DE2407308A1 - Neue funktionelle 8-hydroxychinoline und ihre verwendung als zwischenprodukte - Google Patents
Neue funktionelle 8-hydroxychinoline und ihre verwendung als zwischenprodukteInfo
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Description
Zentralbereich Patente, Marken und Lizenzen
PS/GW
509 Leverkusen. Bayerwerk
12, Feb. 1974
Neue funktioneile 8-Hydroxychinoline und ihre Verwendung
als Zwischenprodukte
Die vorliegende Erfindung betrifft neue funktionelle 8-Hydroxychinoline
der Formel 1,
in der
X für OH oder NH0 oder NH-(C1 -C,,)-Alkyl steht,
R und R gleich oder verschieden sind, und Wasserstoff
(C]-C/)-Alkyl, Phenyl oder Halogen (beispielsweise
Chlor oder Brom) bedeuten und Z CH2 , CH-CH,, ein Isoalkylidenrest mit 3 bis
5 Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkylen- oder Cycloalkylidenrest mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder
ein Rest der Formeln 2
2a
2b
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4 5 ^
R , R , R^ gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1 bis 5
R , R , R^ gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1 bis 5
ist, in denen -λ*
4 5 ^
R , R , R^ gleiche oder
R , R , R^ gleiche oder
Kohlenstoffat omen s ind.
Als Isoalkylidenreste seien die Reste CH
3^n
C ,C ,C und
C ,C ,C und
^n3 L/ 2·Π-^ ^2"5 3 7
zu verstehen.
Geeignete Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen funktionellen 8-Hydroxychinoline bestehen in der Umsetzung
von 8-Hydroxychinolin mit (Cyclo)Alkenylsubstituierten Phenolen oder(Cyclo)Alkenylsubstituierten Anilinen oder mit
solchen Verbindungen, die ebenfalls unter dem Einfluß von sauren Katalysatoren Carboniumionen zu bilden vermögen, also etwa
Halogenalkyl-substituierten Phenolen bzw. Anilinen oder Hydroxylalkyl-substituierten Phenolen bzw. Anilinen nach
den an sich bekannten Methoden zur Alkylierung von Hydroxyaryl verb indungen, wobei die zur Alkylierung von 8-Hydroxychinolin
geeigneten Komponenten, beispielsweise die Hydroxylalkyl-substituierten
Phenole, auch nur während der Alkylierung von 8-Hydroxychinolin in situ, beispielsweise aus entsprechenden
Phenolen und entsprechenden Aldehyden, entstehen können.
Die Verbindungen der Formel 1, in denen Z = CH2 ist, werden
durch Umsetzung von 8-Hydroxychinolin mit Verbindungen der
Formel 3 Λ
R1
X /4^ Y
R
erhalten,
erhalten,
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in der X, R , R die gleiche Bedeutung wie in Formel 1 haben,
und in der Y für den Hydroxymethyl- oder Halogenmethyl-Rest steht, wobei das molare Reaktantenverhältnis (8-Hydroxychinolin
zu Verbindungen der Formel 3) vorzugsweise zwischen 1:1 und 10:1 liegt.
Bei Verbindungen der Formel 3 mit Y gleich Halogenmethyl, bevorzugt Chlor- und Brommethyl, können nur Lewis-Säuren
wie z.B. Aluminium-(III)-chlorid oder Bortrifluorid als Katalysatoren in Mengen zwischen 10 Mol-% und 100 Mol-%
bezogen auf Verbindungen der Formel 3 verwendet werden.
Vorzugsweise werden Verbindungen der Formel 3 mit Y gleich Hydroxymethyl eingesetzt, die leicht aus Formaldehyd
und den entsprechenden Phenolen und Anilinen erhältlich sind. Als Alkylierungskatalysatoren finden hierbei Lewis-Säuren,
Hydrosilicate des Montmorillonittyps sowie Mineral- und Carbonsäuren, die wie z.B. Essigsäure auch direkt als
Lösungsmittel dienen können, in Mengen zwischen 10 Mol-% und 500 Mol-%, bezogen auf Verbindungen der Formel 3 f
Verwendung.
Die Reaktion kann· je nach Art der Ausgangssubstanzen und
des Katalysators in Substanz oder Lösung und in einem Temperaturbereich von 10°-150°C durchgeführt werden, wobei die
Wahl des Lösungsmittels sich nach der Löslichkeit der Ausgangssubstanzen, der Reaktionstemperatur und besonders
nach dem Katalysator richtet.
Es können nur solche Lösungsmittel gewählt werden, die unter den gegebenen Reaktionsbedingungen nicht alkyliert werden
und selbst nicht alkylierend wirken, wie z.B. Schwefelkohlenstoff, Nitromethan, Nitrobenzol, ggf. Carbonsäuren, wie z.B.
Ameisen- oder Essigsäure und bei Abwesenheit von Lewis-Säuren als Katalysatoren ggf. chlorierte aliphatische
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Kohlenwasserstoffe, z.B. Methylenchlorid oder Dichloräthan.
