DE2137712A1 - Carboxylating perfluoroalkyl-contg olefins - with water or alcohols and carbon monoxide using carbonyl - contg catalyst - Google Patents
Carboxylating perfluoroalkyl-contg olefins - with water or alcohols and carbon monoxide using carbonyl - contg catalystInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Darstellun£ fluorierter Carbonsäuren oder deren Ester Es ist bekannt, daß durch Umsetzung von olefinen mi+ Kohlenmonoxid und Wasser oder Alkohol unter Druck Carbonsäuren bzw.Process for the preparation of fluorinated carboxylic acids or their esters It is known that by reacting olefins mi + carbon monoxide and water or Alcohol under pressure carboxylic acids or
deren Ester entstehen VW. Reppe u. H. Kröper, Liebigs Mann.their esters are made by VW. Reppe and H. Kröper, Liebig's husband.
Chem. 582, 38 (1953)] . Eine Umsetzung von fluorhaltigen Olefinen des Typs Rf-CH=CH2, bei dem Ri eine Perfluoralkylgruppe darstellt, mit Kohlenmonoxid unter Druck ist bisher noch nicht beschrieben worden.Chem. 582, 38 (1953)]. A conversion of fluorine-containing olefins of the type Rf-CH = CH2, in which Ri represents a perfluoroalkyl group, with carbon monoxide under pressure has not yet been described.
Es wurde nun ein Verfahren zur Darstellung fluorierter Carbonsäuren oder deren Ester der Formel CnF2n+1 -C2H4 - COOR in welcher R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 12, vorzugsweise 1 bis 4, insbesondere 1 oder 2 C-Atomen und n eine Zahl von 1 bis 20, vorzugsweise 3 bis 12 bedeuten, gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß fluorhaltige Olefine der Formel CnF2n+1 CH=CH2 in welcher n die vorstehend genannte Bedeutung hat, mit Kohlenmonoxid von Drücken über etwa 50 at, vorzugsweise etwa 250 - etwa 1500 at, und sit einer Verbindung der Formel ROH in welcher R die vorstenend genannte Bedeutung hat, bei Temperaturen von etwa 100 - etwa 300°C, vorzugsweise etwa 120 -etwa 2509C, in Gegenwart von kohlenmonoxidhaltigen Verbindungen-der Metalle Nickel, Palladi-um, Platins Kobalt, Rhodium oder Ruthenium, vorzugsweise Nickel, Palladium, Kobalt und Rhodium, oder Verbindungen dieser Metalle, die sich in Carbonyle umwandeln können, zur Reaktion gebracht werden.There has now been a method of preparing fluorinated carboxylic acids or their esters of the formula CnF2n + 1 -C2H4 - COOR in which R is a hydrogen atom or an alkyl group with 1 to 12, preferably 1 to 4, in particular 1 or 2 C atoms and n is a number from 1 to 20, preferably 3 to 12, found, which is characterized in that fluorine-containing olefins of the formula CnF2n + 1 CH = CH2 in which n is as defined above, with carbon monoxide at pressures over about 50 atm, preferably about 250 - about 1500 atm, and is in compound of the formula ROH, in which R has the meaning given above, at temperatures from about 100 - about 300 ° C, preferably about 120 - about 2509C, in the presence of carbon monoxide-containing Compounds - of the metals nickel, palladium, platinum, cobalt, rhodium or ruthenium, preferably nickel, palladium, cobalt and rhodium, or compounds of these metals, which can be converted into carbonyls, are made to react.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insofern überraschend, als nicht zu erwarten war, daß. die Doppelbindung, die durcheine so stark elektronensaugende Perfluoralkylgruppe substituiert wird, carboxyliert werden kann. Es wäre zu erwarten gewesen, daß sich- unter den gewählten Reaktionsbedingungen das Katalysatormetall in die Halogenkohlenstoffbindungen unter Ausbildung eines t-Allyl-Nickel-Halogenids einschiebt, wie es bei Olefinen mit Chlor-, Brom- oder Jodsubstituenten in Allylstel-: lung beschrieben worden ist [E.o. Fischer und G. Bürger, Chem.The method according to the invention is surprising in that it is not was to be expected that. the double bond created by one that is so strongly electron-sucking Perfluoroalkyl group is substituted, can be carboxylated. It would be expected been that - under the chosen reaction conditions, the catalyst metal into the halocarbon bonds to form a t-allyl nickel halide inserts, as is the case with olefins with chlorine, bromine or iodine substituents in allyl positions: treatment has been described [E.o. Fischer and G. Bürger, Chem.
