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Verfahren zur Herstellung von Trifluormethylgruppen enthaltenden Phenolen
Phenole, die in der Seitenkette Trifluormethylgruppen enthalten, sind bekannt. Sie
wurden bisher ausschließlich aus den entsprechenden Aminen durch Diazotieren und
Verkochen hergestellt. Zur Einführung der Trifluormethylmercaptogruppe in Phenole
gibt es ferner die Möglichkeit, Phenole mit Trifluormethylsulfenchlorid umzusetzen.
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Es wurde nun gefunden, daß man Trifluormethylgruppen enthaltende
Phenole der allgemeinen Formel
in der x eine Trifluormethyl- oder eine Trifluormethylmercaptogruppe, y Halogenatome
und, falls x eine Trifluormercaptogruppe ist, auch Alkylgruppen, m 0, 1 oder 2,
Z ein Wasserstoffatom oder ein Halogen atom und, falls x eine Trifluormethylmercaptogruppe
ist, auch eine Alkylgruppe bedeutet, in einfacher Weise und guter Ausbeute erhält,
wenn man Kohlensäureester bzw. -esterchloride der allgemeinen Formel
in der W eine Trichlormethyl- oder eine Trichlormethylmercaptogruppe, y Halogenatome
und, falls W eine Trichlormethylmercaptogruppe ist, auch Alkylgruppen, m die Zahlen
0, 1 oder 2, Z ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom und, falls W eine Trichlormethylmercaptogruppe
ist, auch eine Alkylgruppe bedeutet, und R ein Chloratom oder den Rest
in dem W, Z, y und m die vorstehenden Bedeutungen haben, bedeutet, mit wasserfreier
Flußsäure, vorzugsweise im Uberschuß, bei Temperaturen zwischen - 10 und +150°C,
gegebenenfalls in Gegenwart inerter organischer Lösungsmittel, umsetzt und an-
schlieijend
die Reaktionsprodukte mit einer Base, vorzugsweise wäßrigen Alkalihydroxydlösungen,
in Gegenwart eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels, zu den entsprechenden
Phenolen verseift.
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Bei dieser Umsetzung werden die Trichlormethylgruppen, die auch über
Schwefel gebunden sein können, glatt und in guter Ausbeute in Trifluormethylgruppen
überführt.
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Diese glatt verlaufende Austauschreaktion bei aromatischen Kohlensäureestern
und -esterchloriden ist als überraschend zu bezeichnen, denn es ist bekannt, daß
andere Phenolester, z. B. Essigsäure- oder Benzoesäureester, in wasserfreier Flußsäure
normalerweise nach Art einer Friesschen Verschiebung zu entsprechenden Hydroxyketonen
umlagern, vgl. zum Beispiel Angewandte Chemie, Bd. 56, 1943, S. 338.
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Weiterhin ist es überraschend, daß bei der an sich leicht verlaufenden
alkalischen Hydrolyse der Kohlensäureester bzw. -esterchloride die Trifluormethylgruppe
in p-Stellung zur Hydroxygruppe nicht angegriffen wird, denn es ist bekannt, daß
diese Gruppe sehr empfindlich gegen Alkalien ist (vgl. Journal of the American Chemical
Society, Bd. 69, 1947, 5. 2347). So bildet z. B. 4-Trifluormethylphenol bereits
in kaltem verdünntem Alkali Polymere mit dem Kettenglied
Die für das Verfahren der Erfindung als Ausgangsstoffe benötigterz Trichlormethylgruppen
enthaltenden
Kohlensäurephenylester bzw. -esterchloride erhält
man durch Seitenkettenchlorierung der entsprechenden methylgruppenhaltigen Carbonate.
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Geeignete Ausgangsverbindungen für das Verfahren der Erfindung sind
z.
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Bis-(4-trichlormethylmercapto-phenyl)-carbonat, Bis-(4-trichlormethylmercapto-3-methylphenyl)-carbonat,
Bis-(4-trichlormethylmercapto-3 , 5-dimethylphenyl)-carbonat, Bis-(4-trichlormethylmercapto-2-chlorphenyl)-carbonat,
Bis-(4-trichlormethyl-phenyl)-carbonat, Bis -(3-trichlormethyl-phenyl)-carbonat,
Chlorkohlensäure-4-trichlormethylmercapto-3-methylphenylester, Chlorkohlensäure-3
-trichlormethylphenylester, Chlorkohlensäure-4-trichlormethylphenylester .
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Für das Verfahren der Erfindung kann handelsübliche wasserfreie Fluß
säure mit einem Gehalt von mindestens 980/0 verwendet werden; vorzugsweise wird
die Fluß säure in einem derartigen Uberschuß angewendet, daß sie gleichzeitig als
Lösungsmittel dient. Ihre Menge muß - um einen Austausch sämtlicher Chloratome gegen
Fluoratome zu gewährleisten - mindestens der für die Umsetzung theoretisch erforderlichen
molaren Menge entsprechen.