(Lit.: Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. V/la
S. 509, Thieme Verlag, Stuttgart 1970).
Die Verbindungen der Formel 1, in denen Z CH-CEU, ein
Isoalkylxdenrest mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkylidenrest
mit 5-15 C-Atomen oder ein Rest der Formeln 2 ist, werden durch Umsetzung von 8-Hydroxychinolin
mit Verbindungen der Formel 3 erhalten,
R1
R2
1 2
in der X, R , R die gleiche Bedeutung wie in Formel 1 haben und in der Y Vinyl, ein Alken-(l)-yl-(2)-Rest mit 3 bis 5 C-Atomen, ein Alken-(2)-yl-(2)-Rest mit 4 bis 5 C-Atomen,ein Alken-(2)-yl-(3)-Rest mit 5 C-Atomen,ein Cycloalken-(l)-yl-(l)· Rest mit 5 bis 15 C-Atomen oder ein Rest der Formeln 4
in der X, R , R die gleiche Bedeutung wie in Formel 1 haben und in der Y Vinyl, ein Alken-(l)-yl-(2)-Rest mit 3 bis 5 C-Atomen, ein Alken-(2)-yl-(2)-Rest mit 4 bis 5 C-Atomen,ein Alken-(2)-yl-(3)-Rest mit 5 C-Atomen,ein Cycloalken-(l)-yl-(l)· Rest mit 5 bis 15 C-Atomen oder ein Rest der Formeln 4
R4 Ϋ f
R4 f
— CH ι H~\ 6
C^ 4a
3 4 5 7
ist, worin R , R , R und R gleich oder verschieden sind und Alkylreste mit 1-5 C-Atomen bedeuten, R H oder ein C,-C^- Alkylrest ist.
ist, worin R , R , R und R gleich oder verschieden sind und Alkylreste mit 1-5 C-Atomen bedeuten, R H oder ein C,-C^- Alkylrest ist.
Die Alkenyl- bzw. Cycloalkenyl-Reste in den Verbindungen der
Formel 3 können auch als HCl- oder HpO-Addukte verkappt vorliegen. Bei Verwendung der HpO-Addukte empfiehlt
sich vorzugsweise der Einsatz von Protonsäuren wie zB. Fluß- oder Schwefelsäure als Katalysator,
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wobei dann der Alkylierung die Dehydratisierung des Alkohols
zum Olefin vorausgeht. Auch Lewis-Säuren sind als Katalysatoren brauchbar (Lit.: A. Schriesheim in G.A. Olah, Friedel
Crafts and Related Reactions Vol. II, S. 477» Interscience Publishers New York, London, Sidney 1964). Die Alkylierung
mittels der entsprechenden Halogenide wird ebenfalls durch Lewis-Säuren katalysiert. Die Alkylierung über die Alkohole
und Halogenide wird zur- Vermeidung übermäßiger Isomerenbildung
bei möglichst niedrigen Temperaturen im Bereich zwischen 10 und 150 C, in Substanz oder Lösung durchgeführt, wobei
die oben schon angeführten Lösungsmittel Verwendung finden.
Die bevorzugt angewandte Alkylierung von 8-Hydroxychinolin mit den (Cyclo)Alkenyl-Verbindungen der Formel 3 wird in Substanz
oder in Lösung bei Temperaturen zwischen 50 und 2500C, vorzugsweise
zwischen 100 und 2000C unter saurer Katalyse mit Lewis-Säuren,
Hydrosilicaten und Protonsäuren gefahren. Der Katalysator wird abhängig von den Ausgangssubstanzen in Mengen von
10 bis 200 Mol-% zugegeben und das molare Reaktantenverhältnis
olefinisches Alkylierungsmittel zu 8-Hydroxychinolin liegt im allgemeinen bevorzugt zwischen 1:1 und 1:10, kann aber auch
außerhalb dieses Bereichs liegen. Als geeignete Katalysatoren verwendet man Lewis-Säuren wie z.B. Aluminium-(III)-Chlorid,
Eisen-(III)-chlorid, Zinnchlorid, Titantetrachlorid, Bortrifluorid
und Mischkatalysatoren des Typs AlCIp.HSO^ oder
.H2PO^, Protonsäuren wie z.B. Chlorwasserstoff, Flußsäure,
konz. Phosphorsäure, Schwefelsäure ab einer Konzentration von 96 % an aufwärts, Oxalsäure, Toluolsulfonsäure.
Vorteilhaft sind auch sauer aktivierte Tonerden-wie Bentonite,
Zeolithe und andere Hydrosilicate, sowie Ionenaustauscherharze wie z.B. "solche auf Basis von Sulfonsäuregruppentragenden
Polystyrolen oder im Reaktionsgemisch unlöslicher Sulfonsäuregruppen-haltiger Phenolharze. Die Alkylierung des
8-Hydroxychinolins mit den (Cyclo)Alkenyl-Verbindungen kann
in Substanz und in Lösung erfolgen.
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Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise Nitrobenzol,
liitromethan, Schwefelkohlenstoff.
(Literatur zur Katalyse: V..N. Ipatieff u. L. Schmerling,
in Advances in Catalysis, Bd. 1, S. 27-64, Academic Press Inc. Publishers, New York 1950, Literatur zur Alkylierung mit
Olefinen: G.A. Olah, Friedel Crafts and Related Reactions,
Vol. I, Interscience Publishers, New York, London. Sidney 1963; F.- Asinger et al. Erdöl, Kohle 20, 786, 852 (1967)).
Die Verbindungen der Formel 1, in denen Z ein Cycloalkylenrest
mit 5 bis 15 C-Atomen ist, sind durch Umsetzung von 8-Hydroxychinolin mit Verbindungen der Formel 3 erhältlich,
in denen Y ein entsprechender Hydroxy-cycloalkylrest mit
5-15 C-Atomen ist, wobei jedoch Isomerisierungen am Cycloalkylre st nicht völlig zu vermeiden sind.