Ber. 94, 2409 (1961)4.Ber. 94, 2409 (1961) 4.
Die Carboxylierung verläuft nach der folgenden Reaktionsgleichung: CnF2n+1 -CH(CH3 )COOR wobei R und n die genannten Bedeutungen haben.The carboxylation proceeds according to the following reaction equation: CnF2n + 1 -CH (CH3) COOR where R and n have the meanings mentioned.
Es entstehen die gradkettigen und die verzweigten Carbonsäuren bzw. deren Ester nebeneinander. Es ist überraschend, daß bei Verwendung von Palladium-Katalysatoren das Verhältnis der Normal- zur Isoverbindung etwa bei 5-6 : 1 liegt, während dieses Verhältnis bei den in der Technik üblicherweise ausgeführten Carboxylierungen in der Gegend von etwa 1-2 : 1 liegt.The straight-chain and branched carboxylic acids or their esters side by side. It is surprising that when using palladium catalysts the ratio of normal to isocompound is about 5-6: 1, while this Ratio in the carboxylations usually carried out in industry in in the area of about 1-2: 1.
Die Reaktion wird vorzugsweise so ausgeführt, daß die Komponenten Olefin, Katalysator und Alkohol bzw. Wasser in einen korrosionsfesten Autoklaven gefüllt und bei erhohter Temperatur unter kräftiger Durchmischung mit Kohlenmonoxid von erhöhtem Druck umgesetzt werden. Als Katalysator kommen Verbindungen der Metalle Ni, Pd, Co, Rh, Ru, und Pt in Frage.The reaction is preferably carried out so that the components Olefin, catalyst and alcohol or water in a corrosion-resistant autoclave filled and at an elevated temperature with vigorous mixing with carbon monoxide be implemented by increased pressure. Compounds of metals are used as catalysts Ni, Pd, Co, Rh, Ru, and Pt in question.
Sie werden vorzugsweise in Form ihrer Carbonyle oder als'Verbindungen eingesetzt, die unter den gewählten Reaktionsbedingungen Carbonyle bilden kõnnen.They are preferably used in the form of their carbonyls or as compounds used, which can form carbonyls under the chosen reaction conditions.
Beispielsweise kann Nickel in Form von Nickeltetracarbonyl, Bis(acetylacetonato)-Nickel oder als Nickelsalz eier Carbonsäure eingesetzt werden. Ein Zusatz von Jodwasserstoff erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit.For example, nickel can be in the form of nickel tetracarbonyl, Bis (acetylacetonato) nickel or a carboxylic acid can be used as the nickel salt. An addition of hydrogen iodide increases the reaction speed.
Bevorzugte Reaktionsbedingungen sind Drücke oberhalb etwa 100 Gt und etwa 180-320°C, vorzugsweise etwa 200-400 at und etwa 200-200C für die Darstellung der titer, und etwa 200-700 at und etwa 250-300°C für die Darstellung der Carbonsäuren.Preferred reaction conditions are pressures above about 100 pbw and about 180-320 ° C, preferably about 200-400 at and about 200-200C for display the titer, and about 200-700 at and about 250-300 ° C for the representation of the carboxylic acids.
Palladium wird beispielsweise als Dichlorbis-(triphenylphosphin)-Palladium zugefügt und katalysiert die Reaktion bei etwa 100 bis 2000C, vorzugsweise etwa 120180oC, und etwa -200-1000 at. Das Hinzufügen von Chlorwasserstoff hat sich besonders bei Palladium-Katalysatoren als vorteilhaft erwiesen.Palladium is, for example, dichlorobis (triphenylphosphine) palladium added and catalyzes the reaction at about 100 to 2000C, preferably about 120180oC, and around -200-1000 at. The addition of hydrogen chloride has proven particularly useful proved to be advantageous in the case of palladium catalysts.
