DE2335523C2

DE2335523C2 - Verfahren zur Herstellung von Poly- N-alkenylaminen

Info

Publication number: DE2335523C2
Application number: DE19732335523
Authority: DE
Inventors: Viktor Dmitrijevi&ccaron; Filimonov; Geb. Sasonova Jakaterina Jegorovna Sirotkina; geb. Dum&ccaron;eva Ljubov Sergejevna Sisova; geb. Pome&scaron;kina Nina Alekandrovna Tomsk Zechanovskaja
Original assignee: Tomskij Ordena Trudovogo Krasnogo Znameni Politechniceskij Institut Imeni Sm Kirova Tomsk Su
Current assignee: Tomskij Ordena Trudovogo Krasnogo Znameni Politechniceskij Institut Imeni Sm Kirova Tomsk Su
Priority date: 1973-07-12
Filing date: 1973-07-12
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE2335523A1

Description

RR¹CH-CH=O + H

RR'CH —CH-OH

RR¹CH-CH=OH

NHR,

R₂NH

RR'CH—CH \

OH

NR₂

/ -H₂O β

RR'CH —CH RR'CH —CH-NR₂

—H

OH₂

RR'C = CH—NR₂

R NR₂ I I

— C —CH-R'

worin R₂NH die genannten aromatischen oder heterozyklischen Amine bedeutet.

Es wurde ferner festgestellt, daß eine Reihe von Stoffen, zu denen Carbonsäuren, ihre Anhydride sowie aliphatische Alkohole gehören, die Reaktion der genannten Amine mit den Aldehyden, besonders im Falle der Verwendung vn Butyraldehyd und Isobutyraldehyd, merklich beschleunigen und außerdem die Photoempfindlichkeit der gebildeten Polymeren etwas erhöhen.

Die genannten Carbonsäuren, Anhydride der Carbonsäuen oder Alkohole beschleunigen wirksam den Herstellungsprozeß von PoIy-N-alkenylaminen bei deren Verwendung in verschiedenen Mengen. Ihre optimale Menge ist aber ein geringer Molüberschuß gegenüber dem Aldehyd.

Der genannte Prozeß kann in einem breiten Temperaturbereich von Temperaturen, die in der Nähe des Nullpunktes liegen, bis zum Siedepunkt der verwendeten Lösungsmittel durchgeführt werden. Die genannte Reaktion kommt auch bei äquimolaren Amin/ Aldehyd-Verhältnis zustande. Für eine günstigere Durchführung des Prozesses verwendet man zweckmäßig einen geringen Molüberschuß an Aldehyd. Die durch die Reaktion erhaltenen Poly-N-alkenylamine sind durch Gießen der Reaktionslösung entweder in Paraffinkohlenwasserstoffe, wie Hexan, Petroläther, Heptan oder in Alkohole, wie Methylalkohol, Äthylalkohol, Isopropylalkohol oder in Wasser sowie in wäßrig-alkoholische Gemische leicht abzutrennen. Die in den genannten Medien unlöslichen Poly-N-alkenylamine fallen als Niederschlag aus; sie werden abfiltriert, gewaschen und getrocknet. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Poly-N-alkenylamine sind thermoplastische Pulver mit einem Molekulargewicht von 600 bis 3000, welche in aromatischen Kohlenwasserstoffen, Dioxan, aliphatischen Ketonen, chlorierten Kohlenwasserstoffen gut löslich, in Alkoholen oder Paraffinkohlenwasserstoffen sohlecht oder gar nicht löslich und in Wasser unlöslich sind. Beim Verdampfen der Lösung der erhaltenen Polymeren bilden die letzteren feste transparent Filme, welche photoempfindliche Eigenschaften aufweisen. So weisen beispielsweise die Filme des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Poly-N-vinylcarbazols von 5 bis 15 Mikrometer Dicke auf einer Stahl- oder Aluminiumunterlage im Durchschnitt ein Ladungspotential von 400 bis 600 V und eine Dauerzeit des Ladungsabfalls auf die Hälfte von 3 bis 8 Sekunden bei einer Beleuchtungsstärke von 800 Lux auf.