Der Gegenstand der-vorliegenden Erfindung umfaßt somit auch ein Verfahren
zur Herstellung der Verbindungen der Formel 1; dieses ist dadurch gekennzeichnet, daß man 8-Hydroxychinolin mit
1 2 Verbindungen der Formel 3 , in der X, R , R die gleiche
Bedeutung wie in Formel 1 haben, und Y Hydroxymethyl oder Halogenmethyl, Vinyl, ein Alken-(l)-yl-(2)-Rest mit 3-5
C-Atomen, ein Alken-(2)-yl-(2)-Rest mit 4 bis 5 C-Atomen,
ein Alken-(2)-yl-(3)-Rest mit 5 C-Atomen, ein Cycloalken-(l)-yl-(l)-Rest
mit 5 bis 15 C-Atomen oder ein Rest der Formeln 4 , oder ein Hydroxycycloalkylrest mit 5-15 C-Atomen ist,
in Gegenwart von sauren Katalysatoren nach den bekannten Eethoden zur Alkylierung von Hydroxyarylverbindungen alkyliert,
wobei das molare Reaktantenverhältnis 8-Hydroxychinolin zu Verbindungen der Formel 3 zwischen 1:1 und 10:1 liegt.
Anstelle der (Cyclo)Alkenyl-substituierten Phenole oder
Aniline der Formel 3 können auch entsprechende Verbindungen eingesetzt werden, die auch unter dem Einfluß von
sauren Katalysatoren Carboniumionen der Formel la Le A 15 355 " - 6 -
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zu bilden vermögen,
Z (+) 1a
E2
worin X, R1, R2 und Z .die Bedeutung von Formel 1 haben.
worin X, R1, R2 und Z .die Bedeutung von Formel 1 haben.
Für die erfindungsgemäße Alkylierung von 8-Hydroxychinolin geeignete "Verbindungen sind beispielsweise die folgenden gemäß
DT-AS 1 235 894 erhältlichen Phenol-Typen und gemäß DT-AS 1 191 363 bzw. gemäß DT-OS 2 064 305 erhältlichen Anilin-Typen:
4-Isopropenylphenol, 2-Methyl-4-isopropeny!phenol, 2,6-Dimethyl-4-isopropenylphenol,
2-Propyl-4-isopropeny!phenol, 2-Phenyl-4-isopropeny!phenol, 2-Ch.lor-4-isopropenylph.enol,
3-Methyl-4-isopropenylphenol, 2-(p-Hydroxyphenyl)-2-buten, 2-(p-Hydroxyphenyl)-2-penten, 4-Cyclohexenylphenol, 2-(p-Hydroxyphenyl)-2-(p-isopropenylphenyl)-propan,
p-Isopropenylanilin und im Phenylkern durch Aryl, beispielsweise Phenyl,
Alkyl, beispielsweise .C1-C^-Alkyl oder Halogen, beispielsweise
Chlor oder Brom, substituierte p-Isopropenylaniline.
Anstelle der monomeren Alkenylphenole und Alkenylaniline kann man ebenso gut die Dimeren dieser Verbindungen·einsetzen,
da diese bei den gewählten Reaktionsbedingungen in die Monomeren zurückgespalten werden. Als Beispiel sei dimeres
Isopropenyl-phenol der folgenden Formel
HO-
erwähnt .
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-OH
Andere, im vorliegenden Zusammenhang zur Alkylierung von 8-Hydroxychinolin
geeignete Verbindungen, die unter dem Einfluß von sauren Katalysatoren Carboniumionen zu bilden
vermögen, sind z.B.: 4-Hydroxy-benzylalkohol, 2-Brom-4-hydroxy-benzylalkohol,
3·5-Dibrom-4-hydroxy-benzylalkohol, 4-Hydroxy-3.5-dimethyl-benzylalkohol, 4-Hydroxy-2.6-dimethyl-benzylalkohol,
4-Hydroxy-2-isopropyl-5-methyl-benzylalkohol, 2-Phenyl-benzylalkohol, 3-Phenyl-benzylalkohol,
2-/4-Hydroxyphenyl7-propanol, l-/4-Hydroxyphenyl/-äthanol,
2-/4-Hydroxyphenyl7-äthanol, 2-/^-Hydroxyphenyl/^-/4-(lhydroxypropyl-(2))phenyl7-propan,
4-Amino-benzylalkohol, 2-Chlor-4-aminobenzylalkohol.
Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches geschieht folgendermaßen: Zuerst wird der Katalysator, gegebenenfalls nach Neutralisation,
dann gegebenenfalls vorhandenes Lösungsmittel und 8-Hydroxychinolin nach bekannten Methoden, beispielsweisa
durch Extraktion, fraktionierte Kristallisation, Vakuum- und Wasserdampfdestillation entfernt. Durch kristallisation des
verbleibenden Rückstandes aus geeigneten Lösungsmitteln, wie beispielsweise Benzol, Toluol, Äthanol, Diäthyläther,
Aceton- sowie aus Gemischen dieser Lösungsmittel erhält man die gewünschten funktioneilen 8-Hydroxychinoline
in guten Ausbeuten. Sie sind für weitere Umsetzungen direkt zu verwenden.
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Die neuen Hydroxychinoline der Formel Λ sind Zwischenprodukte
bei chemischen Synthesen zur Herstellung von neuen monomeren chemischen Verbindungen sowie von neuen Polymeren mit wertvollen
Eigenschaften.
So können sie durch Acylierung über X nach bekannten Verfahren mit polymerisierbaren Gruppen ausgerüstet werden,
so z.B. durch Acylierung mit Anhydriden oder Chloriden der Malein-, Fumar-, Itacoh-, Acryl- oder Methacrylsäure, wie
dies in der deutschen Patentanmeldung P (Le A 15 380) für einen Teil der Verbindungen der Formel 1 beispielhaft
beschrieben ist, und zwar wird in der Patentanmeldung P (Le A 15 380) sowohl das Verfahren der Acylierung
beschrieben als auch die Verwendung der polymerisierbaren 8-Hydroxychinolylgruppen tragenden ft,ß-monoolefinisch ungesättigten
Monomeren angeführt. So können die über X acylierten, mit polymerisierbaren Gruppen ausgerüsteten Verbindungen der
Formel 1 chlorhaltigen Polymerisaten wie PVC, Polyvinylidenchlorid,
Chlorkautschuk usw. als Stabilisatoren zugesetzt werden.