Kobalt wird beispielsweise als Dikobaltoctacarbonyl, Kobalt jodid oder als Salz einer Carbonsäure eingesetzt. Die Reaktion läuft bei etwa 100-2500C, vorzugsweise bei etwa 140-2000C, und Drücken oberhalb etwa 200 at ab.Cobalt is for example dicobalt octacarbonyl, cobalt iodide or used as a salt of a carboxylic acid. The reaction runs at around 100-2500C, preferably at about 140-2000C, and pressures above about 200 at.
Rhodium kann als Rhodium(III)oxid, Rhodium(III)acetylacetonat oder als Salz einer Carbonsäure zugegeben werden. Die Reaktion läuft bei etwa 110-2500C, vorzugsweise etwa 130--1600C, und oberhalb etwa 50 at, vorzugsweise extra 150-500 at,ab.Rhodium can be used as rhodium (III) oxide, or rhodium (III) acetylacetonate be added as a salt of a carboxylic acid. The reaction runs at around 110-2500C, preferably about 130-1600C, and above about 50 at, preferably an extra 150-500 at, from.
Das beschriebene Verfahren kann entweder in Einzelansätzen im Autoklaven-oder auch in kontinuierlicher Fahrweise im Durchflußautoklaven oder in einem Reaktionsrohr ausgeführt werden.The procedure described can either be carried out in individual approaches in Autoclave or also in continuous operation in a flow autoclave or in a reaction tube are executed.
Die Reaktionskomponenten Wasser bzw. Alkohol können in stöchiometrischen Verhältnis oder Überschuß eingesetzt werden, bevorzugt ist ein 3- bis 6facher molarer überschuß.The reaction components water and alcohol can be used in stoichiometric Ratio or excess are used, a 3 to 6-fold molar is preferred excess.
Der in der Reaktion eingesetzte Alkohol kann bis zu 12 ltohlenstoffatome besitzen, vorzugswPise verwendet man methanol oder Äthanol.The alcohol used in the reaction can contain up to 12 carbon atoms preferably use methanol or ethanol.
Die bei der Reaktion entstehenden fluorierten Carbonsäuren sind als Zwischenprodukte für organische Synthesen, insbesondere als Vorprodukte für Oleophobierungsmittel und von Emulgatoren, geeeignet.The fluorinated carboxylic acids formed in the reaction are as Intermediate products for organic syntheses, especially as precursors for oil repellants and emulsifiers, suitable.
Die Versuche wurden alle in Autoklaven ausgeführt, deren Material, insbesondere Stahl, gegen Halogenwasserstoffsäuren beständig ist Beisiel 1: Eine Mischung aus 115 g 1,1,2-Trihydroperfluordecen-1, 200 ml Wasser, 11,2 g wässriger 57 zeiger Jodwasserstoffsäure und 9,5 g Nickelacetat-Tetrahydrat wurde für 2,5 Stunden unter 600 at Kohlenmonoxiddruck bei 2700C in einem 1-l-Autoklaven aus korrosionsbeständigem Stahl intensiv gerührt. Das Reaktionsprodukt bestand aus Wasser und einer kristallinen i4asse, die fraktioniert destilliert wurde. Nach einem kurzen Vorlauf von nichtumgesetztem Olefin destillierten bei 109-117°C/0,8 Torr 87 g (72 % d.Th.) von Heptadecafluordecansäure, die in der Vorlage rasch erstarrten.The experiments were all carried out in autoclaves, the material of which in particular steel, resistant to hydrohalic acids is Example 1: One Mixture of 115 g 1,1,2-trihydroperfluorodecene-1, 200 ml water, 11.2 g aqueous 57 points hydriodic acid and 9.5 g of nickel acetate tetrahydrate were added for 2.5 hours under 600 at carbon monoxide pressure at 2700C in a 1 l autoclave made of corrosion-resistant Steel stirred intensely. The reaction product consisted of water and a crystalline one i4asse, which has been fractionally distilled. After a short run-in of what has not been implemented Olefin distilled at 109-117 ° C / 0.8 torr 87 g (72% of theory) of Heptadecafluorodecanoic acid, which quickly solidified in the template.
