DE2307377A1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF TERTIAERIC PERFLUORALKANE SULFONAMIDES - Google Patents
PROCESS FOR THE PREPARATION OF TERTIAERIC PERFLUORALKANE SULFONAMIDESInfo
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Description
Badische Anilin- & ßod&-Fal>rik AG 2307377 Badische Anilin- & ßod &-Fal> rik AG 2307377
Unser Zeichen: O.Z. 29 705 BR/AR 6700 Ludwigshafen, 14. Febr. I975Our reference: O.Z. 29 705 BR / AR 6700 Ludwigshafen, February 14th, 1975
Verfahren zur Herstellung von tertiären Perfluoralkansulfon-Process for the production of tertiary perfluoroalkanesulfone
amidenamides
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Hydroxyalkylperfluoralkansulfonamiden der allgemeinen Formel IThe invention relates to an improved process for the preparation of hydroxyalkyl perfluoroalkanesulfonamides of the general Formula I.
ROHRAW
worin Rp einen geradkettigen oder verzweigten Perfluoralkylrest mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, R einen gegebenenfalls indifferent substituierten Alkyl-, Alkenyl-, ÄraIky1-, Cycloalkyl- oder Arylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und R' einen Äthylen- oder 1,2-Propylenrest darstellen.wherein Rp is a straight-chain or branched perfluoroalkyl radical with 1 to 12 carbon atoms, R is an optionally indifferently substituted alkyl, alkenyl, ÄraIky1-, cycloalkyl or aryl radical with 1 to 10 carbon atoms and R 'represent an ethylene or 1,2-propylene radical.
Einige der erfindungsgemäß herstellbaren Produkte sind bereits in der Literatur beschrieben worden, vergleiche z.B. US-Patentschrift 2 803 656. Ihre Herstellung erfolgt dort durch Umsetzung von Alkalisalzen der Perfluoralkansulfonamide mit einem Halogenhydrin nach der allgemeinen Reaktionsgleichung:Some of the products that can be produced according to the invention are already has been described in the literature, see, for example, US Pat. No. 2,803,656, where they are produced by reaction of alkali salts of the perfluoroalkanesulfonamides with a halohydrin according to the general reaction equation:
R151SO0-N-Me + XR1OH => R131SO0-N-R'-OH + MeXR 151 SO 0 -N-Me + XR 1 OH => R 131 SO 0 -N-R'-OH + MeX
Σ C. j JJ C. j Σ C. j JJ C. j
R RR R
Gegenüber dem nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hat diese Methode einige schwerwiegende Nachteile:Compared to the invention described below Procedure, this method has some serious drawbacks:
Einmal handelt es sich um ein (relativ umständliches) Zweistufenverfahren, da das Ausgangsprodukt zunächst in alkoholischer Lösung mit einem Alkalialkoxid in das entsprechende Salz übergeführt werden muß, und nach Abdestillieren des Lösungsmittels wird dann die eigentliche Reaktion mit dem Chlor- oder Bromalkanol durchgeführt. Zum anderen handelt es sich um ein heterogenes Reaktionssystem, es sind also lange Reaktionszeiten notwendig. Hierbei treten jedoch schon erhebliche Zersetzungsreaktion auf,On the one hand it is a (relatively cumbersome) two-stage procedure, because the starting product is initially in alcoholic Solution with an alkali alkoxide must be converted into the corresponding salt, and after the solvent has been distilled off then the actual reaction is carried out with the chloro- or bromoalkanol. On the other hand, it is a heterogeneous one Reaction system, so long reaction times are necessary. However, considerable decomposition reactions already occur here,
742/72 - 409834/1066 _g_742/72 - 409834/1066 _ g _
- 2 - 0.Z-. 29 705- 2 - 0.Z-. 29 705
so daß eine umständliche Reinigung notwendig wird und die Ausbeuten vermindert werden.. Außerdem führt die Bildung von Salzen wie Natriumchlorid zu Korrosionserscheinungen.so that cumbersome cleaning is necessary and the yields In addition, the formation of salts such as sodium chloride leads to signs of corrosion.
