DE1162369B - Verfahren zur Herstellung von neuen aluminiumorganischen Verbindungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von neuen aluminiumorganischen Verbindungen

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DE1162369B DEZ8837A DEZ0008837A DE1162369B DE 1162369 B DE1162369 B DE 1162369B DE Z8837 A DEZ8837 A DE Z8837A DE Z0008837 A DEZ0008837 A DE Z0008837A DE 1162369 B DE1162369 B DE 1162369B
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Dipl-Chem Ernst Georg Hoffmann
Dipl-Chem Dr Walter Tornau
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: C07f
Deutsche Kl.: 12 ο - 26/03
Nummer: 1162 369
Aktenzeichen: Z 8837IV b /12 ο
Anmeldetag: 30. Juni 1961
Auslegetag: 6. Februar 1964
Alkoxyaluminiumdialkyle der Formel ROAlR2, in denen R' einen primären Alkylrest bedeutet, sind bekannt. Es sind auch einige derartige Stoffe beschrieben, in denen R' einen sekundären Rest bedeutet. Dagegen sind Verbindungen dieser Art, in denen R' ein tertiärer Alkylrest ist, bisher noch nicht bekanntgeworden. Ein solcher Stoff wäre beispielsweise das tert.-Butoxyaluminiumdiäthyl der Formel
(CH3)3 —C-O-A1(C2H5)2.
Verfahren zur Herstellung von neuen aluminiumorganischen Verbindungen
Es wurde gefunden, daß diese speziellen und in ihren Eigenschaften bisher nicht beschriebenen Stoffe unerwartete und ungewöhnliche Eigenschaften zeigen, und zwar sind sie in einem nicht vorherzusehenden Ausmaße beständig bzw. nur sehr wenig reaktionsfähig gegenüber bestimmten anderen Stoffen, von denen es allgemein bekannt ist, daß sie mit Aluminiumtrialkylen und auch mit den Alkoxyaluminiumdialkylen mit primären oder sekundären Resten in der Alkoxygruppe lebhaft reagieren. Beispielsweise reagieren die bisher bekannten Alkoxyaluminiumdialkyle, wenn man sie mit Wasser schüttelt, sämtlich außerordentlich lebhaft unter totaler Hydrolyse zu Aluminiumhydroxyd, Alkohol und 2 Molekülen Kohlenwasserstoff RH. Beim Schütteln mit Luft oder Sauerstoff wird der Sauerstoff sehr rasch absorbiert, und es entstehen Oxydationsprodukte, insbesondere schließlich Aluminiumalkoholate.
Die tert.-Alkyloxyaluminiumdialkyle gemäß der Erfindung absorbieren Sauerstoff unter vergleichbaren Bedingungen um mehrere Größenordnungen langsamer. In vielen Fällen kann man erst nach stundenlangem Schütteln mit dem Sauerstoff gerade eben den Beginn einer schwachen Absorption feststellen. Die Reaktionsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit ist etwas stärker entwickelt, aber auch hier ist ein sprunghafter Unterschied in der Reaktionsfähigkeit, etwa zwischen dem tert.-Butoxyaluminiumdimethyl und dem diesem im Aggregatzustande ähnlichen Cyclohexyloxyaluminiumdiäthyl, festzustellen. Diese beiden Stoffe sind wachsartig fest und lassen sich leicht zerreiben. Zerreibt man das Cyclohexyloxyaluminiumdiäthyl zwischen leicht feuchten Fingern, so empfindet man sofort eine sehr erhebliche Wärme, während bei dem Vergleichsstoff mit der tert.-Alkylgruppe am Sauerstoffatom keinerlei fühlbare Erwärmung eintritt. Beim Aufwerfen der beiden Stoffe auf Wasser tritt in dem einen Falle eine lebhafte Zersetzung, in dem anderen Falle eine erst nach längerer Zeit bemerkbare Verwitteiung ein. Die Unterschiede zwischen den Alkoxyaluminiumdialkylen mit primären Alkylgruppen am Sauerstoff und denen mit tertiären Gruppen sind noch Anmelder:
Dr. Karl Ziegler,
Mülheim/Ruhr, Kaiser-Wilhelm-Platz 1
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Chem. Ernst Georg Hoffmann,
Dipl.-Chem. Dr. Walter Tornau,
Mülheim/Ruhr
viel größer. In diesem Falle kann man das Experiment der Probenahme mit den Fingern nicht riskieren, weil sie sofort zu schweren Verbrennungen führen würde.
