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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von α,α-Difluoralkylperoxiden. Ferner werden neue, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche α,α-Difluoralkylperoxide sowie die entsprechenden Dithioorthoester als Zwischenprodukte aufgezeigt.
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Es sind bisher keine Verfahren zur α,α-Difluoralkylierung von Hydroperoxiden bekannt.
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Dagegen sind organische Verbindungen mit einer CF
2O-Gruppe, die insbesondere als Flüssigkristalle herausragende Eigenschaften besitzen, bekannt. Eine neuere Synthese solcher Verbindungen beruht auf der oxidativen Alkoxydifluorodesulfurierung von Bis(alkylthio)carbenium-Salzen (
DE 100 27 102 A1 sowie P. Kirsch et al., Angew. Chem. Int. Ed. 40, 2001, 1480–1484). Hierbei wird das Carbenium-Salz in Gegenwart einer Base mit einer mindestens eine Hydroxylgruppe aufweisenden Verbindung umgesetzt und anschließend, vorzugsweise in situ, mit einem Fluorierungsmitel und einem Oxidationsmittel oxidativ fluoriert. Nach einer ersten Variante werden die Bis(alkylthio)carbenium-Salze aus den entsprechenden Carbonsäuren oder aktivierten Carbonsäurederivaten erhalten. Gemäß einer zweiten Variante sind die Carbenium-Salze über eine Gleichgewichtsreaktion aus Ketendithioketalen durch Protonierung zugänglich. Die hiernach erhältlichen, eine CF
2O-Brücke aufweisenden flüssigkristallinen Verbindungen zeichnen sich im allgemeinen vorteilhaft durch eine niedrige Rotationsviskosität bei hohen Klärpunkten und niedrigen Schmelzpunkten aus.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur α,α-Difluoralkylierung von Hydroperoxiden zur Verfügung zu stellen, insbesondere das von einfach zugänglichen Edukten ausgeht, eine Isolierung von Zwischenprodukten nicht erfordert und die Produkte in guten Ausbeuten liefert.
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Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, neue, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche α,α-Difluoralkylperoxide zu beschreiben und vorteilhafte Verwendungen dieser aufzuzeigen.
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Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Varianten dieses Verfahrens.
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Gegenstand der Erfindung ist damit ein Verfahren zur Herstellung von α,α-Difluoralkylperoxiden, bei dem
- a) ein Bis(alkylthio)carbeniumsalz der Formel II, wie unten definiert, in Gegenwart mindestens einer Base mit mindestens einem organischen Hydroperoxid der Formel IIIa umgesetzt wird
- b) und anschließend, vorzugsweise in situ, der erhaltene Dithioorthoester mit einem Fluorierungsmittel und einem Oxidationsmittel zum α,α-Difluoralkylperoxid oxidativ fluorodesulfuriert wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erstmals der Zugang zu einer Vielzahl auch strukturell komplexer organischer α,α-Difluoralkylperoxide eröffnet. Solche Difluoralkylperoxide sind von großem Interesse für Anwendungen als flüssigkristalline oder mesogene Verbindungen, als pharmazeutische Wirkstoffe, als Agrochemikalien, als technische Hilfsstoffe, als Radikalstarter, als Mono-, Oligo- und Polymere sowie als Ausgangssubstanzen oder strukturelle Bestandteile für die Synthese der zuvor angeführten Verbindungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine leichte Zugänglichkeit der Bis(alkylthio)carbeniumsalze und der Peroxidverbindungen als Ausgangsverbindungen aus. Ferner erfolgt die oxidative Fluorodesulfurierung unter sehr milden, leicht basischen Bedingungen und ist daher mit einer Vielzahl von ungeschützten funktionellen Gruppen, z. B. einer Nitril- oder Carbonsäureestergruppe, vereinbar.
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Des weiteren ist es von besonderem Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass die Umsetzung ausgehend vom Carbeniumsalz und dem Peroxid zum Produkt in einem Reaktionsgemisch, also ohne Isolierung und Aufreinigung der Zwischenprodukte erfolgen kann. Die hierbei erzielbaren Ausbeuten sind bei geringer Nebenproduktbildung hoch bis sehr hoch.
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Nachfolgend werden bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
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Im folgenden besitzen die Gruppen, Substituenten und Indizes die zuvor angegebene Bedeutung, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes vermerkt ist. Kommt eine Gruppe, ein Substituent und/oder ein Index mehrfach vor, so kann er gleiche oder verschiedene Bedeutungen annehmen.
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Die Bedeutung der Formeln schließt alle Isotope der in den Verbindungen der Formeln gebundenen chemischen Elemente ein. Weisen Verbindungen der Formeln ein oder mehrere chirale Zentren auf, so umfassen die Formeln neben den Racematen auch enantiomerenreine und -angereicherte Formen.
