DE19605571C1 - Stabile Lösung eines Lithiumdiorganoamids und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine stabile Lösung eines Lithiumdiorganoamids der allgemeinen Formel LiNR′R′′, wobei R′ und R′′ Alkylreste mit 2 bis 6 C-Atomen sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung dieser stabilen Lösung.

Lithiumdiorganoamide, insbesondere Lithiumdiisopropylamid, werden aufgrund ihrer starken Brönsted-Basizität und ihrer geringen Nucleophilie zur Durchführung organischer Synthesen verwendet. Lithiumdiorganoamide haben in flüssigen Kohlenwasserstoffen eine geringe Löslichkeit. So hat Lithiumdiisopropylamid in Heptan nur eine Löslichkeit von 0,2 N/l (s. Kamiensky, J. Org. Chem., 30, Seite 3498, 1965). Frisch bereitete Lösungen von Lithiumdiorganoamiden in flüssigen Kohlenwasserstoffen sind außerdem metastabil, denn in Abhängigkeit von der Konzentration und der Zeit steigt ihre Viskosität und schließlich fällt das Lithiumdiorganoamid unter Bildung fester, oligomerer oder polymerer Verbindungen aus, wodurch die Konzentration der gelösten Verbindung schnell abnimmt. Anwendungstechnisch sind derartige metastabile Lösungen problematisch, und sie haben daher keine kommerzielle Bedeutung erlangt.

Obwohl sich Lithiumdiorganoamide in Ethern, insbesondere in Tetrahydrofuran, gut lösen, sind solche Lösungen nicht handelsüblich, weil sie sich bei Raumtemperatur sehr schnell zersetzen und weil einige Lithiumdiorganoamide aus etherischen Lösungen als Ether-Komplexe in kristalliner Form ausfallen. Daher stellen die Anwender die benötigten Mengen an Lithiumdiorganoamiden in der Regel unmittelbar vor dem Einsatz dieser Verbindungen selbst her. Typischerweise erfolgt dies durch die Reaktion von Butyllithium mit Diisopropylamin in kaltem Tetrahydrofuran. Diese Reaktion kann zwar auf einfache Weise durchgeführt werden, sie birgt aber für die Anwender, die nicht mit der Handhabung des sehr reaktiven Butyllithiums vertraut sind, Sicherheitsrisiken in sich. Daneben ist die Synthese von Lithiumdiisopropylamid durch die Reaktion von metallischem Lithium mit Diisopropylamin in Gegenwart von Styrol als Elektronenakzeptor in Diethylether bekannt.

In der Druckschrift WO-86/03 744 werden stabile, nicht pyrophore Lösungen von Lithiumdiisopropylamid in Kohlenwasserstoffen beschrieben, die eine begrenzte Menge Tetrahydrofuran enthalten und die noch ein Amin als Stabilisator enthalten können. Tetrahydrofuran bildet mit dem Amid Komplexe, deren Löslichkeit von der Lösungsmittelzusammensetzung abhängig ist und mit fallender Temperatur abnimmt. Der Nachteil der bekannten Lithiumdiisopropylamid-Lösungen, die als Lösungsmittel Ether oder ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und Tetrahydrofuran enthalten, ist deren immer noch unbefriedigende thermische Stabilität. Mit Tetrahydrofuran komplexierte Lösungen von Lithiumdiisopropylamid verlieren bei der Lagerung bei 30 bis 40°C über 30 Tage signifikant an Aktivität (25 bis 50%). Bei 0 bis 10°C wird dagegen in diesem Zeitraum nur ein geringer Aktivitätsverlust beobachtet. Allerdings findet bei Lagerungstemperaturen unter 0°C eine nachteilige Kristallisation statt.

Aus der Druckschrift DE-C 43 32 652 ist eine stabile, nicht pyrophore Lösung eines Lithiumdiorganoamids in inerten, flüssigen Kohlenwasserstoffen bekannt, wobei die Lösung ein Alkoholat mit 3 bis 6 C-Atomen enthält und wobei vorzugsweise ein Alkalialkoholat verwendet wird. Die Konzentration des Lithiumdiorganoamids in der Lösung liegt im Bereich von 0,1 bis 2 Mol/l. Diese Lösung ist zwar über längere Zeit recht stabil und hat eine für ihre Handhabung vorteilhafte Viskosität, aber bezüglich der Konzentration des Lithiumdiorganoamids erscheint diese bekannte Lösung verbesserungsbedürftig, weil die Konzentration in der Regel nur 0,5 bis 1 Mol/l beträgt.