Eine naheliegende weitere Umsetzung zur Herstellung von Perfluoralkyl-sulfonamidoalkanolen, die Reaktion von Perfluor-' alkyl-sulfonylfluorid mit z.B. N-Alkyläthanolamin, ist nicht durchführbar, da nicht nur die NH-, sondern auch die OH-G-ruppe mit dem SuIfonylhalogenid reagiert und der gebildete Ester wegen seiner stark alkylierenden Eigenschaften eine Reihe von Folgereaktionen eingeht. Auch eine Blockierung der OH-Funktion, z.B. durch Silylierung, führt nicht zum Ziel, da die Trimethylsilylgruppe sehr rasch eine Austauschreaktion mit dem Sulfonylchlorid unter Bildung von Trimethylfluorsilan eingeht und höher alkylierte Stickstoffverbindungen entstehen, vgl. Ann. 751, 58 (1970).An obvious further implementation for the production of perfluoroalkyl-sulfonamidoalkanols, the reaction of perfluoro- 'alkyl-sulfonyl fluoride with e.g. N-alkylethanolamine is not feasible because not only the NH but also the OH-G group reacts with the sulfonyl halide and the ester formed enters into a number of subsequent reactions because of its strongly alkylating properties. Blocking of the OH function, e.g. by silylation, does not achieve the goal, since the trimethylsilyl group very quickly undergoes an exchange reaction with the sulfonyl chloride to form trimethylfluorosilane and higher alkylated nitrogen compounds are formed, see Ann. 751, 58 (1970).
Ferner ist aus der DOS 2 024 909 ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel I bekannt, gemäß dem Verbindungen der Formel IIFurthermore, DOS 2 024 909 discloses a process for the preparation of compounds of the formula I, according to the compounds of formula II
Rj1SO2 - NHR II ■ .Rj 1 SO 2 - NHR II ■.
mit Alkylencarbonaten oder -sulfiten umgesetzt werden. Das erfordert zunächst die Herstellung der Carbonate oder Sulfite, z.B. durch Umsetzung von Glykolen mit Phosgen oder !Thionylchlorid unter Chlorwasserstoffabspaltung. Hinzu kommt imFall der Umsetzung der Verbindungen II mit Sulfiten, daß das -sich ab-, spaltende Schwefeldioxid eine spezielle Absorptionsanlage erfordert. Das Verfahren ist also umständlich und unwirtschaftlich. . -be reacted with alkylene carbonates or sulfites. That requires first the production of carbonates or sulfites, e.g. by reacting glycols with phosgene or! thionyl chloride with elimination of hydrogen chloride. In addition, in the case of Implementation of the compounds II with sulfites that the -sich from, splitting sulfur dioxide requires a special absorption system. The process is therefore cumbersome and uneconomical. . -
Für die Umsetzung von Verbindungen der Formel II mit aliphatischen Epoxiden versagen die üblichen Katalysatoren, wie Alkalihydroxid, Alkoho la t, oder auch Lewis-Säuren, wie BF^-Ätherat, SnCl., ZnCl2t SbCIc weitgehend. Die Ausbeuten an N-Hydroxyalkylverbindungen sind sehr gering.For the reaction of compounds of the formula II with aliphatic epoxides, the usual catalysts such as alkali hydroxide, alcohol or Lewis acids such as BF ^ etherate, SnCl., ZnCl 2 t SbClc largely fail. The yields of N-hydroxyalkyl compounds are very low.
