DE1793813A1 - Verfahren zur herstellung von ashydrindacen und 1-(4'-as-hydrindacenyl)3-phenylpropan - Google Patents
Verfahren zur herstellung von ashydrindacen und 1-(4'-as-hydrindacenyl)3-phenylpropanInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von as-Hydrindacen und l~(4'-as-H.ydrindaoenyl)-3-pheny!propan
Es ist bekannt, daß Friedel-Crafts-Katalysatoren, wie Aluminiumchlorid
und Bortrifluoricl, befähigt sind, verschiedene Umlagerungen
und Isomerisierungen vor. paraffinischen und hy dr oar oinati sehen
Kohlenwasserstoffen zu katalysieren.
So wird in der Veröffentlichung in "Berichte der Deutschen Chemischen
Gesellschaft", Band 57 (1924), Seite 1990 bis 2003, die Verwendung von Aluminiumchlorid für verschiedene Uralagerungs-
und Spaltungsreaktionen beschrieben, beispielsweise für die Umlagerung von Tetrahydr©naphthalin.
Aus Topciev, Zavgorodnij und Pauskin "Bortrifluorid und seine
Verbindungen als Katalysatoren in der organischen Chemie" (Berlin 1962), Seite 220 bis 221, ist bekannt, daß verschiedene Isomerisierungen,
speziell von Paraffinen, mit Hilfe von Bortrifluorid vorgenommen werden können.
Die Isomerisierung von Octahydronaphthalinen mit Hilfe von HBF.
wird in Proceedings of the Chemical Society, Jahrgang I960, Seite 412, beschrieben, und aus der DT-PS 333 153 ist es bekannt,
daß durch Behandlung von Tetrahydronaphthalin mit Aluminium-
6098 2 7/Q9U
chlorid bei erhöhter Temperatur hydroaromatische Kohlenwasserstoffe,
insbesondere Octahydroanthracen und Octahydrophenanthren, erhalten werden können.
Es konnte nun gefunden werden, daß eine sehr selektiv verlaufende Reaktion zur Herstellung von as-Hydrindacen und l-(4'-as-Hydrindacenyl)-3-phenylpropan
durchgeführt werden kann, wenn Indan unter spezifischen Reaktionsbedingungen mit flüssigem
Fluorwasserstoff und Bortrifluorid behandelt wird.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung
von as-Hydrindacen und l-(4f-as-Hydrindacenyl)-3-phenylpropan,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Indan bei 60 bis 95° C, vorzugsweise bei etwa 70° C, mit mindestens 1 Mol
flüssigem Fluorwasserstoff und mindestens 0,5 Mol Bortrifluorid pro Mol des Ausgangsmaterials behandelt, wobei gegebenenfalls zur
Steigerung der Ausbeute an l-(4t-as-Hydrindacenyl)-3-phenylpropan
die Reaktion bei Temperaturen bis zu 125 C durchgeführt wird.
Das erfindungsgemäß hergestellte l-(4'-as-Hydrindacenyl)-3~pheriylpropan
läßt sich unter anderem als Insektizid verwenden; es kann auch durch Sulfonieren in ein Netzmittel übergeführt werden.
Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, daß in Gegenwart von HF-BF-,
Indan in hoher Ausbeute umgewandelt wird und daß diese Reaktion stark selektiv ist hinsichtlich as-Hydrindacen bzw. l~(4'-as-Hydrindacenyl)-3-phenylpropan
(HPP) oder l-(5'-Indanyl-3~phenylpropan) (IPP), wobei das jeweils erhaltene Produkt hauptsächlich
von der Reaktionstemperatur abhängt.
Die Umwandlung von Indan in Gegenwart von Fluorwassex'stoff und
Bortrifluorid kann grundsätzlich unter Bildung von as-Hydrindacen und l-(4'-as-Hydrindacenyl)-3-phenylpropan oder IPP ablaufen,
wobei die jeweils angewendete Temperatur ausschlaggebend ist, welches Produkt erhalten wird.
