DE1030336B - Process for the preparation of perfluorocyclohexenes - Google Patents

Process for the preparation of perfluorocyclohexenes

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DE1030336B
DE1030336B DEM30563A DEM0030563A DE1030336B DE 1030336 B DE1030336 B DE 1030336B DE M30563 A DEM30563 A DE M30563A DE M0030563 A DEM0030563 A DE M0030563A DE 1030336 B DE1030336 B DE 1030336B
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Germany
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acid
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acids
perfluorocyclohexenes
ring
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DEM30563A
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German (de)
Inventor
Thomas S Reid
Wilbur H Pearlson
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3M Co
Original Assignee
Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Publication date
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/361Preparation of halogenated hydrocarbons by reactions involving a decrease in the number of carbon atoms
    • C07C17/363Preparation of halogenated hydrocarbons by reactions involving a decrease in the number of carbon atoms by elimination of carboxyl groups

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

M30563IVb/12o ANMELDETAG: 22. MA I 1956M30563IVb / 12o REGISTRATION DATE: May 22nd, 1956

B EKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 22.MAI1958
NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF THE
EDITORIAL: MAY 22, 1958

Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Perfluor cyclohexenkohlenwasser stoff en.The invention relates to a novel process for the production of perfluorocyclohexene hydrocarbons.

Die Erfindung betrifft außer der Herstellung von Perfhiorcyclohexen auch die Herstellung von Perfluormethylcyclohexenen mit einem oder mehreren Trifluormethylsubstituenten am Ring.The invention also relates to the production of perfhiorcyclohexene also the preparation of perfluoromethylcyclohexenes with one or more trifluoromethyl substituents on the ring.

Diese Perfluorcyclohexene sind reaktionsfähig und polymerisierbar; sie können auch mischpolymerisiert werden. Sie sind ferner als chemische Zwischenprodukte wertvoll. Sie gehen außerdem Additionsreaktionen ein und können z. B. durch basische wäßrige Permanganatlösung unter Bildung zweibasischer Fluorcarbonsäuren oxydiert werden. Aus Perfluorcyclohexen kann z. B. Perfiuoradipinsäure, (CF2)4(COOH)2, hergestellt werden.These perfluorocyclohexenes are reactive and polymerizable; they can also be copolymerized. They are also valuable as chemical intermediates. They also enter into addition reactions and can, for. B. be oxidized by basic aqueous permanganate solution to form dibasic fluorocarboxylic acids. From perfluorocyclohexene z. B. Perfiuoradipic acid, (CF 2 ) 4 (COOH) 2 , can be prepared.

Entdeckt wurde, daß diese Perfluorcyclohexene auf sehr einfache Weise und in praktisch quantitativen Ausbeuten durch Pyrolyse von Perfluorcyclohexan- und Perfluormethylcyclohexancarbonsäuren hergestellt werden können. In diesen Säuren ist eine Carboxylgruppe direkt an ein C-Atom eines Perfluorcyclohexanringes gebunden. An die C-Atome des Ringes können auch eine oder mehrere Trifhiormethylgruppen gebunden sein, die bei der Pyrolyse erhalten bleiben. Der Ring muß aber ein Fluoratom an dem C-Atom aufweisen, das dem die COOH-Gruppe tragenden C-Atom benachbart ist, d. h., er muß mindestens ein (5-ständiges Fluoratom aufweisen.It has been discovered that these perfluorocyclohexenes are very simple and in practically quantitative yields by pyrolysis of perfluorocyclohexane and perfluoromethylcyclohexane carboxylic acids can be produced. In these acids a carboxyl group is bound directly to a carbon atom of a perfluorocyclohexane ring. One or more trifluoromethyl groups can also be bonded to the carbon atoms of the ring, which occur during pyrolysis remain. The ring must, however, have a fluorine atom on the carbon atom that corresponds to the COOH group bearing carbon atom is adjacent, d. i.e. it must have at least one (5-position fluorine atom.

