DE1234701B - Process for the preparation of isotopic aromatic hydrocarbons by catalytic cyclization of isotopic acetylenically unsaturated hydrocarbons - Google Patents
Process for the preparation of isotopic aromatic hydrocarbons by catalytic cyclization of isotopic acetylenically unsaturated hydrocarbonsInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Isotope enthaltenden aromatischen Kohlenwasserstoffen durch katalytisches Cyclisieren von Isotope enthaltenden acetylenisch ungesättigten Kohlenwasserstoffen Es sind bereits zahlreiche Verfahren bekannt, welche zur Bildung von Isotope des Kohlenstoffes bzw. des Wasserstoffes enthaltenden organischen Verbindungen, z. B. Kohlenwasserstoffen, führen. So gelangt man z. B. zu Deuterium enthaltenden aromatischen Kohlenwasserstoffen in der Weise, daß man ein Gemisch aus den betreffenden Kohlenwasserstoffen und Deuterium über einen Nickelkontakt leitet, wobei ein Teil des in den aromatischen Kohlenwasserstoffen vorliegenden Wasserstoffes gegen Deuterium ausgetauscht wird. Bei dieser Methode gelangt man zu nicht vollständig deuterierten aromatischen Kohlenwasserstoffen. Dieses bekannte Austauschverfahren hat dabei den Nachteil, daß eine Trennung der nicht oder nur zu einem geringen Teil deuterierten Verbindungen von den höher deuterierten Endprodukten sehr schwierig ist. Bei zahlteichen Verwendungsarten der deuterierten Kohlenwasserstoffe, z. B. in der Reaktortechnik, ist jedoch die Anwesenheit eines Anteils von Wasserstoff enthaltenden Verbindungen bzw. das Vorliegen von nur teilweise deuterierten Verbindungen oftmals von bedeutendem Nachteil. Das bekannte Austauschverfahren hat weiterhin den Nachteil, daß ein gewisser Teil des als Ausgangsmaterial dienenden Deuteriums durch die Bildung von Deuterium enthaltenden organischen Nebenprodukten gebunden und dem eigentlichen Verwendungszweck entzogen wird. Weiterhin ist es bekannt, durch Cyclisierung von Isotope enthaltendem Acetylen nach dem Reppe-Verfahren unter Druck und erhöhter Temperatur in Gegenwart von Nickelcarbonylen zu markierten Aromaten zu gelangen. Es bilden sich dabei jedoch schwierig zu trennende Nebenprodukte, und namentlich stellt sich ein unerwünschter Isotopenaustausch mit den Hilfsprodukten ein, so daß die erwünschten Produkte besonderen Trennungsverfahren unterworfen werden müssen.Process for the production of isotope-containing aromatic hydrocarbons by catalytic cyclization of isotope-containing acetylenically unsaturated Hydrocarbons There are already numerous processes known which lead to the formation of isotopes of carbon or organic compounds containing hydrogen, z. B. hydrocarbons lead. So you get z. B. to containing deuterium aromatic hydrocarbons in such a way that one is a mixture of the concerned Hydrocarbons and deuterium conducts via a nickel contact, being a part of the hydrogen present in the aromatic hydrocarbons versus deuterium is exchanged. This method leads to incompletely deuterated ones aromatic hydrocarbons. This well-known exchange process has the Disadvantage that a separation of the not or only to a small extent deuterated Connections from the more highly deuterated end products is very difficult. At paying ponds Uses of the deuterated hydrocarbons, e.g. B. in reactor technology, however, is the presence of a proportion of hydrogen containing compounds or the presence of only partially deuterated compounds is often significant Disadvantage. The known exchange method also has the disadvantage that a certain Part of the deuterium used as the starting material through the formation of deuterium containing organic by-products bound and the actual intended use is withdrawn. Furthermore, it is known by cyclization of isotopes containing Acetylene by the Reppe process under pressure and elevated temperature in the presence from nickel carbonyls to labeled aromatics. However, it does form By-products that are difficult to separate, and in particular an undesirable one Isotope exchange with the auxiliary products, so that the desired products are special Separation procedures must be subjected.
Aus der französischen Patentschrift 1 232 343 ist es bekannt, isotopenfreie Acetylenverbindungen zu Benzolderivaten zu cyclisieren in Gegenwart von Katalysatoren, die durch Einwirkung von metallorganischen Verbindungen von Metallen der I. bis III. Gruppe des Periodischen Systems auf Verbindungen von Übergangselementen der IV. bis VIII. Gruppe erhalten werden. In der britischen Patentschrift 802 510 wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem Benzolderivate aus Acetylenverbindungen hergestellt werden in Gegenwart von Katalysatoren, die durch Einwirkung von Titantetrachlorid auf metallorganische Verbindungen von Nichtübergangsmetallen der I. bis III. Gruppe des Periodischen Systems erhalten werden. Die deutsche Patentschrift 1 135 436 offenbart ein Verfahren zur Cyclisierung von Acetylenderivaten in Gegenwart von Aluminium- oder Titankatalysatoren. Die drei Patentschriften geben keine Hinweise auf die Anwendung der Verfahren auf Isotope enthaltende Verbindungen. From French patent 1 232 343 it is known isotope-free To cyclize acetylene compounds to benzene derivatives in the presence of catalysts, by the action of organometallic compounds of metals from I. to III. Group of the periodic table on compounds of transition elements of the IV. To VIII. Groups are obtained. In British Patent 802 510 describes a process in which benzene derivatives are prepared from acetylene compounds are in the presence of catalysts caused by the action of titanium tetrachloride on organometallic compounds of non-transition metals from I. to III. group of the periodic table. German patent specification 1,135,436 discloses a process for the cyclization of acetylene derivatives in the presence of Aluminum- or titanium catalysts. The three patents give no indication of the application the method for isotope-containing compounds.
In dem Journal of the Chemical Society [London], 1935, S. 851 bis 855, schließlich ist eine rein wissenschaftliche Herstellungsmethode von Hexadeuterobenzol beschrieben. Als Katalysator wird Telluroxyd bei einer Reaktionstemperatur von etwa 650"C verwendet. Die Ausbeuten sind klein. Demgegenüber erhält man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher Weise und unter einfachen Bedingungen Isotope enthaltende aromatische Kohlenwasserstoffe bemerkenswert guten Ausbeuten.In the Journal of the Chemical Society [London], 1935, pp. 851 bis 855, after all, is a purely scientific production method for hexadeuterobenzene described. Tellurium oxide is used as a catalyst at a reaction temperature of approx 650 "C. The yields are small. In contrast, according to the invention Method containing isotopes in a simple manner and under simple conditions aromatic hydrocarbons in remarkably good yields.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Isotope enthaltenden aromatischen Kohlenwasserstoffen durch katalytisches Cyclisieren von Isotope enthaltenden acetylenisch ungesättigten Kohlenwasserstoffen oder Gemischen solcher Kohlenwasserstoffe bei Unterdruck, Atmosphärendruck oder leichtem Überdruck; es ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Beschickung der ausschließlichen Einwirkung von Halogeniden und/oder Oxyhalogeniden der Metalle Niob, Tantal oder Wolfram bzw. Anlagerungsverbindungen dieser Halogenide mit Alkali- oder Erdalkalihalogeniden oder mit POCl3 bei -30 bis 250°C unterwirft. The present invention relates to a method of production of aromatic hydrocarbons containing isotopes by catalytic cyclization of isotope-containing acetylenically unsaturated hydrocarbons or mixtures such hydrocarbons at negative pressure, atmospheric pressure or slightly overpressure; it is characterized in that one has the loading of the exclusive action of halides and / or Oxyhalides of the metals niobium and tantalum or tungsten or addition compounds of these halides with alkali or alkaline earth halides or subjected to POCl3 at -30 to 250 ° C.
Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte enthalten die Isotope des Wasserstoffatoms, nämlich Deuterium [D;lH] oder Tritium [T;lH], undloder das Kohlenstoffisotop mit der Massenzahl 14 [l4;C] in folgenden möglichen Kombinationen: 1. Wasserstoff und 14C 2. Deuterium und 12 6C 3. Tritium und BC 4. Deuterium und 14 6C 5. Tritium und 164C Es lassen sich somit aromatische Kohlenwasserstoffe herstellen, die entweder Deuterium, Tritium oder l6C-Isotop enthalten oder Deuterium und l4C-Isotop bzw. Tritium und l4C-Isotop. The products produced according to the invention contain the isotopes of the hydrogen atom, namely deuterium [D; lH] or tritium [T; lH], and / or that Carbon isotope with the mass number 14 [l4; C] in the following possible combinations: 1. Hydrogen and 14C 2. Deuterium and 12 6C 3. Tritium and BC 4. Deuterium and 14 6C 5. Tritium and 164C Aromatic hydrocarbons can thus be produced which contain either deuterium, tritium or 16C isotope or deuterium and 14C isotope or tritium and 14C isotope.
Als Beispiele für Isotope des Kohlenstoffes und/oder des Wasserstoffes enthaltende aromatische Kohlenwasserstoffe, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, seien die Kohlenwasserstoffe der allgemeinen Formel (I) genannt: worin C* das l2C-Atom oder das 164C-Atom bedeutet, R1, R2, R3, R4, R5 und R6 jeweils Wasserstoff, Deuterium, Tritium oder einen gegebenenfalls Isotope enthaltenden gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffrest bedeuten, n für eine ganze Zahl im Wert von 1 bis 4 steht und wobei mindestens eines der Symbole C ein l46C-Atom oder mindestens eines der Symbole R1 bis R6 Deuterium oder Tritium bzw. einen isotopenhaltigen Kohlenwasserstoffrest bedeuten muß.Examples of aromatic hydrocarbons containing isotopes of carbon and / or hydrogen which can be prepared by the process according to the invention are the hydrocarbons of the general formula (I): where C * denotes the 12C atom or the 164C atom, R1, R2, R3, R4, R5 and R6 each denote hydrogen, deuterium, tritium or a saturated or unsaturated hydrocarbon radical optionally containing isotopes, n denotes an integer of 1 to 4 and where at least one of the symbols C must represent a 146C atom or at least one of the symbols R1 to R6 deuterium or tritium or an isotope-containing hydrocarbon radical.
Als Ausgangsstoffe für die Verbindungen der allgemeinen Formel (1) kommen z. B. Verbindungen der allgemeinen Formel R7 - C* # C* - R8 (II) in Frage, worin C* die oben angegebene Bedeutung hat, R7 und R8 dieselbe Bedeutung wie die obigen Symbole R1 bis R6 besitzen und mindestens eines der Symbole C* ein l6C-Atom oder mindestens eines der Symbole, und R8 Deuterium oder Tritium bzw. einen isotopenhaltigen gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffrest bedeuten muß. As starting materials for the compounds of the general formula (1) come z. B. Compounds of the general formula R7 - C * # C * - R8 (II) in question, wherein C * has the meaning given above, R7 and R8 have the same meaning as The above symbols R1 to R6 and at least one of the symbols C * have a 16C atom or at least one of the symbols, and R8 deuterium or tritium or an isotope-containing one must mean saturated or unsaturated hydrocarbon radical.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich somit z. B. zur Herstellung von unsubstituierten oder substituierten, beispielsweise dreifach substituierten, Isotope enthaltenden Benzolen, welche als Substituenten Alkylgruppen, Alkenylgruppen, Arylgruppen oder Cycloalkylgruppen enthalten, wobei die Atome der Substituenten ganz oder teilweise durch die entsprechenden Isotopen ersetzt sein können. The inventive method is thus suitable, for. B. for production of unsubstituted or substituted, for example trisubstituted, Benzols containing isotopes, which are substituted by alkyl groups, alkenyl groups, Contain aryl groups or cycloalkyl groups, the atoms of the substituents can be wholly or partially replaced by the corresponding isotopes.
Als Beispiele für Verbindungen der allgemeinen Formel (11) seien genannt: Acetylen-ds, D - C # C - D; Methylacetylen-d, CH3 - C C -Methyl-d3-acetylen, CD - C C -Methyl-d3-acetylen-d4, CD3 - C CD; Acetylen-1,2-l46C, H'46C 1111 14bC -Acetylen-1,2-14 6C-d2, D - 164C 1111 - C -Vinyl-d3-acetylen-d4, CD2 = CD - C 1111 CD oder Divinylacetylen-1,2,3,4,5,6-14 6C, 14 6CH2 = 14 6CH - 14 6C # 14 6C - 14 6CH = 14 6CH2. Examples of compounds of the general formula (11) may be named: acetylene-ds, D - C # C - D; Methylacetylene-d, CH3 - C C -Methyl-d3-acetylene, CD-C C -methyl-d3-acetylene-d4, CD3-C CD; Acetylene-1,2-146C, H'46C 1111 14bC -Acetylene-1,2-14 6C-d2, D-164C 1111-C -Vinyl-d3-acetylene-d4, CD2 = CD - C 1111 CD or divinylacetylene-1,2,3,4,5,6-14 6C, 14 6CH2 = 14 6CH - 14 6C # 14 6C - 14 6CH = 14 6CH2.
Weiterhin ist es nach dem neuen Verfahren möglich, Isotope enthaltende, teilweise substituierte, z. B. einfach und zweifach substituierte Benzole herzustellen, indem man ein Gemisch aus Acetylen bzw. Isotope enthaltendem Acetylen und Acetylenderivaten, z. B. Furthermore, it is possible according to the new method, isotopes containing, partially substituted, e.g. B. to produce singly and disubstituted benzenes, by using a mixture of acetylene or isotopes containing acetylene and acetylene derivatives, z. B.
CH3-C=-C-H bzw. Isotope enthaltenden Acetylenderivaten, z. B. Acetylene derivatives containing CH3-C = -C-H or isotopes, e.g. B.
CH3-C C-D als Ausgangsmaterial verwendet. CH3-C C-D used as starting material.
In besonders vorteilhafter Weise eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Isotope des Kohlenstoffes und/oder des Wasserstoffes enthaltendem Benzol aus Isotope des Kohlenstoffes und/oder des Wasserstoffes enthaltendem Acetylen, wobei überraschend gute Ausbeuten erzielt werden. In a particularly advantageous manner, that according to the invention is suitable Process for the production of isotopes of carbon and / or hydrogen containing benzene from isotopes of carbon and / or hydrogen Acetylene, surprisingly good yields being achieved.
Die Verwendung von NbCl5, NbOCl8, NbBr5, NbF5, TaCl5, TaBr5, TaF5, WCl6, oder WOCl4 als Cyclisierungskatalysatoren bei der Herstellung von Isotope des Kohlenstoffes und/oder des Wasserstoffes enthaltenden aromatischen Kohlenwasserstoffen führt zu einem überraschend guten Ergebnis. Als brauchbare Anlagerungsverbindungen sind die Doppelsalze der Halogenide bzw. Oxyhalogenide von Niob und Tantal mit Alkali- bzw. Erdalkalihalogeniden, namentlich Natrium-, Kalium- und Bariumchlorid, bzw. die Anlagerungsverbindungen mit Phosphorchloriden bzw. The use of NbCl5, NbOCl8, NbBr5, NbF5, TaCl5, TaBr5, TaF5, WCl6, or WOCl4 as cyclization catalysts in the production of isotopes the aromatic hydrocarbons containing carbon and / or hydrogen leads to a surprisingly good result. As useful addition compounds are the double salts of the halides or oxyhalides of niobium and tantalum with alkali or alkaline earth halides, namely sodium, potassium and barium chloride, or the addition compounds with phosphorus chlorides or
Phosphoroxychloriden zu nennen. Die vorzugsweise verwendeten Halogenide oder Oxyhalogenide von Niob, Tantal oder Wolfram sind nicht sauerstoffempfindlich, unbrennbar und können nach beendeter Reaktion regeneriert werden.To mention phosphorus oxychlorides. The halides preferably used or oxyhalides of niobium, tantalum or tungsten are not sensitive to oxygen, non-flammable and can be regenerated after the reaction has ended.