Somit besitzt das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Poly-N-alkenylaminen den Vorteil, daß es in einer Stufe unmittelbar aus den Aminen ohne Zwischenabtrennung von N-Alkenylaminen durchgeführt wird und es möglich macht, billige und leicht zu beschaffende Reagenzien zu verwenden sowie toxische Komponenten auszuschließen. Das Verfahren ist universell, d. h. es macht möglich, Poly-N-alkenylamine der Formel (I) nach einer Reaktion unter Verwendung entsprechender Aldehyde zu erhalten. In diesem Zusammenhang ist das erfindungsgemäße Verfahren von kommerziellem Interesse, da es industriell leicht nutzbar gemacht werden kann.

Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden zur Veranschaulichung folgende konkrete Beispiele angeführt.

Beispiel 1
Herstellung von Poly-N-vinylcarbazol

In einen Dreihalskolben, versehen mit einem Rührer und einem Thermometer, bringt man 10 g (0,06 Mol) Carbazol, 30 ml Toluol und 3,43 ml (0,026 Mol) Paraldehyd ein und gibt der auf diese Weise erhaltenen Suspension unter Rühren 0,7 ml Katalysator zu, welcher aus einem Gemisch von Salzsäure und Perchlorsäure in einem Volumverhältnis von 10:2 besteht. Dann erhitzt man die Lösung auf die Temperatur von 70⁰C und führt bei dieser Temperatur unter Rühren die Reaktion während einer Stunde durch. Danach wäscht man die erhaltene toluolische Lösung in einem Trenntrichter mit einer Lösung von KOH und dann mehrere Male mit Wasser bis zur neutralen Reaktion, gießt die auf diese Weise behandelte Lösung unter Rühren in 150 ml Isopropylalkohol. Das ausgefallene Polymere filtriert man, wäscht mit Alkohol, Wasser und trocknet. Man erhält 9 g (71,5%) weißes amorphes Pulver mit einem Erweichungspunkt von 125 bis 133°C, welches in den meisten organischen Lösungsmitteln mit Ausnahme der Alkohole und der aliphatischen Kohlenwasserstoffe gut löslich ist und feste transparente Filme beim Verdampfen der Lösungsmittel bildet. Gefunden N %: 7,10; berechnet für Poly-N-vinylcarbazol 7,25 (C|₄H_MN). Molekulargewicht 600 bis 1500.

Beispiel 2 Herstellung von Poly-^-vinylcarbazol

In einen Dreihalskolben, versehen mit einem Gasableitungsrohr, einem Thermometer und einem Rührer, bringt man 50 g (0,0299 Mol) Carbazol,,250 ml Benzol, 22,3 ml (0,39 Mol) Acetaldehyd. 2>,6 ml Äthanol ein. Die Suspension kühlt man auf eine Temperatur von 0 bis + 5⁰C ab und leitet unter ständigem und intensivem Rühren einen Strom von Chlorwasserstoff mit einer Geschwindigkeit durch, daß die Temperatur im Reaktionsgemisch 10⁰C nicht übersteigt. Nach 20 bis 30 Minuter, kommt es praktisch ;:ur vollständigen Auflösung des Carbazols. Man rührt ohne Durchleiten von Chlorwasserstoff weitere 15 bis 20 Minuten. Dann filtriert man die benzolische Lösung, wäscht zweimal in einem Tienntrichter mit Sodalösung und zweimal mit Wasser und gießt in 1 Liter Isopropylalkohol. Das ausgefallene Polymere wird filtriert, erst mit Alkohol, dann mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält 44,7 g |77%) weißes amorphes Pulver mit einem Erweichungspunkt von 130 bis I4O°C, welches nach der Löslichkeit den Polymeren aus Beispiel 1 analog ist. Gefunden N %: 7,17. Molekulargewicht 600bis 1500.

