DE2534851C3 - Verfahren zum Löslichmachen von anorganischen oder organischen Alkalimetallsalzen in organischen Lösungsmitteln durch Komplexbildung mit Polyäthylenglykoldiäthern und deren Verwendung - Google Patents

Verfahren zum Löslichmachen von anorganischen oder organischen Alkalimetallsalzen in organischen Lösungsmitteln durch Komplexbildung mit Polyäthylenglykoldiäthern und deren Verwendung

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DE2534851C3 DE2534851A DE2534851A DE2534851C3 DE 2534851 C3 DE2534851 C3 DE 2534851C3 DE 2534851 A DE2534851 A DE 2534851A DE 2534851 A DE2534851 A DE 2534851A DE 2534851 C3 DE2534851 C3 DE 2534851C3
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Description

voneinander getrennt sind und in der η £ 7 und R und R' gleich oder verschieden sind und Alkyl-, Aryl- oder Cycloalkyiengruppen bedeuten, Eigenschaften hinsichtlich des Löslichmachens anorganischer Salze in organischen Lösungsmitteln- das Zurverfügungstellens sehr reaktiver Anionen aus Salzen zeigen, die denen der makrocyclischen Äther ähnlich sind und diese häufig sogar übertreffen. Die oben zitierten Komplexbüdungskonstanten für offenkettige Polyäthylenglykoldiäther sind von G. J e m i η e t und ]. J u i 11 a r d im Canad. J. Chem. VoI. 53, Seite 2240 (1975) auf Grund physikochemischer Messungen bestimmt worden. Irgendeine Lehre oder Offenbarung über einen den Kronenäthern ähnlichen Einsatz der Polyäthylenglykoldiäthern zum Löslichmachen von Alkalisalzen ganz allgemein in organischen Lösungsmitteln werden nicht gegeben.
Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Polyäthylenglykoldiäthern der obigen Formel handelt es sich beispielsweise um:
Heptaäthylenglykoldimethyläther,
Octaäthylenglykoldimethyläther,
Octaäthylenglykolmethyläthyläther,
Heptaäthylenglykoldidodecyläther,
Decaäthylenglykolmethyldodecyläther,
Dodecaäthylenglykoläthylphenyläther,
weiter um Mischungen von Diäthern mit geeignetem mittlerem Molekulargewicht,z. B.
Polyäthylenglykoldimethyläther
(mittleres Molekulargewicht 415,/7=8,39),
Polyäthylenglykoldodecylmethyläther
(mittleres Molekulargewicht 569, n=8,39),
Polyäthylenglykoldimethyläther
(mittleres Molekulargewicht 1000,/7=21,7).
R und/oder R' können verzweigte und unverzweigte Alkylreste uiit 1—20, vorzugsweise 1—15 C-Atomen sein, z. B. Methyl, Äthyl, n-Propyl, sek.-Propyl, n-Butyl, iso-Butyl, sek.-Butyl, tert.-Butyl, Pentyl, Ortyl, Decyl. Dodecyl oder 2-Äthylhexyl.
R und/oder R' können weiter sein: Cycloalkylreste mit 3 bis 15 C-Atomen, vorzugsweise mit 5-12 C-Atomen, z. B. Cydopentyl. Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclooctyl, Cyclodecyl oder Cyclododecyl. R und R' können sein Arylreste mit 6 und mehr als 6 C-Atomen, z. B. Phenyl, ToIyI, Mesityl oder Naphthyl.
Als Alkalisalze kommen übliche organische und anorganische Alkalisalze z. B. des Lithiums, Natriums. Kaliums, Rubidiums und Caesiums in Frage wie z. B. Alkalimetallsalze von Fettsäuren, Alkoholen usw. und Alkalimetallsalze von organischen Sulfonsäuren.
Ein weiterer Vorteil der offenkettigen Polyäther gegenüber den makrocyclischen Äthern ist ihre Verfügbarkeit.
Es sind zwar in den letzten Jahren eine Vielzahl von Synthesemöglichkeiten für cyclische Polyäther ausgearbeitet worden, diese gehen aber immer über mehrere Stufen, verlaufen meist nur mit mäßigen Ausbeuten an erwünschtem Produkt, so daß der Preis für die käuflichen makrocyclischen Polyäther außerordentlich hoch ist, was einer breiten Anwendung sehr hinderlich ist (C. J. P e d e r s e π und H. K. Frensdorff, Angew. Chem.,84,16[1972]).