C11F17H5O2 gefunden: C, 26.9 ; H, 1.0 ; F 65.2 cZ berechnet:C, 26.9 ; H, 1.0 ; F 65.6 Beispiel 2: 100 g 1,1,2- Trihydroperfluorocten-1,100 g äthanol, 3 g Nickeltetracarbonyl und 0,5 g Nickeljodid wurden in einem 1/2-l-Schüttelautoklaven fur 3 Stunden bei 205 0C mit 320 at Kohlenmonoxid umgesetzt. Das Reaktionsprodukt wurde in Eiswasser gegossen. Die untere organische Phase wurde abgetrennt-und destilliert. Nach einem Vorlauf aus Nickelcarbonyl und nichtumgesetztem Olefin gingen 61,8 g (53 c, d.Th.) eines Gemisches aus n- und iso-Heptadecafluoroundecansäureäthylester vom Siedepunkt 143-148°C/70 Torr über.C11F17H5O2 found: C, 26.9; H, 1.0; F 65.2 cZ calculated: C, 26.9 ; H, 1.0; F 65.6 Example 2: 100 g 1,1,2-trihydroperfluorooctene-1,100 g ethanol, 3 g of nickel tetracarbonyl and 0.5 g of nickel iodide were placed in a 1/2 liter shaking autoclave reacted for 3 hours at 205 ° C. with 320 atm of carbon monoxide. The reaction product was poured into ice water. The lower organic phase was separated off and distilled. After a first run of nickel carbonyl and unreacted olefin, 61.8 g went (53 c, d.Th.) of a mixture of n- and iso-heptadecafluoroundecanoic acid ethyl ester from boiling point 143-148 ° C / 70 Torr above.
Beispiel 3: 100 g 1,1,2-Trihydroperfluordecen-1, 60 g Athanol, 24 äthanolischer 18 %iger Chlorwasserstof£ und 1,0 g Dichlorobis(triphenylphosphin)-Palladium wurden in einem 1/2-1-Autoklaven 7 Stunden bei 380 at und 1400C geschüttelt.Example 3: 100 g 1,1,2-trihydroperfluorodecene-1, 60 g ethanol, 24 Ethanolic 18% hydrogen chloride and 1.0 g dichlorobis (triphenylphosphine) palladium were shaken in a 1 / 2-1 autoclave at 380 at and 1400C for 7 hours.
Nach Abkühlen und Entspannen wurde der Autoklaveninhalt in Eiswasser gegossen, die untere esterhaltige Phase abgetrennt, gewaschen und destilliert. Ausbeute: 95,5 g (82C d.Th.) Heptadecafluoroundecansäureäthylester vom Siedepunkt 1GO-1040C/6 Torr bzw. 144-1480C/10 Torr. Das Mengenverhaltnis der Ester der unverzweigten zur verzweigten Carbonsäure betrug etwa 85 : 15.After cooling and releasing the pressure, the contents of the autoclave were poured into ice water poured, the lower ester-containing phase separated, washed and distilled. Yield: 95.5 g (82C of theory) ethyl heptadecafluoroundecanoate with a boiling point of 1GO-1040C / 6 Torr or 144-1480C / 10 Torr. The ratio of the esters to the unbranched to branched carboxylic acid was about 85:15.
13F17Yg 02 gefunden: C, 30.7 ; H, 1.65 ; F, 61.2% berechnet:C, 30.0 ; H, 1.74 ; F, 62.1 % Beispiel 4 Wiederholung des Versuches nach Beispiel 3 bei 1200C und 300 at ergab eine Ausbeute von 73,6 g (63,1 % d.Th.).13F17Yg 02 found: C, 30.7; H, 1.65; F, 61.2% calculated: C, 30.0 ; H, 1.74; F, 62.1% Example 4 Repetition of the experiment according to Example 3 at 1200C and 300 at gave a yield of 73.6 g (63.1% of theory).