Beispiel 3 Herstellung von Poly-N-vinylcarbazol

In einen Dreihalskolben, versehen mit einem Rückflußkühler, einem Rührer und einem Thermometer bringt man 250 g (1,5 Mol) Carbazol, 1 Liter Aceton, 86,7 ml (0,695 Mol) Paraldehyd und 156 ml Essigsäure ein. Dann gibt man bei eingeschaltetem Rührer 2 ml Schwefelsäure (d= 1,84) tropfenweise zu. Danach bringt man die Temperatur der Reaktionsmasse auf 35°C und führt bei dieser Temperatur die Reaktion weiter. Nach 35 bis 40 Minuten geht das ganze Carbazol in die Lösung über. Man rührt weitere 20 bis 30 Minuten. Dann gibt man dem Kolbeninhalt 12 g pulverförmiges KOH zu, rührt einige Minuten, filtriert das; Reaktionsgemisch und gießt das Filtrat unter Rühren in 3,5 Liter Isopropylalkohol. Das ausgefallene Polymere wird abfiltriert, erst mit Alkohol, dann mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält 129 g (45%) weißes amorphes Pulver. Die Eigenschaften des erhaltenen Polymeren sind analog den Eigenschaften des nach Beispiel 2 erhaltenen Polymeren.

Beispiel 4 Herstellung von PoIy-N-vinylcarbazol

In einen Kolben, versehen mit einem P.ührer, einem Thermometer und einem Rückilußkühler, bringt man 10 g (0,06 Mol) Carbazol, 30 ml Toluol, 3,43 ml Paraldehyd, 3,75 ml Essigsäureainhydrid ein und gießt unter intensivem Rühren 0,6 ml Katalysator zu, welcher aus einem Gemisch von Salzsäure und Perchlorsäure in einem Volumverhältnis von 10:1 besteht. Dann erhitzt man das Reaktionsgemisch auf die Temperatur von 55°C und führt die Reaktion unter Rühren während einer Stunde durch. Die erhaltene Lösung wäscht man mit Alkalilösung dann mit Wasser und gießt unter Rühren in 150 ml Petroläther, filtriert das ausgefallene Polymere ab, wäscht erst mit Alkohol, dann mit Wasser und trocknet. Man erhält 8,8 g (70,5%) weißes amorphes Pulver mit einem Erweichungspunkt von 130 bis 145°C, das nach der Löslichkeit dem Polymeren aus Beispiel 1 analog ist. Gefunden N °/o: 7,19. Molekulargewicht 600 bis 1500.

Beispiel5

Herstellung von Poly-N-vinyldiphenylamin

20g (0,118 Mol) Diphenylamin, 8,08 ml (0,14 Mol) Acetaldehyd, 8,95 ml Essigsäure und 0,2 ml Borfluoridätherat in 50 ml Aceton erhitzt man während 1,5 Stunden bei einer Temperatur von 50°C in einem hermetisch verschlossenen Kolben.

Nach dem Gießen der Reaktionsmasse in 200 ml eines Gemischs von Isopropylalkohol und Wasser (1 : 1) filtriert man das ausgefallene Polymere ab, wäscht dieses mit Alkohol, dann mit Wasser und trocknet. Man erhält 13,8 g (60%) hellbraunes Pulver mit einem Erweichungspunkt von 120 bis 140⁰C, welches in organischen Lösungsmitteln mit Ausnahme der Alkoho-Ie und Paraffinkohlenwasserstoffe sehr gut löslich ist. Gefunden N %: 7,04; berechnet für Poly-N-vinyldiphenylamin 7,19 (CmH₁₃N). Molekulargewicht 1500 bis 2500.

Beispiel 6 Herstellung von Poly-N-isobutenyldiphenylamin

In einen Kolben bringt man 5 g (0,03 Mol) Diphenylamin, 20 ml Aceton, 3,28 ml Isobutyraldehyd, 2,7 ml Essigsäure, 0,5 ml Schwefelsäure (d= 1,84) ein und läßt das Gemisch bei Raumtemperatur 2,5 Stunden lang stehen. Dann gießt man den Kolbeninhalt in 200 m! Wasser; das Polymere fällt in Form eines viskosen orangefarbenen Harzes aus, welches mit Alkohol und Wasser gewaschen wird. Die Ausbeute beträgt 4,2 g (63%). Gefunden N %: 5,98; berechnet für Poly-N-isobutenyldiphenylamin 6,25 (CiaHuN). Molekulargewicht 1000 bis 2000.