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Man kann die Umsetzung auch in Gegenwart von inerten organischen
Lösungsmitteln, wie Methylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff, Ather oder Nitrobenzol
durchführen, beispielsweise um kristalline Ausgangsstoffe zu lösen und flüssig in
die wasserfreie Flußsäure einzudosieren. Die Umsetzung wird im Temperaturbereich
von - 10 bis +150°C, vorzugsweise von 10 bis 80"C, durchgeführt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird zum vorgelegten Kohlensäureester
bzw. -esterchlorid die auf unter O"C abgekühlte Flußsäure gegeben und dann langsam
auf die erforderliche Reaktionstemperatur erhitzt, die man leicht nach der Geschwindigkeit
der Chlorwasserstoffentwicklung einstellen kann. Träge reagierende Kohlensäureester
bzw. -esterchloride kann man bei erhöhter Temperatur und unter Druck reagieren lassen.
Der angewendete Druck soll dabei über dem Dampfdruck der wasserfreien Flußsäure
liegen. Der entstehende Chlorwasserstoff wird über ein Nadelventil abgeblasen.
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Das Ende des Halogenaustausches erkennt man am Aufhören der Chlorwasserstoffentwicklung.
Die Aufarbeitung der Reaktionslösung geschieht durch Abdestillieren der Fluß säure
und- gegebenenfalls des Lösungsmittels. Der Rückstand ist für die weitere Umsetzung
meistens genügend rein. Falls nötig kann -der Rückstand durch Umkristallisieren
leicht gereinigt werden.
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Die Spaltung des fluorierten Carbonates erfolgt in üblicher Weise.
Da Carbonate alkalisch besonders leicht spalten, wird die Hydrolyse mit Basen vorzugsweise
mit Alkalihydroxyden durchgeführt. Die Durchführung geschieht so, daß man das Carbonat
zunächst in einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, z. B. Methanol, Äthanol,
Isopropanol, Diäthylenglykol, Aceton, Dioxan oder Tetramethylensulfon bzw. Mischungen
hiervon, löst
und dann mit einer wäßrigen Lösung von z. B.
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Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Ammoniak oder Calciumhydroxyd umsetzt.
Die Hydrolyse verläuft bei Gegenwart hydroxylgruppenhaltiger Lösungsmittel besonders
schnell, so daß zweckmäßigerweise im Lösungsmedium immer eine alkoholische Komponente
eingesetzt wird.
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Durch Zugabe konzentrierter wäßriger Alkalihydroxyde von mindestens
2 Mol bis maximal 4 Mol je Mol Carbonat bei Raumtemperatur tritt die Hydrolyse fast
sofort ein. Sie ist erkenntlich an einer leichten Dunkelfärbung der Lösung.
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Die Zugabe der Lauge verursacht eine starke Wärmetönung. Zur Vermeidung
von Nebenreaktionen sorgt man durch gute Kühlung dafür, daß die Temperatur nicht
wesentlich über 35 bis 40"C ansteigt.
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Nach der Neutralisation der Hydrolyselösung, z. B. mit konzentrierter
Salzsäure oder Schwefelsäure, gießt man den Ansatz in Wasser und extrahiert die
ausgeschiedenen, meist wasserschwerlöslichen Phenole mit Lösungsmitteln, z. B. Äther,
Benzol, Toluol oder Chloroform. Man kann natürlich auch zunächst die Lösungsmittel
der Hydrolyselösung durch Destillation abtrennen und den Rückstand in den genannten
Extraktionsmitteln aufnehmen.
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Das Trifluormethylgruppen enthaltende Phenol erhält man dann durch
Einengen der Extraktionslösung als Rückstand. Das Rohphenol kann, je nach seinen
physikalischen Eigenschaften, noch durch Destillation oder Umkristallisation gereinigt
werden.
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Das Verfahren der Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher
erläutert.
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Beispiel 1 4-Trifluormethylphenol In einem Reaktionsgefäß aus rostfreiem
Stahl mit Rührer und Rückflußkühler werden 150 ml wasserfreie Flußsäure vorgelegt.
Bei einer Temperatur von 5"C läßt man hierzu eine Lösung von 90 g Bis-(4-trichlormethylphenyl)-carbonat
vom F.
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= 89"C in 50 ml Methylenchlorid im Verlauf von 1 Stunde zulaufen.
Nach kurzer Zeit setzt eine kräftige Chlorwasserstoffentwicklung ein. Man läßt die
Mischung noch insgesamt 20 Stunden nachreagieren, wobei man die Innentemperatur
bis 15"C steigert. Gegen Ende hat die Chlorwasserstoffentwicklung völlig aufgehört.
Die überschüssige Flußsäure und das Methylenchlorid werden abdestilliert.