Darüberhinaus können die über X acylierten, mit polymerisierbaren Gruppen ausgerüsteten Verbindungen leicht in Vinylhomopolymerisate
oder Vinylcopolymerisate übergeführt werden. Diese Makromoleküle besitzen aufgrund der vorhandenen 8-Hydroxychinolinstrukturen
komplexbildende Eigenschaften und somit vielseitige technische Verwendung. Derartige Homo- bzw.
Copolymerisate mit beispielsweise Styrol, (Meth)Acrylnitril, . (Meth)Acrylsäure, (Meth)Acrylamid und (Meth)Acrylsäureester
sind ausführlich in der deutschen Patentanmeldung P (Le A 15 281) beispielshaft beschrieben, ebenso die Herstellung
derartiger Homo- bzw. Copolymerisate sowie ihre technische Verwendung.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Herstellung von Verbindungen
der Formel 1, ihre Weiterverarbeitung gemäß der deutschen Patentanmeldung P (Le A 15 380), und die sich
daran anschließende Weiterverarbeitung zu Polymeren mit komplexbildenden Eigenschaften gemäß der deutschen Patentanmeldung
P (Le A 15 281).
Beispiel 1
2-/4-Hydroxyphenyl7-2-/5-(8-hydroxychinolylJ7-propan
2-/4-Hydroxyphenyl7-2-/5-(8-hydroxychinolylJ7-propan
1508 g 8-Hydroxychinolin, 483 g p-Isopropenylphenol und
150 g Bentonit (saurer Katalysator K 20 der Firma Südchemie, München) werden zusammengegeben und unter Rückfluß und
Stickstoffatmosphäre 24 h auf 1800C erhitzt. Anschließend
wird das Reaktionsgemisch über eine Drucknutsche filtriert, um den festen Katalysator abzutrennen.
Nach Zugabe von Methylenchlorid/Wasser fällt ein Teil des
2/7f-Hydroxyphenyl7-2-/""5- (8-hydroxychinolyl) _/-propan s
kristallin an. Das zurückbleibende Gemisch wird einer Wasserdampfdestillation unterworfen, wobei das im Überschuß
eingesetzte 8-Hydroxychinolin zurückgewonnen werden kann. Bei erneuter Zugabe von Methylenchlorid fällt ein weiterer
Teil des funktioneilen Oxychinolins kristallin an.
Die beiden kristallinen Fraktionen ergeben vereinigt eine Gesamtausbeute von 460 g (4696 d.Th.). Nach Extraktion im
Soxhlet mit Benzol erhält man farblose Kristalle aus
mit dem | Schmelzpunkt | 1390C | H | 5 | N |
Analyse: | C | ,10% | 4 | ,01% | |
Ber. | 77,4% | 6 | ,03% | ||
Gef. | 77,5% | 6 | |||
2-/5-Aminophenyl7-2- /3-(8-hydroxychinolyl )/-propan
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2180 g 8-Hydroxychinolin, 400 g p-Isopropenylanilin und 300 g
Bentonit (saurer Katalysator K 20 der Firma Südchemie München) werden 26 h unter Rückfluß und StickstoffatomoSphäre
auf 1600C erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird über eine
Drucknutsche filtriert und danach sukzessive zuerst einer Vakuum- und dann einer Wasserdampfdestillation unterworfen.
Dabei erhält man fast quantitativ das im Überschuß eingesetzte 8-Hydroxychinolin zurück. Anschließend versetzt
man das Reaktionsgemisch mit Methylenchlorid und trennt die organ. Phase ab. Man extrahiert den nach Einengen der
organischen Phase verbleibenden Rückstand mit einem Methylenchlorid/Petroläther-Gemisch und erhält 382 g (46%
d. Th.) de s 2 - 0+-Aminopheny 1] -2 -/""5 - (8-hydr oxy chinolyl) J-propans
mit dem Schmelzpunkt 105-1070C Durch Kristallisation aus Äthancl erhöht sich der Schmelzpunkt der farblosen
Kristalle auf 1090C.
Analyse: | C | H | N |
Ber. | 77,7% | 6,46% | 10,02% |
Gef. | 77,5% | 6,58% | 9,88% |
Weiterverarbeitung des Produkts von | Beispiel 1: | ||
2-/~4-Methacryloyloxyphenyl__7-2-/~5-(8-hydroxychinolyl)_7'- | |||
propan | |||
279 g 2-/, 4-Hydroxyphenyl__7-2-/ 5-(8-hydroxychinolyl)_7-propan
werden in 1120 ml Methylenchlorid gegeben und bei 130C eine Lösung von 190,8 g Natriumcarbonat in 1000 ml
Wasser zusammen mit 3f0 ml Triethylamin zugetropft. Innerhalb
von 20 min. gibt man dann 110 g Methacrylsäurechlorid und 200 ml Methylenchlorid hinzu.
Man läßt 20 min. nachrUhren, trennt die organische Phase
ab und wäscht einmal mit verdünntem HCl und dann mit Wasser
neutral. Nach Einengen der organischen Phase im Vakuum
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erhält man aus Äthanol 180 g (52% d.Th.) des Methacrylsäureester
des 2-(4-Methacryloyloxyphenyl)-2-/~5-(8--hydroxychinolyl)_7-propans
als farblose Kristalle vom Schmelzpunkt 141°C.
