DE1049862B - Process for the perfluoroalkylation of aromatic compounds - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Die Erfindung betrifft ein neues und brauchbares Verfahren zur Perfluoralkylierung aromatischer Verbindungen, wobei eine oder mehrere Perfluoralkylketten an einen aromatischen Kern gebunden werden. Die Perfluoralkylierung \'on Farbstoffen ist dabei von besonderem Interesse.The invention relates to a new and useful process for the perfluoroalkylation of aromatic compounds, one or more perfluoroalkyl chains being bonded to an aromatic nucleus. The perfluoroalkylation \ 'on dyes is of particular interest.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Perfluoralkylierung wirksam durchgeführt, indem man ein Gemisch aus der aromatischen Ausgangsverbindung und einem Perfluoralkylmonojodid, das 3 bis 12 Kohlenstoffatome im Molekül hat, auf eine Temperatur von etwa 200 bis 350° C erhitzt, wodurch ein oder mehrere Kernwasserstoffatome des aromatischen Moleküls durch Perfluoralkylketten ersetzt werden, die 3 bis 12 vollständig fluorierte Kohlenstoffatome aufweisen.According to the present invention, the perfluoroalkylation is effectively carried out by making a mixture from the aromatic starting compound and a perfluoroalkyl monoiodide which has 3 to 12 carbon atoms in the molecule has, heated to a temperature of about 200 to 350 ° C, creating one or more nuclear hydrogen atoms of the aromatic molecule can be replaced by perfluoroalkyl chains that are 3 to 12 completely have fluorinated carbon atoms.
Es wurde gefunden, daß das Verfahren auf eine große Zahl verschiedenster aromatischer Verbindungen, die bei den verwendeten Temperaturen beständig sind und die Wasserstoffatome enthalten, die an einen aromatischen Kern gebunden sind, allgemein anwendbar ist. Es wurde gefunden, daß das Verfahren auf aromatische Verbindungen anwendbar ist, die Ringsubstituenten haben, wobei diese Substituenten unangegriffen bleiben und die Umsetzung auf die Wasserstoffatome beschränkt bleibt. Das Verfahren ist auch auf mehrkernige aromatische Verbindungen, wie Naphthalin, und mehrkemige Farbstoffe anwendbar.It has been found that the process is based on a large number of very different aromatic compounds that are present in are resistant to the temperatures used and contain hydrogen atoms that are attached to an aromatic Core bound is generally applicable. It has been found that the method works on aromatic compounds is applicable that have ring substituents, these substituents remaining unaffected and the Implementation remains limited to the hydrogen atoms. The process is also applicable to polynuclear aromatic compounds, such as naphthalene, and multicore dyes can be used.
Ein Merkmal dieses Verfahrens besteht darin, daß wirtschaftlich brauchbare Ausbeuten (z. B. 30%) der perfluoralkylicrten Produkte erhalten werden können. Das Verfahren liefert in brauchbarer Ausbeute eine Verbindung, die in ihrer Struktur der Ausgangsverbindung entspricht.A feature of this process is that economically viable yields (e.g. 30%) of the perfluoroalkylated products can be obtained. The process gives a compound in useful yield, which corresponds in its structure to the starting compound.
Ein wichtiges Merkmal des Verfahrens besteht darin, daß es — im Gegensatz zu Verfahren, deren praktische Verwendbarkeit auf Reaktionsteilnehmer und Produkte beschränkt ist, die ein einzelnes fluoriertes Kohlenstoffatom enthalten (z. B. Trifluormethylverbindungen) — zur Herstellung von Verbindungen geeignet ist, die Fluorkohlenstoffketten mit 3 oder mehr Kohlenstoffatomen aufweisen. Mit Zunahme der Kettenlänge tritt dabei kein Abfallen der Ausbeute ein. Perfluoralkylketten, die 3 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, sind von besonderem Interesse, weil gefunden wurde, daß deren Einführung in eine aromatische Verbindung die Löslichkeit und oberflächenaktiven Eigenschaften in brauchbarer Weise stark verändern, was auf die hydrophoben und oleophoben Eigenschaften der Fluorkohlenstoffketten, die dabei in den aromatischen Kern eingeführt werden, zurückzuführen ist.An important feature of the process is that, in contrast to processes, their practical Usability is limited to reactants and products containing a single fluorinated carbon atom contain (e.g. trifluoromethyl compounds) - is suitable for making compounds that have fluorocarbon chains having 3 or more carbon atoms. As the chain length increases, it occurs no drop in yield. Perfluoroalkyl chains containing 3 to 12 carbon atoms are particularly Interest because it has been found that their introduction into an aromatic compound increases the solubility and surface-active properties Properties in a useful way change strongly, which is due to the hydrophobic and oleophobic Properties of the fluorocarbon chains that are introduced into the aromatic nucleus in the process is.
Die perfluoralkylierten Produkte des Verfahrens sind
beständig und besitzen im allgemeinen eine größere thermische und chemische Beständigkeit als die Ausgangsverbindungen.