Für die Herstellung dei offenkettigen Polyäthylenglykoldialkyläther geht man von den industriell in großen Mengen hergestellten Polyäthylenglykolmonoäthcrn oder den Polyäthylenglykolen, die durch Polymerisation von Äthylenoxid erhalten werden, aus. Dabei kann es sich sowohl um Polyäthylenglykolmonoäther und Polyäthylenglykoie einheitlicher Molekuiargröße wie auch um Mischungen mit geeignetem mittlerem Molekulargewicht handeln, z. B. die Polyäthylenglykole mit den mittleren Molekulargewichten 400, 600, 800, 1000,2000. Die Monoäther bzw. die Diole können durch konventionelle Methoden in die entsprechenden Diäther übergeführt werden. Besonders bewährt hat sich die Reaktion von Monoäther bzw. Diol mit Nairiumhydrid und Methyljodid (C. A. B r ο w η und D. B a r t ο η, Organic Synthesis, Juni 1974, S. 434) oder Methylchlorid.
Die Überlegenheit der beanspruchten Polyäthylenglykoldialkyläther über Di- oder Triäthylenglykoldialkyläther, bei denen /7=2 bzw. 3 ist, zeigt sich in folgendem Versuch:
Bei Zusatz von Di- oder Triäthylenglykoldialkyläther zu Methylenchlorid (10-3M) gelingt <·■? nicht, Kaliumpi-
2Q ΐς;"** auc der wäßrigen ' ^|ΐηπ /ιλ—***\ -»■· cvimkiapan Bei Zusatz von Polyäthylenglykoldialkyläther mit mindestens 7 Sauerstoffatomen gelingt die Extraktion (s. Abb. 1,2 und 3). Darüber hinaus erkennt man aus Abb. 1 und 2, daß mit zunehmender Ordnungszahl des Alkalinietalls vom Natrium bis zum Rubidium die Extrahierbarkeit der Alkalimetallpikrate zunimmt, zum Caesium hin jedoch wieder schwach abfällt. Aus Abb. 3 läßt sich erkennen, daß die Extrahierbarkeit von Kaliumpikrat bei π kleiner oder gleich 5 Null ist.
Es wurde weiter überraschender Weise gefunden, daß die Löslichkeit organischer Alkalimetallsalze in offenkettigen Polyäthylenglykoldiäthern des Typs
RO-^CH1CH2OJr-R'
(n = 7)
nicht nur außerordentlich groß ist — es lösen sich beispielsweise 1,53 Mol Kaliumpikrat in 1 I
CH3O-
mit einem mittleren Molekulargewicht von 415 (n = 8,39) bei 200C - sondern daß die Löslichkeit mit zunehmender Temperatur im Bereich von etwa 50° bis etwa 2000C stark abnimmt.
Im Falle der Anwendung der makrocyclischen Polyäther ist wegen der starken Komplexbildungstendenz die Rückgewinnung des Äthers, d. h. die Spaltung der Salz-Äther-Komplexe in die Komponenten, nicht oder nur sehr schwierig möglich. Der bei offenkettigen Polyäthylenglykoldiäthern zunächst überraschende Effekt der abnehmenden Löslichkeit von Salzen mit steigender Temperatur ist aufgrund der konformativen Beweglichkeit des offenkeltigen Polyethers im Gegensatz zu den starrere" makrocyclischen ÄtheiTi verständlieh. Man kann diesen vorteilhaften Effekt zur Trennung von Salz und Komplexbildner durch Erwärmen ausnutzen. Eine bei Raumtemperatur gesättigte Lösung von Kaliumacetat in Benzol bei Zusatz von Polyäthylenglykoldimethyläther (mittleres Molekulargewicht 415 [n=8,39]) scheidet beim Erwärmen auf 70-80°C einen großen Teil des gelösten Kaliumacetats wieder aus. Beim erneuten Abkühlen bis auf Raumtemperatur geht alles Kaliumacetai wieder in Lösung.
Die Polyäthylenglykoldiäther des Typs
RO-ECH2CH2OJr-R' ^ 7)
lassen sich ,nit außerordentlichem Erfolg zum Bereiten
hochkonzentrierter Lösungen von Alkalimetallsalzen organischer Farbstoffe einsetzen. Eine Reihe organischer Alkalisalze löst sich in diesen Äthern:
Alkalimetallalkoholate, z. B.
Lithium-2-äthylhexanolat,
Kalium-tert-butanolat,
Natrium-sek-propanolat,
Lithium-n-butanolat,
Alkaliphenolate.z. B.
Lithium-. Natrium-, Kalium-,
Rubidium-, Caesiumphenolat.
Alkalimetallsalze von Fettsäuren, z. B.
Natriumacetat, Kaliumacetat, Lithiumpropionat, Rubidiumstearat,
Natriumsuccinat.
Alkalimetallsalze von organischen Sulfonsäuren, z. B. die
Lithium-, Natrium-, Kalium-,
Rubidium- oder Caesiumsalze der
Sulfophthaleine.