Aus der Druckschrift EP-A 0 406 197 ist eine Lösung bekannt die ein Lithiumamid und als Lösungsmittel einen monocyclischen aromatischen Kohlenwasserstoff, zum Beispiel Benzol, Toluol oder Xylol, enthält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stabile Lösung eines Lithiumdiorganoamids der allgemeinen Formel LiNR′R′′ (R′ und R′′ sind Alkylreste mit 2 bis 6 C-Atomen) zu schaffen, in der das Lithiumdiorganoamid in hoher Konzentration vorliegt, die auch bei längerer Lagerung stabil ist und aus der keine Amid-Komplexe in kristalliner Form ausfallen. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung dieser Lösung zu schaffen. Das Ziel der Erfindung ist es also, Lösungen von Lithiumdiorganoamiden bereitzustellen, die den Anwendern als leicht handhabbares und in größerem Maßstab verfügbares Vorprodukt kommerziell angeboten werden können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Lösung eines Lithiumdiorganoamids der allgemeinen Formel LiNR′R′′, wobei R′ und R′′ Alkylreste mit 2 bis 6 C-Atomen sind, als Lösungsmittel Tetrahydropyran enthält. In überraschender Weise wurde gefunden, daß die Lithiumdiorganoamide, deren beide Alkylreste 2 bis 6 C-Atome aufweisen, in Tetrahydropyran bei Raumtemperatur eine Löslichkeit bis zu 40 Gew.% aufweisen. Ferner hat sich gezeigt, daß diese Lösungen außerordentlich lagerstabil sind. Selbst bei 40°C nimmt die Konzentration der Lithiumdiorganoamide in der Tetrahydropyran-Lösung durch Zersetzung nur um 0,05% pro Tag ab, und auch bis 5°C fallen aus der Lösung die Tetrahydropyran-Komplexe der Amide nicht in kristalliner Form aus. Erst bei -15°C sinkt die Konzentration auf ca. 20%; die bei dieser Temperatur gebildeten Kristalle gehen aber beim Erwärmen wieder in Lösung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß R′ und R′′ Ethyl-, iso-Propyl- oder Cyclohexylreste sind. Die mit diesen Resten versehenen Lithiumdiorganoamide haben in Tetrahydropyran enthaltenden Lösungen eine besonders hohe Stabilität.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß das Lösungsmittel aus Tetrahydropyran oder aus Tetrahydropyran und einem aliphatischen Kohlenwasserstoff mit 5 bis 10 C-Atomen besteht, wobei als aliphatischer Kohlenwasserstoff vorzugsweise Hexan oder Cyclohexan verwendet wird. Der teilweise Ersatz des Tetrahydropyrans durch aliphatische Kohlenwasserstoffe bewirkt keine Verschlechterung der vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Lösung, aber er erniedrigt in vorteilhafter Weise den Preis dieser Lösung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Lösungsmittel aus 35 bis 85 Gew% Hexan oder Cyclohexan und Rest Tetrahydropyran besteht. Durch diese Maßnahme wird eine Lösung zur Verfügung gestellt, die einerseits sehr gute Gebrauchseigenschaften hat und andererseits zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten hergestellt werden kann. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die erfindungsgemäße Lösung 10 bis 40 Gew.-% des Lithiumdiorganoamids enthält. Durch diese vergleichsweise hohe Konzentration der Lithiumdiorganoamide wird die Stabilität der erfindungsgemäßen Lösung nicht nachteilig beeinflußt; sie verleiht aber der Lösung die erforderliche Marktfähigkeit, denn eine eventuell für die Weiterverarbeitung erforderliche Verdünnung kann jederzeit vom Anwender durchgeführt werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung der stabilen Lösung eines Lithiumdiorganoamids gelöst, bei dem metallisches Lithium mit einem sekundären Amin, dessen zwei Alkylreste 2 bis 6 C-Atome haben, in Gegenwart eines Elektronenakzeptors bei 0 bis 40°C in einem Lösungsmittel umgesetzt wird, das entweder aus Tetrahydropyran oder aus Tetrahydropyran und einem aliphatischen Kohlenwasserstoff mit 5 bis 10 C-Atomen besteht. Nach der Erfindung werden als Elektronenakzeptor Styrol oder Butadien verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit technisch einfachen Mitteln durchgeführt werden und erbringt Ausbeuten an Lithiumdiorganoamiden größer 85%. Tetrahydropyran ist gegenüber Lithium sehr stabil; Lithium reagiert selbst bis über seinen Schmelzpunkt hinweg nicht mit Tetrahydropyran. Dies wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens aus.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit hoher Betriebssicherheit in der Weise durchgeführt werden, daß zunächst aus dem metallischen Lithium, dem sekundären Amin und dem Lösungsmittel bei Raumtemperatur unter einer inerten Schutzgasatmosphäre eine Suspension hergestellt wird, daß dann der Suspension der ggf. im Lösungsmittel gelöste Elektronenakzeptor unter Rühren während einer Zeit von 30 bis 90 Minuten unter Einhaltung der Reaktionstemperatur in Gegenwart einer inerten Schutzgasatmosphäre zudosiert und die Suspension anschließend während einer Zeit von 30 bis 120 Minuten bei der Reaktionstemperatur gehalten wird und daß schließlich die ausreagierte Suspension bei der Reaktionstemperatur unter einer inerten Schutzgasatmosphäre filtriert und die filtrierte Lösung auf Raumtemperatur gebracht sowie in einen Lagerbehälter abgefüllt wird. Bei Einhaltung dieser erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen können in einem Ansatz Lösungen in einer Menge von mehreren 100 Litern hergestellt werden.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