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- 3 - O.Z. 29 705- 3 - O.Z. 29 705
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel I zu entwickeln.The present invention was therefore based on the object to develop simple and economical process for the preparation of compounds of the formula I.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst wird durch ein Verfahren zur Herstellung von tertiären Perfluoralkansulfonamiden der allgemeinen FormelIt has now been found that this object is achieved by a process for the preparation of tertiary perfluoroalkanesulfonamides the general formula
RpSO2 - N^RpSO 2 - N ^
■ R1OH■ R 1 OH
in der R^, einen verzweigten oder geradkettigen PerfluoraIkylrest mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, R einen gegebenenfalls indifferent substituierten Alkyl-, Alkenyl-, ÄraIky1-, Cycloalkyl- oder Arylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und R1 einen Äthylen- oder 1,2-Propylenrest darstellen, wobei man Sulfonamide der allgemeinen Formel Rj1SO2-KHR mit den oben angegebenen Bedeutungen für Rj, und R in Gegenwart von 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Sulfonamid, eines tertiären Amins in einem polaren, aprotischen Lösungsmittel mit einem Siedepunkt über 600C mit etwa äquimolaren Mengen Äthylenoxid oder Propylenoxid bei 50 bis 1200C umsetzt.in which R ^, a branched or straight-chain PerfluoraIkylrest with 4 to 12 carbon atoms, R an optionally indifferently substituted alkyl, alkenyl, AraIky1-, cycloalkyl or aryl radical with 1 to 20 carbon atoms and R 1 an ethylene or 1,2- Represent propylene radical, where sulfonamides of the general formula Rj 1 SO 2 -KHR with the meanings given above for Rj, and R in the presence of 0.1 to 5 wt .-%, based on the sulfonamide, of a tertiary amine in a polar, aprotic solvent with a boiling point above 60 0 C with approximately equimolar amounts of ethylene oxide or propylene oxide at 50 to 120 0 C.
Die als Ausgangsprodukte einerseits benötigten perfluorierten Sulfonamide sind durch Umsetzung von primären Aminen mit den durch elektrochemische Fluorierung relativ gut zugänglichen Perfluoralkyl-sulfonylfluoriden - etwa CF3SO2F, C4FgSO2F, C6F13SO2F, CgF17SO2F - leicht herstellbar.The perfluorinated sulfonamides required as starting materials are obtained through the reaction of primary amines with the perfluoroalkylsulfonyl fluorides, which are relatively easily accessible by electrochemical fluorination - such as CF 3 SO 2 F, C 4 FgSO 2 F, C 6 F 13 SO 2 F, CgF 17 SO 2 F - easy to manufacture.
Die andererseits als Ausgangsprodukte benötigten Epoxide des Äthylens und Propylene sind leicht zugängliche und wohlfeile großtechnische Produkte.On the other hand, the epoxides of ethylene and propylene required as starting materials are easily accessible and inexpensive large-scale products.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Perfluoralkylsulfonamide besitzen die allgemeine Formel II, in der Rj1 und R die bereits beschriebene Bedeutung haben. Geeignet sind z.B. Sulfonamide, in denen Rj1 CF3, C3F5, C4F9, 0O1^' C8F17 ^*11* R CH2-CH=CH2, Cyclohexyl, CHgCgH^ oder vorzugsweise aliphatische Reste wie CH3, C2H5, C3H7, C8H17, CH2CH2OCH3 bedeutet.The perfluoroalkylsulfonamides to be used according to the invention have the general formula II, in which Rj 1 and R have the meanings already described. For example sulfonamides in which Rj 1 CF 3 , C 3 F 5 , C4F9, 0 O 1 ^ ' C 8 F 17 ^ * 11 * R CH 2 -CH = CH 2 , cyclohexyl, CHgCgH ^ or preferably aliphatic radicals such as Means CH 3 , C 2 H 5 , C 3 H 7 , C 8 H 17 , CH 2 CH 2 OCH 3 .