Bei der Herstellung von aromatischen, mit dem '4C-Isotop »markierten« Kohlenwasserstoffen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man z. B. auch von entsprechend »markiertem« Acetylen ausgehen, wie man es durch Einwirkung von Wasser bzw. In the production of aromatic, with the '4C isotope "marked" Hydrocarbons by the process according to the invention can be, for. B. also from Correspondingly "marked" acetylene emanate, as one would by the action of water respectively.
D2O auf Bal4C2 erhält. Man erhält dabei DC 1111 CD, H'46.C=-'4,CH bzw. Dl4C14CD. Unter dem Begriff »markierte Verbindungen« versteht man bekanntlich auch Verbindungen, in denen nur ein gewisser Anteil der Moleküle Isotope enthält, wobei jedoch die Strahlungsaktivität des isotopenhaltigen Anteils ausreicht, um die Verbindung als solche nachzuweisen und verfolgen zu können.D2O receives on Bal4C2. This gives DC 1111 CD, H'46.C = - '4, CH or D14C14CD. As is well known, the term “marked connections” is understood to mean also compounds in which only a certain proportion of the molecules contain isotopes, however, the radiation activity of the isotope-containing portion is sufficient to to be able to prove and trace the connection as such.
Die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in verschiedener Weise erfolgen. So kann z. B. die Cyclisierungsreaktion in der Gasphase durchgeführt werden, wobei der Katalysator in fester Form angewendet wird, zweckmäßig in einem heizbaren Reaktionsrohr, und wobei ein konstanter, den Ausgangsstoff enthaltender Gasstrom über den Katalysator geleitet wird. Der Katalysator kann weiterhin auf einen porösen Träger aufgebracht werden, wobei gegebenenfalls eine Aktivierung des Katalysator-Träger-Systems, z. B. durch Erwärmen bei geeigneter Temperatur, vor dem Einsatz bei der Reaktion zweckmäßig ist. The method according to the invention can be carried out in various ways Way. So z. B. carried out the cyclization reaction in the gas phase are, the catalyst is used in solid form, advantageously in one heatable reaction tube, and a constant one containing the starting material Gas flow over the catalyst is directed. The catalyst can can also be applied to a porous support, optionally with a Activation of the catalyst support system, e.g. B. by heating at a suitable Temperature before use in the reaction is appropriate.
Der Katalysator selbst bzw. das Katalysator-Träger-System kann dabei weiterhin noch inerte Füllmassen, wie z. B. Bimssteinkörner oder Asbest, enthalten. The catalyst itself or the catalyst-carrier system can still inert filling compounds, such as. B. pumice stones or asbestos contain.
Durch Verformen in üblicher Weise, z. B. in einer Strangpresse, durch Granulieren oder Pillieren kann außerdem der Katalysatormasse diejenige Korngröße verliehen werden, welche bei der jeweils verwendeten Reaktionsapparatur am günstigsten ist. Zweckmäßig wird die Feuchtigkeit der Luft aus der Reaktionsapparatur ferngehalten, etwa dadurch, daß man einen getrockneten Gasstrom bzw. N2 vor Beginn der Reaktion durchleitet und die während der Reaktion eintretenden Gase in der üblichen Weise trocknet.By deforming in the usual way, e.g. B. in an extruder, by Granulating or pilling can also be the particle size of the catalyst mass are awarded whichever is most favorable for the particular reaction apparatus used is. The moisture in the air is expediently kept away from the reaction apparatus, for example by having a dried gas stream or N2 before the start of the reaction passes through and the gases entering during the reaction in the usual way dries.
Die im Innern des Reaktionsraumes herrschende Temperatur kann bei der obigen Ausführungsform des Verfahrens innerhalb verhältnismäßig weiter Grenzen schwanken. The temperature inside the reaction chamber can be the above embodiment of the method within relatively wide limits vary.
Als zweckmäßig hat sich im Fall der Herstellung des deuterierten Benzols gemäß obiger Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Temperaturbereich zwischen 80 und 2500 C und insbesondere zwischen 100 und 200"C erwiesen. It has proven to be useful in the case of the production of the deuterated Benzene according to the above embodiment of the present invention has a temperature range between 80 and 2500 C and in particular between 100 and 200 "C proved.
Es ist ferner möglich, das erwünschte Endprodukt, z. B. Deuterium enthaltendes Benzol, aus dem den Reaktionsraum verlassenden Gasstrom zu isolieren, z. B. durch Kondensation bei geeigneter tiefer Temperatur oder durch Absorption, und die gegebenenfalls noch im Gasstrom vorhandenen Anteile an unverbrauchtem Ausgangsgas, z. B. deuteriertes Acetylen, in einem Kreisprozeß erneut dem Katalysator zuzuführen. Man kann jedoch auch so verfahren, daß man den Gasstrom nach Verlassen des Reaktionsraumes und Passieren einer Kühlfalle in einem Gasometer auffängt und das in den Gasometer eingetretene Gas, welches noch unverbrauchtes Ausgangsmaterial enthalten kann, später vom Gasometer aus erneut dem Reaktionsraum zuführt. Zweckmäßig bringt man an beiden Enden der Apparatur einen Gasometer an, so daß man durch beliebig wiederholtes Umkehren der Richtung des Gasstromes die Reaktion bis zur völligen Umsetzung des Ausgangsmaterials fortsetzen kann. It is also possible to produce the desired end product, e.g. B. Deuterium containing benzene, to be isolated from the gas stream leaving the reaction chamber, z. B. by condensation at a suitable low temperature or by absorption, and the proportions of unused starting gas that may still be present in the gas stream, z. B. deuterated acetylene, fed again to the catalyst in a cycle. However, one can also proceed in such a way that the gas stream is released after it has left the reaction space and passing through a cold trap in a gasometer and that in the gasometer gas that has entered, which may still contain unused starting material, later fed back into the reaction chamber from the gasometer. Appropriately one brings on both Connect a gasometer to the end of the apparatus, so that you can turn it around at will the direction of the gas flow, the reaction up to the complete conversion of the starting material can continue.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der zu verwendende Katalysator, erforderlichenfalls unter Ausschluß von Luftfeuchtigkeit, in einem inerten und zweckmäßig wasserfreien organischen Lösungsmittel suspendiert und in die Suspension ein Gasstrom eingeleitet, welcher die bei der Reaktion als Ausgangsstoff dienende Verbindung enthält. Der Beginn der Reaktion wird dabei daran erkannt, daß das eingeleitete Gas von der Suspension in deutlichem Ausmaß absorbiert wird. In accordance with the preferred embodiment of the present invention the catalyst to be used, if necessary with the exclusion of atmospheric moisture, suspended in an inert and expediently anhydrous organic solvent and introduced into the suspension, a gas stream, which in the reaction as Contains starting material serving compound. The beginning of the reaction will be there recognized that the gas introduced is absorbed by the suspension to a significant extent will.
Die Suspension wird gegebenenfalls vor oder während des Einleitens des Gasstromes auf die erwünschte Temperatur gebracht.The suspension is optionally before or during the introduction brought the gas stream to the desired temperature.
Man kann dabei auch so vorgehen, daß man das den Katalysator enthaltende Lösungsmittel im Hochvakuum durch Abkühlen einfriert und in einem zweiten Gefäß, das mit dem ersten durch einen Hahn verbunden ist, den markierten Acetylenkohlenwasserstoff durch Abkühlen gesondert einfriert. Durch Öffnen des Hahns stellt man Verbindung zum ersten Gefäß her, wobei man die Kühlmittel entfernt. Der niedersiedende Acetylenkohlenwasserstoff gelangt dadurch ins Lösungsmittel, wobei die Cyclisierung eintritt. One can also proceed in such a way that one contains the catalyst Freeze the solvent in a high vacuum by cooling and in a second vessel, which is connected to the first by a tap, the labeled acetylene hydrocarbon frozen separately by cooling. A connection is established by opening the tap to the first vessel, removing the coolants. The low boiling one Acetylene hydrocarbon thereby gets into the solvent, whereby the cyclization occurs.