Analyse: CHN
Analyse: CHN
Ber. 76,06% 6,09% 4,03% Gef. 75,6% 6,05% 3,94%
Zu einer 50-prozentigen Lösung von 20 g 2-/_""4-Methacryloyloxyphenyl__7-2-/,""5-(8-hydroxychinolyl)_7-propan
und 80 g Methylmethacrylat in Toluol und 2 Gew.-% tert. Dodecylmercaptan,
bezogen auf das Monomere, tropft man innerhalb von 3 bis 4 Stunden 2 Gew.-% Dibenzoylperoxid, bezogen
auf die Monomeren, in Toluol bei 100°C zu. Im Anschluß daran wird noch 4 Stunden bei 100°C nachgerührt.
Das Vinylpolymere wird anschließend entweder in Methanol ausgefällt oder auf ein Blech gegossen und im Vakuumtrockenschrank
getrocknet. Das mittlere Molekulargewicht des statistischen Copolymerisate wurde osmometrisch bestimmt.
Mn = 37 000, Stickstoffanalyse: Berechnet 0,8%,
gefunden 0,78%.
3 g des Polymeren werden in
150 ml Methylenchlorid gelöst und mit 180 ml einer 0.1 Gew.-%igen Quecksilber-II-acetatlösung 3 Stunden geschüttelt.
Dann werden die Phasen getrennt, und der Quecksilbergehalt der wäßrigen Phase bestimmt.
Restgehalt Hg: 0.7 mg/1 O. 0.7 ppm Hg.
Restgehalt Hg: 0.7 mg/1 O. 0.7 ppm Hg.
4 g des Polymeren werden in
200 ml Methylenchlorid gelöst und mit 0.42 g Kupfer-IT-acetat
4 Stunden lang geschüttelt. Die Reaktionslösung wird filtriert und der nach Entfernen des Lösungsmittels zurückbleibende
Rückstand analysiert. Kupfergehalt des Polymeren: 2.9%.
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2-/~4-Methacrylamidophenyl_7-2-/~5-(8-hydroxychinolyl) J-
propan
200 g 2- [4-AminophenylJ-2-/""5-(8-hydroxychinolyl)_7-propan
werden in 200 ml Methylenchlorid und 500 ml Pyridin gelöst. Zu dieser Lösung tropft man langsam 75f0 g
Methacrylsäurechlorid in 1000 ml Methylenchlorid. Man
läßt 15 Stunden bei Raumtemperatur stehen und entfernt dann die Lösungsmittel im Vakuum. Der Rückstand wird in
Methylenchlorid aufgenommen und zweimal mit 1 η HpSO- und dann mit Wasser gewaschen. Nach Einengen der organ. Phase
erhält man 205 g (80,5% d.Th.) des 2-{4-Methacrylamidophenylj-2-/~5-(8-hydroxychinolyl)_7-propans,
das aus Benzol/Petroläther in Form farbloser Kristalle vom Schmelzpunkt 126-127°C anfällt.
Analyse: CHN
Ber. 76,5% 6,30% 8,11% Gef. 76,3% 6,18% 8,02%
90 g Styrol und 10.0 g 2-/~4-Methacrylamido-phanyl_7-2-/~"5-(8-hydroxychinolyl)_7-propan
werden zusammen mit 2 Gew.-% tert. Dodecylmercaptan, bezogen auf die Monomeren, in Toluol gelöst und auf 1000C erhitzt. Zu diesem
Reaktionsgemisch tropft man innerhalb von 2 bis 3 Stunden 2 g Dibenzoylperoxid in Toluol zu und läßt noch 6 Stunden
weiter reagieren.
Man fällt danach entweder in einem Alkohol aus oder trocknet nach Entfernen des Lösungsmittels im Vakuumtrockenschrank.
Das mittlere Molekulargewicht wurde osmometrisch ermittelt. Mn = 26 200. Stickstoffanalyse: Ber.: 0,81; gef.: 0,80%.
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■II
4 g des Polymeren werden in 200 ml Methylenchlorid gelöst und mit 310 mg Kupfer-II-acetat 2 Stunden geschüttelt.
Die Reaktionslösung wird filtriert und das Lösungsmittel entfernt. Der verbleibende Rückstand wurde
auf seinen Kupfergehalt hin untersucht. Kupfergehalt: 2,7 Gew.-%,
Die neuen Hydroxychinoline der Formel 1 können überraschend
auch als Kettenbegrenzer in Polykondensationsreaktxonen verwendet werden. Die resultierenden Polykondensate haben
neuartige Eigenschaften, eröffnen somit neue technische Verwendungsmöglichkeiten
für Polykondensate.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfaßt somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polykondensaten der Formel
-Z-
-OH
1 2
worin R , R und Z die für Formel 1 gegebene Bedeutung haben und M ein Polycarbonatsegmen^ vorzugsweise der Formel
worin R , R und Z die für Formel 1 gegebene Bedeutung haben und M ein Polycarbonatsegmen^ vorzugsweise der Formel
II
C-O
oder ein Polyestersegment , vorzugsweise der Formel
'QO
ff Il .
C-R-C-O-Ef-O-
ff Il .
C-R-C-O-Ef-O-
0 0
U. -R-C-O
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oder ein Polyamidsegment, vorzugsweise der Formel
R" ι
N-
rö ο
C-R-C-NH-K-NH-
-(P
O O R" Ii Il I
C-R-C-N
ist, das dadurch gekennzeichnet ist," daß man zur Herstellung
der Polykondensate des Strukturteils M nach bekannten Verfahren 8-Hydroxychinoline der Formel 1 als Reaktionskomponenten verwendet, und zwar in den Mengen, bezogen auf
die übrigen Reaktionspartner, die zur Molekulargewichtsregelung der Polykondensatsegmente M nach bekannten Verfahren
jeweils üblich sind.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfaßt somit auch Polykondensate der Formel 10 hergestellt nach bekannten Verfahren
unter Verwendung der 8-Hydroxychinoline der Formel 1 als Kettenbegrenzer.