Beispiel 7 Herstellung von Poly-N-propenyldiphenylamin

In einen Kolben bringt man 5 g (0,03 Mol) Diphenylamin, 20 ml Aceton, 2,59 ml (0,036 Mol) Propionaldehyd, 3,1 ml Essigsäure ein und gibt dann unter Rühren 0,45 ml Perchlorsäure zu. Man läßt das Gemisch bei Raumtemperatur 1 Stunde und 40 Minuten lang stehen und gießt es dann in 150 ml Äthanol. Das ausgefallene Polymere wird abfiltriert, mit Wasser, dann mit Alkohol gewaschen und getrocknet. Man erhält 1 g (16%) helles amorphes Pulver mit einem Erweichungspunkt von 90 bis 105⁰C. Gefunden N %: 6,40; berechnet für Poly-N-propenyldiphenylamin 6,63(Ci5HisN). Molekulargewicht 1000 bis 2000.

Beispiels

Herstellung von Poly-N-vinylphenthiazin

15 g (0,075 Mol) Phenthiazin, 4,9 m! Acetaldehyd, 5,6 ml Essigsäure und 0,25 ml Schwefelsäure in 60 ml Benzol erhitzt man in einem hermetisch verschlossenen Kolben unter periodischem Schütteln während 2 Stunden bei einer Temperatur von 60⁰C. Dann filtriert man das Reaktionsgemisch von dem unumgesetzten Flienthiazin ab und gießt das Filtrat in 200 ml Isopropylalkohol. Das ausgefallene Polymere wird abfiltriert, mit Alkohol, dann mit Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhält 10,8 g (64%) hellgraues amorphes Pulver mit einem Erweichungspunkt von 165 bis

170°C, welches nach Löslichkeit dem Polymeren aus Beispiel 1 analog ist. Gefunden N %: 6,71; berechnet für Poly-N-vinylphenthiazin 6,20 (Ci₄H_nNS). Molekulargewicht 1500 bis 2000.

Beispiel 9
Herstellung von Poly-N-vinylphenoxazin

Einem Gemisch von 1 g (0,00546 Mol) Phenoxazin in 10 ml Benzol gibt man 0,19 ml (0,00144 Mol) Paraldehyd und 0,06 ml Schwefelsäure (W= 1,84) zu, wonach die Reaktionsmasse in einem hermetisch verschlossenen Kolben unter periodischem Schütteln während 5 Stunden erhitzt wird. Die gebildete Lösung gießt man in 60 ml Heptan, filtrien das ausgefallene Polymere ab, wäscht mit Alkohol, dann mit Wasser und trocknet. Man erhält 0,1 g (10%) hellgrünes amorphes Pulver mit einem Erweichungspunkt von 230 bis 240°C, welches nach der Löslichkeit dem Polymeren aus Beispiel 1 analog ist. Gefunden N %: 6,50; berechnet für Poly-N-vinylphenoxazin 6.74 (CmHmNO). Molekulargewicht 1500 bis 3000.

Beispiel 10
Herstellung von F'oly-N-vinyI-3-chlorcarbazol

In einen Dreihalskolben, versehen mit einem Rührer, einem Gasableitungsrohr und einem Thermometer, bringt man 20.2 g (0,1 Mol) 3-Chlorcarbazol, 400 ml Benzol, 8,5 g (0,15 Mol) Acetaldehyd und 14,2 ml Äthanol ein. Dann leitet man bei eingeschaltetem Rühren während 35 Minuten einen Strom trockenen Chlorwasserstoffes mit einer Geschwindigkeit durch, daß die Temperatur der Reaktionsmasse auf 10 bis 12°C gehalten wird. Danach gießt man die Lösung in 1,5 Liter "i Isopropylalkohol unter starkem Rühren, filtriert das ausgefallene Polymere ab, wäscht mit Alkohol, dann mit Wasser und trocknet. Man erhält 11,05 g (49%) weißes amorphes Pulver mit einem Erweichungspunkt von 135 bis 140⁰C, welches nach der Löslichkeit dem Polymeren ίο aus Beispiel 1 analog ist. Gefunden N %: 6,31; Cl %: 15,6; berechnet für PoIy-N-vinyl-3-chlorcarbazol 6,15 beziehungsweise 15,38 (CmHioNCI). Molekulargewicht 1000 bis 2500.