Als Lösungsmittel können aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe verwendet werden, beispielsweise Benzol, m-Xylol, höhersiedende Gemische von aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Cyclohexan oder Methylcyclohexan. Besonders zweckmäßig wird ein solches Lösungsmittel gewählt, dessen Siedepunkt sich von dem Siedepunkt des zu gewinnenden Endproduktes so stark unterscheidet, daß Lösungsmittel und Endprodukt voneinander durch Destillation getrennt werden können. Aliphatic, cycloaliphatic or aromatic solvents can be used as solvents Hydrocarbons are used, for example benzene, m-xylene, higher-boiling Mixtures of aliphatic hydrocarbons, cyclohexane or methylcyclohexane. It is particularly expedient to choose a solvent whose boiling point is lower differs from the boiling point of the end product to be obtained so much that solvent and final products can be separated from each other by distillation.
So ist es beispielsweise im Fall der erfindungsgemäßen Herstellung von deuteriertem Benzol möglich, bei Wahl eines geeigneten Lösungsmittels, das einen entsprechend höheren Siedepunkt als deuteriertes Benzol besitzt, und bei Anwendung einer Temperatur im Innern der Suspension, welche zwischen dem Siedepunkt des deuterierten Benzols und dem höheren Siedepunkt des Lösungsmittels liegt, das gebildete deuterierte Benzol kontinuierlich aus dem Reaktionsgefäß abzudestillieren und durch Kondensation oder Adsorption zu isolieren. Im Fall der Herstellung von Deuterium enthaltenden Verbindungen haben sich vor allem wasserstofffreie Lösungsmittel, z.B. Äthylentetrachlorid, bewährt. This is the case, for example, in the case of production according to the invention of deuterated benzene possible, with the choice of a suitable solvent, the one has a correspondingly higher boiling point than deuterated benzene, and when used a temperature inside the suspension which is between the boiling point of the deuterated Benzene and the higher boiling point of the solvent that formed deuterated Distilling benzene continuously from the reaction vessel and by condensation or to isolate adsorption. In the case of the manufacture of deuterium containing Compounds are mainly hydrogen-free solvents, e.g. ethylene tetrachloride, proven.
In der Regel verwendet man je Liter Lösungsmittel 2 bis 40 g, vorzugsweise 10 bis 30 g Cyclisierungskatalysator. As a rule, from 2 to 40 g, preferably used, per liter of solvent 10 to 30 g of cyclization catalyst.
Bei der Herstellung von mit 1ß4C markiertem Benzol kann zwecks geeigneter Bestimmung der Strahlungsintensität normales Benzol als Lösungsmittel verwendet werden. Dabei findet auf Grund der die Erfindung kennzeichnenden Verfahrensmerkmale kein Austausch von 14C mit l2C statt, so daß das durch Cyclisierung entstandene Benzol entsprechend dem l6C-Gehalt des verwendeten Acetylens markiert ist. In the production of 1ß4C labeled benzene can be used for the purpose of more suitable Determination of the radiation intensity normal benzene used as solvent will. This takes place on the basis of the method features that characterize the invention no exchange of 14C for 12C takes place, so that the cyclization Benzene is labeled according to the 16C content of the acetylene used.
Die Temperaturen im Reaktionsgefäß können zwischen -30 und y2500 C gewählt werden. So haben sich z, B. im Fall der erfindungsgemäßen Herstellung von deuteriertem Benzol aus deuteriertem Acetylen diese Temperaturen als sehr zweckmäßig erwiesen; besonders gute Ergebnisse erzielt man bei Temperaturen zwischen -10 und 2000 C. Die Einleitungsgeschwindigkeit des Gasstromes wird zweckmäßig so gewählt, daß der größte Teil des Ausgangsstoffes von der Lösung aufgenommen wird; man kann jedoch auch so vorgehen, daß der als unverbrauchtes Gas austretende Anteil des Ausgangsstoffes in einem Kreisprozeß wiederholt in die Katalysatorsuspension zurückgeführt wird. Die Menge an umgesetztem acetylenisch ungesättigtem Kohlenwasserstoff, bezogen auf die vorhandene Menge Katalysator, hängt vom Ausgangs stoff und von den Reaktionsbedingungen ab. In der Regel werden zwischen 0,5 und 70 g acetylenisch ungesättigter Kohlenwasserstoff je Gramm Katalysator umgesetzt. The temperatures in the reaction vessel can be between -30 and y2500 C. So, for example, in the case of production according to the invention from deuterated benzene from deuterated acetylene these temperatures are very useful proven; particularly good results are achieved at temperatures between -10 and 2000 C. The rate of introduction of the gas stream is expediently chosen so that most of the starting material is taken up by the solution; one can however, proceed in such a way that the portion of the starting material emerging as unused gas is repeatedly returned to the catalyst suspension in a cycle. The amount of converted acetylenically unsaturated hydrocarbon, based on the amount of catalyst present depends on the starting material and the reaction conditions away. As a rule, between 0.5 and 70 g of acetylenically unsaturated hydrocarbons are used implemented per gram of catalyst.
Geht man beim erfindungsgemäßen Verfahren von strahlungsaktive Isotopen enthaltenden acetylenisch ungesättigten Kohlenwasserstoffen aus, so ist eine besonders gut abgedichtete Apparatur zu verwenden. If the method according to the invention is based on radiation-active isotopes containing acetylenically unsaturated hydrocarbons, one is special use well-sealed apparatus.
Erfindungsgemäß wird die Cyclisierungsreaktion bei Unterdruck, Atmosphärendruck oder leichtem Überdruck durchgeführt, d. h. bei etwa 100 bis 1000 mm Hg-Säule. Das Verfahren kann gewünschtenfalls auch bei einem Druck von 1000 bis 2000 mm Hg-Säule erfolgen. According to the invention, the cyclization reaction is carried out under reduced pressure, atmospheric pressure or a slight overpressure, d. H. at about 100 to 1000 mm Hg column. That If desired, the process can also be carried out at a pressure of 1000 to 2000 mm Hg column take place.
Die der Cyclisierung unterworfenen acetylenisch ungesättigten Verbindungen können in gasförmiger oder in flüssiger Form zur Reaktion gelangen. Im letzteren Fall werden sie in das den Katalysator enthaltende inerteLösungsmittel portionenweise oder kontinuierlich zugetropft. The acetylenically unsaturated compounds subjected to cyclization can be in gaseous or react in liquid form. In the latter case, they become in the inert solvent containing the catalyst added dropwise in portions or continuously.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht ferner darin, daß man den Katalysator in Gegenwart eines Gemisches verwendet, das (a) mindestens einen gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoff oder einen alicyclischen Kohlenwasserstoff und (b) einen vom Endprodukt durch Destillation trennbaren ungesättigten aliphatischen bzw. ungesättigten alicyclischen Kohlenwasserstoff, z. B. ein Dien, enthält. Diese Ausführungsform ist besonders zweckmäßig, wenn als Katalysator eine Verbindung des Tantals oder des Niobs, TaCl5 oder NbCl5, verwendet wird. Hierbei zeigt sich die vorteilhafte Wirkung vor allem in einer Verkürzung der Zeit, welche zwischen dem Einleiten des Ausgangsstoffes, z. B. des Isotope enthaltenden Acetylens, in das Lösungsmittel und dem Beginn der Reaktion liegt, die zur Bildung des gewünschten Endproduktes, z. B. zum Isotope enthaltenden Benzol, führt. Bei mäßig erhöhter Temperatur tritt die Reaktion sogar meistens unmittelbar mit dem Einleiten des Ausgangsstoffes ein. Another preferred embodiment of the method according to the invention also consists in using the catalyst in the presence of a mixture, the (a) at least one saturated aliphatic hydrocarbon or one alicyclic hydrocarbon and (b) one from the final product by distillation separable unsaturated aliphatic or unsaturated alicyclic hydrocarbon, z. B. contains a diene. This embodiment is particularly useful when as Catalyst a compound of tantalum or niobium, TaCl5 or NbCl5, uses will. The advantageous effect is shown above all in a shortening the time between the introduction of the starting material, e.g. B. of the isotopes containing Acetylene, lies in the solvent and the start of the reaction that leads to formation of the desired end product, e.g. B. to benzene containing isotopes leads. at At a moderately elevated temperature, the reaction usually occurs immediately with the Introduce the starting material.