Die Polycarbonatsegmente haben Molekulargewichte M im Bereich von 1000 bis 30 000; die Polyestersegmente und die Polyamidsegmente
haben Molekulargewichte Mn im Bereich von 800 bis 25000. 'In den Polycarbonatsegmenten M^ sind D Chlor, Brom, Wasserstoff
oder Cj-C^-Alkyl, L eine Einfachbindung, C^-C^-Alkyl, C2-C5-Alkyliden,
C(--C,,l--Cycloalkylen, C--C,, ,--Cycloalkyliden oder
ein Rest der folgenden Formel
CH3
CH
CH
und ρ eine ganze Zahl zwischen 2 und 50; in den Polyestersegmenten
M2 sind R und R' gleich oder verschieden und
bedeuten C2-Cj2 Alkylen, das durch -0- oder Cyclohexylen
unterbrochen sein kann, C15-C,. c-Cycloalkylen,
Cg-C12-Arylen-dialkylen, beispielsweise Cg-C.2-Phenylendialkylen,
Cg-C^2~Arylen, beispielsweise Phenylen,Naphthylen,
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Diphenylen, und C^-C^-Alkylidendiphenylen sowie ρ eine
ganze Zahl zwischen 2 -und 50; in den Polyamidsegmenten M,
sind R" Wasserstoff und C1-C^-Alkyl sowie R, R' und ρ wie in M^
definiert.
Ein-Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen 8-Hydroxychinolinendgruppen-haltigen
Polykondensate der Formel 10besteht darin, die 8-Hydroxychinoline der Formel
1 direkt mit den Ausgangsverbindungen zu cokondensieren, die zum Aufbau der Polykondensatsegmente M nach bekannten
Verfahren benötigt werden.
Dabei zeigte sich überraschenderweise, daß z.B. bei der Herstellung
von Polycarbonaten mit 8-Hydroxychinolinendgruppen nach den für Polycarbonatsynthesen üblichen Verfahren, die bei
der Kondensation zugegebenen funktionellen 8-Hydroxychinoline der Formel 1 (X OH) am Kettenende ankondensiert werden
und auf diese Weise spezifisch als Kettenabbrecher reagieren, so daß das komplexierende Zentrum des 8-Hydroxychinolylrestes
erhalten bleibt.
Die Wirkung der funktionellen 8-Hydroxychiholine als Kettenabbrecher
wurde mittels Endgruppenanalyse und durch Vergleich der auf diese Weise ermittelten Molekulargewichte mit den Meßwerten
unabhängiger Molekulargewichtsbestimmungen bestätigt.
Durch gezielte Zugabe der funktionellen 8-Hydroxychinoline der Formel 1,in Mengen von 2 Mol-# bis 50 Mol-96, bezogen auf die
Summe der restlichen Ausgangsverbindungen als Kettenabbrecher können Polykondensate mit 8-Hydroxychinolinendgruppen der
Formel 10 in der gewünschten Kettenlänge eingestellt werden, wobei die Polymereinheiten ρ der Polycarbonate, Polyester oder
Polyamide, wie oben für Formel 10 definiert, zwei- bis fünzigfach
vorliegen können.
Die Herstellung von Verbindungen der Formel 10 erfolgt abhängig
von der Art der erwünschten Polykondensatsegmente nach den für die Darstellung von Polykondensaten üblichen
Varianten, wobei der Rest X der funktionellen Hydroxy chinoline
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der Formel 1 für die Synthese von Polycarbonaten und Polydie
ist.
ist.
estern OH und für die Synthese von Polyamiden NHp oder
Ein bevorzugtes Verfahren zur Darstellung der Polycarbonate mit 8-Hydroxychinolin-endgruppen gemäß Formel 10 (M = M^)
besteht z.B. darin, Bisphenolkomponenten zusammen mit den funktioneilen 8-Hydroxychinolinen der Formel 1 (X OH)
unter den Bedingungen der Phasengrenzflächenreaktion mit Phosgen oder auch den Bischlorkohlensäureestern von
Bisphenolkomponenten in einem Gemisch eines aprotischen, nicht mit Wasser mischbaren Lösungsmittels wie z.B. Dichloräthan,
Methylenchlorid, Chloroform, Mono- und Dichlorbenzol, und wäßriger Alkalihydroxidlösung in Gegenwart geeigneter
Katalysatoren, z.B. Triäthylamin, umzusetzen. Hierbei wird bei Temperaturen um 200C etwas mehr als die äquimolare Menge
Phosgen eingesetzt.
Man verwendet zur Steuerung des Molekulargewichtes bis 50 Mol-%,
bezogen auf die Summe der restlichen Ausgangssubstanzen, der funktioneilen 8-Hydroxychinoline der Formel 1 (X OH) als Kettenabbrecher.
Die Aufarbeitung der Polycarbonate kann nach üblichen Verfahren,
wie z.B. durch Fällen oder durch Verdampfen des Lösungsmittels erfolgen, wobei zweckmäßigerweise vorher die Polycarbonatenthaltende
Phase elektrolytfrei gewaschen wird. (Literatur über die Herstellung von Polycarbonaten: H. Schnell,
Chemistry and Physics of Polycarbonates, Interscience Publishers, London 1964).