Die theoretischen Reaktionen, die bei dieser Umwandlung ablaufen,
609827/Ü91 A
sind folgende:
Indan.
as-Hydrinaacen
Indan
IPP
Das erfindungsgemaße Verfahren wird im einzelnen wie folgt durchgeführt
:
HP sollte in flüssiger Phase verwendet werden. Da die Reaktion oberhalb des Siedepunkts von HP (19,4° C) durchgeführt wird,
sollte der Druck im Reaktionsgefäß ausreichend sein, um HP in flüssiger Phase zu erhalten. Alle hier angegebenen Siedepunkte beziehen
sich auf einen Druck von 760 mm Hg abs., wenn nichts anderes
erwähnt ist. Normalerweise reicht der Druck des BP ~ (Siedepunkt = -101° C) im Reaktionsgefäß aus, um das HP in flüssiger Phase
zu halten, wenn keine anderen geeigneten Maßnahmen angewendet werden, um die Verwendung von flüssigem HP sicherzustellen, wie
das Erzeugen eines Drucks im Reaktionsgefäß mit Stickstoff und dergleichen. Die verwendete Menge an HP sollte wenigstens 1 Mol
pro Mol Indan betragen, liegt jedoch vorzugsweise bei wenigstens 4 Mol, insbesondere bei wenigstens 8 Mol pro Mol Indan. Vorzugsweise
überschreitet das HP:Indan-Molverhältnis etwa 50:1 nicht,
doch können Verhältnisse bis zu 200:1 oder noch höher gegebenenfalls verwendet werden.
Die Menge an BP, sollte wenigstens 0,5 Mol pro Mol Indan betragen
und liegt vorzugsweise bei wenigstens 0,7 Mol pro Mol Indan.
:. 0982? /OH ι U
Obwohl bei BF,:Indan-Molverhältnissen zwischen 0,1:1 und 0,5:1 etwas Reaktionsprodukt erhalten wird, so erfolgt eine sehr rasche
und drastische Zunahme der Ausbeute, wenn das Verhältnis 0,5:1 tiberschreitet. Besonders bevorzugt beträgt das BF,:Indan-Verhältnis
wenigstens 1:1. Die Ausbeute des Reaktionsprodukts wird gewöhnlich einem Maximum zugeführt bei einem BF,:Indan-Verhältnis
zwischen 0,5Jl und 2,0:1. Infolgedessen wird die normalerweise
verwendete Menge an BF, zwei Mol pro Mol Indan nicht tiberschreiten,
doch können auch Mengen bis zu 1 Mol pro Mol Indan oder noch größere Mengen gegebenenfalls angewendet werden. Die Beispiele
zeigen deutlich die Wirkung des BF,-Indan-Verhältnisses auf die Ausbeute des Reaktionsprodukts.
Aus den vorstehenden Angaben ist also ersichtlich, daß das Molverhältnis
von HF zu Indan wenigstens 1:1, vorzugsweise wenigstens 4il und insbesondere wenigstens 8:1 betragen sollte. Der
Fluorwasserstoff sollte in flüssiger Phase verwendet werden.
Das Molverhältnis BF, zu Indan sollte wenigstens 0,5:1» vorzugsweise
wenigstens 0,7:1, betragen.
Die jeweils verwendete Reaktionstemperatur bestimmt das Endprodukt.
Während bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen aus dem verwendeten Indan tiberwiegend IPP gebildet wird, führt ein Temperaturanstieg
zu einer Steigerung der Ausbeute an as-Hydrindacen und
1-(4'-as-Hydrindac eny1)-3-phenylpropan.
Bei der Herstellung von as-Hydrindacen sollte die Temperatur zwischen 52 und 110° C, vorzugsweise zwischen 60 und 95° C liegen.
Da die Ausbeute von as-Hydrindacen bei etwa 70° C einem Maximum zustrebt, liegt die besonders bevorzugte Reaktionstemperatur
bei etwa 70° C.