Weiterhin ist bei der erwähnten vorteilhaften Ausführungsform eine nahezu vollständige Absorption des Isotope enthaltenden Acetylens im Lösungsmittel möglich und eine besonders gute Ausbeute an gewünschtem Endprodukt erreichbar. Unter den Verbindungen der Komponente (b), welche solcherart zur Aktivierung der Katalysatoren, besonders der Tantalverbindungen, beitragen, sind vor allem die Diene, insbesondere das Butadien und das Isopren, hervorzuheben. Die Verbindungen der obenerwähnten Komponente (b) sind dabei schon in geringen Mengen erstaunlich wirksam als Aktivatoren. Im allgemeinen ist es nicht notwendig, die Aktivatoren der Komponente (b) während der ganzen Dauer der Reaktion zuzusetzen; es genügt vielmehr in den meisten Fällen ein anfänglicher Zusatz dieser Verbindungen, um die Reaktion in Gang zu setzen. Die Aktivierung der Katalysatoren, z. B. der Tantalverbindungen, mit Hilfe der Verbindungen der Komponente (b) kann durch einfaches Zumischen der letzteren zu den als Lösungsmittel dienenden Verbindungen der Komponente (a) erfolgen. Man kann jedoch auch so vorgehen, daß man die Verbindungen der Komponente (b) dem Gasstrom, welcher den Ausgangsstoff, z. B. das Isotope enthaltende Acetylen, enthält, vor Eintritt in den eigentlichen Reaktionsraum zumischt, z. B. durch eine Einspritzvorrichtung. Es ist ferner möglich, den Katalysator, z. B. das Tantalhalogenid oder Niobhalogenid, vor seiner Verteilung im Lösungsmittel, z. B. den Verbindungen der Komponente (a), durch Behandlung mit einer verhältnismäßig geringen Menge einer Verbindung der Komponente (b) zu aktivieren.Furthermore, in the advantageous embodiment mentioned, a almost complete absorption of the isotope-containing acetylene in the solvent possible and a particularly good yield of the desired end product can be achieved. Under the compounds of component (b), which in such a way to activate the catalysts, especially the tantalum compounds, are mainly the dienes, in particular butadiene and isoprene to highlight. The compounds of the above Component (b) are surprisingly effective as activators even in small amounts. In general it is not necessary to use the activators of component (b) during to add to the whole duration of the reaction; rather, it is sufficient in most cases an initial addition of these compounds to start the reaction. The activation of the catalysts, e.g. B. the tantalum compounds, with the help of the compounds the component (b) can be used as a solvent by simply admixing the latter to the Serving compounds of component (a) take place. However, one can also proceed in this way that the compounds of component (b) are added to the gas stream, which is the starting material, z. B. the isotope-containing acetylene contains, before entering the actual Admixing reaction space, e.g. B. by an injector. It is also possible the catalyst, e.g. B. the tantalum halide or niobium halide, prior to its distribution in the solvent, e.g. B. the compounds of component (a), by treatment with to activate a relatively small amount of a compound of component (b).
Die erfindungsgemäß herzustellenden Verbindungen können z. B. in bekannter Weise für analytische Zwecke und technologische Untersuchungen verwendet werden. Diejenigen Kohlenwasserstoffe, welche Deuterium enthalten, lassen sich bekanntlich auf Grund ihrer von den wasserstoffhaltigen Verbindungen abweichenden Molekulargewichte z. B. mit Hilfe des Massenspektrographen nachweisen, während diejenigen Kohlenwasserstoffe, welche'BC oder Tritium enthalten, in bekannter Weise auf Grund ihrer Strahlungsaktivität verfolgt und nachgewiesen werden können. Weiterhin können die erfindungsgemäß herzustellenden Verbin- dungen mit besonderem Vorteil in der Reaktortechnik eingesetzt werden, z. B. als Kühlmittel, Refiektoren oder Moderatoren. The compounds to be prepared according to the invention can, for. Am known way used for analytical purposes and technological investigations will. Those hydrocarbons which contain deuterium can be known due to their molecular weights differing from those of the hydrogen-containing compounds z. B. with the help of the mass spectrograph, while those hydrocarbons which contain 'BC or tritium, in a known manner due to their radiation activity can be tracked and proven. Furthermore, those to be produced according to the invention can be used Connecting applications are used with particular advantage in reactor technology, z. B. as a coolant, reflectors or moderators.
Unter dem Begriff »Moderatoren« versteht man bekanntlich solche Verbindungen, welche die sogenannten »schnellen Neutronen« abzubremsen und in »langsame« bzw. ))thermische Neutronen« umzuwandeln vermögen. As is well known, the term »moderators« refers to those connections which slow down the so-called "fast neutrons" and convert them to "slow" resp. )) thermal neutrons «are able to convert.
Zu den obenerwähnten Zwecken sind diejenigen erfindungsgemäß herzustellenden Verbindungen besonders geeignet, deren Wasserstoffatome weitgehend oder praktisch vollständig durch Wasserstoffisotope ersetzt sind, z. B. hochdeuteriertes Benzol. For the purposes mentioned above are those to be made in accordance with the invention Compounds particularly suitable whose hydrogen atoms largely or practically are completely replaced by hydrogen isotopes, e.g. B. highly deuterated benzene.
Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen zeichnen sich dabei durch eine überraschend hohe Beständigkeit gegenüber der Einwirkung von Hitze und Strahlung jeder Art sowie durch hohe Neutronenbremswirkung und geringe Neutronenabsorption aus. The compounds prepared according to the invention stand out by a surprisingly high resistance to the effects of heat and Radiation of all kinds as well as through high neutron braking effect and low neutron absorption the end.
Auch bei anderen technischen Anwendungen, die nicht auf dem Gebiet der Reaktortechnik liegen, erweisen sich die erfindungsgemäßen Isotope der Wasserstoff enthaltenden Verbindungen vor allem auf Grund ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Hitze und Strahlung und ihres guten Wärmeaustauschvermögens allgemein als sehr geeignet, z. B. als Kühlmittel in Aggregaten, welche unter extremen Bedingungen arbeiten. Isotope enthaltende Aromaten, die polymerisierbare Doppelbindungen enthalten, beispielsweise das aus markiertem Vinylacetylen erhältliche Divinylmodel Trivinylbenzol, können nach bekannten Verfahren in polymere Verbindungen übergeführt werden. Man kann derart hochdeuterierte Kunststoffe herstellen. Also for other technical applications that are not in the field the reactor technology, the isotopes of the invention turn out to be hydrogen containing compounds mainly due to their resistance to Heat and radiation and their good heat exchange capacity are generally considered to be very suitable, z. B. as a coolant in units that work under extreme conditions. Isotope-containing aromatics which contain polymerizable double bonds, for example the divinyl model, trivinylbenzene, which is available from labeled vinyl acetylene be converted into polymeric compounds by known processes. You can do that Manufacture highly deuterated plastics.
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen näher beschrieben. Die Temperaturen sind in Celsiusgraden angegeben: mC bedeutet Millicurie und mM Millimol. The invention is described in more detail in the following examples. The temperatures are given in degrees Celsius: mC means millicuries and mM Millimoles.
