70°C gerührt und anschließend bei dieser Temperatur mit einer Lösung von 170 ml Brom in 510 ml versetzt. Es wurde 1 Stunde bei –75°C gerührt, dann das Reaktionsgemisch auf 0 C erwärmt zu einer Lösung von 836 ml 85%iges Kaliumhydroxid und 3000 g Eis gegeben. Die cremefarbene Suspension wurde auf 20°C erwärmt und zur Phasentrennung 3x mit 800 ml Dichlormethan und 3x mit 1500 ml Wasser versetzt. Die vereinigten organischen Phasen wurden im Vakuum vom Lösungsmittel befreit, mit 600 ml Heptan versetzt und über eine mit Kieselgel belegte Fritte filtriert. Das Filtrat wurde vom Lösungsmittel befreit und aus Isopropanol umkristallisiert, wobei 338,5 g (73%) des gewünschten Produkts 9 erhalten wurden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Verbindungen mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül, bei dem (1) zunächst ein Bis(alkylthio)carbeniumsalz in Gegenwart einer Base mit einer mindestens eine Hydroxygruppe aufweisenden Verbindung in einem organischen Lösungsmittel umgesetzt; und (2) anschließend mit einem Fluorierungsmittel und einem Oxidationsmittel zu Verbindungen mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke im Molekül oxidativ fluoriert wird; wobei die Verbindung mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke aus dem Reaktionsgemisch der oxidativen Fluorierung dadurch erhalten wird, dass das Reaktionsgemisch einer basischen Hydrolyse unterworfen und das organische Lösungsmittel soweit entfernt wird, dass die Verbindung mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke ausfällt beziehungsweise auskristallisiert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel Dichlormethan ist.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgefällte beziehungsweise auskristallisierte Verbindung mit mindestens einer Difluoroxymethylenbrücke abfiltriert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterrückstand mit einem Kohlenwasserstoff-Solvens gewaschen wird.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt (1) eingesetzte mindestens eine Hydroxygruppe aufweisende Verbindung ein einfach oder gegebenenfalls mehrfach substituiertes Phenol oder Naphthol ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Phenol eine Verbindung der Formel I ist:
wobei L¹, L², L³ und L⁴ unabhängig voneinander H, F, Cl oder CF₃ bedeuten; und X¹ F, Cl, CN, NCS, SF₅, mit Halogen einfach oder mehrfach substituiertes Alkanyl, Alkoxy, SCF₃ oder SO₂CF₃ bedeutet.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bis(alkylthio)carbeniumsalz eine Verbindung der Formel IIa, IIb, IIc ist:
wobei a 0, 1 oder 2 ist;
unterschiedliche Bedeutungen in einer Verbindung annehmen kann, wenn a 2 ist;
b unabhängig für A¹ und A² 0, 1, 2, 3 oder 4 ist; c und d unabhängig voneinander und unabhängig für A¹ und A² 0, 1, 2 oder 3 sind; R¹ H, Halogen, CN, einen unsubstituierten oder einfach mit CN oder einfach oder mehrfach mit F, Cl, Br und/oder I substituierten Alkylrest mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei in dem Alkylrest auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch -C≡C-, -CH=CH-, -O-, -S-, -SO₂-, -C(O)-O- oder -O-C(O)- so ersetzt sein können, dass Heteroatome in der Kette nicht direkt miteinander verknüpft sind; R¹¹ und R²¹ unabhängig voneinander einen geradkettigen oder verzweigten, unsubstituierten oder einfach oder mehrfach mit dem gleichen oder verschiedenen Substituenten substituierten Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, in dem eine oder mehrere CH₂-Gruppen unabhängig voneinander so durch -CH=CH-, -C≡C-, -O-, -S-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- ersetzt sein können, dass Heteroatome nicht direkt miteinander verknüpft sind, einen unsubstituierten oder einfach oder mehrfach mit dem gleichen oder verschiedenen Substituenten substituierten Cycloalkyl-, Heterocyclylalkyl- oder Aralkylrest mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen bedeuten oder zusammen eine geradkettige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffbrücke mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Brücke darstellen, wobei eines oder mehrere der Kohlenwasserstoffbrücke-Kohlenstoffatome unabhängig voneinander mit dem gleichen oder verschiedenen Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Heterocyclyl- oder Aralkylrest/en substituiert sein können oder durch eine weitere Kohlenwasserstoffkette verbrückt oder Bestandteil eines gesättigten oder ungesättigten carbocyclischen oder heterocyclischen Ringsystems sein können; Z¹ eine Einfachbindung, -CH₂CH₂-, -CF₂CH₂-, -CH₂CF₂-, -CF₂CF₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -CF₂O-, -OCF₂-, -C(O)-O-, -O-C(O)-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF- oder -C≡C- bedeutet; und Y^– ein nicht oder schwach koordinierendes Anion ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Formel IIa, IIb, IIc