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- 4 - O.Z.29 705- 4 - O.Z. 29 705
Beispiele für die erfindungsgemäß zu verwendenden Perfluoralkyl sulfonamide sind: CP3SO2NH-GH3; GP3SO2NH-C3H7; C4P9SO2NH-C4H9; C4P9SO2NH-CH2-CH=CH2; C4P9SO2NH-C6H11; C4H9SO2NH-CH2CH2OCH3; C4H9SO2-NH-GH2C6H5; C4P9SO2NH-C12H25.; C8P17SO2NH-C2H5; C6P13SO2-NH-C2H5; C2P5SO2NH-C18H37.Examples of the perfluoroalkyl sulfonamides to be used according to the invention are: CP 3 SO 2 NH-GH 3 ; GP 3 SO 2 NH-C 3 H 7 ; C 4 P 9 SO 2 NH-C 4 H 9 ; C 4 P 9 SO 2 NH-CH 2 -CH = CH 2 ; C 4 P 9 SO 2 NH-C 6 H 11 ; C 4 H 9 SO 2 NH-CH 2 CH 2 OCH 3; C 4 H 9 SO 2 -NH-GH 2 C 6 H 5 ; C 4 P 9 SO 2 NH-C 12 H 25 .; C 8 P 17 SO 2 NH-C 2 H 5 ; C 6 P 13 SO 2 -NH-C 2 H 5 ; C 2 P 5 SO 2 NH-C 18 H 37 .
Die erfindungsgemäßen Produkte stellen wertvolle, grenzflächenaktive Verbindungen dar, insbesondere solche mit längeren Perfluoralkylketten. Sie können außerdem Verwendung finden zur Herstellung von wasser- und ölabweisenden Imprägniermitteln für !Textil, leder und Papier sowie als Zwischenprodukte bei Arbeiten auf dem Acryl- und dem Urethangebiet.The products according to the invention are valuable, surface-active Compounds, especially those with longer perfluoroalkyl chains. They can also be used for the production of water and oil repellent impregnating agents for ! Textile, leather and paper as well as intermediate products in work in the acrylic and urethane fields.
Als Katalysatoren sind tertiäre aliphatische und aromatische Amine.oder entsprechende Aminoxide geeignet, beispielsweise Trimethylamin, Triäthylamin, Tripropylamin, Tri-n-butylamin, DimethylcLodecylamin, 1 ,S-Diaza-bicyclooctan, Pyridin, Chinolin sowie N-Oxide dieser Verbindungen. Sie werden in Mengen von 0,1 bis 5, vorzugsweise 0,3 bis 3 Gew.-$, bezogen auf das SuIfonamid, eingesetzt.Tertiary aliphatic and aromatic amines or corresponding amine oxides are suitable as catalysts, for example Trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tri-n-butylamine, DimethylcLodecylamine, 1, S-diaza-bicyclooctane, pyridine, quinoline and N-oxides of these compounds. They are used in amounts of 0.1 to 5, preferably 0.3 to 3 wt .- $, based on the sulfonamide, used.
Als Lösungsmittel sind polare und gegenüber den Ausgangsstoffen und dem Katalysator inerte, also aprotische (keinen aciden Wasserstoff enthaltende) und nicht oxidierend wirkende Flüssigkeiten mit Siedepunkten bei Normaldruck von über 600C, vorzugsweise über 900C geeignet. Sie enthalten polare Gruppen wie Äther-, Keton-, Dialkylamid-, Nitril- oder Estergruppen. Beispiele für geeignete Lösungsmittel sind Di-n-prοpylather, Di-n-butyläther, Diäthylketon, Acetessigester, N-Methylpyrrolidon, insbesondere Dimethylformamid' und Acetonitril.Suitable solvents are polar liquids which are inert towards the starting materials and the catalyst, ie aprotic (not containing acidic hydrogen) and non-oxidizing liquids with boiling points at normal pressure above 60 ° C., preferably above 90 ° C. They contain polar groups such as ether, ketone, dialkylamide, nitrile or ester groups. Examples of suitable solvents are di-n-propyl ether, di-n-butyl ether, diethyl ketone, acetoacetic ester, N-methylpyrrolidone, especially dimethylformamide and acetonitrile.