Die Radioaktivitätsmessungen erfolgten beim l4C-Acetylen mit einer Ionisationskammer in Verbindung mit einem Schwingungskondensator-Meßverstärker, bei allen übrigen Proben mit einem Flüssigkeits-Scintillations-Zähler. The radioactivity measurements were carried out with 14C-acetylene with a Ionization chamber in connection with a vibration capacitor measuring amplifier, for all other samples with a liquid scintillation counter.
Bei spiel 1 In einem Dreihals-Rundkolben von 21 Inhalt wurden 400 g Kalziumkarbid in absolut trockener Stickstoffatmosphäre vorgelegt. Mit Hilfe eines Tropftrichters wurden hierauf 200 ml Deuteriumoxyd langsam zugetropft, wobei vollständig deuteriertes Acetylen gebildet wurde, das nach Passieren einer Kühlfalle in einem trockenen Gasometer aufgefangen wurde. Am Ende der Acetylenentwicklung wurde mit wenig Stickstoff das Reaktionsprodukt möglichst vollständig in den Gasometer gespült. Example 1 In a three-necked round bottom flask with a capacity of 21, 400 g calcium carbide placed in an absolutely dry nitrogen atmosphere. With help of a 200 ml of deuterium oxide were then slowly added dropwise to the dropping funnel, with complete Deuterated acetylene was formed, which after passing through a cold trap in a dry gasometer was collected. At the end of the acetylene evolution, with little nitrogen, the reaction product is flushed as completely as possible into the gasometer.
Zur Umwandlung des deruteierten Acetylens zu Benzol wurde ein 500 ml Vierhalskolben verwendet, der 200 ml wasserfreies Äthylentetrachlorid und darin aufgeschlämmt 5 g NbCl5 enthielt. Durch den Hauptstutzen war ein Vibromischer eingeführt, der für eine kräftige Durchmischung der Flüssigkeit sorgte. Der zweite Stutzen diente zur Einführung des Thermometers, der dritte Stutzen zur Einleitung des Acetylens. Der vierte Stutzen verband den Kolben über eine Kühlfalle mit einem zweiten, leeren Gasometer, war aber während des Betriebes meist durch einen Hahn geschlossen. To convert the deruted acetylene to benzene, a 500 ml four-necked flask used containing 200 ml of anhydrous ethylene tetrachloride and in it slurried contained 5 g of NbCl5. A vibromixer was inserted through the main connector, which ensured that the liquid was vigorously mixed. The second nozzle served for the introduction of the thermometer, the third connection for the introduction of the acetylene. The fourth port connected the flask to a second, empty one via a cold trap Gasometer, but was usually closed by a tap during operation.
Bei 40"C wurde die Verbindung des Reaktionskolbens mit dem Acetylenbehälter geöffnet und durch kurzzeitiges Öffnen des Ausgangs zum leeren Gasometer der Stickstoff durch Acetylen verdrängt. Sofort setzte eine kräftige Acetylenabsorption unter Dunkelfärbung der Katalysatoraufschlämmung ein, wobei durch Zufuhrregulierung eine Absorption von etwa 400 ml/Min. aufrechterhalten wurde. Die Temperatur wurde dabei durch Kühlung auf 15 bis 50"C eingestellt, Nahm die Absorption merklich ab, so wurde der Ausgang zum leeren Gasometer wieder für etwa 30 Sekunden geöffnet, wodurch angesammelter Stickstoff entfernt wurde und die Absorption wieder den ursprünglichen Wert annahm. At 40 "C the connection of the reaction flask to the acetylene container opened and by briefly opening the outlet to the empty gasometer the nitrogen displaced by acetylene. Immediately strong acetylene absorption set in with a dark color the A catalyst slurry, with an absorption of about 400 ml / min. was maintained. The temperature was thereby reduced by cooling adjusted to 15 to 50 "C. When the absorption decreased noticeably, the output became to empty gasometer reopened for about 30 seconds, reducing accumulated Nitrogen was removed and the absorbance returned to its original value.
Nach beendeter Reaktion wurde die Reaktionslösung filtriert und aus dem Filtrat reines, vollständig deuteriertes Benzol durch fraktionierte Destillation gewonnen. After the reaction had ended, the reaction solution was filtered and discharged pure, completely deuterated benzene from the filtrate by fractional distillation won.
Ausbeute: volldeuteriertes Reinbenzol: 95 g = 680/o der Theorie.
Der Katalysatorrückstand (30 g), der neben Kohlenstoff noch Deuterium enthielt, wurde verbrannt und das entstandene schwere Wasser rekuperiert. The catalyst residue (30 g), which in addition to carbon also contains deuterium contained, was incinerated and the resulting heavy water recuperated.
Bei Durchführung der obigen Reaktion unter Verwendung von 5 g TaBr5 als Katalysator und von 500 ml eines im Handel befindlichen Gemisches von aliphatischen Kohlenwasserstoffen der Shell Chemical Corp., Kp. 180 bis 200"C, als Lösungsmittel und bei einer Temperatur von 83"C wird ein ähnliches Ergebnis erzielt. Hierbei kann ein sofortiges Einsetzen der Reaktion bei 80"C dadurch erreicht werden, daß man dem in den Reaktionsraum eintretenden Acetylengasstrom eine kleine Menge Isopren beimischt, zweckmäßig durch Einspritzen des Isoprens in die Verbindung zwischen Gasometer und Reaktionskolben mit Hilfe einer Injektionsnadel. Dabei färbt sich die Suspension sofort gelb und anschließend schwarz, das eintretende deuterisierte Acetylen wird bei einer Einströmmenge von 600 ml/Min. völlig vom Lösungsmittel absorbiert und nahezu vollständig in deuteriertes Benzol umgewandelt. When performing the above reaction using 5 g of TaBr5 as a catalyst and from 500 ml of a commercially available mixture of aliphatic Hydrocarbons from Shell Chemical Corp., bp 180 to 200 "C, as solvents and a similar result is achieved at a temperature of 83 "C. Here, an immediate onset of the reaction at 80 "C can be achieved by the acetylene gas stream entering the reaction chamber a small amount of isoprene admixed, expediently by injecting the isoprene into the connection between Gasometer and reaction flask with the help of a hypodermic needle. It changes color the suspension immediately yellow and then black, the incoming deuterated Acetylene is at an inflow rate of 600 ml / min. completely absorbed by the solvent and almost completely converted into deuterated benzene.
Entsprechende Ergebnisse erhielt man bei Verwendung von WCl,; oder WOCl4 als Katalysatoren und eines Gemisches von 400 ccm Methylcyclohexan und 100 ccm n-Xylol als Lösungsmittel. Corresponding results were obtained when using WCl; or WOCl4 as catalysts and a mixture of 400 ccm methylcyclohexane and 100 ccm of n-xylene as a solvent.
Beispiel 2 2 g NbCl5 wurden in einem Al2O3-Schiffchen unter Stickstoff in ein schwerschmelzbares Glasrohr eingebracht und dort auf 100°C erwärmt. Bei dieser Temperatur wurde vollständig deuteriertes Acetylen aus einem trockenen Gasbehälter entnommen und, nach Passieren einer Kühlfalle, in einer Einströmmenge von etwa 3 1/Std. in den Reaktionsraum eintreten gelassen. Example 2 2 g of NbCl5 were placed in an Al2O3 boat under nitrogen placed in a refractory glass tube and heated to 100 ° C there. At this Temperature was completely deuterated acetylene from a dry gas container taken and, after passing through a cold trap, in an inflow amount of about 3 1 H. allowed to enter the reaction space.
Beim Kontakt mit dem NbCl5 im Reaktionsrohr verfärbte sich das NbCl5 unter starker Wärmeabgabe dunkel. Die Temperatur im Reaktionsraum stieg dabei von selbst auf 1200C. Nach etwa einer halben Stunde machte sich ein leichtes Absinken der Temperatur be- merkbar, worauf langsam auf 200"C aufgeheizt wurde.Upon contact with the NbCl5 in the reaction tube, the NbCl5 changed color dark with strong heat emission. The temperature in the reaction space rose from even at 1200C. After about half an hour there was a slight drop the temperature noticeable, after which it was slowly heated to 200 "C.