Die Löslichkeit in ölen, Kohlenwasser-Verfahren zur Perfluoralkylierung
aromatischer VerbindungenThe perfluoroalkylated products of the process are stable and generally have a greater thermal and chemical resistance than the starting compounds. Solubility in oils, hydrocarbon processes for perfluoroalkylation
aromatic compounds
Anmelder:Applicant:
Minnesota Mining and Manufacturing
Company, St. Paul, Minn. (V. St. A.)Minnesota Mining and Manufacturing
Company, St. Paul, Minn. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,Representative: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,
und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,and Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, Munich 27,
Pienzenauerstr. 2, PatentanwältePienzenauerstr. 2, patent attorneys
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. August 1955Claimed priority:
V. St. v. America August 12, 1955
George V. D. Tiers, St. Paul, Minn. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt wordenGeorge VD Tiers, St. Paul, Minn. (V. St. Α.),
has been named as the inventor
Stoffen und den üblichen organischen Lösungsmitteln ist verringert. Die Perfluoralkylierungsprodukte sind besonders dann schwerlöslich bzw. unlöslich, wenn durch Einführung einer oder mehrerer Perfluoralkylgruppen mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen in das Molekül ein Fluorgehalt von etwa 50 0Z0 oder mehr erzielt wird. Die Löslichkeit in fluorhaltigen Lösungsmitteln bleibt erhalten oder wird erhöht. Es können Produkte erhalten werden, die in Wasser, Kohlenwasserstoffen und gewöhnlichen organischen Lösungsmitteln sehr wenig löslich sind, die jedoch eine beträchtliche Löslichkeit in Fluorkohlenstoff- und Chlorfluorkohlenstofflösungsmitteln aufweisen.Substances and the usual organic solvents is reduced. The Perfluoralkylierungsprodukte are particularly sparingly soluble or insoluble when is achieved by introducing one or more perfluoroalkyl groups having 3 to 12 carbon atoms in the molecule a fluorine content of about 50 0 Z 0 or more. The solubility in fluorine-containing solvents is retained or increased. Products can be obtained which are very sparingly soluble in water, hydrocarbons and common organic solvents, but which have considerable solubility in fluorocarbon and chlorofluorocarbon solvents.
Nach dem vorliegenden Verfahren können viele neuartige Verbindungen hergestellt werden.Many novel compounds can be made by the present process.
Von besonderem Interesse sind — wegen der neuartigen Eigenschaften und weil sie die Vielseitigkeit des Verfahrens beleuchten — das perfluoralkylierte Phthalsäureanhydrid, aus welchem neuartige und wertvolle alkydartige Harze hergestellt werden können, und perfluoralkylierte Farbstoffe. Es können Farbstoffe und Farbpigmente hergestellt werden, die mit Polytetrafluoräthylen verträglich sind und die erfolgreich zum Färben und Bedrucken dieser Fluorkohlenstoffpolymerisate verwendet werden können, die von gewöhnlichen Farbstoffen nicht angefärbt werden. Phthalocyaninfarbstoffe und -pigmente, ζ. B. Kupferphthalocyanin, können perfluoralkyliert werden.Of particular interest are - because of the novel properties and because of the versatility of the Process illuminate - the perfluoroalkylated phthalic anhydride, from which novel and valuable alkyd type resins can be made, and perfluoroalkylated Dyes. Dyes and color pigments can be produced using polytetrafluoroethylene are compatible and used successfully for dyeing and printing these fluorocarbon polymers that are not stained by ordinary dyes. Phthalocyanine dyes and pigments, ζ. B. copper phthalocyanine can be perfluoroalkylated.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht in dem Erhitzen eines Gemisches aus der aromatischen Aus-The method of the present invention consists in heating a mixture of the aromatic ingredients
509 748.452509 748.452
gangsverbindung und einem Perfluoralkylmonojodid, das 3 bis 12 Kohlenstoffatome im Molekül enthält, auf eine Temperatur von etwa 200 bis 350° C und der Abtrennung des pcrfluoralkylicrtcn Produktes aus dem Reaktionsgemisch — gegebenenfalls unter Verwendung von fluorhaltigen, organischen Lösungsmitteln — in an sich bekannter Weise. Die Umsetzung wird wegen des sich entwickelnden Drucks in einem Autoklav oder in einem Druckrohr durchgeführt.transition compound and a perfluoroalkyl monoiodide containing 3 to 12 carbon atoms in the molecule, to one Temperature of about 200 to 350 ° C and the separation of the pcrfluoralkylicrtcn product from the reaction mixture - optionally using fluorine-containing, organic solvents - in a manner known per se. Implementation is because of the evolving Pressure carried out in an autoclave or in a pressure tube.
Die folgende Gleichung zeigt die Umsetzung in ihrer einfachsten Form, in der ein Kernwasserstoffatom ersetzt wird:The following equation shows the implementation in its simplest form, replacing a nuclear hydrogen atom will:
HAr + 2 RJ > R,Ar + R,H -f J2 HAr + 2 RJ> R, Ar + R, H -f J 2
In dieser Gleichung ist Ar der Rest des aromatischen Moleküls, an den das Wasserstoffatom gebunden ist, das dann durch die Perfluoralkylgruppe R7 ersetzt wird. Dieses ersetzbare Wasserstoffatom ist direkt an ein Kohlenstoffatom des aromatischen Ringes gebunden, wie das nach beendeter Umsetzung auch der Perfluoralkylsubstituent ist.In this equation, Ar is the remainder of the aromatic molecule to which the hydrogen atom is attached, which is then replaced by the perfluoroalkyl group R 7 . This replaceable hydrogen atom is bonded directly to a carbon atom of the aromatic ring, as is the perfluoroalkyl substituent after the reaction has ended.