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Im Allgemeinen wird ein Bis(alkylthio)carbeniumsalz der Formel II
in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Hierin bedeuten:
R
1 einen organischen Rest mit 1 bis 32 C-Atomen, der eine oder mehrere geradkettige, verzweigte oder cyclische Alkyl- und/oder Alkylengruppen mit 1 bis 15 C-Atomen, die ein oder mehrere Doppel- und/oder Dreifachbindungen aufweisen können, und/oder eine oder mehrere Aryl- und/oder Heteroarylgruppen aufweist, worin ein oder mehrere H-Atome durch Halogen, -CN, -NCS, -SF
5 und/oder -NO
2 und/oder eine oder mehrere -CH
2-Gruppen unabhängig voneinander durch -CO-, -O-CO-, -CO-O-, -O-, -S- und/oder -SO
2- und/oder eine oder mehrere CH-Gruppen durch N ersetzt sein können,
R
2, R
3 unabhängig voneinander eine der für R
1 angegebenen Bedeutungen, wobei die beiden Reste R
2 und R
3 durch eine oder mehrere Einfach- und/oder Doppelbindungen unmittelbar miteinander verbunden sein können und
Y
– ein nicht- oder schwach-koordinierendes Anion ist.
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Bevorzugt sind R
2 und R
3 derart miteinander verbrückt, dass die Gruppe
als 4- bis 8-gliedriger Ring, insbesondere als 5- bis 7-gliedriger Ring der Formel
vorliegt, in der R
4, R
5 H oder eine gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen bedeutet, wobei die Gruppe
eine Cycloalkyl oder Arylgruppe ausbilden kann, und m 2, 3 oder 4 ist.
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Im Allgemeinen wird ein organisches Hydroperoxid der Formel III R6-O-O-H III in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Hierin besitzt R6 eine der für R1 angegebenen Bedeutungen.
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Die Umsetzung eines Bis(alkylthio)carbeniumsalzes der Formel II mit einem organischen Peroxid der Formel III ergibt erfindungsgemäß ein α,α-Difluoralkylperoxid der Formel I
worin R
1 und R
6 die angegebenen Bedeutungen besitzen.
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Erfindungsgemäße Hydroperoxide der Formel III sind sekundäre oder tertiäre Hydroperoxide, die ein, zwei oder mehrere Hydroperoxid-Funktionen jeweils an einem sekundären oder tertiären C-Atom aufweisen können. Besonders bevorzugt sind tertiäre Hydroperoxide. Daher sind Hydroperoxide der Formel IIIa bevorzugt
worin
R
7, R
8, R
9 unabhängig voneinander geradkettiges, verzweigtes oder cyclisches Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen, worin ein oder mehrere H-Atome durch Fluor und/oder Phenyl substituiert sein können, und/oder Aryl, insbesondere Phenyl, das durch Halogen und/oder gegebenenfalls fluoriertes Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen ein- oder mehrfach substituiert sein kann, wobei zwei oder drei der Reste R
7, R
8, R
9 durch eine oder mehrere Einfach- und/oder Doppelbindungen unmittelbar miteinander verbunden sein können, und wobei ein zweites tertiäres C-Atom eine zweite Hydroperoxid-Gruppe aufweisen kann, und wobei einer der Reste R
7, R
8, R
9 auch H sein kann.
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Vorzugsweise sind alle Reste R7, R8, R9 von H verschieden.
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Bevorzugt wird ein Hydroperoxid verwendet, das aus der folgenden Liste ausgewählt ist:
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In dem Bis(alkylthio)carbeniumsalz der Formel II ist Y– bevorzugt ein Halogenid, Tetrafluoroborat, Hexafluorophosphat, Perchlorat oder Alkyl- oder Arylcarboxylat oder Alkyl- oder Arylsulfonat-Anion, wobei in den Alkyl- oder Arylgruppen ein, mehrere oder alle H-Atome durch Fluor oder Chlor substituiert sein können.
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Als Oxidationsmittel können übliche Oxidationsmittel verwendet werden. Bevorzugt wird als Oxidationsmittel eine Verbindung eingesetzt, die Haloniumäquivalente freisetzt. Beispielhafte Oxidationsmittel sind N-Chlorsuccinimid, N-Bromsuccinimid, N-Jodsuccinimid, Dibromisocyanursäure, 1,3-Dibrom-5,5-dimethylhydanthoin, Chlor und Brom. Besonders bevorzugt ist Brom, da sich die entstehenden Bromide leicht abtrennen lassen. Ebenfalls geeignet sind auch SO2Cl2, SO2ClF, Chloramin T, Nitrosonium- und Nitroniumsalze, beispielsweise NO+BF4 –. Die Nitrosonium- und Nitroniumsalze lassen sich gegebenenfalls auch in situ aus geeigneten Vorstufen, beispielsweise aus anorganischen oder organischen Nitriten und/oder Nitraten, herstellen.
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Als Fluorierungsmittel können übliche Fluorierungsmittel eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird das Fluorierungsmittel ausgewählt aus der Gruppe die gebildet ist von Fluorwasserstoff, aliphatischen und aromatischen Amin-Fluorwasserstoff-Komplexen, insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet ist von Pyridin-, Triethylamin-, Melamin-, Polyvinylpyridin-Fluorwasserstoff-Komplexen.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bis(alkylthio)carbeniumsalz zu dem organischen Peroxid vorzugsweise in einem Molverhältnis im Bereich von 3:1 bis 1:3, insbesondere im Bereich von 1,5:1 bis 1:1,5 eingesetzt.