Bedeutungen in einer Verbindung annehmen kann, wenn a 2 ist; A² für
steht; R¹ H, F, Cl, Br, I, CN, einen unsubstituierten oder einfach mit CN oder einfach oder mehrfach mit F, Cl, Br und/oder I substituierten geradkettigen Alkanylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet; R¹¹ und R²¹ zusammen für -CH₂CH₂CH₂-, -CH₂CH₂- oder -CH₂C(CH₃)₂CH₂- stehen; Z¹ eine Einfachbindung bedeutet; und Y^– ein Trifluormethansulfonat-Anion ist.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Reaktionsschritt (1) zwischen ca. 10°C bis ca. 35°C erfolgt.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Formel II durch Umsetzung einer Verbindung der Formel III
mit mindestens einer Thiolverbindung der Formel IV und/oder V oder mit einer Dithiolverbindung der Formel IV-V: R¹¹-SH IV R²¹-SH V HS-R¹¹R²¹-SH IV-Vin Gegenwart einer Säure der Formel VI H⁺Y^– VIerhalten wird, wobei R¹, A¹, A², a, Z¹ und Y^– wie in Anspruch 6 definiert sind; und R¹¹ und R²¹ in den Formeln IV beziehungsweise V unabhängig voneinander einen geradkettigen oder verzweigten, unsubstituierten oder einfach oder mehrfach mit dem gleichen oder verschiedenen Substituenten substituierten Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, in dem eine oder mehrere CH₂-Gruppen unabhängig voneinander so durch -CH=CH-, -C≡C-, -O-, -S-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- ersetzt sein können, dass Heteroatome nicht direkt miteinander verknüpft sind, einen unsubstituierten oder einfach oder mehrfach mit dem gleichen oder verschiedenen Substituenten substituierten Cycloalkyl-, Heterocyclylalkyl- oder Aralkylrest mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen bedeuten; und R¹¹ und R²¹ in Formel IV-V zusammen eine geradkettige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffbrücke mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Brücke darstellen, wobei eines oder mehrere der Kohlenwasserstoffbrücke-Kohlenstoffatome unabhängig voneinander mit dem gleichen oder verschiedenen Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl-, Heterocyclyl- oder Aralkylrest/en substituiert sein können oder durch eine weitere Kohlenwasserstoffkette verbrückt oder Bestandteil eines gesättigten oder ungesättigten carbocyclischen oder heterocyclischen Ringsystems sein können.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Formel III a 0 ist; A² für
steht; und R¹ H, F, Cl, Br, I, CN, einen unsubstituierten oder einfach mit CN oder einfach oder mehrfach mit F, Cl, Br und/oder I substituierten geradkettigen Alkanylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung der Verbindung der Formel III mit einem Überschuß von wenigstens 2,5 Moläquivalenten einer Säure der wie in Anspruch 10 definierten Formel VI, insbesondere mit einem Überschuß von wenigstens 2,5 Moläquivalenten Trifluormethansulfonsäure erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Trifluormethansulfonsäure als Lösungsmittel erfolgt.
Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel II-Aa, II-Ab, II-Ac
dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung der Formel III-A
mit einem Überschuß einer Säure der Formel VI H⁺Y^– VIumgesetzt wird, wobei Hal F, Cl, Br oder I bedeutet; L⁵, L⁶, L⁷ und L⁸ unabhängig voneinander H oder F bedeuten; Y^– ein nicht oder schwach koordinierendes Anion ist; und R¹¹ und R²¹ zusammen für -CH₂CH₂CH₂- oder -CH₂C(CH₃)₂CH₂- stehen.
Verbindung der Formel II-Aa, II-Ab, II-Ac einer polymorphen Form, die erhältlich ist durch das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei in Formel II-Aa, II-Ab, II-Ac Hal Br oder I, insbesondere Br, bedeutet; und Y^– ein Trifluormethansulfonat-Anion ist.