Beispiel 5: Auf eine Mischung aus 30 g 1,1,2-Trihydroperfluordecen-1, 100 g Methanol und 2 g Dikobaltoctacarbonyl wurden in einem 1/2-l-Autoklaven 250 at Kohlenmonoxid gepresst. Es wurde 12 Stunden bei 1600C geschüttelt. Nach dem Abkühlen und Entspannen wurde der Autoklaveninhalt in Eiswasser eingegossen. Die untere Phase wurde abgetrennt und einer Flash-Destillation im Vakuum unterworfen. Erneute fraktionierte Destillation ergab 24,3 g(71,5 % d.Th.) eines Gemisches aus 73 96 n- und 27 % iso-Heptadecafluoroundecansäuremethylester vom Siedepunkt: 96-980C/9 Torr.Example 5: To a mixture of 30 g of 1,1,2-trihydroperfluorodecene-1, 100 g of methanol and 2 g of dicobalt octacarbonyl were in a 1/2 l autoclave 250 at carbon monoxide pressed. It was shaken at 1600C for 12 hours. After cooling down and releasing the pressure, the contents of the autoclave were poured into ice water. The lower phase was separated and flash distilled in vacuo. Fractionated again Distillation gave 24.3 g (71.5% of theory) of a mixture of 73 96 n- and 27% iso-heptadecafluoroundecanoic acid methyl ester of boiling point: 96-980C / 9 Torr.
C1 2F1 7H702 gefunden: C, 28.7 ; F, 63.4 ; H, 1.5 % berechnet:C, 28.5 ; F, 63.8 ; H, 1.4 % Beispiel 6: Eine Mischung aus 200 g 1,1,2-Trihydroperfluordecen-1, 160 g wässriger 16-gewichtsprozentiger Salzsäure und 2,0 g Dichlorobis(-triphenylphosphin)-Palladium wurde 5 Stunden unter 700 at Kohlenmonoxiddruck bei 160 0C in einem 1-1-Standautoklaven intensiv gerührt. Nach Abkuhlen und Entspannen wurde der Autokläveninhalt filtriert und die schwere organische Phase abgetrennt. Die Destillation ergab 161,5 g nichtumgesetztes Olefin und 27,3 g (12,4 % d.Th.) eines Gemisches aus n- und iso-Heptadecafluoroundecansäure vom Siedepunkt 107-121°C/1 Torr.C1 2F1 7H702 found: C, 28.7; F, 63.4; H, 1.5% calculated: C, 28.5 ; F, 63.8; H, 1.4% Example 6: A mixture of 200 g of 1,1,2-trihydroperfluorodecene-1, 160 g of aqueous 16 percent strength by weight hydrochloric acid and 2.0 g of dichlorobis (triphenylphosphine) palladium was 5 hours under 700 at carbon monoxide pressure at 160 0C in a 1-1 standing autoclave intensely stirred. After cooling and releasing the pressure, the contents of the autoclave were filtered and the heavy organic phase separated. Distillation gave 161.5 g of unreacted Olefin and 27.3 g (12.4% of theory) of a mixture of n- and iso-heptadecafluoroundecanoic acid from boiling point 107-121 ° C / 1 Torr.
Beispiel 7: Eine Mischung aus 40 g 1,1,2-Trihydoperfluordecen-1, 100 g Äthanol und 0,13 g Rhodium(III)octanoat (20,-3 ing-Atom-Rhodium) wurde in einem 1/2-l-Autoklaven 6 Stunden bei 1400C mit Kohlenmonoxid von -290 at geschüttelt. Das Reaktionsprodukt wurde fraktioniert destilliert. Bei 99-1040C/6 Torr gingen 31,4 g (67,5 % d.Th) Heptadecafluoroundecansäureäthylester über.Example 7: A mixture of 40 g 1,1,2-trihydoperfluorodecene-1,100 g of ethanol and 0.13 g of rhodium (III) octanoate (20, -3 ing atom rhodium) was in one 1/2 l autoclave shaken for 6 hours at 1400C with carbon monoxide of -290 atm. The reaction product was fractionally distilled. At 99-1040C / 6 torr went 31.4 g (67.5% of theory) of ethyl heptadecafluoroundecanoate over.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4582924A (en) * | 1983-03-09 | 1986-04-15 | Daikin Kogyo Co., Ltd. | α-Fluoroalkyl carboxylic acid esters and process for preparing the same |
EP0252736A2 (en) * | 1986-07-11 | 1988-01-13 | Sagami Chemical Research Center | Process for preparing fluorine-containing carboxylic acid ester |
-
1971
- 1971-07-28 DE DE19712137712 patent/DE2137712A1/en active Pending
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