Weiter lassen sich die Löslichkeil und die Leitfähigkeit auch anorganischer Salze in organischen Lösungsmitteln wesentlich erhöhen. Zum Beispiel löst sich Kaliumbromid nur wenig in Äthanol, die spezifische Leitfähigkeit einer solchen bei Raumtemperatur gesättigten Lösung (-0,025 Mol/l) ist 0,25 · 10-3Q-' cm-1. Auf Zusatz von Polyäthylenglykoldimethyläther (mittleres Molekulargewicht 1OOO(n=21,7)steigen Löslichkeit und Leitfähigkeit an, s. Tabelle 1.
Tabelle 1
Spcz. Leitfähigkeiten von KBr-Lösungen in Äthanol auf Zusatz von Polyäthylenglykoldimethyläther (mitil. Mol.-Gew. 1000 (/1= 21,7) (Zusatz: 342 g Äther/l): 20-C
Konz. Spe?.. Leitfähigkeit
KBr in Äthanol
(mmol/l) (Ii"1 cm"1)
46.1 1,19 · 10"'
106,7 1,94
157.6 2,57
203,4 3,10
258,1 3,67
Gesättigte Lösung 3,98
(il juu)
Eine sehr wichtige Anwendung ist der Einsatz von offenkettigen Polyäthylenglykoldiäthernals Katalysatoren bei bekannten Substitutionsreaktionen. Bei der Komplexierung der Kationen durch die Polyäther werden die vorher mit den Kationen verbundenen Anionen weitgehend freigesetzt und zeigen außerordentlich hohe Reaktivität, da ihre Ladung weder durch lonenpaarwechselwirkung noch durch Solvatation wesentlich abgeschirmt wird. Typische Anwendungen sind Austauschreaktionen von Bromidgruppen gegen Acetat mit Hilfe von Kaliumacetat, von Bromidresten gegen Cyanidgruppen rrnttels Kaliumcyanid, von Bromidgruppen gegen Fluorid mittels Kaliumfluorid oder der Austausch von Bromid gegen Jodid mit Hilfe von Kaliumiodid.
Weitere Reagenzien für derartige Substitutionsreaktionen sind
Lithiumacetat, Natriumpropionat,
Natriumsuccinat, Lithiumcyanid,
4j Rubidiumrhodanid, Lithiumjodid,
Kaüumhydrogensulfid.
Die folgenden Tabellen 2 — 5 enthalten einige typische Versuchsergebnisse und zeigen im Vergleich zu den unkatalysierten Versuchen die entscheidende . Wirkung der Polyäthylenglykoldiäther.
Tabelle 2
Bedingungen. Produkte und Urnsatz bei der auch Polyäther katalysierten Reaktion von Benzylbromid mit verschiedenen Salzen
Verhältnis Salz : Benzylbromid : Polyäther = 2:1: 0,05
Salz Lösungsmittel Reaktions-
Zeit
Std.
Temp.
C
Produkt
b)
Umsatz
%
Zusatz an
Polyäther
KHS
KHS
KSCN
Benzol
Benzol
Benzol
0,25
0,25
I
20
20
PhCH2SH
PhCH2SH
PhCH2SCN
100
< 20
93
Äther 4153)
ohne
Äther 415
7 Reafclions- 25 34 851 8 Umsatz 00 Zusatz an
Lösungsmittel Ic it 0 Polyälhcr
Salz Std. Produkt % 100
2 Temp. 100 Äther 415
Benzol 2 "C b) 100 ohne
KSCN Benzol 2 20 PhCH2SCN 61 Äther 415
KSCN Acetonitril 2 20 - 14 ohne
KSCN Acetonitril 8 20 PhCH2SCN 100 Äther 415
KSCN Benzol 2 20 PhCH2SCN 100 Äther 415
KNj Benzol 20 20 PhCH2N., 100 ohne
KNj Benzol 2 20 PhCH2N., 99 Äther 415
ΚΝ., Acetonitril 2 80 PhCH2N., 2 ohne
KNj Acetonitril 8 20 PhCH2N3 0 Äther 415
KNj Benzol 2 20 PhCH2N., 24 Äther 415
Kacetat Acetonitril 2 80 PhCH2OCOCiIj 100 ohne
Kacetat Acetonitril 2 20 PhCH2OCOCH3 38 Äther 415
Kacetat Benzol 2 20 PhCH2OCOCH., Äther 415
KCN Acetonitril 24 20 PhCH2CN Äther 415
KCN Acetonitril 24 20 PhCH2CN Äther 415
KCN Acetonitril 20 PhCH2CN
KF 83 PhCH1F
a) Äther 415: Polyäthylenglykoldimethyläther mit mittlerem Molekulargewicht 415; = 8,39.
b) Ph oedeutet stets den Phenylrest.