COOHCOOH

10 Verfahren zur Herstellung von Perfluorcyclohexenen 10 Process for the preparation of perfluorocyclohexenes

Anmelder:Applicant:

Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minn. (V. St. A.)Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau, und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,Representative: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau, and Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, Munich 27,

Pienzenauerstr. 2, PatentanwältePienzenauerstr. 2, patent attorneys

2020th ThomasThomas S. Reid,S. Reid, George H. SmithGeorge H. Smith Erfinderinventor genannt wordenbeen called St.St. A.),A.), undand Wilbur H.Wilbur H. Pearlson, Saint Paul, Minn. (V.Pearlson, Saint Paul, Minn. (V. sindare alsas

Carboxylgruppe und jß-Fluoratom werden unter BiI-dung einer Doppelbindung im Ring nach folgendem Schema abgespalten:Carboxyl group and ß-fluorine atom are formed a double bond in the ring is split off according to the following scheme:

CF CFCF CF

F2C CF2 etwa_SSO°_C_ F2C CFF 2 C CF 2 about_SSO ° _C_ F 2 C CF

F2C CF2 F2C CFF 2 C CF 2 F 2 C CF

C CC C

F9 F9,F 9 F 9 ,

CO2 + HFCO 2 + HF

Die Perfluorcyclohexancarbonsäure siedet bei Kp.74O = 172° C und Perfluorcyclohexen bei Kp.74O = 52° C.The perfluorocyclohexanecarboxylic acid boils at b.p. 7 4 O = 172 ° C and perfluorocyclohexene at b.p. 74O = 52 ° C.

Die Ausgangssäure wird im Dampfzustand durch ein Rohr geleitet, das auf eine Temperatur von etwa 5500C erhitzt worden ist und das lang genug ist, um eine praktisch vollständige Umwandlung zu ermöglichen. Ein Katalysator wird nicht benötigt. Das Reaktionsrohr kann ein einfaches, ungefülltes, mit Graphit oder einem ähnlichen Material ausgekleidetes Rohr sein. CO2 und HF und nicht umgesetzte Ausgangssäure, die wasserlöslich sind und sauer reagieren, können leicht von dem in Wasser unlöslichen und normalerweise flüssigen Perfluorcyclohexen getrennt werden, das durch fraktionierte Destillation weiter gereinigt werden kann.The starting acid is passed in the vapor state through a pipe which has been heated to a temperature of about 550 ° C. and which is long enough to enable practically complete conversion. A catalyst is not required. The reaction tube can be a simple, unfilled tube lined with graphite or a similar material. CO 2 and HF and unreacted starting acid, which are water-soluble and have an acidic reaction, can easily be separated from the water-insoluble and normally liquid perfluorocyclohexene, which can be further purified by fractional distillation.

Beispiele für Ausgangssäuren zur Herstellung von Perfluormethylcyclohexenen mit einer oder mehreren Trifluormethylgruppen am Ring sind die vollständig fluorierte 2 - Methylcyclohexancarbonsäure, 3-Methylcyclohexancarbonsäure, ^Methylcyclohexancarbonsäure, 2,4-Dimethylcyclohexancarbonsäure und 2,2,6-Trimethylcyclohexancarbonsäure. Examples of starting acids for the preparation of perfluoromethylcyclohexenes with one or more Trifluoromethyl groups on the ring are the completely fluorinated 2 - methylcyclohexanecarboxylic acid, 3-methylcyclohexanecarboxylic acid, ^ Methylcyclohexanecarboxylic acid, 2,4-dimethylcyclohexanecarboxylic acid and 2,2,6-trimethylcyclohexanecarboxylic acid.

Die vorliegende Reaktion stellt keine übliche Decarboxylierungsreaktion nach dem SchemaThe present reaction is not an ordinary decarboxylation reaction according to the scheme

R-COOH ->■ R —H +CO2 R-COOH → ■ R -H + CO 2

dar, da neben CO2 noch HF abgespalten wird.because in addition to CO 2 , HF is also split off.