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Eine beispielhafte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im folgenden angegeben. Eine Lösung des Bis(alkylthio)carbeniumsalzes wird mit einer Lösung des Hydroxyperoxids und mindestens einer Base versetzt, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von –100 bis +50°C, insbesondere von –70 bis etwa 25°C. Hierzu vorteilhaft geeignete Basen sind organische Stickstoffbasen, insbesondere tertiäre aliphatische und/oder aromatische Amine, wie beispielsweise Triethylamin, Pyridin oder Pyridin-Derivate. Die Base wird vorteilhaft in einem molaren Verhältnis 1:1 bis 2:1 bezogen auf das Hydroperoxid eingesetzt. Als geeignete Lösungsmittel kommen insbesondere polare Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische in Frage, beispielsweise Ether oder Halogenalkane, wie Diethylether, Tetrahydrofuran, Dichlormethan und/oder Trichlormethan.
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Durch Umsetzung der Bis(alkylthio)carbeniumsalze mit dem Hydroperoxid entstehende Zwischenprodukte, wie Dithioorthoester, werden im allgemeinen nicht isoliert, sondern in dem Reaktionsgemisch direkt oxidativ zum α,α-Difluoralkylperoxid desulfuriert.
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Hierzu wird das Reaktionsgemisch mit dem Fluorierungsmittel und dem Oxidationsmittel versetzt. Vorteilhaft wird hiernach die Temperatur des Gemisches erhöht, beispielsweise auf –30°C bis 50°C. Das erhaltene α,α-Difluoralkylperoxid kann nach dem Fachmann geläufigen Methoden, beispielsweise durch Umkristallisation und/oder chromatographisch, aus dem Reaktionsgemisch erhalten werden.
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Die Bis(alkyithio)carbeniumsalze als Edukte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nach bekannten Methoden leicht zugänglich.
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Gemäß einer ersten Variante wird das Bis(alkylthio)carbeniumsalz durch Kondensation mindestens einer organischen Thiol- oder Dithiolverbindung, wobei letztere bevorzugt ist, mit einer Carbonsäure oder einem Carbonsäurederivat erhalten. Geeignete Carbonsäurederivate sind beispielsweise Carbonsäurehalogenide, Carbonsäurepseudohalogenide, Carbonsäuresulfonylate, welche geeignet substituiert sind, beispielsweise ein Trifluormethansulfonylat. Weiter können verwendet werden Carbonsäureanhydride und Alkyl- bzw. Phenylcarbonsäureester. Die Carbenium-Salze fallen in sauberer Farm aus der Reaktionslösung aus und können ohne weitere Reinigung in der nächsten Stufe eingesetzt werden.
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Bevorzugt besitzt die Carbonsäure oder das Carbonsäurederivat die Formal VII
worin
R
1 die zuvor angegebene Bedeutung besitzt,
X OH, F, Cl, OQ, OSO
2-Q oder OCO-R
1 bedeutet und
Q einen gegebenenfalls substituierten aliphatischen, aromatischen oder heteroaromatischen Rest mit 1 bis 15 C Atomen bedeutet.
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Bevorzugte Reste Q sind Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen, worin ein oder mehrere H-Atome durch Fluor substituiert sein können, oder Phenyl, das ein oder mehrfach durch gegebenenfalls fluoriertes Alkyl und/oder Alkoxy mit 1 bis 5 C-Atomen, NO2, CN und/oder Halogen substituiert sein kann. Besonders bevorzugt ist Q ausgewählt aus der Gruppe CH3, C2H5, C3H7, C4H9, C5H11, C6H13, CF3, C2F5, C3F7, C4F9, C5F11, C6F13, Phenyl, Methylphenyl, Ethylphenyl, Nitrophenyl, Chlorphenyl, Bromphenyl, wobei die in 4-Position substituierten Phenyl-Derivate bevorzugt sind.
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Ebenfalls bevorzugt besitzt die mindestens eine Thiol- oder Dithiolverbindung die Formeln R2-SH und/oder R3-SH, wobei R2 und R3 identisch oder verschieden die zuvor angebene Bedeutung haben und durch eine oder mehrere Einfach- und/oder Doppelbindungen miteinander verbunden sein können.
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Gemäß einer bevorzugten zweiten Variante wird das Carbeniumsalz durch Addition einer Säure an ein Ketendithioketal erhalten. So ist das Bis(alkylthio)carbeniumsalz der Formel II durch Addition einer Säure HY, worin Y die zuvor angegebene Bedeutung hat, an ein Ketenditihioketal der Formel IV
erhältlich. In der Formel IV besitzen R
2, R
3 die zuvor genannten Bedeutungen und R, R' haben unabhängig voneinander derart eine der zuvor für R
1 angegebenen Bedeutungen, einschließlich H, dass die Gruppe
die selbe Bedeutung wie R
1 besitzt.
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Die Säure wird in etwa äquimolarer Menge bezogen auf die umzusetzenden Ketendithioketal-Einheiten eingesetzt. Die Umsetzung mit der Säure HY erfolgt vorteilhaft in einem Temperaturbereich von –80 bis +30°C in einem inerten polaren Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, wie sie bereits zuvor beispielhaft genannt wurden. Hierbei besonders bevorzugte Säuren HY sind Trifluormethansulfonsäure und ein Tetrafluoroborsäure-Diethyletherkomplex.
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Ein Vorteil dieser vom Ketendithioketal ausgehenden Verfahrensvariante ist die bereits unter sehr schonenden Bedingungen durchführbare Säureaddition an die Ketendithioketale. Hierdurch sind Bis(alkylthio)carbeniumsalze zugänglich, die empfindliche funktionelle Gruppen, wie beispielsweise Ester, Nitrile oder Ketale, enthalten.