Die einfachste Form des Verfahrens wird durch die Umsetzung von Benzol mit Perfluorpropyljodid geliefert, wobei Perfluorpropylbenzo] (Phenylperfluorpropan) erhalten wird:The simplest form of the process is provided by the reaction of benzene with perfluoropropyl iodide, where perfluoropropylbenzo] (phenylperfluoropropane) is obtained:
H-C6H5 + 2C3F7JHC 6 H 5 + 2C 3 F 7 J
> C3F7 · C6H5 + C3F7H + J2 > C 3 F 7 • C 6 H 5 + C 3 F 7 H + J 2
Das perfluoralkj'lierte Produkt hat die Strukturformel 1-CF9-CF2-CF3 The perfluoroalkylated product has the structural formula 1-CF 9 -CF 2 -CF 3
Diese Art von Molekül ist an beiden Enden hydrophob, am Benzolende oleophil und am Fluorkohlenstoffende oleophob. Es kann, da das eine Ende des Moleküls in der ölphase und das andere Ende in der Fluorkohlenstoffphase löslich ist, als oberflächenaktives Mittel, z. B. bei der Herstellung von Öl-Fluorkohlenstoff-Emulsionen verwendet werden.This type of molecule is hydrophobic at both ends, oleophilic at the benzene end, and fluorocarbon end oleophobic. It can be because one end of the molecule is in the oil phase and the other end in the fluorocarbon phase is soluble, as a surfactant, e.g. B. used in the production of oil-fluorocarbon emulsions will.
Polysubstituierte aromatische Produkte werden normalerweise in geringen Ausbeuten als Nebenprodukte erhalten, selbst wenn äquimolare Verhältnisse der Ausgangsverbindungen verwendet werden. Größere Ausbeuten können durch Erhöhung des Molverhältnisses von Perfluoralkyljodid zu aromatischer Verbindung oder durch Verwendung einer bereits perfluoralkylierten aromatischen Verbindung als Ausgangsverbindung erhalten werden, die vorher nach dem Verfahren hergestellt worden ist.Polysubstituted aromatic products are usually obtained in low yields as by-products, even if equimolar ratios of the starting compounds are used. Greater yields can by increasing the molar ratio of perfluoroalkyl iodide to aromatic compound or by Use of an already perfluoroalkylated aromatic compound can be obtained as the starting compound, which has previously been produced by the process.
Die folgenden Ausführungsbeispiele beschreiben das erfindungsmäßige Verfahren und erläutern ferner die Eigenschaften der besprochenen Verbindungen.The following exemplary embodiments describe the method according to the invention and also explain the Properties of the discussed compounds.
Das Reaktionsgefäß war ein 180 ecm fassender Schüttelautoklav aus rostfreiem Stahl, der durch eine mit 210 kg je cm2 belastbare Nickelscheibe verschlossen war. Er wurde mit 90,0 g n-Perfluorpropyljodidund 23,4 g Benzol beschickt, so daß ein Molverhältnis von 1 : 1 erhalten wurde. Der Autoklav wurde auf 250° C Innentemperatur erhitzt und 15 Stunden lang geschüttelt; er wurde dann abgeblasen, das flüssige Reaktionsprodukt ausgegossen und zur Entfemung von Jodkristallen filtriert, wobei 39,5 g Rohprodukt erhalten wurden. Dieses wurde zur Entfernung von Spuren freien Jods mit Quecksilber behandelt und dann durch eine Fraktionierkolonne mit einer 10 cm hohen Füllung mit Glaskörpern fraktioniert.The reaction vessel was a 180 ecm shaking autoclave made of stainless steel, which was closed by a nickel disk that could be loaded with 210 kg per cm 2. It was charged with 90.0 g of n-perfluoropropyl iodide and 23.4 g of benzene so that a molar ratio of 1: 1 was obtained. The autoclave was heated to an internal temperature of 250 ° C. and shaken for 15 hours; it was then blown off, the liquid reaction product poured out and filtered to remove iodine crystals, 39.5 g of crude product being obtained. This was treated with mercury to remove traces of free iodine and then fractionated through a fractionating column with a 10 cm high filling with glass bodies.
Dabei wurden 22,3 g verhältnismäßig reines Perfluorpropylbenzol erhalten, das einen Siedepunkt von 132° C bei 760 mm und einen Brechungsindex von 1,3790 bei 25° C hatte. Die Analyse ergab 54,1% C (berechnet 54,0%) und 43,9% F (berechnet 43,9%). Die Ausbeute betrug 30%, bezogen auf C3F7J.This gave 22.3 g of relatively pure perfluoropropylbenzene which had a boiling point of 132 ° C. at 760 mm and a refractive index of 1.3790 at 25 ° C. The analysis showed 54.1% C (calculated 54.0%) and 43.9% F (calculated 43.9%). The yield was 30% based on C 3 F 7 J.
Die höhersiedenden Fraktionen (Gesamtmenge 4,7 g) wurden durch eine Säule mit 8 mm Außendurchmesser, die mit 1,5 ecm feinteiligem Silicagcl gefüllt war, geschickt und in der Reihenfolge ihrer absinkenden Siedepunkte fraktioniert. Die ersten Fraktionen, die 1,5 g wogen (3%ige Ausbeute), bestanden aus Di-(perfluorpropyl)-benzol, wie durch Analyse bestimmt wurde, die 34,8% C (berechnet 34,8%) und 62,5% F (berechnet 64,3%) ergab. Der Brechungsindex bei 25C C betrug 1,3492. Die Zusammensetzung des Infrarotspektrums zeigte an, daß sich ein Isomerengemisch gebildet hatte.The higher-boiling fractions (total amount 4.7 g) were passed through a column with an outer diameter of 8 mm, which was filled with 1.5 cm of finely divided silica gel, and fractionated in the order of their lowering boiling points. The first fractions weighing 1.5 g (3% yield) consisted of di (perfluoropropyl) benzene as determined by analysis which were 34.8% C (calculated 34.8%) and 62.5 % F (calculated 64.3%) yielded. The refractive index at 25 C C was 1.3492. The composition of the infrared spectrum indicated that a mixture of isomers had formed.