Geeignete Diphenole zur Herstellung von Polycarbonaten gemäß Formel 10 (M = M1) sind z.B. 4.4'-Dihydroxydiphenyl, Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan-2.2
(Bisphenol A), Bis-(4-hydroxy-3.5-dichlor-phenyl)-propan-2.2
(Tetrachlorbisphenol), Bis-
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(4-hydroxy-3.5-dibromphenyl)-propan-2.2 (Tetrabrombisphenol A),
Bis-(4-hydroxy-3·5-dimethylphenyl)-propan-2.2 (Tetramethy1-bisphenol
A), Bis-(4-hydroxy-3-methyl-phenyl)-propan-2.2, Bis-(4-hydroxy-phenyl)-cyclohexan-l.l(Bisphenol Z). Weitere
für die Herstellung von Polycarbonaten geeignete Diphenole sind in den US-Patenten 3 028 365, 2 999 835, 3 148 172-,
3 271 368, 2 970 137, 2 991 273, 3 271 367, 3 280 078, 3 014 891, 1 999 846 sowie in den deutschen Offenlegungsschriften
2 063 050 (Le A 13 359), 2 063 052 (Le A 13 425), 2 211 957 (Le A 14 240) und 2 211 956 (Le A 14 249) beschrieben.
Zur Herstellung von Polyestern mit 8-Hydroxychinolinendgruppen
gemäß Formel10 (M = Mp) stehen mehrere Verfahren zur Verfügung.
Ein gängiges Verfahren, das sich vorzugsweise zur Darstellung der Polyester aus Glykolen und aromatischen
Dicarbonsäureestern eignet, ist das Umesterungsverfahren. Hierbei werden wie bekannt, die Dicarbonsäureester leicht
flüchtiger Alkohole, wie z.B. Terephthalsäuredimethylester,
mit entsprechenden Glykolen, wie z.B. Äthylenglykol, bei Temperaturen von 120 - 3000C, ggf. unter Verwendung von vermindertem
Druck und Anwesenheit saurer oder basischer Katalysatoren, z.B. Mineralsäuren oder Alkali- und Erdalkalialkoholate,
zusammen mit den funktioneilen 8-Hydroxychinolinen der Formel 1 (X = OH) kondensiert, wobei die Dicarbonsäureester
je nach erwünschtem Polymerisationsgrad des Polyesters in einem Überschuß bis 50 Mol-%, bezogen auf die Glykolkomponente,
zugesetzt werden können. (Literatur über das Umesterungsverfahren: W.H. Carothers u.
F.J. van Natta, J. Amer. Chem. Soc. _52, 314 (193O)A.P."'
2 534 028 (1948), Du Pont, Erf.: E.F. Izard)
Wünscht man Polyester der Formel 10 (M = Mp) auf Basis von Diphenolen
und aromatischen Dicarbonsäuren, so bietet sich
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das Verfahren der Lösungspolykondensation mit Dicarbonsäurechloriden,
z.B. Isophthalsäuredichlorid und Bisphenolen, z.B. Bisphenol A, als AusgangsverMndungen an, wobei die Umsetzung
mit den funktioneilen 8-Hydroxychinolinen der Formel 1 (X OH) bevorzugt nach der Variante der Grenzflächenkondensation
um 200C durchgeführt und die Summe der
phenolischen Komponenten in einem leichten Überschuß, bezogen auf das bifunktionelle Säurechlorid, eingesetzt wird. Als Lösungsmittel
können CHpCIp, CHCl,, Dichloräthan, Mono-, und Dichlorbenzol
dabei verwendet werden. Gegebenenfalls empfiehlt es sich, ein Netzmittel wie z.B. Natriumlaurylsulfat zuzusetzen. Hierbei
hat man den Vorteil, daß die Reaktivtität der funktionellen Gruppen der 8-Hydroxychinoline gemäß Formel 1 (X OH) abgestuft
ist, und nahezu quantitativ nur das funktioneile Zentrum X an der Kondensation beteiligt ist.
(Literatur über die Lösungspolykondensation: H. Batzer, H. Holtschmidt, F.W. Wiloth und B. Mohr,Makromolekulare Chemie 7,
82 (1951); W.R. Sorenson, T.¥. Campbell: Präparative Methoden der Polymeren—Chemie S. 118, Verlag Chemie Weinheim 1962).
Nach einem der genannten Verfahren werden auch die Polyester der Formel 10 (M = M2) auf Basis aliphatischer oder cycloaliphatischer
Carbonsäuren und Glykole bzw. aliphatischer oder cycloaliphatischer Carbonsäuren und Diphenole erhalten.
Geeignete Dicarbonsäuren bzw. deren Ester, Anhydride und Chloride zur Herstellung von Polyestern gemäß Formel 10
(M = M2) sind z.B. Terephthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäure,
Methylterephthalsäure, Naphthalindicarbonsäure, Diphenyldicarbonsäure, Diphenylmethandicarbonsäure, Adipinsäure,
Bernsteinsäure, Glutarsäure, Sebacinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Cyclohexandicarbonsäure,
Cyclohexandiessigsäure. Die bevorzugten niedrigeren aliphatischen Ester solcher Säuren sind Diemthylester,
Diäthylester und Dipropylester sowie Gemische davon.
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A©·
Als Glykole kommen beispielsweise in Frage: Äthylenglykole, Di- und Tri-äthylenglykol, 1.2- und 1.3-Propandiol,
1.4-, 2.3-, 1.3-Butandiol, 1.6-Hexandiol, 1.10-Decandiol,
Cyclohexandimethanol, Cyclohexandiol, 2.2-Dimethyl-propandiol-(1.3),
Glycerinmonomethyläther sowie Gemische der zweiwertigen Alkohole.
Als geeignete Diphenole können die schon "bei der Synthese
der Polycarbonate aufgeführten Verwendung finden.
Zur Darstellung von Polyamiden mit 8-Hydroxychinolinendgruppen
gemäß Formel 10 (M = IYU) auf Basis vorzugsweise aliphatischer
Diamine und aliphatischer oder aromatischer Dicarbonsäuren sowie der 8-Hydroxychinoline der Formel 1 (X NH2 oder
NH-(C^-C.)-Alkyl) bieten sich mehrere Verfahren an.