Die Lösungsmittelmenge kann in weiten Grenzen variieren. In der Regel wählt man sie zwischen 10 und 50 $, bezogen auf das Gewicht der Ausgangsverbindung II. Höhere Lösungsmittelmengen schaden nicht, bringen aber auch keine Vorteile. Geringere Lösungsmittelmengen führen zu hochviskosen, schlecht rührbaren, inhomogenen Massen. The amount of solvent can vary within wide limits. As a rule, they are chosen between $ 10 and $ 50, based on the weight of the starting compound II. Higher amounts of solvent are not harmful, but are also of no advantage. Smaller amounts of solvent lead to highly viscous, poorly stirrable, inhomogeneous masses.
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- 5 - O.Z.29 705- 5 - O.Z. 29 705
Die Umsetzung erfolgt beispielsweise in stählernen Rührautoklaven unter einem Überdruck von 3 bis 9, vorzugsweise 5 bis 8 bar in 2 bis 6, vorzugsweise 3 bis 5 Stunden bei 60 bis 120, vorzugsweise 70 bis 9O0C. Es empfiehlt sich - insbesondere bei größeren Ansätzen - während der Umsetzung zu rühren oder zu schütteln.The reaction takes place for example in steel stirred autoclave under a pressure of 3 to 9, preferably 5 to 8 bar in 2 to 6, preferably 3 to 5 hours at 60 to 120, preferably 70 to 9O 0 C. It is advisable - especially in the case of larger batches, - to stir or shake during the conversion.
Die Ausgangsstoffe (Sulfonamid der Pormel II und Äthylen- oder Propylenoxid) werden in etwa äquimolaren Mengen miteinander umgesetzt. Ein kleiner Überschuß (10 bis 20 Molprozent) an Epoxid ist zweckmäßig.The starting materials (sulfonamide of formula II and ethylene or Propylene oxide) are reacted with one another in approximately equimolar amounts. A small excess (10 to 20 mole percent) of epoxide is appropriate.
Man kann von vornherein das gesamte Alkylenoxid aufpressen oder - zur Vermeidung eines allzu hohen Druckes zweckmäßiger - zunächst nur einen Teil zugeben und den Rest nach und nach. Das Ende der Reaktion erkennt man am einfachsten daran, daß kein Alkylenoxid mehr verbraucht, wird (Druckkonstanz).All of the alkylene oxide can be injected from the outset, or - to avoid excessively high pressure, it is more useful - first only add part and the rest gradually. The easiest way to recognize the end of the reaction is that there is no More alkylene oxide is consumed (constant pressure).
Nach dem Abtrennen von Lösungsmittel und Katalysator, vorzugsweise durch Destillation, erhält man in Ausbeuten von über 80, meist sogar über 90 $ der Theorie wenig verunreinigte Produkte der Formel I. Sie können anschließend, z.B. destillativ, gereinigt werden.After the solvent and catalyst have been separated off, preferably by distillation, one obtains in yields of more than 80, mostly even more than 90% theoretically less contaminated products of formula I. They can then be purified, e.g. by distillation.
Die Vorteile des Verfahrens bestehen in der leichten Zugänglichkeit der Ausgangsprodukte, in der einfachen Durchführung der Umsetzung und der leichten Aufarbeitung sowie darin, daß praktisch keine Neben- oder Abfallprodukte entstehen, die die Umwelt belasten oder besondere Auffangeinrichtungen erfordern.The advantages of the process are its easy accessibility the starting materials, in the simple implementation of the implementation and the easy work-up and in that there are practically no by-products or waste products that pollute the environment or require special collection facilities.
Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile.The parts mentioned in the examples are parts by weight.