Unter Verwendung des gleichen Verfahrens wurde ein äquimolares Gemisch aus 110,0 g n-Perfluorheptyljodid und 17,3 g Benzol 15 Stunden lang bei 250° C umgesetzt. Perfluorheptylbenzol, C7F15C6H5, wurde in einer Ausbeute von 32% des Gesamtumsatzes erhalten. Der Siedepunkt betrug 200° C bei 760 mm und der Brechungsindex 1,3596 bei 25° C. Die Analyse ergab 35,0% C (berechnet 35,0%) und 64,0% F (berechnet 63,9%).Using the same procedure, an equimolar mixture of 110.0 g of n-perfluoroheptyl iodide and 17.3 g of benzene was reacted at 250 ° C for 15 hours. Perfluoroheptylbenzene, C 7 F 15 C 6 H 5 , was obtained in a yield of 32% of the total conversion. The boiling point was 200 ° C. at 760 mm and the refractive index 1.3596 at 25 ° C. The analysis gave 35.0% C (calculated 35.0%) and 64.0% F (calculated 63.9%).
Zusätzlich wurde in 4%iger Ausbeute Di-(perfluorheptyl)-benzol erhalten, das einen Siedepunkt von 270° C bei 760 mm und einen Schmelzpunkt von 88° C hatte. Die Analyse ergab 29,5% C (berechnet 29,5%) und 69,9% F (berechnet 70,1%).In addition, di- (perfluoroheptyl) -benzene was obtained in 4% yield obtained, which has a boiling point of 270 ° C at 760 mm and a melting point of 88 ° C would have. The analysis showed 29.5% C (calculated 29.5%) and 69.9% F (calculated 70.1%).
Die 14stündige Umsetzung von lO.Ogn-Perfluorheptyljodid und 0,9 g Toluol in einem starkwandigen, feuerfesten 30 ecm fassenden Glasrohr bei 290° C ergab ein Gemisch, das mit dem unten beschriebenen Lösungsmittel ausgezogen wurde, worauf die Lösung unter Gewinnung eines Produktes fraktioniert destilliert wurde, das als Perfluorheptyltoluol identifiziert wurde und in einer Ausbeute von 31 % anfiel. Es hatte einen Siedepunkt von 2170C (bei 760 mm) und einen Brechungsindex von 1,3678 bei 25° C. Die Analyse ergab 37,0% C (berechnet 36,6%) und 60,4% F (berechnet 61,9%). Das Infrarotspektrum zeigte Kernsubstitution an.The 14-hour reaction of 10 Ogn perfluoroheptyl iodide and 0.9 g of toluene in a thick-walled, fire-resistant 30 cm glass tube at 290 ° C. gave a mixture which was extracted with the solvent described below, whereupon the solution was fractionally distilled to give a product which was identified as perfluoroheptyltoluene and was obtained in a yield of 31%. It had a boiling point of 217 0 C (at 760 mm) and a refractive index of 1.3678 at 25 ° C. The analysis showed 37.0% C (calculated 36.6%) and 60.4% F (calculated 61 9%). The infrared spectrum indicated nuclear substitution.
Das verwendete Lösungsmittel war ein cyclischer fluorierter Äther, der im wesentlichen ein Gemisch von Perfluor-(2-methyltetrahydropyran) und Perfluor-(2-äthyltetrahydrofuran) ist und der der Einfachheit halber im folgenden als »c-C6F12O-Lösungsmittel« bezeichnet wird.The solvent used was a cyclic fluorinated ether, which is essentially a mixture of perfluoro (2-methyltetrahydropyran) and perfluoro (2-ethyltetrahydrofuran) and which, for the sake of simplicity, is hereinafter referred to as "cC 6 F 12 O solvent" .
Die 13stündige Umsetzung von 7,4 g n-Perfluorheptyljodid und 3,8 g Naphthalin in einem starkwandigen, feuerfesten 30 ecm fassenden Glasrohr bei 300° C ergab ein Gemisch, aus dem das gewünschte Produkt durch eine Soxhlet-Extraktion mit dem C-C6 F12 O-Lösungsmittel und anschließende Vakuumdestillation gewonnen wurde.The 13-hour reaction of 7.4 g of n-perfluoroheptyl iodide and 3.8 g of naphthalene in a thick-walled, fire-resistant 30 cm glass tube at 300 ° C gave a mixture from which the desired product was obtained by a Soxhlet extraction with the CC 6 F 12 O-solvent and subsequent vacuum distillation was obtained.
Das Perfiuorheptylnaphthalin wurde in einer Ausbeute von 31% erhalten. Der Brechungsindex betrug 1,4160 bei 25° C. Die Analyse ergab 42,5% C (berechnet 41,2%) und 58,0% F (berechnet 57,5%).The perfiuorheptylnaphthalene was obtained in a yield of 31%. The refractive index was 1.4160 at 25 ° C. The analysis showed 42.5% C (calculated 41.2%) and 58.0% F (calculated 57.5%).
Die 20stündige Umsetzung eines Gemisches aus 10,0 g n-Perfluorheptyljodid und 2,1 g Benzonitril (Phenyl cyanid), C6H5CN bei 300° C in einem Rohr aus feuerfestem Glas ergab ein Gemisch, aus dem das gewünschte Produkt mit dem C-C6F12O-Lösungsmittel ausgezogen wurde. Der Rückstand des Auszugs wurde durch Vakuumsublimation gereinigt.The 20-hour reaction of a mixture of 10.0 g of n-perfluoroheptyl iodide and 2.1 g of benzonitrile (phenyl cyanide), C 6 H 5 CN at 300 ° C in a tube made of refractory glass gave a mixture from which the desired product with the CC 6 F 12 O solvent was extracted. The residue of the extract was purified by vacuum sublimation.