Wird dagegen angestrebt, als Endprodukt l-(4'-as-Hydrindacenyl)-3-phenylpropan
herzustellen, so wird Indan mit flüssigem HF und BF, bei einer Temperatur zwischen 60 und 150° C, vorzugsweise
ο
zwischen 75 und 125 C in Berührung gebracht. Die dabei verwendete Menge an HF sollte wenigstens 1 Mol, vorzugs-
zwischen 75 und 125 C in Berührung gebracht. Die dabei verwendete Menge an HF sollte wenigstens 1 Mol, vorzugs-
B09827/09U
weise wenigstens 4 Mol, insbesondere wenigstens 8 Mol pro Mol Indan betragen. Die Menge an BP, sollte wenigstens 0,5» vorzugsweise
0,7 Mol pro Mol Indan betragen.
Die Reaktionszeit, d. h. die Zeit, in der das HP-BP, mit dem
Indan in Berührung kommt, dann stark schwanken. Bei der Herstellung von as-Hydrindacen liegt die Reaktionszeit vorzugsweise
bei wenigstens 30 Minuten, insbesondere bei wenigstens 60 Minuten. In den meisten Pällen wird die Reaktionszeit 10 Stunden
nicht überschreiten, gewöhnlich jedoch nicht 5 Stunden. Die minimale Reaktionszeit wird normalerweise 10 Minuten, häufiger
30 Minuten betragen.
Bei der Herstellung von HPP liegt die Reaktionsdauer ebenfalls gewöhnlich zwischen 30 Minuten und 5 Stunden, insbesondere zwischen
60 Minuten und 3 Stunden. Die Reaktionsdauer kann beispielsweise so variiert werden, wie dies in dem späteren Beispiel:,
Ansatz 5, beschrieben wird.
Die Reaktion kann in jeder üblichen Weise unter Verwendung einer üblichen Vorrichtung durchgeführt werden. Beispielsweise wird
das Ausgangsmaterial in ein geschlossenes Reaktionsgefäß zugegeben, das mit Mitteln zum Heizen und Rühren ausgestattet ist.
Da die Reaktionstemperatür niedriger ist als der Schmelzpunkt
von Indan, wird dieses in einem inerten lösungsmittel, wie Hexan, Heptan und dergleichen gelöst. Die erforderliche Menge an HP
wird dann zugegeben, worauf das HF-Indan-Gemisch auf die gewünschte
Reaktionstemperatur erhitzt wird. Anschließend wird die gewünschte Menge an BP,zugegeben, v/orauf das Gefäß vorzugsweise
geschüttelt oder dessen Inhalt auf andere Weise gerührt wird, um eine wirksame Berührung des HP-BF,-Katalysators mit dem Indan
zu gewährleisten. Nach Zugabe des BP, zur Reaktionsmasse wird diese dann die gewünschte Zeit auf der Reaktionstemperatur gehalten.
Das BF, wird zugegeben, nachdem die Reaktionstemperatur erreicht worden ist, weil keine Reaktion abläuft, solange das
BP, nicht zugegeben ist. Da die erhaltenen Produkte von der
6 0 9 8 2 7 / 0 9 U
Reaktionstemperatur abhängen, ist es im allgemeinen erwünscht,
daß keine Reaktion abläuft, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist.
Nach Abschluß der Reaktionszeit genügt allein das Öffnen des Gefäßes
zur Entfernung des größten Teils des BF5 (Kp:= -101° C) und
des größten Teils des HP, wenn die Reaktion oberhalb dessen Siedepunkt (19,4° C) durchgeführt wird. Etwa verbleibendes HP und etwa
vorhandenes BP5, das darin gelöst ist, können aus dem Gefäß
abdestilliert werden.
Es ist ferner erwünscht, das HF als eine Flüssigkeit und nicht
als Gas aus dem Reaktionsgefäß zu entfernen, wenn dieses nach Ablauf der Reaktionszeit auf unterhalb 19,4° C gekühlt wird. Das
Gefäß wird dann geöffnet, wobei die Entfernung des größten Teils des BF, bewirkt wird, und die verbleibende Reaktionsmasse wird
mit Eiswasser abgeschreckt. Zwei Flüssigkeitsschichten entstehen, eine wässrige Säureschicht und eine organische Schicht. Falls erwünscht,
kann die Säure in diesem zweiphasigen System durch Vermischen des Systems mit Na2CO^ neutralisiert werden. Die organische
Schicht wird dann dekantiert und vorzugsweise mehrmals mit Wasser zur Entfernung etwa vorhandener Spuren Säure oder etwa vorhandener
Spuren NapCO, gewaschen.