B e i s ρ i e 1 11

Herstellung von Poly-N-vinyl-J.ö-dichlorcarbazol

Einem Gemisch von 4,75 g (0,02 Mol) 3,6-Dichlorcarbazol in 20 ml Benzol gibt man 0,93 ml (0,007 Mol) Paraldehyd, 2,4 ml Essigsäure und 0,25 ml Schwefelsäure fc/=l,84) zu. Man führt unter Rühren bei Temperatur von 50^GC die Reaktion während 2 Stunden durch. Dann gießt man das Reaktionsgemisch in 150 ml Petroläther, filtriert das ausgefallene Polymere ab, wäscht mit Alkohol, dann mit Wasser und trocknet. Man erhält 3,3 g (62,5%) hellgraues amorphes Pulver mit einem Erweichungspunkt von 155 bis 165° C, welches nach der Löslichkeit dem Polymeren aus Beispiel 1 analog ist. Gefunden N %: 5,1¹O; CI %: 27,32; berechnet für Poly-N-vinyl-S.ö-dichlorcarbazol 5,36 beziehungsweise 26,80 (CmH₉NCI₂). Molekulargewicht 1000 bis 2000.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Poly-N-alkenyl_: aminen der Formel

— C —CH-

R'

worin R und R' gleich oder verschieden sind und fur ein Wasserstoffatom oder für einen niederen Alkylrest stehen, η den Polymerisationsgrad und A einen von Diphenylamin, Carbazol, Phenthiazin, Phenoxazin oder deren in den Kernen substituierten Derivaten abgeleiteten Rest bedeutet, wobei das Stickstoffatom direkt an das Kohlenstoffatom in der Hauptkette gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die entsprechenden Amine mit Aldehyden der allgemeinen Formel

RR'CH —CH = O

σΐ)

worin R und R' die obengenannte Bedeutung besitzen, oder deren Polymeren, die in saurem Medium depolymerisieren, in organischen Lösungsmitteln umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man starke Protonensäuren als Katalysatoren verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Carbonsäuren, Anhydride der Carbonsäuren oder aiiphatische Alkohole als Beschleuniger verwendet.

Es ist bekannt, daß Poly-N-alkenylamine, z. B. das Poly-N-vinylcarbazol, photoempfindliche Eigenschaften besitzen und in verschiedenen Systemen der Aufnahme und Vervielfältigung von Informationen, hauptsächlich in der Elektrophotographie und in den damit verwandten Prozessen Verwendung finden.

Es sind ferner Verfahren zur Herstellung von Poly-N-alkenylaminen bekannt. Diese werden im allgemeinen durch Polymerisation entsprechender N-Vinylamine unter der Einwirkung verschiedener Katalysatoren durchgeführt. Durch Polymerisation wurden beispielsweise das Poly-N-vinylcarbazol (GBPS 7 18 982 und 10 34 309, sowie US-PS 25 46 924), das Polyvinyldiphenylamin (P. Longi, Atti Acad. naz. Lincei. Rend Cl. Sei. fis. mat. e natur., 31, 273 (1961), das Poly-N-vinylphenthiazin (N. I. Schergina, G. G. Skworzowa, G. N. Kurow, Zeitschrift für angewandte Spektroskopie, 13, 845 (1970), in russisch) erhalten. Es gibt eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Poly-N-vinylaminen durch Reaktion entsprechender Amine mit Vinylazetat unter der Einwirkung der Salze von Quecksilber und starken Säuren. Nach solchen Verfahren wurden niedermolekulares Poly-N-vinylindol, niedermolekulares Poly-N-vinylcarbazol, niedermo lekulares Poly-N-vinyldiphenylamin erhalten (W. P. Lopatinski, E. E. Sirotkina, J. u. P. Schechirew, L. G. Menschikowa. L. F. Kowalewa. Berichte der Staatlichen Universität Tomsk, 170, 35 (1964).Was die Poly-N-alkenylanune der Formel (I) anbelangt, worin R und R' beide oder einer der Substituenten für Alkyl steht, so sind sie, soweit uns Angaben darüber vorliegen, hauptsächlich für Karbazol. Es ist weiterhin die Herstellung von Poly-N-isobutenylcarba?oI (FR-PS 15 27 253 und GBPS 11 87 341) durch Polymerisation von N-Isobutenylcarbazol beschrieben. Bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Poly-N-propenylcarbazol (US-PS