Das Perfluorheptylbenzonitril, C7F15C6H4CN, wurde in einer Ausbeute von 26% erhalten. Es hatte einen Siedepunkt von 254° C bei 760 mm und einen Schmelzbereich von 45 bis 52° C. Die Analyse ergab 2,94% N (berechnet 2,97%) und 35,7% C (berechnet 35,7%).The perfluoroheptylbenzonitrile, C 7 F 15 C 6 H 4 CN, was obtained in 26% yield. It had a boiling point of 254 ° C. at 760 mm and a melting range of 45 to 52 ° C. The analysis showed 2.94% N (calculated 2.97%) and 35.7% C (calculated 35.7%).
Die 13stündige Umsetzung eines Gemisches aus 10,0 g n-Perfluorheptyljodid und 3,2 g Brombenzol bei 300° C in einem Rohr aus feuerfestem Glas ergab ein Gemisch, das mit c-CeF12O-Lösungsmittel ausgezogen und fraktioniert destilliert wurde.The 13-hour reaction of a mixture of 10.0 g of n-perfluoroheptyl iodide and 3.2 g of bromobenzene at 300 ° C. in a tube made of refractory glass gave a mixture which was extracted with cC e F 12 O solvent and fractionally distilled.
Perfluorheptylbrombenzol, C7F15C6H4Br, wurde in 30%iger Ausbeute erhalten und hatte einen Siedepunkt von 237° C bei 760 mm und einen Brechungsindex von 1,3870 bei 25° C. Die Analyse ergab 29,2% C (berechnet 29,8%) und 14,9% Br (berechnet 15,2%).Perfluoroheptylbromobenzene, C 7 F 15 C 6 H 4 Br, was obtained in 30% yield and had a boiling point of 237 ° C at 760 mm and a refractive index of 1.3870 at 25 ° C. Analysis showed 29.2% C (calculated 29.8%) and 14.9% Br (calculated 15.2%).
In gleicher Weise wurde Jodbenzol mit n-Perfluorheptyljodid umgesetzt, wobei in 38%iger Ausbeute Perfluorheptyljodbenzol, C7F15C8H4J, erhalten wurde, das einen Siedepunkt von 253° C bei 760 mm und einen Brechungsindex von 1,4152 bei 25° C hatte. Die Analyse ergab 27,10Z0 C (berechnet 27,5%) 22,8% J (berechnet 22,5%) und 49,4% F (berechnet 50,1%).In the same way, iodobenzene was reacted with n-perfluoroheptyl iodide, with perfluoroheptyl iodobenzene, C 7 F 15 C 8 H 4 I, being obtained in 38% yield, which had a boiling point of 253 ° C at 760 mm and a refractive index of 1.4152 25 ° C. The analysis showed 27.1 0 Z 0 C (calculated 27.5%), 22.8% J (calculated 22.5%) and 49.4% F (calculated 50.1%).
Die I4stündige Umsetzung eines Gemisches aus 10,0 g n-Perfluorheptyljodid und 1,5 g Phthalsäureanhydrid (Molverhältnis 2:1) in einem feuerfesten Glasrohr bei 320° C ergab ein Gemisch, das durch Extraktion mit heißem C-C6F12O-Lösungsmittel wie oben aufgearbeitet wurde. Die Extraktion wurde in einem Soxhlet-Apparat ausgeführt. Eine braune ölig-feste Substanz schied sich beim Kühlen ab. Sie wurde in ein feuerfestes Glasrohr mit einem Durchmesser von 16 mm und einer Länge von 35 cm gegeben, das an dem einen Ende verschlossen war; das andere Ende wurde mit einer Vakuumölpumpe verbunden. Die Sublimation trat bei 150° C und 0,01 mm Druck ein und ergab 3,7 g farblose, aber etwas feuchte Kristalle, die wahrscheinlich aus einem Gemisch von Isomeren bestanden, da nur eine Sublimatfraktion bemerkt wurde. Dieses Produkt wurde zweimal aus C-C8F16O-Lösungsmittel umkristallisiert und erneut sublimiert, um etwa gebildete Säure wieder in das Anhydrid überzuführen. Das c-CgF^.-O-Lösungsmittel ist ein cyclischer fluorierter Äther, der im Prinzip ein Gemisch von Perfluor-(2-n-butyltetrahydrofuran) und Perfluor-(2-n-propyltetrahydropyran) ist.The 14-hour reaction of a mixture of 10.0 g of n-perfluoroheptyl iodide and 1.5 g of phthalic anhydride (molar ratio 2: 1) in a refractory glass tube at 320 ° C gave a mixture that by extraction with hot CC 6 F 12 O solvent such as was worked up above. The extraction was carried out in a Soxhlet apparatus. A brown oily solid substance deposited upon cooling. It was placed in a refractory glass tube with a diameter of 16 mm and a length of 35 cm, which was closed at one end; the other end was connected to a vacuum oil pump. Sublimation occurred at 150 ° C and 0.01 mm pressure and gave 3.7 g of colorless but somewhat moist crystals, which probably consisted of a mixture of isomers, since only one sublimate fraction was noticed. This product was recrystallized twice from CC 8 F 16 O solvent and sublimed again in order to convert any acid formed back into the anhydride. The c-CgF ^ .- O solvent is a cyclic fluorinated ether, which is in principle a mixture of perfluoro (2-n-butyltetrahydrofuran) and perfluoro (2-n-propyltetrahydropyran).