Ganz allgemein nimmt die Reaktionsfähigkeit derartiger Organoaluminiumverbindungen mit steigendem Molekulargewicht, d. h. geringerem Prozentgehalt an Organoaluminium, ab, aber bis zu hohen Molekulargewichten hinauf bleiben die eben geschilderten starken sprunghaften Unterschiede bestehen.
Es ist zwar bekannt, daß ganz allgemein durch die Einführung von sperrigen tertiären Gruppen in organische Moleküle die Reaktionsfähigkeit von bestimmten funktionellen Gruppen in der nächsten Nachbarschaft der sperrigen Gruppen vermindert werden kann. Es war jedoch nicht zu erwarten, daß im Falle der Alkoxyaluminiumdialkyle diese Herabsetzung der Reaktionsfähigkeit derart starke Ausmaße annehmen würde, denn die Träger der besonderen Reaktionsfähigkeit der Organoaluminiumverbindungen sind die darin enthaltenen Al-C-Bindungen. In den tert.-Alkoxyaluminiumdialkylen ändert sich in der nächsten Nachbarschaft der Al-C-Bindungen nichts, und lediglich an den für die Reaktionsfähigkeit nicht mehr wesentlichen Sauerstoffatomen wird ein voluminöser Rest eingeführt. Dieser ist dann aber von dem Aluminium wesentlich weiter entfernt als die eigentlichen Zentren der Reaktionsfähigkeit selbst.
Alkoxyaluminiumdialkyle sind technisch wichtig als Hilfsstoffe für verschiedene metallorganische Reaktionen. Zum Beispiel sind die sich von ihnen ableiten-
409 507/460
den Alkalialkoxyaluminiumtrialkyle im Zusammenhang mit der Trennung von Tetraäthylblei und AIuminiumtriäthyl und allgemein bei der Wiedergewinnung von Quecksilber aus den bei der elektrolytischen Herstellung von Bleitetraalkylen mitanfallenden Quecksilberdialkylen wichtig. Das nach der Gleichung
HgR2 -J- 2 ROAlR2 + 2 Na = Hg + 2 Na[ROAlR3]
mitentstehende Natriumaluminiumalkoxytrialkyl kann direkt als Komponente für Elektrolytmischungen für die Bleitetraalkylherstellung sowie für andere elektrolytische Prozesse zur Herstellung von Metallalkylen verwendet werden. Durch die Verwendung der tert.-Alkoxyaluminiumdialkyle an Stelle ihrer bisher allein bekannten Analogen mit primären oder sekundären Resten wird ein wesentlich einfacheres und gefahrloseres Arbeiten ermöglicht; denn bei Verwendung dieser Stoffe braucht der Luftabschluß nicht mehr so extrem vollständig zu sein wie bei der Verwendung der bisher bekannten analogen Verbindungen. Auch ist die Gefahr der Selbstentzündung vollständig beseitigt. Diese Eigenschaften sind z. B. auch wichtig bei der Verwendung der neuen Verbindungen als Katalysatorbestandteile zur Olefmpolymerisation.
Die erfindungsgemäßen Stoffe haben noch eine weitere sehr unerwartete, aber für ihre Verwendung äußerst wertvolle Eigenschaft. Sie sind thermisch vergleichsweise sehr stabil. Echte Aluminiumtrialkyle sind unter verschiedenen äußeren Bedingungen reaktionsfähiger und empfindlicher als Aluminiumalkoholate. Die Alkoholate des Aluminiums, die sich von primären und sekundären Alkoholen ableiten, sind in der Hitze recht beständig und vertragen Temperaturen bis zu 3000C und darüber. Vom Aluminium-tri-tert.-butylat war dagegen bekannt, daß es schon bei 130 bis 14O0C unter Abspaltung von Isobutylen + tert.-Butylalkohol und Bildung von Aluminiumoxyd zerfällt.