Die Perfluorcyclohexancarbonsäuren können aus den entsprechenden Cyclohexancarbonsäuren durch Elektrolyse in wasserfreiem flüssigem Fluorwasserstoff unter Benutzung einer bei etwa 0° C mit 5 bis 6 Volt Spannung arbeitenden Zelle mit Stahlkathode und Nickelanode hergestellt werden. Die Ausgangssäure wird dabei in dasThe perfluorocyclohexanecarboxylic acids can be obtained from the corresponding cyclohexanecarboxylic acids by electrolysis in anhydrous liquid hydrogen fluoride using a 5 to 6 volt voltage at about 0 ° C working cell with steel cathode and nickel anode. The starting acid is converted into the

809. 527/481809. 527/481

entsprechende völlig fluorierte Säurefluorid (Ry.COF, worin Rf der Perfluorcyclohexanrest ist) übergeführt, das sich zusammen mit Nebenprodukten am Boden der Zelle absetzt. Diese Produkte werden mit der theoretisch zur Hydrolyse des Perfluorcyclohexancarbonsäurefluorids erforderlichen Menge Wasser gemischt und die gebildete Perfluorcyclohexancarbonsäure dann durch fraktionierte Destillation gewonnen.corresponding fully fluorinated acid fluoride (Ry.COF, where Rf is the perfluorocyclohexane radical) converted, the settles along with by-products at the bottom of the cell. These products are used with the theoretically Hydrolysis of the perfluorocyclohexanecarboxylic acid fluoride required amount of water mixed and the formed Perfluorocyclohexanecarboxylic acid then obtained by fractional distillation.

Da die elektrochemische Fluorierung bewirkt, daß ungesättigte Verbindungen Fluor addieren, kann man auch aromatische Carbonsäuren als Ausgangsverbindungen zur Herstellung der im vorliegenden Verfahren als Ausgangsstoffe verwendeten Perfluorcyclohexancarbonsäuren einsetzen. So können z. B. Benzoesäure, o-, m- und p-Toluylsäure verwendet werden.Because the electrochemical fluorination causes unsaturated Compounds add fluorine, you can also use aromatic carboxylic acids as starting compounds for Use the preparation of the perfluorocyclohexanecarboxylic acids used as starting materials in the present process. So z. B. benzoic acid, o-, m- and p-toluic acid be used.

Das vorstehend genannte elektrochemische Verfahren ist eingehend in der USA.-Patentschrift 2 519 983 beschrieben. Die Herstellung der Pernuorcyclohexancarbonsäuren nach diesem Verfahren ist wiederum eingehend in der deutschen Patentschrift 836 796 beschrieben.The above electrochemical process is described in detail in U.S. Patent 2,519,983. The preparation of the Pernuorcyclohexanarbonsäuren by this process is again extensive described in German Patent 836 796.

Die im vorliegenden Verfahren benutzten Perfluorcyclohexancarbonsäuren unterscheiden sich im Verhalten deutlich von den nicht cyclischen PerfLuoralkancarbonsäuren. Im Gegensatz zu diesen können sie durch Pyrolyse in fast quantitativer Ausbeute selbst in Abwesenheit eines Katalysators in die Perfluorcyclohexene übergeführt werden.The perfluorocyclohexanecarboxylic acids used in the present process differ in behavior clearly from the non-cyclic perfluoroalkanecarboxylic acids. In contrast to these, they can be obtained by pyrolysis in almost quantitative yield even in the absence a catalyst can be converted into the perfluorocyclohexenes.