Das Produkt wurde in einer Ausbeute von 36% erhalten und als reines Perfluorheptylphthalsäureanhydridisomerengemisch (C7F15)C6H3(CO)2O identifiziert. Es schmolz bei 121 bis 124° C. Das Infrarotspektrum zeigte die zwei für das Anhydrid einer Carbonsäure charakteristischen Banden. Die Analyse ergab 35,0% C (berechnet 34,9%) und 55,1% F (berechnet 55,2%). Die Verseifungszahl betrug 258 bis 268 (berechneter Wert 258).The product was obtained in a yield of 36% and identified as a pure mixture of perfluoroheptylphthalic anhydride isomers (C 7 F 15 ) C 6 H 3 (CO) 2 O. It melted at 121 to 124 ° C. The infrared spectrum showed the two bands characteristic of the anhydride of a carboxylic acid. The analysis showed 35.0% C (calculated 34.9%) and 55.1% F (calculated 55.2%). The saponification number was 258 to 268 (calculated value 258).
Perfluoralkylierte FarbstoffePerfluoroalkylated dyes
Das Perfluoralkylierungsverfahren kann auf kompliziertere aromatische Ausgangsverbindungen angewendet werden, die so wärmebeständig sind, daß sie sich nicht beim Erhitzen auf die anzuwendende Reaktionstemperatur (im Bereich von etwa 200 bis 350° C) zersetzen, und die Wasserstoffatome enthalten, die an aromatische Kohlenstoffatome gebunden sind.The perfluoroalkylation process can be applied to more complex aromatic starting compounds that are so heat-resistant that they do not change when heated to the reaction temperature to be used (in the range of about 200 to 350 ° C) decompose, and contain hydrogen atoms that are attached to aromatic Carbon atoms are bonded.
Von besonderem Interesse ist die Anwendung des Verfahrens zur Herstellung von perfluoralkylierten Farbstoffverbindungen, die bei Temperaturen von mindestens 200° C beständig sind, die mindestens etwa 50 Gewichtsprozent Fluor enthalten und die in Kohlenwasserstofflösungsmitteln und anderen gewöhnlichen organischen Lösungsmitteln unlöslich, in fluorierten Lösungsmitteln aber löslich sind. Diese Farbstoffe sind in Wasser unlöslich und sowohl hydrophob als auch oleophob. Sie sind mit Polytetrafluoräthylen verträglich und können zum Färben und Bedrucken dieses Polymers verwendet werden.Of particular interest is the use of the process for the preparation of perfluoroalkylated dye compounds, which are stable at temperatures of at least 200 ° C, which is at least about 50 percent by weight Contain fluorine and those found in hydrocarbon solvents and other common organic solvents Solvent insoluble, but soluble in fluorinated solvents. These dyes are insoluble in water and both hydrophobic and oleophobic. They are compatible with polytetrafluoroethylene and can be used for Dyeing and printing of this polymer can be used.
ίο Das Verfahren kann zur Perfluoralkylierung von Zwischenprodukten verwendet werden, die dann in die Farbstoffe übergeführt werden. Die direkte Perfluoralkylierung von vollständig gebildeten Farbstoffen wird durch die folgenden Beispiele erläutert.ίο The process can be used for the perfluoroalkylation of Intermediate products are used, which are then converted into the dyes. The direct perfluoroalkylation of completely formed dyes is illustrated by the following examples.
Perfluoralkyliertes KupferphthalocyaninPerfluoroalkylated copper phthalocyanine
Die Stammverbindung ist oft als ein Farbstoff bezeichnet worden, wird aber genauer als ein Pigment angesehen, weil sie im wesentlichen in allen Lösungsmitteln unlöslich ist. Sie ist sehr beständig und sublimiert im Hochvakuum ohne Zersetzung bei 550° C.The parent compound has often been referred to as a dye, but is more precisely viewed as a pigment, because it is essentially insoluble in all solvents. It is very stable and sublimates in a high vacuum without decomposition at 550 ° C.
Die Einführung von vier n-Perfluorheptylresten in das Molekül ergibt einen beständigen Farbstoff, der in fluorhaltigen Lösungsmitteln löslich, in fluorfreien Lösungsmitteln aber unlöslich ist. Stark blaue Lösungen können bei Raumtemperatur in den oben beschriebenen C-C8F16 O- und C-C8F1,0-Lösungsmitteln und in Perfluor-(di-n-hexyläther), Perfluor-(tri-n-butylamin), Benzotrifluorid und 1,2-Difluortetrachloräthan hergestellt werden, es wird jedoch keine Farbe in fluorfreien Flüssigkeiten, wie Benzol, n-Heptan, Aceton, Äthylalkohol, Wasser, Tetrachlorkohlenstoff oder Trichloräthylen, festgestellt.The introduction of four n-perfluoroheptyl residues into the molecule results in a permanent dye that is soluble in fluorine-containing solvents but insoluble in fluorine-free solvents. Strong blue solutions can be found at room temperature in the CC 8 F 16 O and CC 8 F 1 , 0 solvents described above and in perfluoro (di-n-hexyl ether), perfluoro (tri-n-butylamine), benzotrifluoride and 1 , 2-difluorotetrachloroethane, but no color is found in fluorine-free liquids such as benzene, n-heptane, acetone, ethyl alcohol, water, carbon tetrachloride or trichlorethylene.