Bei der allgemeinen Erhöhung der Reaktionsfähigkeit beim Übergang von den Alkoholaten zu echten Organoaluminiumverbindungen war mit großer Wahrscheinlichkeit damit zu rechnen, daß die Kombination der beiden Strukturelemente in den tert.-Alkylalkoholaten des Dialkylaluminiums zu Stoffen von noch geringerer thermischer Beständigkeit führen würde, als sie das Aluminium-tri-tert.-butylat besitzt. Überraschenderweise hat es sich aber gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Stoffe thermisch viel beständiger sind als die Aluminiumalkoholate der tertiären Alkohole. Ihre Zersetzungstemperaturen liegen nämlich in den meisten Fällen bei über 25O0C, und nur vereinzelt liegt die Grenze der thermischen Beständigkeit schon bei 180 bis 2200C.
Durch diese Eigenschaft wird die praktische Verwendbarkeit erhöht. Zum Beispiel ist es bei der Herstellung von Alkalialkylkomplexverbindungen der erfindungsgemäßen Stoffe im Zusammenhang mit ihrer Verwendung als Elektrolytkomponenten nötig, die Stoife mit Natriumhydrid und Äthylen auf Temperaturen von 180 bis 2000C zu erhitzen, was sie anstandslos aushalten.
Die neuen Stoffe können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden, z. B.
1. aus Aluminiumtrialkylen und tertiären Alkoholen gemäß R3Al + tert.-AlkylOH = RH + R2AlO-tert.-Alkyl.
Ein solches Verfahren ist z. B. beschrieben bei N. Davidson und H. C. B r ο w n, J. Am. Chem.
Soc, Bd. 64, S. 316 (1942), wie auch in FIAT »Review of German Science, 1939 bis 1946«, Wiesbaden, Dieterich'sche Verlagsbuchhandlung, (edited by W. Klemm); G. Bahr, »Metallorganische Verbindüngen«, 1948, Bd. 24, S. 160.
2. Aus Dialkyl-aluminiumhydriden und tertiären Alkoholen gemäß:
R2AlH + tert.-AlkylOH = H2 + R2AlO-tert.-Alkyl
Diese Behandlung von Dialkylaluminiumhydriden mit Alkoholen ergibt sich aus der bekannten Ziffer 1 und einer Reihe von Literaturangaben, z. B. Liebigs Annalen, 629, S. 23, wonach an Aluminium gebundener Wasserstoff immer vor an Aluminium gebundenem Alkyl reagiert und selbstverständlich auch leichter reagiert als Alkyl am Aluminium. 3. Aus Dialkylaluminiumhalogeniden und Alkalialkoholaten tertiärer Alkohole gemäß
R2AlCl + KO-tert.-Alkyl -> KCl + R2AlO-tert.-Alkyl
Das Verfahren ist in vielen Analogiefällen beschrieben. Chlor an Aluminium besitzt die Eigenschaften eines sehr reaktionsfähigen Chlorids wie in Säurechloriden. Die Reaktion solcher Halogenverbindungen mit Alkalialkoholaten zu den entsprechenden Azoxyverbindungen ist bekannt.
4, Aus Aluminiumtrialkylen und Alkalialkoholaten tertiärer Alkohole gemäß
2R3Al + KO-tert.-Alkyl
= KAlR4 -f R2AIO-tert.-Alkyl
Das Verfahren ergibt sich aus bekannten Tatsachen, nämlich
a) der Addition eines Alkalialkoholates an ein Aluminiumtrialkyl. Sie ist z. B. auf Grund von Angaben von A. v. G r 0 s s e und LM. Mavity, J. Org. Chem., Bd. 5, S. 107, bekannt.
b) die Angaben in dem belgischen Patent 575 641, nach dem ein Natriumalkoxyaluminiumtrialkyl mit Aluminiumtriäthyl sofort Natriumaluminiumtetraäthyl und das freie Monoalkoxyaluminiumdiäthyl ergibt.