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Ferner besitzt diese Variante den Vorteil, dass die Bildung des Bis(alkylthio)carbeniumsalzes durch Addition der Säure an das Ketendithioketal reversibel ist. Bei Einsatz von in 4-Stellung substituierten Cyclohexylidenketendithioketalen lassen sich daher mit sehr hoher Selektivität die gegenüber der cis-Konfiguration thermodynamisch günstigeren trans-substituierten Cyclohexanderivate des Bis(alkylthio)carbeniumsalzes und damit trans-substituierte Cyclohexanverbindungen mit einer α,α-Difluoralkylperoxid-Funktion erhalten.
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Zur Equilibrierung zum thermodynamisch günstigeren Isomer ist es daher vorteilhaft, das Reaktionsgemisch aus Ketendithioketal, Säure und entsprechendem Carbeniumsalz eine längere Zeit, insbesondere 10 Minuten bis 6 Stunden oder auch länger, bei einer Temperatur von –80 bis +50°C, insbesondere von 0 bis +30°C, zu rühren.
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Die sich an die Umsetzung des Ketendithioketals anschließenden Syntheseschritte werden vorzugsweise in situ, also unter Verwendung des Reaktionsgemisches der ersten Umsetzung und damit ohne Isolierung des Carbeniumsalzes durchgeführt.
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Gemäß einer weiteren Verfahrensvariante wird das Ketendithioketal aus einer Carbonylverbindung erhalten. Zum Erhalt eines Ketendithioketals der Formel IV wird eine Carbonylverbindung der Formel V
eingesetzt, in der R und R' die angegebenen Bedeutungen besitzen.
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R und R' können unter Ausbildung einer cyclischen Gruppe
miteinander verbunden sein. Beispiele cyclischer Verbindungen der Formel V sind Cyclohexanon und in 4-Stellung substituierte Cyclohexanon-Derivate.
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Die Carbonylverbindung kann auch zwei oder mehr Carbonylfunktionen aufweisen. Beispiele hiefür sind Cyclohexan-1,4-dion und zwei Cyclohexanon-Gruppen aufweisende Verbindungen. Gemäß einer ersten Untervariante können alle Carbonylfunktionen zu Ketendithioketal-Funktionen und weiter zu α,α-Difluoralkylperoxid-Funktionen erfindungsgemäß umgewandelt werden. Gemäß einer zweiten Untervariante wird vor der Umsetzung eine oder mehrere Carbonylfunktionen als Ketal geschützt, wobei mindestens eine Carbonylgruppe zur Umsetzung zum Ketendithioketal ungeschützt bleibt. Die hieraus erfindungsgemäß zugänglichen α,α-Difluoralkylperoxide weisen neben der α,α-Difluoralkylperoxid-Gruppe ein oder mehrere Carbonylfunktionen, gegebenenfalls geschützt als Ketal auf. Die freie Carbonyl-Funktion kann vorteilhaft zum Aufbau einer gegebenenfalls substituierten Alkyl-, Alkenyl- oder Alkoxygruppe verwendet werden.
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Die Ketendithioketale sind aus den Carbonylverbindungen nach an sich bekannten Verfahren auf einfache Weise und in hohen Ausbeuten zugänglich. Beispielhaft sei hier D. J. Ager, Org. React. 1990, 38, 1–223, insbesondere die Seiten 63, 95 und 96 genannt. Von Vorteil ist es, dass die Carbonylverbindungen zusätzlich säurelabile Substituenten, beispielsweise Ketale oder Acetale zur Maskierung von Carbonylfunktionen, enthalten können. Ferner sind die hieraus erhältlichen Ketenthioketale in der Regel durch ihre guten Kristallisationseigenschaften gut zu reinigen, wobei dennoch eine gute Löslichkeit in üblichen organischen Lösungsmitteln gegeben ist.
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Ein hierbei bevorzugtes Verfahren ist die Umsetzung einer Carbonylverbindung mit einem 2-Silyl-1,3-dithian, das substituiert sein kann. Besonders bevorzugt ist hierbei der Einsatz von 2-Trimethylsilyl-1,3-dithian. Die Umsetzung erfolgt vorzugsweise in Gegenwart einer deprotonierenden Verbindung, wie Alkyllithium, beispielsweise n-Butyllithium. Ein vorteilhafter Bereich der Reaktionstemperatur ist –130 bis 0°C. Geeignete Lösungsmittel sind die zuvor angegebenen Lösungsmittel bzw. Gemische.
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Ausgehend von der Carbonylverbindung der Formel V über das Ketendithioketal der Formel IV und das durch Addition der Säure HY erhältliche Bis(alkylthio)carbeniumsalz der Formel II' ist durch Umsetzung mit dem Hydroperoxid der Formel III und anschließender Fluorodesulfurierung das α,α-Difluoralkylperoxid der Formel I' erfindungsgemäß herstellbar, wie in Reaktionsschema 1 angegeben. Reaktionsschema 1:
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Die Formeln I' und II' sind für den Fall, dass die Gruppe
die selbe Bedeutung wie R
1 besitzt, mit den Formeln I bzw. II identisch.