Ein starkwandiges feuerfestes Glasrohr mit einem Fassungsvermögen von 30 ecm wurde mit 1,4 g Kupferphthalocyanin und 10,0 g n-Perfluorheptyljodid im Molverhältnis 1 : 8 beschickt und im Vakuum verschlossen. Das Rohr wurde 14 Stunden lang auf 330° C erhitzt. Das Reaktionsprodukt wurde wie oben der Extraktion in einem Soxhlet-Apparat mit c-C8F13O-Lösungsmittel unterworfen, wodurch eine intensiv blaue Lösung erhalten wurde, aus der das Lösungsmittel verdampft wurde, wobei 2,7 g eines dunklen blauschwarzen Pulvers zurückblieben. Der Rückstand wurde einer weiteren Soxhlet-Extraktion mit Benzotrifluorid (CF3C6H5) unterworfen, worauf die nitrierte Lösung zur Trockne eingedampft wurde, so daß weitere 1,7 g des Produktes erhalten wurden.A thick-walled, refractory glass tube with a capacity of 30 ecm was charged with 1.4 g of copper phthalocyanine and 10.0 g of n-perfluoroheptyl iodide in a molar ratio of 1: 8 and sealed in vacuo. The tube was heated to 330 ° C for 14 hours. The reaction product was subjected to extraction in a Soxhlet apparatus with cC 8 F 13 O solvent as above, whereby an intense blue solution was obtained, from which the solvent was evaporated, leaving 2.7 g of a dark blue-black powder. The residue was subjected to a further Soxhlet extraction with benzotrifluoride (CF 3 C 6 H 5 ), whereupon the nitrated solution was evaporated to dryness, so that a further 1.7 g of the product were obtained.
Die Analyse zeigte, daß beide Produkte hauptsächlich aus Tetra-(perfluorheptyl)-kupferphthalocyanin bestanden, das die folgende empirische Formel hat: C60F60H12M8Cu. Diese Verbindung enthält 55,7% F. Aus dem Stickstoffprozentgehalt ergab sich, daß die beiden Fraktionen in einer Reinheit von 75 bzw. 85 0Z0 vorlagen.Analysis showed that both products consisted primarily of tetra (perfluoroheptyl) copper phthalocyanine, which has the following empirical formula: C 60 F 60 H 12 M 8 Cu. This compound contains 55.7% F. From the nitrogen percentage it was found that the two fractions were present in a purity of 75 and 85 0 Z 0, respectively.
Eine spektroskopische Untersuchung des Produktes im sichtbaren Gebiet in C-C8F16O-Lösungsmittel ergab ein Absorptionsmaximum bei 6160 A. Unter Zugrundelegung des Molekulargewichtes der reinen Verbindung beträgt der molare Extinktionskoeffizient etwa 30 000. Die Verunreinigung wurde leicht durch Vakuumsublimation entfernt. Der perfluoralkylierte Farbstoff schmilzt bei etwa 300° C, wobei er jedoch selbst im Vakuum bei Temperaturen bis zu 350° C nicht flüchtig ist.Spectroscopic examination of the product in the visible area in CC 8 F 16 O solvent showed an absorption maximum at 6160 A. Based on the molecular weight of the pure compound, the molar extinction coefficient is about 30,000. The contamination was easily removed by vacuum sublimation. The perfluoroalkylated dye melts at around 300 ° C, although it is not volatile even in a vacuum at temperatures up to 350 ° C.
Das gereinigte Produkt hat hauptsächlich sichtbare Absorptionswellenlängen bei 6550 bis 6590 A und bei 6200 A, wenn es zu 0,070 g je Liter c-C8F16O-Lösungsmittel gelöst ist. Die entsprechenden Absorptionswellenlängen des ursprünglichen Kupferphthalocyanins sindThe purified product has mainly visible absorption wavelengths at 6550 to 6590 A and at 6200 A when it is dissolved at 0.070 g per liter of cC 8 F 16 O solvent. The corresponding absorption wavelengths of the original copper phthalocyanine are
bei 6700 und 6400 A (gesättigte Lösung in Xylol). Dieat 6700 and 6400 A (saturated solution in xylene). the
Perfiuoralkylierung ergibt somit eine ;■ Blauverschiebung« der Absorption, d. h. eine bestimmte Verschiebung der Absorption zu höheren Frequenzen bzw. kürzeren Wellenlangen. Perfluoroalkylation thus results in a; ■ blue shift « the absorption, d. H. a certain shift in the Absorption at higher frequencies or shorter wavelengths.
Konzentrierte Schwefelsäure löst das Kupferphtbalocj'anin zu einer blauen Lösung, aus welcher es durch Zusatz von Wasser unverändert wiedergewonnen werden kann. Das Tetra-(perfluorhepty])-kupferphthalocyanin reagiert mit Schwefelsäure, aber das Reaktionsprodukt ist weder in Schwefelsäure noch in Fluorkohlenstoffverbindungen löslich und bildet beim Vermischen der Lösung mit Fluorkohlenstofflösungsmittel eine dritte Phase; bei Zugabe von Wasser zur Schwefelsäurelösung bildet sich jedoch der blaue Farbstoff zurück.Concentrated sulfuric acid dissolves the copper phtbalocj'anin to a blue solution, from which it can be recovered unchanged by adding water can. The tetra (perfluorhepty]) copper phthalocyanine reacts with sulfuric acid, but the reaction product is neither in sulfuric acid nor in fluorocarbon compounds soluble and forms a third when the solution is mixed with fluorocarbon solvent Phase; when adding water to the sulfuric acid solution however, the blue dye regresses.