5. Aus Dialkylaluminiumhalogeniden und Alkalidi-tert.-alkoxyaluminiumdialkylen gemäß
R2AlCl + Na [R2Al(O-teit.-Alkyl)2]
-»- NaCl + 2 R2A10-tert.-Alkyl
Dieses Verfahren wird an der Reaktionsgleichung (C2Hs)2AlBr + Na [A1(C2H5)4] = 2 A1(C2H5)3 + NaBr
bei A. v. G r ο s s e und I. M. M a ν i t y, a. a. O., S. 111, beschrieben, wobei im übrigen von den gleichen Autoren auf S. 118 und 119 die Reaktionen
2 A1(CH3)3 + Al(OCH3), = 3 A1(CH3)2OCH3
und
2 Al(C2HJ3 + Al(OC2Hä)3 = 3 A1(C2H5)2OC2H5
aufgezeigt werden, aus denen hervorgeht, daß sich Verbindungen mit drei Alkylen am Aluminium neben
solchen mit nur einem Alkyl am Aluminium nicht halten, sondern daß stets Reaktionsprodukte mit einer maximalen Verteilung der Alkyle und der anderen Gruppen auf die verschiedenen Aluminiumatome entstehen.
Wenn in den vorausgegangenen Ausführungen von tertiären Alkylresten die Rede war, so sollen damit ganz allgemein Reste gemeint sein, die sich von Alkoholen mit der folgenden charakteristischen Gruppierung ableiten:
HO —
,C —
-Q
d. h., die Erfindung soll nicht nur Stoffe wie etwa die folgenden umfassen:
(C2H5)2A1OC(CH3)2C2H5
(C2H5)2A1OC(C4H9)3
sondern auch z. B.
CH2 — CH2.
CH2
H3C
H
C — CH2 CH2 -
JhLpC- CJHU
CH3
A1OC(CH3)3
Im Rahmen der Erfindung haben insbesondere die neuen Verbindungen Bedeutung, in denen der tert.-Alkoxyrest-OR' einen Rest R' mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen aufweist.
In den folgenden Beispielen werden alle Operationen unter Schutzgas ausgeführt.
Beispiel 1
Man löst Aluminiumtriäthyl vorzugsweise im gleichen bis doppelten Volumen eines nicht zu schwerflüchtigen Lösungsmittels, wie Benzol oder Pentan, und fügt unter Kühlung 95 % der äquivalenten Menge wasserfreies tert-Butanol langsam zu, das man zuvor durch Zusatz von ein wenig des gleichen Lösungsmittels verflüssigt hat. Nachdem die Gasentwicklung aufgehört hat, zieht man das Lösungsmittel ab, zunächst bei 10 bis 20 Torr und dann bei 10~2 bis 1O-4 Torr unter gelindem Erwärmen bis etwa 500C. Anschließend wird das tert.-Butoxyaluminiumdiäthyl bei 10~3 Torr destilliert. Nach diesem Verfahren wurde die Mehrzahl der in der Tabelle genannten Dialkylaluminium-tert.-alkoxy-Verbindungen hergestellt; in einigen Fällen mußte allerdings auf die Destillation verzichtet werden. Bei der Behandlung des Aluminiumtriäthyls mit dem tert.-Butanol kann man auch ohne ίο ein Lösungsmittel arbeiten, jedoch ist dann das tert.-Butanol sehr vorsichtig unter Rühren und unter guter Kühlung zuzusetzen. Ähnliches gilt für Beispiel 2.