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Die gesamte Umsetzung ausgehend von der Carbonylverbindung der Formel V bis zum α,α-Difluoralkylperoxid der Formel I' erfolgt besonders bevorzugt als sogenanntes Eintopfverfahren, d. h. ohne Isolierung und Aufreinigung von Zwischenprodukten.
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Insbesondere zur Herstellung flüssigkristalliner oder mesogener Verbindungen oder Ausgangssubstanzen für die Synthese solcher Verbindungen werden erfindungsgemäß Bis(alkylthio)carbeniumsalze bzw. deren Vorstufen mit Resten R
1 verwendet, die eine Bedeutung gemäß der Formel Ia
besitzen, in der
R
a H, Halogen, -CN, -NCS, -SF
5 oder Alkyl mit 1 bis 12 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte -CH
2-Gruppen durch -O-, -S-, -CO-, -O-CO-, -CO-O-, -E- und/oder -C≡C- ersetzt sein können und/oder worin auch ein oder mehrere H-Atome durch Halogen und/oder -CN ersetzt sein können, bedeutet,
E CL=CL' oder CHL-CHL',
L, L' jeweils unabhängig voneinander H, Alkyl mit 1-6 C-Atomen, F, Cl, Br, CF
3 oder CN bedeutet,
Z -O-CO-, -CO-O-, -C
2H
4-, -CH
2-CF
2-, -CF
2-CH
2-, -CF
2-CF
2-, -(CF
2)
3-, -(CF
2)
4-, -CH
2-O-, -CF
2-O-, -O-CH
2-, -O-CF
2-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, -C≡C- oder eine Einfachbindung,
A 1,4-Phenylen, worin eine oder mehrere CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, 1,4-Cyclohexylen, worin ein oder zwei nicht benachbarte CH
2-Gruppen durch O und/oder S ersetzt sein können, 1,4-Cyclohexenylen, 1,4-Bicyclo(2,2,2)octylen, Piperidin-14-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Decahydronaphthalin-2,6-diyl, 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin-2,6-diyl oder Thiophen-2,5-diyl, wobei in diesen Gruppen ein oder mehrere H-Atome substituiert sein können durch Halogen, -CN und/oder gegebenenfalls ein- oder mehrfach halogeniertes Alkyl mit 1 bis 6 C-Atomen, und
r 0, 1, 2, 3 oder 4 ist, wobei mehrfach vorkommende Gruppen A und/oder Z gleiche oder verschiedene Bedeutungen besitzen können.
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Vorzugsweise ist r größer gleich 1, insbesondere 1, 2 oder 3, besonders bevorzugt 2 oder 3.
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Besonders bevorzugte Bedeutungen von A sind 1,4-Phenylen, das ein-, zwei- oder dreifach durch Fluor substituiert sein kann, trans-1,4-Cyclohexylen und 1,3-Dioxan-2,5-diyl, für die nachfolgend der Einfachheit halber die Abkürzungen Phe, Cyc bzw. Dio verwendet werden.
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Der Begriff 1,3-Dioxan-2,5-diyl umfasst jeweils die beiden Stellungsisomeren
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Folgende Reste R
1 der Teilformeln Ia.1 bis Ia.60 sind bevorzugt:
| Ra- | Ia.1 |
| R2-Cyc- | Ia.2 |
| Ra-Phe- | Ia.3 |
| Ra-Dio- | Ia.4 |
| Ra-Cyc-Cyc- | Ia.5 |
| Ra-Cyc-Phe- | Ia.6 |
| Ra-Cyc-Dio- | Ia.7 |
| Ra-Phe-Cyc- | Ia.8 |
| Ra-Phe-Phe- | Ia.9 |
| Ra-Phe-Dio- | Ia.10 |
| Ra-Dio-Cyc- | Ia.11 |
| Ra-Dio-Phe- | Ia.12 |
| Ra-Cyc-Z-Cyc- | Ia.13 |
| Ra-Cyc-Z-Phe- | Ia.14 |
| Ra-Cyc-Z-Dio- | Ia.15 |
| Ra-Phe-Z-Cyc- | Ia.16 |
| Ra-Phe-Z-Phe- | Ia.17 |
| Ra-Phe-Z-Dio- | Ia.18 |
| Ra-Dio-Z-Cyc- | Ia.19 |
| Ra-Dio-Z-Phe- | Ia.20 |
| Ra-Cyc-Cyc-Cyc- | Ia.21 |
| Ra-Cyc-Cyc-Phe- | Ia.22 |
| Ra-Cyc-Cyc-Dio- | Ia.23 |
| Ra-Cyc-Phe-Cyc- | Ia.24 |
| Ra-Cyc-Phe-Phe- | Ia.25 |
| Ra-Cyc-Phe-Dio- | Ia.26 |
| Ra-Cyc-Dio-Cyc- | Ia.27 |
| Ra-Cyc-Dio-Phe- | Ia.28 |
| Ra-Phe-Cyc-Cyc- | Ia.29 |
| Ra-Phe-Cyc-Phe- | Ia.30 |
| Ra-Phe-Cyc-Dio- | Ia.31 |
| Ra-Phe-Phe-Cyc- | Ia.32 |
| Ra-Phe-Phe-Phe- | Ia.33 |
| Ra-Phe-Phe-Dio- | Ia.34 |
| Ra-Phe-Dio-Cyc- | Ia.35 |
| Ra-Phe-Dio-Phe- | Ia.36 |
| Ra-Dio-Cyc-Cyc- | Ia.37 |
| Ra-Dio-Cyc-Phe- | Ia.38 |
| Ra-Dio-Phe-Cyc- | Ia.39 |
| Ra-Dio-Phe-Phe- | Ia.40 |
| Ra-Cyc-Z-Cyc-Z-Cyc- | Ia.41 |