ίο 31 55 603) auf kompliziertem und mehrstufigem Wege. Danach erhält man zunächst durch die Einwirkung von Propylenoxyd auf das Kaliumcarbazol das 9-/?-Hydroxypropylcarbazol, welches bei der Dehydration polymerisiert.

Ein Nachteil der genannten Verfahren zur Herstellung von Poly-N-alkenylaminen durch Polymerisation entsprechender N-Alkenylamine ist die Notwendigkeit einer Zwischensynthese und einer sorgfältigen Reinigung der Monomeren, wodurch die genannten Verfahren merklich kompliziert und verteuert werden. Besonders betrifft das die Herstellung von Poly-N-alkenylaminen, weil die Herstellung der Ausgangsmonomeren mehrstufig, wie z. B. im Falle des obengenannten N-Propenylcarbazols, ist. Da·; obengenannte Verfahren zur Herstellung von Poly-N-vinylaminen durch Reaktion der Amine mit Vinylazetat schließt die Notwendigkeit aus, die Zwischenmonomeren abzutrennen, und gewährleistet somit die Herstellung von Poly-N-vinylaminen unmittelbar aus den Aminen, was technologisch günstiger und billiger ist. Ein ernsthafter Nachteil dieses Verfahrens ist aber die Notwendigkeit, einen toxischen Quecksilberkatalysator zu verwenden. Außerdem ist es auf die Herstellung von Poly-N-vinylaminen beschränkt und es ist in diesem Falle unmöglich, andere Poly-N-alkenylamine, zu erhalten.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der genannten Nachteile. -

In Übereinstimmung mit der Zielsetzung wurde die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Poly-N-alkenylaminen zu entwickeln, welches es ermöglichte, die genannten Produkte in einer Stufe zu erhalten und die Verwendung toxischer Komponenten auszuschließen. ·
Diese Aufgabe wurde gemäß dem obigen Anspruch gelöst.

Als geeignete Amine werden Diphenylamin, Carbazol, Phenthiazin, Phenoxazin sowie ihre in den Kernen substituierten Derivate verwendet.
Als aiiphatische Aldehyde, die der Formel (II)

so entsprechen, kommen Acetaldehyd, Propionaldehyd, Butyraldehyd, Isobutyraldehyd in Frage, als polymere Aldehyde können Polymere von Acetaldehyd, Propionaldehyd, Butyraldehyd, Isobutyraldehyd verwendet werden. Man verwendet vorzugsweise Paraldehyd, da sich mit dem letzteren die Umsetzung leichter durchführen läßt als mit dem leichtflüchtigem Acetaldehyd. Als Katalysatoren können starke Protonensäuren, wie Schwefelsäure, Perchlorsäure, Salzsäure und deren Gemische, Chlorwasserstoff sowie Lewis-Säuren, z. B.

Borfluoridätherat, eingesetzt werden. Der Prozeß in organischen Lösungsmitteln verschiedener Klassen, wie aliphatischen Ketonen, aromatischen und chlorierten aromatischen und Paraffinkohlenwasserstoffen, Nitroparaffinen und anderen durchgeführt.
- 65 Der Reaktionsmechanismus der Bildung der Poly-N-alkenylamine kann durch folgendes wahrscheinliches Schema dargestellt werden