Das beim Kontakt des D C C - D mit dem dunkel verfärbten NbCl5 gebildete deuterierte Benzol wurde durch das überschüssige unverbrauchte D - C C - D in eine angeschlossene Kühlfalle gespült, dort ausgefroren und das unverbrauchte D-CC-D in dem an die Kühlfalle angeschlossenen Gasometer aufgefangen. Nach Entleerung des ersten Gasometers wurde, um die Reaktion weiterzuführen, die Richtung des Gasstromes umgekehrt und das Benzol nunmehr in der am ursprünglichen Eintrittsende des Reaktionsrohres angebrachten Kühlfalle aufgefangen.That formed when the D C C - D came into contact with the darkly discolored NbCl5 Deuterated benzene was converted into one by the excess unconsumed D - C C - D connected cold trap rinsed, frozen there and the unused D-CC-D caught in the gasometer connected to the cold trap. After emptying the The first gasometer to continue the reaction was the direction of the gas flow vice versa and the benzene now in the one at the original inlet end of the reaction tube attached cold trap.
Auf diese Weise wurden 16 g praktisch vollständig deuteriertes Benzol, C6D6, verunreinigt mit Spuren von DCl, erhalten. In this way 16 g of practically completely deuterated benzene, C6D6 contaminated with traces of DCl was obtained.
Die Durchführung der oben beschriebenen Reaktion bei Temperaturen von 10°, 50° und 1300C führte in ähnlicher Weise zur Bildung von Benzol. Carrying out the reaction described above at temperatures of 10 °, 50 ° and 1300C similarly led to the formation of benzene.
Auch diejenige Menge des schweren Wassers, welche bei der Entwicklung des deuterierten Acetylens aus Calciumkarbid als Ca(OD)2 gebunden worden war, konnte zum größten Teil durch Calcinieren des im Acetylenentwicklungsgefäß befindlichen Rückstandes wiedergewonnen werden. Bei sorgfältiger Durchführung der Maßnahmen zur Wiedergewinnung des bei der ersten Reaktion nicht umgesetzten Anteils an Deuterium und Wiederverwendung bei den folgenden Reaktionsansätzen ist es möglich, mehr als 90 0/o des im Ausgangsmaterial (D2O) vorhandenen Deuteriums in das Benzol einzuführen. Also that amount of heavy water which is used in the development of the deuterated acetylene from calcium carbide had been bound as Ca (OD) 2 for the most part by calcining what is in the acetylene evolution vessel Residue can be recovered. With careful implementation of the measures for Recovery of the portion of deuterium not converted in the first reaction and reuse in the following reaction batches is possible more than Introduce 90% of the deuterium present in the starting material (D2O) into the benzene.
Beispiel 3 Zur Anwendung kam eine analoge Apparatur wie im Beispiel 1 beschrieben. Im Reaktionskolben von 1000 ml wurden 13 g TaCl5 und 0,4 g NbCl5 in 350 ml des im Beispiel 1 benutzten Gemisches aliphatischer Kohlenwasserstoffe, Siedepunkt 180 bis 200"C, unter Stickstoff vorgelegt und auf -100C gekühlt. Bei dieser Temperatur wurde der Stickstoff durch trockenes, deuteriertes Acetylen verdrängt und die Verbindung mit dem Acetylengasometer offen gehalten. Nach 8 Minuten intensivem Rühren verfärbte sich die weiße Aufschlämmung langsam nach Gelb, dann nach Hellgrün-olivgrün und schließlich blau. Gleichzeitig begann eine zunehmende Acetylenabsorption, die schließlich aus apparativen Gründen auf 1,21/Min. beschränkt wurde. Die Temperatur stieg ziemlich rasch auf 10°C, wo sie durch Kühlung mit einem Kältebad von -10"C gehalten werden konnte. Total wurden etwa 1701 deuteriertes Acetylen umgesetzt, zuerst während rund 90 Minuten mit einer Geschwindigkeit von 1,21/Min., worauf die Aufnahmegeschwindigkeit sich sukzessive verlangsamte. Durch Ausdestillieren wurden 150 g volldeuteriertes Benzol (80 ovo der Theorie) und 24 g eines schwarzen, Ta, Cl, C und D enthaltenden Rückstandes isoliert. Example 3 An apparatus analogous to that in the example was used 1 described. 13 g TaCl5 and 0.4 g NbCl5 were placed in the 1000 ml reaction flask in 350 ml of the mixture of aliphatic hydrocarbons used in Example 1, Boiling point 180 to 200 "C, placed under nitrogen and cooled to -100C. At At this temperature the nitrogen was displaced by dry, deuterated acetylene and the connection to the acetylene gasometer kept open. After 8 minutes of intense With stirring, the white slurry slowly turned yellow, then light green-olive green and finally blue. At the same time, an increasing absorption of acetylene began finally, for reasons of apparatus, to 1.21 / min. was restricted. The temperature rose fairly quickly to 10 ° C, where it was cooled with a cold bath of -10 "C could be held. A total of around 1701 deuterated acetylene were converted, first for around 90 minutes at a speed of 1.21 / min., whereupon the Recording speed gradually slowed down. By distilling out were 150 g of fully deuterated benzene (80 ovo of theory) and 24 g of a black, Ta, Cl, C and D containing residue isolated.
Die Analyse des Benzols ergab: D20 = 0,9482 C°/0 85,77 n200 1,4986 D°/o 14,58 Massenspektrum: 95,9 0/o C6D6 4,00/0 C6DsH 0,1 0/o C6D4H2 Deuterierungsgrad: 99,3 0/o. The analysis of the benzene gave: D20 = 0.9482 ° C./085.77 n200 1.4986 D ° / o 14.58 mass spectrum: 95.9 0 / o C6D6 4.00 / 0 C6DsH 0.1 0 / o C6D4H2 degree of deuteration: 99.3 0 / o.
Beispiel 4 Die für die Cyclisierungsreaktion von verwendete Apparatur besteht aus zwei kolbenförmigen Glasgefäßen A und B, die durch ein Glasrohr miteinander verbunden sind. Die Gefäße sind über ein Hahnensystem unter sich und mit dem Verbindungsrohr verbunden bzw. abtrennbar. Beide Glasgefäße lassen sich in Kühlmittel einstellen, beispielsweise in flüssige Luft oder flüssigen Stickstoff, und das ganze System ist mit einer Hochvakuumpumpe verbunden. Example 4 The apparatus used for the cyclization reaction of consists of two flask-shaped glass vessels A and B, which are connected through a glass tube are connected. The vessels are under a tap system and with the connecting pipe connected or detachable. Both glass vessels can be placed in coolant, for example in liquid air or liquid nitrogen, and the whole system is connected to a high vacuum pump.
In das Gefäß A werden 2,0 g wasserfreies Benzol und 10 mg Niobpentachlorid eingegeben, worauf das Gefäß in flüssigen Stickstoff eingetaucht und Hochvakuum angelegt wird. Durch das Abkühlen wird der feste Aggregatszustand erreicht. 2.0 g of anhydrous benzene and 10 mg of niobium pentachloride are placed in vessel A entered, whereupon the vessel is immersed in liquid nitrogen and high vacuum is created. The solid state of aggregation is achieved through cooling.
Das l4C-Acetylen erhält man durch Zersetzung von C-Bariumcarbid, das seinerseits durch Pyrolyse von 14C-Bariumcarbonat mit Barium zugänglich ist, mit Wasser. Das gebildete l6C-Acetylen wird nach Reinigung über Kaliumhydroxyd und Phosphorpentoxyd in dem mit flüssigem Stickstoff gekühlten Gefäß B unter Hochvakuum kondensiert. Gefäß B enthält 52 mg 4jC-Acetylen (4,48 mC). 14C-acetylene is obtained by the decomposition of C-barium carbide, which in turn is accessible by pyrolysis of 14C-barium carbonate with barium, with water. The 16C-acetylene formed is purified over potassium hydroxide and Phosphorus pentoxide in vessel B, cooled with liquid nitrogen, under high vacuum condensed. Vessel B contains 52 mg 4jC acetylene (4.48 mC).