| Ra-Cyc-Z-Cyc-Phe- | Ia.42 |
| Ra-Cyc-Z-Cyc-Z-Dio- | Ia.43 |
| Ra-Cyc-Z-Phe-Z-Cyc- | Ia.44 |
| Ra-Cyc-Z-Phe-Z-Phe- | Ia.45 |
| Ra-Cyc-Z-Phe-Z-Dio- | Ia.46 |
| Ra-Cyc-Z-Dio-Z-Cyc- | Ia.47 |
| Ra-Cyc-Z-Dio-Z-Phe- | Ia.48 |
| Ra-Phe-Z-Cyc-Z-Cyc- | Ia.49 |
| Ra-Phe-Z-Cyc-Z-Phe- | Ia.50 |
| Ra-Phe-Z-Cyc-Z-Dio- | Ia.51 |
| Ra-Phe-Z-Phe-Z-Cyc- | Ia.52 |
| Ra-Phe-Z-Phe-Z-Phe- | Ia.53 |
| Ra-Phe-Z-Phe-Z-Dio- | Ia.54 |
| Ra-Phe-Z-Dio-Z-Cyc- | Ia.55 |
| Ra-Phe-Z-Dio-Z-Phe- | Ia.56 |
| Ra-Dio-Z-Cyc-Z-Cyc- | Ia.57 |
| Ra-Dio-Z-Cyc-Z-Phe- | Ia.58 |
| Ra-Dio-Z-Phe-Z-Cyc- | Ia.59 |
| Ra-Dio-Z-Phe-Z-Phe- | Ia.60 |
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Besonders bevorzugt sind die Reste R1 der Teilformeln Iaa.1 bis Iaa.16, worin -(F) einen optionalen Fluor-Substituenten, d. h. H oder F, bedeutet.
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Ganz besonders bevorzugte Bedeutungen von Ra sind F, Cl, CN oder Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 8 C-Atomen oder Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 bis 8 C-Atomen, wobei die Alkyl-, Alkoxy-, Alkenyl- oder Alkenyloxyreste auch ein- oder mehrfach halogeniert, insbesondere fluoriert sein können.
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Bevorzugte Bedeutungen von Z sind -O-CO-, -CO-C-, -C2H4-, -CF2-CF2-, -CH2-O-, -CF2-O-, -O-CH2-, -O-CF2-, -CH=CH-, -C≡C- oder eine Einfachbindung.
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R6 kann auch eine Bedeutung gemäß der Formel Ia besitzen. Bevorzugte Reste R6 sind sekundäre und tertiäre Alkyl- und Arylalkylreste. Besonders bevorzugte Reste R6 ergeben sich unmittelbar aus den zuvor als bevorzugt beschriebenen Hydroperoxiden, insbesondere der Formel IIIa sowie der zugehörigen Beispiele. Daher ist R6 besonders bevorzugt ein Rest -CR7R8R9 mit den zu Formel IIIa angegebenen Bedeutungen.
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Im Falle der Bedeutung Alkyl in den vorstehend oder nachfolgend angegebenen Gruppen oder Substituenten, insbesondere in Q, R, R', Ra, R1 bis R9, kann der Alkyl-Rest linear oder verzweigt sein. Bevorzugt, insbesondere in R8, besitzt er 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 C-Atome. Bevorzugt ist er linear und bedeutet daher besonders Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl oder Octyl. Ein verzweigter Alkylrest kann chiral oder achiral sein. Bevorzugte chirale Alkylreste sind 2-Butyl (= 1-Methyl propyl), 2-Methylbutyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 2-Ethylhexyl, 2-Propylpentyl, 2-Octyl. Bevorzugte achirale Alkylreste sind Isopropyl, Isobutyl (= Methylpropyl), Isopentyl (= 3-Methylbutyl). Die Alkylreste können in der angegebenen Weise substituiert sein.
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Im Falle der Bedeutung Alkoxy in den vorstehend oder nachfolgend angegebenen Gruppen oder Substituenten, insbesondere in Ra, kann der Alkoxy-Rest linear oder verzweigt sein. Bevorzugt ist er linear und besitzt 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 C-Atome und bedeutet daher besonders Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy, Heptoxy oder Octoxy, des weiteren Nonoxy, Decoxy, Undecoxy, Dodecoxy, Tridecoxy oder Tetradecoxy.
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Im Falle der Bedeutung Alkenyl in den vorstehend oder nachfolgend angegebenen Gruppen oder Substituenten, Insbesondere in Ra, kann der Alkenylrest geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise ist er geradkettig und hat 2 bis 8 C-Atome. Er bedeutet demnach besonders Vinyl, Prop-1- oder Prop-2-enyl, But-1-, 2- oder But-3-enyl, Pent-1-, 2-, 3- oder Pent-4-enyl, Hex-1-, 2-, 3-, 4- oder Hex-5-enyl, Hept-1-, 2-, 3-, 4-, 5- oder Hept-6-enyl oder Oct-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder Oct-7-enyl.