16,1 g (2324 mmol) metallisches Lithium und 202,5 g (2000 mmol) Diisopropylamin wurden in 523 g (600 ml) Tetrahydropyran 30 Minuten bei 20°C gerührt. Durch Zugabe von 43 mmol (5 ml) Styrol wurde die Reaktion gestartet, wobei es zur Erwärmung kam. Die restlichen 1050 mmol (115,5 ml) Styrol wurden unter Kühlung innerhalb 60 Minuten so zudosiert, daß die Reaktionstemperatur von 20°C nicht überschritten wurde. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 105 Minuten bei der Reaktionstemperatur gehalten und dann filtriert. Als Filtrat fielen 821 g einer hellbraunen Lösung an, die 2,27 mmol Lithiumdiisopropylamid/g Lösung enthielt, was einem Lithiumdiisopropylamid-Gehalt von 24,8 Gew% und einem Umsatz von 96,8% entspricht. Diese Lösung war bei 5°C kristallisationsstabil, während bei -17°C große Kristalle ausfielen, die sich aber bei Raumtemperatur wieder auflösten. Bei diesen Kristallen handelt es sich um einen Komplex, den das Lithiumdiisopropylamid mit dem Tetrahydropyran bildet. Bei -17°C sank der Gehalt an gelöstem Lithiumdiisopropylamid auf 20,3 Gew.-%.

Beispiel 2

9,7 g (1400 mmol) metallisches Lithium und 131,6 g (1300 mmol) Diisopropylamin wurden in einem Lösungsmittelgemisch von 9,7 g Tetrahydropyran und 144 g n-Hexan vorgelegt und unter Rühren auf die Reaktionstemperatur von 35°C erwärmt.

66,7 g (640 mmol) Styrol wurden dann mit 89,6 g (1040 mmol) Tetrahydropyran vermischt und unter Kühlung so zudosiert, daß die Reaktionstemperatur von 35°C eingehalten werden konnte. Das Zudosieren der Styrol-Lösung war nach 50 Minuten abgeschlossen, und anschließend wurde das Reaktionsgemisch noch 50 Minuten bei der Reaktionstemperatur gehalten. Danach wurde das Reaktionsgemisch bei der Reaktionstemperatur filtriert, wobei eine leicht trübe, etwas rotgefärbte Lösung in einer Menge von 427 g erhalten wurde. Die Lösung enthielt 2,64 mmol Lithiumdiisopropylamid/g, was einem Gehalt von 28,2 Gew% und einem Umsatz von 91,6% entspricht. Bei einer Lagertemperatur von 5°C fielen aus der Lösung keine Kristalle aus. Bei einer Lagertemperatur von -17°C fielen Kristalle aus, die aus einem Komplex des Lithiumdiisopropylamids mit Tetrahydropyran bestanden. Dadurch sank der Gehalt an gelöstem Lithiumdiisopropylamid in der Lösung auf 1,73 mmol/g (18,5 Gew.-%). Bei Raumtemperatur lösten sich die in der Kälte ausgefallenen Kristalle wieder auf.