Beispiel 2
Mit 2 Teilen Pentan verdünntes Diäthylaluminium-
hydrid wird langsam mit einer 50%igen Lösung von wasserfreiem tert.-Butanol in Pentan versetzt, bis die Wasserstoffentwicklung beendet ist. Im übrigen verfährt man wie im Beispiel 1.
Beispiel 3
C4H9
Ähnlich soll unter dem »Alkyl« am Aluminium ein Kohlenwasserstoffrest verstanden sein, bei dem sich in unmittelbarer Nachbarschaft zum Aluminiumatom ein vorzugsweise primär gebundener Molekülteil von gesättigt aliphatischem Charakter befindet, wie dies z. B. für die folgende Verbindung gilt:
In eine feinverteilte Aufschwemmung von Kaliumtert.-butylat in Toluol (erhalten durch Auflösen von Kalium in wasserfreiem tert-Butanol und Entfernen des überschüssigen tert.-Butanols im Hochvakuum) wird die stöchiometrische Menge von Diäthylaluminiumchlorid in etwa 50%iger benzolischer Lösung unter starkem Rühren zugegeben. Der Umsatz erfolgt glatt unter Erwärmung. Nach beendeter Reaktion wird die Lösung von dem ausgeschiedenen Kaliumchlorid abgezogen und wie unter 1 weiterverarbeitet. Die hier beschriebene Arbeitsweise ist eine bevorzugte Ausführungsform, die ein besonders sicheres Arbeiten gestattet. Die Reaktion zwischen Kalium-tert.-butylat und Diäthylaluminiumchlorid tritt jedoch auch unter beliebigen anderen Reaktionsbedingungen glatt ein.
Beispiel 4
Eine feinverteilte Aufschwemmung von 1 Mol Natrium-tert-Butylat in Dekahydronaphthalin (erhalten durch Auflösen von Natrium in wasserfreiem tert.-Butanol und Entfernen des überschüssigen tert-Butanols im Hochvakuum) läßt man langsam in 2 Mol Aluminiumtriäthyl bei 130° C unter Rühren einfließen und setzt das Rühren bei der gleichen Temperatur V2 Stunde lang fort. Von den entstandenen zwei flüssigen Phasen wird die obere Phase von dem geschmolzenen Natriumäluminiumtetraäthyl abgehebert und wie unter 1 weiterverarbeitet.
55
Beispiel 5
Zu einer konzentrierten benzolischen Lösung von Natrium-di-tert.-butoxyaluminiumdiäthyl (erhalten durch Zugabe von 2 Mol tert.-Butanol zu 1 Mol Natriumäluminiumtetraäthyl) wird die stöchiometrische Menge Diäthylaluminiumchlorid unter Rühren und mäßigem Erwärmen zugefügt. Nach 1 stündigem weiterem Rühren bei 80°C wird die Lösung vom ausgeschiedenen Natriumchlorid abgehebert und wie unter 1 weiterverarbeitet.
Die Tabelle gibt eine Übersicht über eine Reihe der gemäß der Erfindung hergestellten neuen Verbindungen.