Aus der organischen Schicht wird dann das gewünschte Endprodukt auf chromatographischem Weg oder durch Vakuumdestillation isoliert.
In dem nachstehenden Beispiel wird die Herstellung von as-Hydrindacen
und l-(4'-as-Hydrindacenyl)-3-phenylpropan aus Indan erläutert. Die zum Vergleich durchgeführten Ansätze, bei denen nicht
die erfindungsgemäßen Bedingungen eingehalten wurden, zeigen deutlich, daß außerhalb der erfindungsgemäßen Bedingungen größere
Mengen an IPP gebildet werden.
^ 0 9 8 2 7 / 0 9 I
Das Reaktionsgefäß ist eine 75 ml fassende Schüttelbombe, die
mit Mitteln zum Heizen und Kühlen ausgestattet ist. Die Bombe wird mit Stickstoff ausgespült und dann evakuiert. Dann
wird Indan und anschließend EF in die Bombe gefüllt. Indan wurde in einer Menge von 0,1 Mol zugegeben? diese Menge
war bei allen Ansätzen die gleiche. Die Bombe wird geschüttelt, auf die gewünschte Reaktionstemperatur erhitzt, und dann wird
BF ~ zugegeben. Bei allen Ansätzen ist der BF,-Druck ausreichend,
um im wesentlichen das gesamte HF in flüssiger Phase zu erhalten. Die Bombe wird dann die benötigte Reaktionszeit auf der gewünschten
Reaktion s temperatur gehalten, wobei die Reaktionszeit von der
Zugabe des BF, angemessen wird. Das Schütteln der Bombe wird während der gesamten Reaktionszeit fortgesetzt. Nach Ablauf der
Reaktionszeit wird die Bombe auf 20° C gekühlt, geöffnet und deren Inhalt in Eis abgeschreckt. Es entstehen 2 flüssige Phasen,
eine wässrige Säureschicht und eine organische Schicht. Das Zweiphasensystem wird mit NapCO, neutralisiert, worauf die organische
Schicht abgezogen und mehrmals mit dem Zweifachen ihres Volumens an Wasser gewaschen wird. Die organische Schicht wird
dann durch Dampfphasenchromatographie analysiert.
Dieses Beispiel umfaßt fünf Ansätze, die bei einem konstanten HF:Indan-Molverhältnis von 10:1 während einer Reaktionsdauer
von 90 Minuten durchgeführt wurden. Die übrigen Reaktionsbedingungen sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt, in der auch
in jjedem Ansatz die Ausbeute an as-Hydrindacen und IPP angegeben
ist.
609827/09U
Nach Beendigung der Umsetzung wurde das Reaktionsprodukt aus der organischen Schicht durch Chromatographie und Elution angetrennt
und isoliert.
Die Chromatographiesäule enthielt als Adsorbens Chromosorb W
(John Manville Corp.)» auf der 15 $>
Siliconkatuschuk (SE-54, Analytical Engineering laboratories, Inc. Conn.) abgelagert
waren. Die Produkte wurden mit Helium aus der Säule eluiert.
Zeit = 90 Minuten
Verhältnis HF:Indan = 10:1
Verhältnis HF:Indan = 10:1
Ansatz Mol Bi1,/ Reaktions- Indan Um- Ausbeute Nr. Mol Indan temp.0 C Wandlung-^ as-Hydrindacen IPP
1 | 0,64 | 0 | 12,6 | 0 | 8,0 |
2 | 0,61 | 30 | 89,0 | 2,1 | 80,1 |
3 | 0,61 | 50 | 94,8 | 34,5 | 45,5 |
4 | 0,94 | 70 | 96,2 | 72,6 | 12,7 |
5 | 0,94 | 90 | 97,3 | 48,7 | 9,9 |
Die Werte in der Tabelle 1 zeigen deutlich, wie ausschlaggebend die Reaktionszeit ist, um das gewünschte Reaktionsprodukt zu bilden.