Beispiel 3

9,7 g (1400 mmol) metallisches Lithium und 131,6 g (1300 mmol) Diisopropylamin wurden in 188 g n-Hexan und 9,7 g Tetrahydropyran vorgelegt und auf 35°C erwärmt sowie gerührt. Anschließend wurde eine Mischung aus 66,7 g (640 mmol) Styrol und 46,3 g (540 mmol) Tetrahydropyran innerhalb 45 Minuten bei 35°C zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde danach 50 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch bei der Reaktionstemperatur filtriert, wobei 425 g einer leicht trüben, hellbraunen Lösung anfielen. Die Lösung enthielt 2,51 mmol Lithiumdiisopropylamid/g, was einem Gehalt von 26,9 Gew% und einem Umsatz von 88,7% entspricht. Bei Raumtemperatur fielen aus der übersättigten Lösung innerhalb von 24 Stunden Kristalle aus; die überstehende Lösung hatte noch einen Gehalt von 2,46 mmol Diisopropylamid/g. Bei 24°C betrug die Löslichkeit 2,46 mmol Diisopropylamid/g, was einem Gehalt von 26,35 Gew% entspricht. Bei 5°C sank die Löslichkeit auf 1,66 mmol Lithiumdiisopropylamid/g (17,7 Gew.%). Das Ausfallen der Kristalle ist darauf zurückzuführen, daß die Menge des anwesenden Tetrahydropyran zu gering war. Insoweit ist dieses Ausführungsbeispiel nur als Vergleichsbeispiel anzusehen, um zu demonstrieren, daß die Verwendung einer zu geringen Menge an Tetrahydropyran nachteilig ist.

Die Lagerstabilität der nach den Beispielen 1 bis 3 hergestellten Lösungen war außerordentlich hoch. Bei 5°C wurde in der Lösung gemäß Beispiel 1 während 95 Tagen keine Abnahme des Gehalts an Lithiumdiisopropylamid beobachtet. Bei 23°C sank der Gehalt der Lösung gemäß Beispiel 1 an Lithiumdiisopropylamid während 95 Tagen von 2,27 mmol/g auf 2,18 mmol/g. Bei 40°C betrug der Gehalt der nach Beispiel 1 hergestellten Lösung an Lithiumdiisopropylamid nach 95 Tagen noch 2,15 mmol/g. Auch bei den Lösungen gemäß den Beispielen 2 und 3 wurden entsprechende Lagerstabilitäten feststellt.

Das zur Durchführung der Beispiele 1 bis 3 verwendete metallische Lithium wurde in Form eines durch Verdüsung erhaltenen Pulvers in die Reaktionen eingesetzt. Die Beispiele 1 bis 3 wurden in Glasreaktoren ausgeführt, wobei als inertes Schutzgas Argon verwendet wurde. Tetrahydropyran ist ein 6-gliedriger cyclischer Ether mit der Summenformel (CH₂)₅O, der keine Ringspannung aufweist, was sich im Vergleich mit Tetrahydrofuran in einer höheren Stabilität gegenüber Lithium und Lithiumamiden äußert.

Claims (8)

1. Stabile Lösung eines Lithiumdiorganoamids der allgemeinen Formel LiNR′R′′, wobei R′ und R′′ Alkylreste mit 2 bis 6 C-Atomen sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Lösungsmittel Tetrahydropyran und ggf. einen aliphatischen Kohlenwasserstoff mit 5 bis 10 C-Atomen enthält.

2. Stabile Lösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R′ und R′′ Ethyl-, iso-Propyl- oder Cyclohexylreste sind.

3. Stabile Lösung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als aliphatischer Kohlenwasserstoff Hexan oder Cyclohexan verwendet wird.

4. Stabile Lösung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel aus 35 bis 85 Gew% Hexan oder Cyclohexan und Rest Tetrahydropyran besteht.

5. Stabile Lösung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie 10 bis 40 Gew% des Lithiumdiorganoamids enthält.

6. Verfahren zur Herstellung der stabilen Lösung eines Lithiumdiorganoamids nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß metallisches Lithium mit einem sekundären Amin, dessen zwei Alkylreste 2 bis 6 C-Atome haben, in Gegenwart eines Elektronenakzeptors bei 0 bis 40°C in einem Lösungsmittel umgesetzt wird, das entweder aus Tetrahydropyran oder aus Tetrahydropyran und einem aliphatischen Kohlenwasserstoff mit 5 bis 10 C-Atomen besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektronenakzeptor Styrol oder Butadien eingesetzt werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß aus dem metallischen Lithium, dem sekundären Amin und dem Lösungsmittel bei Raumtemperatur unter einer inerten Schutzgasatmosphäre eine Suspension hergestellt wird,
• b) daß der nach a) erhaltenen Suspension der ggf. im Lösungsmittel gelöste Elektronenakzeptor unter Rühren während einer Zeit von 30 bis 90 Minuten unter Einhaltung der Reaktionstemperatur in Gegenwart einer inerten Schutzgasatmosphäre zudosiert und die Suspension anschließend während einer Zeit von 30 bis 120 Minuten bei der Reaktionstemperatur gehalten wird und
• c) daß die nach b) erhaltene ausreagierte Suspension bei der Reaktionstemperatur unter einer inerten Schutzgasatmosphäre filtriert und die filtrierte Lösung auf Raumtemperatur gebracht sowie in einen Lagerbehälter abgefüllt wird.