Ein gängiges Verfahren besteht in der Reaktion bifunktioneller Säurechloride, wie z.B. Sebacylchlorid, mit geeigneten Diaminen,
wie z.B. Hexamethylendiamin und den entsprechenden funktioneilen 8-Hydroxychinolinen der Formel 1 (X NHp oder
NH-(CL-C,)-Alkyl), wobei man das Bisacylchlorid in einem
nicht mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel, z.B. Tetrachloräthylen mit der wäßrigen Lösung des Diamins
und des zu verwendenden Hydroxychinolin der Formel 1 in einer Grenzflächenkondensation umsetzt. Dieses Verfahren
erlaubt, besonders solche' Reaktionskomponenten zu verwenden, bei denen eine thermische Polykondensation mit Schwierigkeiten
verbunden ist. Man führt die Reaktion bei Temperaturen um 20 C und darunter, wobei im allgemeinen die Summe der beiden
Aminkomponenten in alkalischer Lösung im leichten Überschuß, bezogen auf das bifunktionelle Säurechlorid, zugesetzt
werden kann.
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(Literatur: E. L. Wittbecker u. P. Morgan, J. Polymer Sei. 40,
289 (1959) und P.W. Morgan u. S.L. Kwolek, J. ehem. Educ.
36, 182, 530 (1959)).
Ein weiteres Verfahren erlaubt die direkte Polykondensation von Diamin, Dicarbonsäuren und den funktioneilen 8-Hydroxychinolinen
der Formel 1 (X NH2 oder XH-(C1-C^ -Alkyl) ,wobei
das bei der Reaktion entstehende Wasser kontinuierlich aus dem Reaktionsraum z.B. durch Vakuum entfernt werden muß,
da es ein Reaktionsparameter mit wesentlichem Einfluß auf die Geschwindigkeit der Polyamidbildung ist. Man arbeitet
hierbei in Substanz oder einem inerten Verdünnungsmittel z.B. Sylenol bei Temperaturen von 180 - 250 C.
Da bei der Reaktion primär ein Salz entsteht, kann auch direkt das vorher aus den entsprechenden Diaminen und Dicarbonsäuren
gewonnene Salz eingesetzt werden.
(Literatur: DRP 749 747 (1935), Du Pont; Laborvorschrift von
W. Lehmann, Bayer AG, s. Houben-Weyl, Methoden der Org. Chemie 19, Bd. XIV, 2, S. 136, Thieme Verlag, Stuttgart).
Geeignete Dicarbonsäuren bzw. deren Derivate sind die bereits bei der Darstellung der Polyester mit 8-Hydroxychinolinendgruppen
angeführten bifunktionellen Säuren. Als Aminkomponente sind z.B. die folgenden Diamine geeignet:
Äthylendiamin, Trimethylendiamin, Tetramethylendiamin, Pentamethylendiamin,
Hexamethylendiamin, Decamethylendiamin, 4.4'-Diamino-dicyclohexylmethan
sowie m- und p-Phenylendiamin, Diphenyldiamin.
Die Diamine und Dicarbonsäuren können natürlich auch ggf. mit geeigneten Aminocarbonsäuren wie z.B. 6-Amino-capronsäure,
11-Amino-undecansäure oder deren Lactame in Form einer Schmelzkondensation
unter Ausschluß von Sauerstoff cokondensiert werden. (Literatur: M.R. Aelion, Annales de Chemie (12) £, 5 (1948))
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Die erfindungsgemäßen e-Hydroxychinolinendgruppen-tragenden
Polykondensate nach Formel 10 können in geeigneter Form zum Abtrennen von Metallionen der Übergangselemente des Periodensystems,
d.h. der Elemente Sc bis Zn (Ordnungszahlen
21 bis 30), Y bis Cd (Ordnungszahlen 39 - 48), La bis Hg (Ordnungszahlen 57 - 80), Ac bis U (Ordnungszahlen 89 - 92)
sowie von Mg, Ca, Al, Pb und Bi aus Lösungen oder industriellen Abwässern eingesetzt werden. Die Absorption der Metalliönen ist
reversibel; so kann man sie leicht durch Auswaschen z.B. mit Säuren oder Komplexbildnern wieder vom Polycarbonat abtrennen.
Die erfindungsgemäßen Polykondensate können auch zur Komplexierung
von störenden metallischen Verunreinigungen in thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen in Mengen von
0.01 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung,
eingesetzt werden.
Die Polykondensate der Formel 10 können außerdem zur Herstellung von metallhaltigen Polykondensaten verwendet werden;
dies ist in der deutschen Patentanmeldung P (Le A 15 438)
vom gleichen Tage näher ausgeführt.
Le A 15 355 - 22 -
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Claims (1)
- Patentanspruch:8-Hydroxychinoline der Formel 1in derX für OH oder NH9 oder NH-(C1 -C.)-Alkyl steht,12 inR und R gleich oder verschieden sind, und Wasserstoff(C.-C^)-Alkyl, Phenyl oder Halogen (beispielsweise Chlor oder Brom) bedeuten und Z CHp , CH-CH^,, ein Isoalkylidenrest mit 3 "bis 5 Kohlenstoffatomen, ein Cycloalkylen- oder Cycloalkylidenrest mit 5 bis 15 Kohlenstoffatomen, oder ein Rest der Formeln 22aR4 ?R-ist, in denenR , R , Fr gleiche oder verschiedene Alkylreste mit 1 bis Kohlenstoffatomen sind.Le A 15 555-23 -509835/096&
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1975
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