527 Teile N-Äthyl-perfluoroctansulfonamid werden zusammen mit 200 Teilen Dioxan und 10,54 Teilen Dimethyldodecylamin in einem Rührautoklaven aus rostfreiem Stahl vorgelegt. Dann werden bei 80 bis 900C 44 Teile Äthylenoxid portionsweise aufgepreßt (Überdruck 7 bis 8 bar, Preßzeit 6 Stunden). Nach beendeter Reaktion527 parts of N-ethyl perfluorooctanesulfonamide are placed in a stainless steel stirred autoclave together with 200 parts of dioxane and 10.54 parts of dimethyldodecylamine. Then, at 80, 44 parts of ethylene oxide is up to 90 0 C in portions pressed (pressure 7 to 8 bar, pressing time 6 hours). After the reaction has ended
-6-409834/106G -6- 409834 / 106G
- 6 - O.Z. 29 705-- 6 - O.Z. 29 705-
(Druckabfall, dann Druckkonstanz)' wird das Dioxan im Vakuum (Druck 15 mm) entfernt. Rohausbeute; 578 Teile (mit Katalysator). Die anschließende Hochvakuumdestillation ergibt 468 Teile (82 $ der Theorie) N-A'thyl-N-hydroxyäthyl-perfluoroctansulfonamid. (Pressure drop, then pressure constancy) 'the dioxane is removed in vacuo (pressure 15 mm). Crude yield; 578 parts (with catalyst). The subsequent high vacuum distillation gives 468 parts (82 $ of theory) N-ethyl-N-hydroxyethyl-perfluorooctanesulfonamide.
V 0,3 bis 0,4 mmH 129 bis ™°G V 0.3 to 0.4 mmH 129 to ™ ° G
Pp: 70 bis 740C gef. ber.Pp: 70 to 74 0 C found. ber.
Elementaranalyse: C 25,2 25,2Elemental analysis: C 25.2 25.2
(C12H10P17NO3S) P 56,6 56,56(C 12 H 10 P 17 NO 3 S) P 56.6 56.56
S 6,0 5,6S 6.0 5.6
N '2,8 - 2,45N '2.8-2.45
NMR-Spektrum: Triplett bei 1,3 mm (ΟΉ,-Gruppe)NMR spectrum: triplet at 1.3 mm (ΟΉ, group)
Multiplett bei 3,8 ppm (CHg-Gruppen)Multiplet at 3.8 ppm (CHg groups)
UR-Spektrum: Zeigt die normalen starken Absorptionen fürUR spectrum: shows the normal strong absorptions for
Sulfonamid-NH bei 3290 cm"1 nicht mehr, dafürSulfonamide-NH at 3290 cm " 1 no more, for that
-1
bei 3330 cm eine breite starke OH-Bande.-1
a broad, strong OH band at 3330 cm.
Daneben bei 1300 bis 1360 cm"1 und 1140 bis 1180 cm die üblichen SO2-N-Banden. In addition, the usual SO 2 -N bands at 1300 to 1360 cm " 1 and 1140 to 1180 cm.
bindung liegt bei 1780C, die der N-Hydroxy-bond is 178 0 C, the N-hydroxy
Gaschromatographie: Die Retentionstemperatur der Ausgangsver-Gas chromatography: the retention temperature of the starting
äthylverbindung bei 2070C. Beispiel 2ethyl compound at 207 0 C. Example 2
Die entsprechende Umsetzung wird mit Propylenoxid unter gleichen
Bedingungen wie bei Beispiel 1 durchgeführt. Der Konstitutionsbeweis erfolgt ebenfalls durch Graschromatographie (gleiche Bereiche),
UR (fast identisch), Elementaranalyse und NMR-Spektrum (gleiche Shiftlage, aber veränderte Intensitätsverhältnisse
durch die zwei CH,-Gruppen (Triplett und Dublett) und Auftreten
einer aufgespaltenen -CH-Absorption.
Ausbeute (nach Destillation) ebenfalls 80 fo (KpQ 1 : 1150C).The corresponding reaction is carried out with propylene oxide under the same conditions as in Example 1. The constitution is also proven by grass chromatography (same areas), UR (almost identical), elemental analysis and NMR spectrum (same shift position, but changed intensity ratios due to the two CH, groups (triplet and doublet) and the appearance of a split -CH absorption.
Yield (after distillation) likewise 80 fo (boiling point 1 : 115 ° C.).
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Also Published As
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IT1002879B (en) | 1976-05-20 |
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