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Im Falle der Bedeutung Alkenyloxy in den vorstehend oder nachfolgend angegebenen Gruppen oder Substituenten, insbesondere in Ra, kann der Alkenyloxyrest geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise ist er geradkettig und bedeutet demnach insbesondere Vinyloxy, Prop-1- oder Prop-2-enyloxy, But-1-, 2- oder But-3-enyloxy, Pent-1-, 2-, 3- oder Pent-4-enyloxy, Hex-1-, 2-, 3-, 4- oder Hex-5-enyloxy, Hept-1-, 2-, 3-, 4-, 5- oder Hept-6-enyloxy oder Oct-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder Oct-7-enyloxy.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ebenfalls die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen α,α-Difluoralkylperoxide, insbesondere solche gemäß der zuvor angegebenen Formeln I nach Anspruch 11.
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Ferner sind die als Zwischenprodukte vor der Fluorodesulfurierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auftretenden Dithioorthoester, insbesondere solche gemäß der Formel VI
worin R
1, R
2, R
3 und R
6 die zuvor angegebenen Bedeutungen besitzen, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugt sind diejenigen α,α-Difluoralkylperoxide und Dithioorthoester, die mindestens eine der zuvor als bevorzugt beschriebenen Gruppen, Reste, Substituenten und/oder Indizes aufweisen. Hierbei besonders bevorzugt sind die Peroxide und Dithioorthoester, in denen R1 eine Bedeutung gemäß der zuvor angegebenen Formel Ia, insbesondere der hierzu angegebenen bevorzugten Teilformeln, und R6 die Bedeutung -CR7R8R9 gemäß Formel IIIa besitzt.
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In enantiomerenreiner oder -angereicherter Form eignen sich die α,α-Difluoralkylperoxide mit mesogenen oder flüssigkristallinen Strukturelementen auch als chirale Dotterstoffe und generell zur Erzielung chiraler Mesophasen.
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Die folgenden Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen. Vor- und nachstehend bedeuten Prozentangaben Gewichtsprozent. Alle Temperaturen sind in Grad Celsius angegeben. Es wird die Abkürzung DBH für 1,3-Dibrom-5,5-dimethylhydanthoin verwendet.
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Ausführungsbeispiele
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6,6 ml tert.-Butylhydroperoxid-Lösung (5-6 molar in Nonan) wird auf –78°C gekühlt, 44 mmol Triethylamin in 80 ml Dichlormethan zugegeben und solange ohne Kühlung gerührt bis eine homogene Suspension entsteht. Es wird erneut auf –78°C gekühlt und eine Lösung von 22 mmol des Dithianyliumtriflats 10 in 100 ml Dichlormethan zugetropft. Man läßt 1,5 h rühren, fügt 110 mmol Triethylamin-trishydrofluorid hinzu und gibt dann portionsweise innerhalb von 40 min eine Suspension von 110 mmol DBH in 50 ml Dichlormethan hinzu. Nach 1,25 h läßt man den Ansatz bis auf –10°C auftauen und gibt die gelbe Lösung auf 400 ml eiskalte ca. 1 M Natronlauge. Die wäßrige Phase wird abgetrennt und dreimal mit Dichlormethan extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden wie üblich aufgearbeitet. Das Produkt weist einen Schmelzpunkt von etwa 61°C auf. Die NMR- und massenspetrometrische Analyse liefert die erwarteten Signale:
1H NMR (250 MHz, CDCl
3, 303 K): δ = 2,00-1,65 (m, 4H), 1,30 (s, 9H, tert-C
4H
9), 1,25-0,85 (m, 23H).
19F NMR (280 MHz, CDCl
3, 303 K): δ = –85,8 (d, J = 8 Hz, 2F, CF
2O).
MS (EI): m/z (%) = 346 [M
+] (0.1), 254 (3), 125 (7), 83 (19), 69 (27), 57 (100).
HR-MS (EI): C
20H
36F
2O
2: 346,2688. 2. Beispiel
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3,25 ml tert.-Butylhydroperoxid-Lösung (5-6 molar in Nonan) wird auf –78°C gekühlt, 21 mmol Triethylamin in 50 ml Dichlormethan zugeben und solange gerührt bis eine homogene Suspension entsteht. Es wird erneut auf –78°C gekühlt und eine Lösung von 10 mmol des Dithianyliumtriflats 20 in 50 ml Dichlormethan zugetropft. Man läßt 1.5 h rühren, gibt 53 mmol Triethylamin-trishydrofluorid hinzu und gibt dann portionsweise innerhalb von 30 min eine Suspension von 53 mmol DBH in 50 ml Dichlormethan hinzu. Nach 1 h läßt man den Ansatz bis auf –10°C auftauen und gibt die gelbe Lösung auf 100 ml gesättigte Natriumhydrogencarbonatlösung. Die wäßrige Phase wird abgetrennt und dreimal mit Dichlormethan extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden wie üblich aufgearbeitet. Das Produkt weist einen Schmelzpunkt von etwa 20°C auf. Die NMR- und massenspektrometrische Analyse liefert die erwarteten Signale.