Wie oben erwähnt, ist die optimale Temperatur für die Bildung von as-Hydrindacen etwa 70° C und etwa 30° C für die Herstellung
von IPP. Die Werte zeigen auch, daß hohe Ausbeuten an Reaktionsprodukt erhalten werden.
609 8 2 7/09U
Bei Ansatz 5 wurde eine chroisatographische Abtrennungsmethode
angewendet, und man erhielt auch l-(4-as-Hydrindacenyl)-3-phenylpropan,
(HPP), als Reaktionsprodukt. Wie oben bei einer Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erwähnt, ist HPP
eine neue Verbindung. Diese Verbindung hat die folgende Struk-r turformel:
Die Ausbeute an HPP in Ansatz 5 beträgt 12,3 #» bezogen auf die
folgende theoretische Reaktion:
Die Struktur des in Ansatz 5 erhaltenen HPP wird durch die folgenden anlytischen Ergebnisse bewiesen. Durch Massenspektographie
wurde ein Wert von 277 ermittelt, der einem theoretischen Wert von 276 gegenübersteht. Das Infrarotspektrum zeigt
Ab'sorptionsbanden bei 700, 750, 1 740, 1 790, 1 860 und 1 93O"1,
wodurch die Anwesenheit eines monosubstituierten Benzols nachgewiesen ist. Das Spektrum zeigt auch Absorptionsbanden bei 1
und 1 860 cm" , die ein pentasubstituiertes Benzol andeuten. Schließlich zeigt das Spektrum eine Absorptionsbande bei 870 cm "",
welche auf aromatischen Wasserstoff an dem as-Hydrindacenrest hinweist. Die kernmagnetische Resonanzanalyse ergab 25,2 %
aromatischen Wasserstoff, 49,9 i° alpha-Wasserstoff, d. h. nicht
aromatischen Wasserstoff, der an Kohlenstoffatomen sitzt, die sich in alpha-Stellung zu einem Benzolring befinden, sowie 24,9 #
beta-Wasserstoff. Demgegenüber betragen die theoretischen Werte
25 %, 50 % und 25 #.
B 0 9 8 2 '/ / Ü 9 U
Dieses Vergleichsbeispiel entspricht Ansatz 2 des vorstehend
erläuterten Beispiels, mit der Abänderung, daß ein BF, zu Indan-Verhältnis
von 0,11:1 angewendet wurde. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 aufgeführt, in die auch zum Vergleich
noch einmal die Ergebnisse des Ansatzes 2 aus dem vorstehenden Beispiel aufgenommen wurden.
Zeit = 90 Minuten
Verhältnis HF:Indan =10:1
Verhältnis HF:Indan =10:1
Ansatz Nr. |
Mol Mol |
BF,/ Indan |
Reaktions- temp. ° C |
Indan Um wandlung-^ |
Ausbeute -$ as-Hydrindacen |
IPP |
2 6 |
o, o, |
61 11 |
30 30 |
89,0 9,1 |
2,1 0 |
80,1 3,8 |
Aus den Werten in der Tabelle 2 ist offensichtlich, daß ein BF,:
Indan-Molverhältnis von 0,11:1 zu praktisch keiner Reaktion
führt. Für die Zwecke der Erfindung ist das BF,:Indan-Verhältnis wenigstens 0,5:1, vorzugsweise wenigstens 0,7:1.
609827/09U
Claims (1)
- P 17 S3 C13.5-42 DA-Il 333PatentanspruchVerfahren zur Herstellung von as-Hydrindacen und l-(4-'-as-Hydrindacenyl)-3-phenylpropan, dadurch gekennzeichnet, daß man Indan bei 60 bis 95° C, vorzugsweise bei etwa 70 C, mit mindestens 1 Mol flüssigem Fluorwasserstoff und mindestens 0,5 Mol Bortrifluorid pro KoI des AusgangsiLateriali ■behandelt 5 wobei gegebenenfalls zur Steigerung der Ausbeute an l-(4 '-as-Hydrirjdacenyl)-3-pheny!propan die Reaktion bei Temperaturen bis zu 125° C durchgeführt wird.B09827/09UBAD ORIGINAL
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