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Als Rückstand erhält man 67 g Bis-(4-trifluormethylphenyl)-carbonat,
F. = 59 bis 61"C aus Cyclohexan.
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20 g des Bis - (4 - trifluormethylphenyl) - carbonats werden in 150
ml Methanol gelöst und hierzu unter Kühlen mit Eiswasser insgesamt 20 g einer 460/oigen
wäßrigen Natronlauge innerhalb von 3 Minuten zugegeben. Die erhaltene etwas dunkle
aber klare Lösung wird anschließend mit 25 ml konzentrierter Salzsäure versetzt
und dann die Reaktionslösung in 500 ml Wasser gegossen. Der entstandene dunkle ölige
Niederschlag wird zweimal mit 75 ml Benzol extrahiert. Der Extrakt wird durch Destillation
vom Lösungsmittel befreit und der Rückstand im Vakuum destilliert. Man erhält 13
g (70,50/o der Theorie) 4-Trifluormethylphenol vom
Kp.1o = 75 bis
76"C, F. = 45 bis 47"C (Lit. Kp.s = 71,5 bis 72"C, F. = 46 bis 47'C).
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Beispiel 2 3-Methyl-4-trifiuormethylmercaptophenol In einer geschlossenen
Vorrichtung aus nichtrostendem Stahl, bestehend aus Reaktionsgefäß, Rückflußkühler
und Rührer, mit Manometer und einem Nadelventil, werden 50 g Bis-(3-methyl-4-trichlormethyl-mercaptophenol)-carbonat
vom F. 148 bis 151"C vorgelegt und 150 ml wasserfreie Flußsäure von - 5 0C schnell
einlaufen gelassen. Die Vorrichtung wird dann verschlossen und unter Rühren im Laufe
von 3 Stunden bis 50"C erhitzt. Uber das Nadelventil wird der bei der Umsetzung
entstehende Chlorwasserstoff zwischen 21/2 und 3 atü abgelassen. Gegen Ende der
Umsetzung wird der Druck konstant. Man rührt zur Beendigung der Umsetzung noch 30
Minuten nach, kühlt auf unter 20"C ab und entspannt die Vorrichtung. Dann destilliert
man die überschüssige Flußsäure ab und erhält als Rückstand 39 g Bis-(3-methyl-4-trifluormethylmercaptophenyl)-carbonat,
das nach Klärung mit Aktivkohle in Methylenchlorid ein hellbraunes, langsam kristallisierendes
Öl darstellt; F. = 76 bis 78"C aus n-Hexan.
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18 g Bis - (3 - methyl - 4 - trifluormethylphenyl)-carbonat werden
in einer Mischung aus 100 ml Aceton und 20 ml Methanol gelöst. Bei der Zugabe von
7 ml 45 0/obiger wäßriger Natronlauge steigt die Temperatur trotz Kühlen bis 40"C
an. Die Lösung färbt sich dabei dunkel. Unter Kühlen versetzt man die Mischung mit
13 ml konzentrierter Salzsäure und gießt in 500 ml Wasser ein. Der entstandene Niederschlag
wird zweimal mit 75 ml Benzol extrahiert, das Benzol abdestilliert und der Rückstand
von 16,5 g im Vakuum destilliert.
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Das erhaltene 3-Methyl-4-trifluormethylmercaptophenol hat einen Kp.lo
= 106 bis 107"C und ist zunächst ölig, n2D = 1,5071. Nach einiger Zeit kristallisiert
das erhaltene Phenol; F. = 40 bis 42°C.
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Ein authentisches Vergleichspräparat, hergestellt aus Trifluormethansulfenchlorid
und m-Kresol, hat den Kr.15 = 114,50C, F. = 430C und ist identisch mit obigem Produkt.
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Beispiel 3 In einer Vorrichtung wie im Beispiel 2 beschrieben werden
82 g Chlorkohlensäure-(3-methyl-4-trichlormethylmercapto-phenyl)-ester mit 200 ml
Flußsäure bei einer Temperatur von 30 bis 60"C zur Umsetzung gebracht. Nach der
Aufarbeitung durch Destillation erhält man den Fluorkohlensäure-(3-methyl-4-trifluormethylmercaptophenyl)-ester
als Flüssigkeit vom Kp.48= = 1250C und n20= = 1,4691.
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12,7 g des Fluorkohlensäureesters werden in 80 ml Methanol gelöst
und mit 13 g 460/oiger Natronlauge verseift. Nach dem Ansäuern mit Salzsäure, Eingießen
in 500 ml Wasser und Extraktion mit Benzol erhält man 8,5 g 3-Methyl-4-trifluormethylmercaptophenol
vom Kp.19 = 116 bis 117"C, F. = 43"C.
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Beispiel 4 In eine Vorrichtung wie im Beispiel 2 beschrieben werden
300 g Bis-(3-trichlormethylphenyl)-carbonat und 400 ml wasserfreie Flußsäure eingefüllt.
Die
zügige Austauschreaktion läuft zwischen 30 und 60"C in 4 Stunden ab. Nach dem
Entfernen der wasserfreien Flußsäure erhält man als Rohprodukt 237 g eines dunklen
Weichharzes. Nach einer Reinigung durch Destillation erhält man das Bis-(3-trifluormethylphenyl)-carbonat
als farblose Kristalle vom F. = 49 bis 52"C (nach Waschen mit n-Hexan).
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Durch Hydrolyse mit Natriumhydroxyd in Methanol wie im Beispiel 1
beschrieben erhält man aus dem Carbonat das 3-Trifluormethylphenol als Flüssigkeit
vom Kp.17 = 89 bis 91"C; n200 = 1,4552.