Spezielle Eigenschaften einiger tert.-Alkoxyaluminiumdialkyle
C4H, Mittlere Zeit in Alkoholyse1) Für die 50% Konzentration Mittlere Fp. (0C) Kp. (0C) Eigenschaften
Geschwin z-cr Setzung vuu in Milliliter
Dekahydro-
Geschwindig
Substanz digkeit für
die Zersetzung
Minuten 0,42 naphthalin keit für die Oxy
dation von
von O bis 20% 10% 30% pro Gramm 0 bis 20%
in Molprozent 0,20 Substanz in Molprozent
pro Minute 0,25 0,32 pro Minute 97 flüssig, stürmische Reaktion mit Wasser
Vergleichssubstanzen 6 (0,15 Torr) und vor allem mit Alkohol
(C2Hs)2 Al OC4H9 69 0,15 0,18 3,3 ~60 120 kristallin, bröcklig, zersetzt sich auf der
CH2-CH2 1,1 6 (HV*) Hand unter kräftiger Erwärmung, lebhafte
(C2H5)2A1OCH CH2 120 2,5 Zersetzung im Wasser
OH2 ■—■ OH2 0,37 0,69 16 73 102 bis 106 fest, mikrokristallin, wachsartig, läßt sich
A. Variation der Alkylgruppe 6 (14 Torr) in der Hand kneten ohne fühlbare Erwär
(CHs)2 Al OC (CHa)3 39 kein Umsatz mung, zersetzt sich oberhalb 250° C
5,5 10 80 feststellbar 162 ~70 erstarrt glasig, rekristallisiert mikro
1 nach 1 Stunde (Erstarrungs (HV*) kristallin, wachsartig, zersetzt sich ober
(C2H5)2 Al OC (CH3)3 2,5 0,012 punkt unsch.) halb 250° C
18 45 70 87 bis 89 fest, bröcklig-spröde, zersetzt sich ober
1 (Erstarrungs (HV*) halb 250° C
(C3H7), Al OC(CH3)a 0,65 kein Umsatz punkt)
34 200 2000 feststellbar 69,(6) 110 fest, bröcklig-spröde, zersetzt sich ober
1 nach 1 Stunde (Erstarrungs (HV*) halb 2500C
(C4H^1AlOC(CH3)S 0,25 kein Umsatz punkt)
300 950 feststellbar 67 112 fest, bröcklig-spröde, löst sich in konzen
Unverdünnt nach 1 Stunde (Erstarrungs (HV*) trierter Schwefelsäure und zersetzt sich erst
((CHa)2 CH2CH)2 Al OC(CHa)3 0,034 0,0010 punkt) bei vorsichtigem Erwärmen unter Gasent
wicklung, zersetzt sich oberhalb 2500C
>60 nicht fest, bröcklig, zersetzt sich oberhalb 23O°C
/CH2-CH2 \ destillierbar
<0,l kein Umsatz
feststellbar
C-CH2 IAlOC(CHa)3 nach 1 Stunde
. / \ ~50 115 feinkristallin, zersetzt sich oberhalb 250° C
CH- CH2 „„ I
I CH3 I
(HV*)
\cHa L <0,l kein Umsatz
B. Variation des Alkoxyrestes 1200 6000 feststellbar 110 bis 120 nicht mikrokristallin, bröcklig-spröde, zersetzt
(C2H5)2 Al OC(CHa)2C2H5 1 nach 1 Stunde (Aufheizung) destillierbar sich oberhalb 18O0C
0,0059 kein Umsatz >68 nicht weiß, mikrokristallin, spröde, zersetzt sich
feststellbar
nach 1 Stunde
destillierbar oberhalb 2200C
(C2H5), Al OC(C4He)3 <0,l kein Umsatz
CH2-CH2 feststellbar
(C2Hs)2AlOC. .CH2 nach 1 Stunde
\ /
CH2-CH2
Mit 2-Äthylhexanol-l bei 25° C. HV* = Das in der Destillationsapparatur durch eine Diffusionspumpe erhaltene Hochvakuum ~10~3 bis 10~4 Torr.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von neuen aluminiumorganischen Verbindungen der allgemeinen Formel AlR2OR' (R und R' Alkylreste), dadurch gekennzeichnet, daß man Verbindungen, in denen der Rest OR' einen tert.-Alkoxyrest bedeutet, nach einem der folgenden an sich bekannten Verfahren herstellt:
    10
    a) aus Aluminiumtrialkylen und tert-Alkoholen,
    b) aus Dialkylaluminiumhydriden und tert.-Alkoholen,
    c) aus Dialkylaluminiumhalogeniden und Alkalialkoholaten tertiärer Alkohole,
    d) aus Aluminiumtrialkylen und Alkalialkoholaten tertiärer Alkohole,
    e) aus Dialkylaluminiumhalogeniden und Alkalidi-tert.-alkoxyaluminiumdialkylen.
    409 507/460 1.64 ® Bundesdruckerei Berlin
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