1H NMR (250 MHz, CDCl3, 303 K): δ = 7,50 (d, J = 5,3 Hz, 2H, ar-H), 7,25 (d, J = 5,3 Hz, 2H, ar-H), 2,58-2,43 (mc, 1H), 1,93-1,83 (m, 4H), 1,53-0,97 (m, 18H), 1,35 (s, 9H, tert-C4H9; Teil vorherigen Multipletts), 0,90 (t, J = 5,1 Hz, 3H, CH2CH2CH3).
19F NMR (280 MHz, CDCl3, 303 K): δ = –77,0 (s, 2F, CF2O).
MS (EI): m/z (%) = 340 [M+] (10), 251 [M+-C4H9O2](100), 201 (10), 127 (18), 91 (9), 73 (10), 57 (37).
HR-MS (EI): C20H30F2O2: 340,2208; C16H21F2: 251,1608.
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Analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen werden Verbindungen der folgenden Formeln erhalten, worin Ph Phenyl und (F) einen optionalen Fluor-Substituenten, d. h. H oder F bedeutet. Der Übersichtlichkeit halber werden die zugehörigen Edukte nicht aufgelistet, da sich diese unmittelbar aus den Produkten ergeben. Darüber hinaus sind auch diejenigen Verbindungen, die in der Beschreibung implizit, in Form allgemeiner Strukturformeln oder ausdrücklich genannte Gruppen oder Reste aufweisen, entsprechend dieser Beispiele erhältlich.
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vorliegt, in der R4, R5 H oder eine gegebenenfalls substituierte Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen bedeutet, wobei die Gruppe
eine Cycloalkyl oder Arylgruppe ausbilden kann, und m 2, 3 oder 4 ist.
die selbe Bedeutung wie R1 besitzt.
besitzt, in der Ra H, Halogen, -ON, -NCS, -SF5 oder geradkettiges, verzweigtes oder cyclisches Alkyl mit 1 bis 12 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte -CH2-Gruppen durch -O-, -S-, -CO-, -O-CO-, -CO-O-, -E- und/oder -C≡C- ersetzt sein können und/oder worin auch ein oder mehrere H-Atome durch Halogen und/oder -CN ersetzt sein können, bedeutet, E CL=CL' oder CHL-CHL', L, L' jeweils unabhängig voneinander H, F, Cl, Br, CF3, CN und/oder Alkyl mit 1-6 C-Atomen, bedeutet, Z -O-CO-, -CO-O-, -C2H4-, -CH2-CF2-, -CF2-CH2-, -CF2-CF2-, -(CF2)3-, -(CF2)4-, -CH2-O-, -CF2-O-, -O-CH2-, -O-CF2-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, -C≡C- oder eine Einfachbindung, A 1,4-Phenylen, 1,4-Cyclohexylen, 1,4-Cyclohexenylen, Naphthalin-2,6-diyl, wobei in diesen Gruppen ein oder mehrere H-Atome substituiert sein können durch Halogen, -CN und/oder durch gegebenenfalls ein- oder mehrfach halogeniertes Alkyl mit 1 bis 6 C-Atomen, und r 1, 2, 3 oder 4 ist, wobei mehrfach vorkommende Gruppen A und/oder Z gleiche oder verschiedene Bedeutungen besitzen können. R2, R3 unabhängig voneinander ein organischer Rest mit 1 bis 32 C-Atomen, der eine oder mehrere geradkettige, verzweigte oder cyclische Alkyl- und/oder Alkylengruppen mit 1 bis 15 C-Atomen, die ein oder mehrere Doppel- und/oder Dreifachbindungen aufweisen können, und/oder eine oder mehrere Aryl- und/oder Heteroarylgruppen aufweist, worin ein oder mehrere H-Atome durch Halogen, -CN, -NCS, -SF5 und/oder -NO2 und/oder eine oder mehrere -CH2-Gruppen durch -CO-, -O-CO-, -CO-O-, -O-, -S- und/oder -SO2- und/oder eine oder mehrere CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, Y– ein nicht- oder schwach-koordinierendes Anion ist, in Gegenwart mindestens einer Base mit mindestens einem organischen Hydroperoxid der Formel IIIa umgesetzt wird
worin R7, R8, R9 unabhängig voneinander geradkettiges, verzweigtes oder cyclisches Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen, worin ein oder mehrere H-Atome durch Fluor und/oder Phenyl substituiert sein können, und/oder Aryl, insbesondere Phenyl, das durch Halogen und/oder gegebenenfalls fluoriertes Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen ein- oder mehrfach substituiert sein kann, wobei zwei oder drei der Reste R7, R8, R9 durch eine oder mehrere Einfach- und/oder Doppelbindungen unmittelbar miteinander verbunden sein können, und wobei ein zweites tertiäres C-Atom eine zweite Hydroperoxid-Gruppe aufweisen kann, und wobei einer der Reste R7, R8, R9 auch H sein kann b) und anschließend, vorzugsweise in situ, der erhaltene Dithioorthoester mit einem Fluorierungsmittel und einem Oxidationsmittel zum α,α-Difluoralkylperoxid der Formel I oxidativ fluorodesulfuriert wird,
worin R1 und R7-9 die angegebenen Bedeutungen besitzen.
die selbe Bedeutung wie R1 besitzt, erhalten wird.
bedeutet, worin R7, R8, R9 unabhängig voneinander wie im Anspruch 1 definert sind.