Zur Einleitung der Reaktion wird die Verbindung von Gefäß A zu B geöffnet und das Kühlmittel von Gefäß B entfernt. Das markierte Acetylen kondensiert dabei in 10 bis 30 Sekunden in das Gefäß A hinüber. The connection from vessel A to B is used to initiate the reaction opened and the coolant removed from vessel B. The labeled acetylene condenses into vessel A in 10 to 30 seconds.
Nach dieser Zeit wird das Kühlmittel von Gefäß A entfernt. Beim Auftauen der Reaktionsmischung zeigt sich der Beginn der Cyclisierungsreaktion durch allmähliche Blaufärbung an. Nach 2stündigem Schütteln von Gefäß A bei Raumtemperatur wird das Vakuum aufgehoben, die Reaktionsmischung abfiltriert und die klare Benzollösung destilliert. Die radiochemische Ausbeute beträgt, gemessen durch die spezifische Aktivität des l6C-Benzols: 0,151 mC/mM, daraus errechnet sich eine stöchiometrische Ausbeute von 3,94 mC = 87,9 0/o der Theorie.After this time, the coolant is removed from vessel A. When defrosting The beginning of the cyclization reaction is evident in the reaction mixture by gradual Blue discoloration. After shaking vessel A for 2 hours at room temperature, the The vacuum is released, the reaction mixture is filtered off and the clear benzene solution distilled. The radiochemical yield, measured by the specific Activity of 16C-benzene: 0.151 mC / mM, from which a stoichiometric one is calculated Yield of 3.94 mC = 87.9% of theory.
Für den Nachweis der chemischen und radiochemischen Identität des erhaltenen '6C-Benzols wird eine Charge des '4Benzols in Brombenzol und davon eine Probe in Benzoesäure übergeführt. Die erhaltenen Werte der spezifischen Aktivitäten lauten: Benzol 0,151 mC/mM, Brombenzol 0,148 mC/mM und Benzoesäure 0,152 mC/mM. Dies liefert den Beweis für die chemische und radiochemische Reinheit des erhaltenen 164C-Benzols. For the verification of the chemical and radiochemical identity of the '6C-benzene obtained is a batch of the' 4-benzene in bromobenzene and one of them Sample converted to benzoic acid. The obtained values of the specific activities are: benzene 0.151 mC / mM, bromobenzene 0.148 mC / mM and benzoic acid 0.152 mC / mM. This provides evidence of the chemical and radiochemical purity of the obtained 164C benzene.
Beispiel 5 Es wird dieselbe Apparatur wie im Beispiel 4 beschrieben verwendet. 10 mg Niobpentachlorid werden mit 2,0 g »Shellsol T« in das Gefäß A gebracht und im Hochvakuum durch Ausfrieren in den festen Zustand übergeführt. Anschließend werden 52 mg des im Beispiel 4 beschriebenen l4C-Acetylens (4,48 mC) aus dem Gefäß B in das Gefäß A kondensiert. Nach Auftauen der Reaktionsmischung wird 2 Stunden geschüttelt, nach Belüften 2,0g Benzol zugefügt, abfiltriert und durch fraktionierte Destillation das Benzol abgetrennt. Example 5 The same apparatus as in Example 4 is described used. 10 mg of niobium pentachloride are placed in vessel A with 2.0 g of “Shellsol T” and converted into the solid state by freezing out in a high vacuum. Afterward 52 mg of the 14C acetylene (4.48 mC) described in Example 4 are removed from the vessel B condensed into vessel A. After thawing the reaction mixture is 2 hours shaken, after aerating added 2.0 g of benzene, filtered off and fractionated by Distillation separated the benzene.
Die radiochemische Ausbeute beträgt, gemessen durch die spezifische Aktivität des l4C-Benzols: 0,137 mC/mM, daraus errechnet sich eine stochiometrische Ausbeute von 3,51mC = 78,3 0/o der Theorie. The radiochemical yield, measured by the specific Activity of 14C benzene: 0.137 mC / mM, from which a stoichiometric one is calculated Yield of 3.51 mC = 78.3% of theory.
Beispiel 6 Es wird dieselbe Apparatur wie im Beispiel 4 beschrieben verwendet. 10 mg Mischkristallisat von 970/o Tantal- und 30/o Niobpentachlorid werden mit 2,0 g absolutem Benzol in das Gefäß A gebracht und im Hochvakuum durch Ausfrieren in den festen Zustand übergeführt. Anschließend werden 52 mg des im Beispiel 4 beschriebenen l,tC-Acetylens (4,48 mC) aus dem Gefäß B in das Gefäß A kondensiert. Nach Auftauen der Reaktionsmischung wird für 2 Stunden geschüttelt, nach Belüften abfiltriert und die klare Benzollösung destilliert. Example 6 The same apparatus as in Example 4 is described used. 10 mg mixed crystals of 970 / o tantalum and 30 / o niobium pentachloride are used brought into vessel A with 2.0 g of absolute benzene and freeze out in a high vacuum transferred to the solid state. Then 52 mg of that described in Example 4 are added l, tC acetylene (4.48 mC) condensed from vessel B into vessel A. After thawing the reaction mixture is shaken for 2 hours and, after aeration, filtered off and the clear benzene solution is distilled.
Die radiochemische Ausbeute beträgt, gemessen durch die spezifische Aktivität des '4C-Benzols: 0,146 mC/mM, daraus errechnet sich eine stöchiometrische Ausbeute von 3,74 mC 8394°/o Theorie. The radiochemical yield, measured by the specific Activity of '4C-benzene: 0.146 mC / mM, from which a stoichiometric one is calculated Yield of 3.74 mC 8394% theory.
Beispiel 7 Durch Umsetzung von Bariumkarbid mit Tritium-Wasser wird Tritium-Acetylen hergestellt. Es wird dieselbe Apparatur wie im Beispiel 4 beschrieben verwendet. 12 mg Niobpentachlorid werden mit 2,0 g absolutem Benzol in das Gefäß A gebracht und im Hochvakuum durch Ausfrieren in den festen Zustand übergeführt. Anschließend werden 52 mg Tritium-Acetylen (7,43 mC) aus dem Gefäß B in das Gefäß A kondensiert. Nach Auftauen der Reaktionsmischung wird 2 Stunden geschüttelt, nach Belüften abfiltriert und die klare Benzollösung destilliert. Example 7 By reacting barium carbide with tritium water, Tritium acetylene produced. The same apparatus as in Example 4 is described used. 12 mg of niobium pentachloride are added to the vessel with 2.0 g of absolute benzene A and converted into the solid state by freezing out in a high vacuum. Then 52 mg of tritium acetylene (7.43 mC) are transferred from vessel B into the vessel A condenses. After thawing the reaction mixture, it is shaken for 2 hours Aeration filtered off and the clear benzene solution distilled.
Die radiochemische Ausbeute beträgt, gemessen an der spezifischen Aktivität des Tritium-Benzols: 0,245 mC/mM, daraus errechnet sich eine stöchiometrische Ausbeute von 6,28 mC - 84,6 0/o Theorie. The radiochemical yield, measured on the specific Activity of tritium benzene: 0.245 mC / mM, from which a stoichiometric one is calculated Yield of 6.28 mC - 84.6% theory.
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GB802510A (en) * | 1955-11-08 | 1958-10-08 | Ici Ltd | Improvements in and relating to the polymerisation of acetylenic compounds |
FR1232343A (en) * | 1958-03-01 | 1960-10-07 | Basf Ag | Process for the production of substituted benzenes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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NL271538A (en) |
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