Die Perfluora]k3']ierung von Küpenfarbstoffen ergibt wertvolle Farbstoffe, die mindestens 50% Fluor enthalten und die in fluorhaltigen organischen Lösungsmitteln löslich, in Kohlenwasserstoffen und in Wasser aber unlöslieh sind.The perfluorination of vat dyes results valuable dyes which contain at least 50% fluorine and which are soluble in organic solvents containing fluorine, but are insoluble in hydrocarbons and in water.
Thioindigo und n-Perfluorheptyljodid wurden in einem Molverhältnis von 1 : 4 in einem Rohr aus feuerfestem Glas 2V2 Stunden lang auf 330° C erhitzt. Das Produkt wurde mit c-C6F12O-Lösungsmittel im Soxhlet-Extraktor ausgezogen, worauf die Lösung durch Abdestillieren vom Lösungsmittel befreit wurde. Der Rückstand wurde durch Sublimation bei 250° C und 0,01 mm Hg gereinigt. Das gereinigte Produkt war mit roter Farbe in c-C8F16O-Lösungsmittel löslich. Die hauptsächliche Absorptionswellenlänge im sichtbaren Gebiet lag bei 5140 Ä, im Gegensatz zu 5440 Ä für den Thioindigo.Thioindigo and n-perfluoroheptyl iodide were heated in a molar ratio of 1: 4 in a tube made of refractory glass 2V at 330 ° C for 2 hours. The product was extracted with cC 6 F 12 O solvent in a Soxhlet extractor, whereupon the solution was freed from the solvent by distilling off. The residue was purified by sublimation at 250 ° C and 0.01 mm Hg. The purified product was soluble in cC 8 F 16 O solvent with a red color. The main absorption wavelength in the visible area was 5140 Å, in contrast to 5440 Å for the thioindigo.
Nach dem gleichen Verfahren wurden Pyranthrone mit n-Perfluorheptyljodid in einem Molverhältnis von 1 zu 5,4 durch ostündiges Erhitzen auf 340° C umgesetzt und das gereinigte Produkt gewonnen. Der hergestellte Farbstoff war gelb und in c-C6F16O-Lösungsmittel löslich. Die Hauptabsorptionswellenlänge im sichtbaren Gebiet lag bei 4120 Ä, im Gegensatz zu den Hauptabsorptionswellenlängen von 4720, 4400 und 4140 Ä der Stammverbindung. Using the same procedure, pyranthrones were reacted with n-perfluoroheptyl iodide in a molar ratio of 1 to 5.4 by heating at 340 ° C. for one hour, and the purified product was obtained. The dye produced was yellow and soluble in cC 6 F 16 O solvent. The main absorption wavelength in the visible region was 4120 Å, in contrast to the main absorption wavelengths of 4720, 4400 and 4140 Å of the parent compound.
Die Umsetzung von Violanthron mit n-Perfluorheptyljodid in einem Molverhältnis von 1:5,9 ergab einen roten Farbstoff, der in c-C8F16O-Lösungsmittel löslich war. Die Hauptabsorptionswellenlänge im sichtbaren Gebiet lag bei 5050 A, im Gegensatz zu 5870 Ä für die Stammverbindung. The reaction of violanthrone with n-perfluoroheptyl iodide in a molar ratio of 1: 5.9 gave a red dye which was soluble in cC 8 F 16 O solvent. The main absorption wavelength in the visible area was 5050 Å, in contrast to 5870 Å for the parent compound.
Die Umsetzung λόπ Dichlor-isoviolanthron mit n-Perfluorheptj'ljodid in einem Molverbältnis von 1:6,8 ergab einen λ-ioletten Farbstoff, der in c-C8FlcO-Lösungsmittel löslich war. Die Hauptabsorptionswellenlänge im sichtbaren Gebiet lag bei 5350 Ä, im Gegensatz zu 5780 A für die Stammverbindung.The reaction of λόπ dichloroisoviolanthrone with n-perfluoroheptj'l iodide in a molar ratio of 1: 6.8 gave a λ-iolette dye which was soluble in cC 8 F lc O solvent. The main absorption wavelength in the visible region was 5350 Å, in contrast to 5780 Å for the parent compound.
Die vorhergehenden Beispiele von perfluoralk3Tlierten Farbstoffen wurden erfolgreich zum Färben λ7οπ PoIytetrafluoräth3*len verwendet, wobei klare oder durchscheinende Farben von ausgezeichneter Wärmebeständigkeit erhalten wurden.The foregoing examples of perfluoralk3 T profiled dyes have been successfully for dyeing λ 7 οπ PoIytetrafluoräth3 used len *, where clear or translucent colors were obtained of excellent heat resistance.
Die Farbstoffe sind ferner erfolgreich zum Bedrucken von Pohytetrafluoräthj-lenfilmen verwendet worden.The dyes have also been used successfully for printing polytetrafluoroethylene films.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1049862B true DE1049862B (en) | 1959-02-05 |
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ID=590414
Family Applications (1)
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DENDAT1049862D Pending DE1049862B (en) | Process for the perfluoroalkylation of aromatic compounds |
Country Status (1)
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DE (1) | DE1049862B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0114359A1 (en) * | 1982-12-23 | 1984-08-01 | Hoechst Aktiengesellschaft | Process for preparing perfluoroalkyl-substituted carbocyclic or heterocyclic compounds |
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EP0114359A1 (en) * | 1982-12-23 | 1984-08-01 | Hoechst Aktiengesellschaft | Process for preparing perfluoroalkyl-substituted carbocyclic or heterocyclic compounds |
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