Beispielexample

Als Reaktionsraum diente ein ungefülltes, mit Graphit oder einem ähnlichen Material ausgekleidetes Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von etwa 2 cm und einer geeigneten Länge, das zu 33 cm in einem elektrischen Ofen steckte. Die Temperatur wurde mit einem Thermoelement gemessen, das außerhalb des Rohres angebracht war. Es wurden nun durch das auf 550° C erhitzte Rohr innerhalb von 2 Stunden 70 g verdampfte Perfluorcyclohexylcarbonsäure geleitet. Die austretende Gasmischung wurde zwecks Entfernung des HF durch ein NaF-Rohr und dann nacheinander durch drei Vorlagen geschickt, die durch Eis (0° C), ein Gemisch aus Aceton und festem CO2 (-8O0C) und schließlich flüssige Luft (-18O0C) gekühlt waren. Die Kondensate der ersten beiden Vorlagen wurden vereinigt und das unter Raumtemperatur siedende Material verflüchtigt. Der Rest wurde in einer mit Glaskörpern gefüllten Laboratoriums-Destillationssäule fraktioniert destilliert und lieferte dabei 60 g eines farblosen, in Wasser unlöslichen flüssigen Produktes, das bei Kp.74O = 51 bis 52° C siedete und als relativ reines Perfluorcyclohexen identifiziert wurde. Es hatte im Infrarotabsorptionsspektrum ein Maximum bei 5740 ΐημ. Die Ausbeute war fast 100°/0ig. Undecafluorcyclohexan konnte nicht festgestellt werden. Die Zusammensetzung wurde durch Analyse und durch Untersuchung der Reaktionseigenschaften bestätigt.An unfilled steel tube lined with graphite or a similar material, with an inner diameter of about 2 cm and a suitable length and which was 33 cm long in an electric furnace, served as the reaction space. The temperature was measured with a thermocouple placed outside the tube. 70 g of evaporated perfluorocyclohexylcarboxylic acid were then passed through the tube, which had been heated to 550 ° C., over the course of 2 hours. To remove the HF, the emerging gas mixture was passed through an NaF tube and then successively through three receivers, which were filled with ice (0 ° C), a mixture of acetone and solid CO 2 (-8O 0 C) and finally liquid air (- 18O 0 C) were cooled. The condensates from the first two templates were combined and the material boiling below room temperature was volatilized. The remainder was fractionally distilled in a laboratory distillation column filled with glass bodies, yielding 60 g of a colorless, water-insoluble liquid product that boiled at a boiling point of 74O = 51 to 52 ° C and was identified as relatively pure perfluorocyclohexene. It had a maximum at 5740 ΐημ in the infrared absorption spectrum. The yield was almost 100 ° / 0 pure. Undecafluorocyclohexane could not be detected. The composition was confirmed by analysis and examination of the reaction properties.

Eine besonders reine Mittelfraktion hatte den Brechungsindex #|5 = 1,289 und die Dichte D2i = 1,665; Kp.,40 = 52,0 bis 52,5° C.A particularly pure middle fraction had the refractive index # | 5 = 1.289 and the density D 2i = 1.665; Bp., 40 = 52.0 to 52.5 ° C.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH:PATENT CLAIM: Verfahren zur Herstellung von Perfluorcyclobexenen, dadurch gekennzeichnet, daß man Perfluorcyclohexancarbonsäure oder Perfluormethylcyclohexancarbonsäuren mit mindestens einer Trifluormethylgruppe im Ring und mindestens einem /?-ständigen Fluoratom in der Dampfphase durch ein auf etwa 550° C erhitztes Rohr leitet und darauf das kondensierte Perfluorcyclohexen in üblicher Weise, wie durch fraktionierte Destillation, abtrennt.Process for the preparation of perfluorocyclobexenes, characterized in that perfluorocyclohexanecarboxylic acid or perfluoromethylcyclohexanecarboxylic acids with at least one trifluoromethyl group in the ring and at least one fluorine atom in the vapor phase by a about 550 ° C heated tube and then the condensed perfluorocyclohexene in the usual way, such as by fractional distillation. © 809 527/4S1 5.58© 809 527 / 4S1 5.58
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4847442A (en) * 1988-07-18 1989-07-11 Allied-Signal Inc. Process for the preparation of difluorobenzenes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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