Tabelle
Bedingungen und Umsatz bei der Reaktion von Benzylbromid mit Kaliumacetat zu Benzylacetat bei Zusatz verschiedener Polyäther
Bedingungen: Benzylbrornid-Konz. = 2,27 Mo! !"'; Salz : Beiucyibromid = 2 : i
Reaktions-Zeit
Temp. C
Lösungsmittel
Umsatz
Zusatz an RO[CH2CH2OLR'
/ι R R'
Konz. PoIyglykoldenvat
(Mol Γ1)
20 Acetonitril
20 Acetonitril
20 Acetonitril
20 Acetonitril
20 Acetonitril
20 Acetonitril
20 Benzol
40 Benzol
80 Benzol
Tabelle 4
58
65
90
100
100
13
100
22
CHj CHj 0,11
CHj "Ci2H25 0,13
Ph Ph 0,13
CHj CHj 0,13
CHj CHj 0,11
CHj H 0,13
CH, CH3 0,11
CH3 CHj 0,11
CHj CHj 0,11
Durch Oligoäthylenglykoldimethyläther katalysierte Reaktion von Benzylbromid mit Kaliumazid zu Benzylazid bei 80 C in Benzol. Umsatz nach 2 Stunden.
Verhältnis Salz : Benzyibromid : Äther 2:1: 0,05
Äther
Umsatz nach
2 Stunden
Reaktionsprodukte
Ohne Diglyme (über NaAl(C2H5)., getrocknet) CHjO[CH3CH2O]11CHj (n = 8,39)
61
Benzvlazid
Tabelle 5
Bedingungen, Produkte und Umsatz bei der durch Polyäthylglykoldimethyläther (KT = 4,15, η ■■= 8,4) katalysierten Reaktion von n-Octylbromid mit verschiedenen Salzen
Salz Lösungsmittel Reaktions- Produkt Umsatz Zusatz an
Äther
• Zeit Temp.
Std. CC % Mol Γ1
KJ HjO
KJ H?0
K-azetat Acetonitril
100 C8HnJ 44 0,8
100 - 0 0
83 C8Hi7OCOCH3 99 0,36
Beispiel 1
Extraktionsversuch von Kaliumpikrat aus wäßriger Lösung mit Methyienchiorid/Foiyäthylenglykoldimethyläther (mittleres Molekulargewicht 415 [n = 8,39]).
Extraktion
Für die Extraktion werden folgende Lösungen hergestellt: 10~4 molare Natrium-, Kalium-, Rubidium- und Caesiumpikrat-Lösungen jeweils in ihren lO-'n Hydroxidlösungen. Eine 10~3 molare Lösung des Polyäthylenglykoldimethyläthers in Methylenchlorid.
Gleiche Volumina der Polyätherlösung und Pikratlösungen werden zusammengegeben und bis zum Erreichen des Extraktionsgleichgewichts geschüttelt. Die Methylenchloridphase wird abgetrennt, über Na2SO4 getrocknet und die Extinktion bei 380 nm direkt gemessen (s. Abb. 2).
Extrahierbarkeit von Kaliumpikrat aus 10-4m wäßriger Lösung mit 10-3m Lösung von
CH3O -fCH2CH2}-nOCH3inCH2CI2 n=7,0
Extinktion (A = 380nm, T= 20°C): 0,165.
Herstellung des Diäthers:
In einen 250-ml-2-Halskolben, der mit Rückflußkühler und Magnetrührer versehen ist, werden unter Argonatmosphäre 4,4 g (0,18 Mol) Natriumhydrid und 60 ml Tetrahydrofuran (THF) gegeben. Die Mischung wird in einem Ölbad bis etwa 5O0C erwärmt und langsam 17,0 g CH3J + 7,5 ml = 0,12 Mol) zugetropft. Dann werden 32 g (ca. 0,08 Mol) des Polyäthers, gelöst in 30 ml THF, innerhalb von 30 Min. zugegeben. Während der Zugabe ist eine starke Gasentwicklung (H2) zu beobachten. (Das Volumen des entstandenen H2 entspricht der stöchiometrischen Menge.)
Die Mischung wird weitere 60 Minuten bei 500C gerührt und zum Schluß kurz aufgekocht Das überschüssige Natriumhydrid (evtl. auch Natriumjodid) wird dann abfiltriert und THF völlig abgezogen. Der Rückstand wird mit 250 ml Toluol versetzt, 30 Minuten bis auf Rückfluß erhitzt und heißabfiltriert Das Toluol wird dann völlig abgezogen und der Rückstand entweder durch Molekulandestillation bei 2000C und ΙΟ-3 Torr oder durch Extraktion mit n-Pentan gereinigt Ausbeute 165 g (50%); mittleres Molekulargewicht (kryoskopisch in Benzol):415(n=839).
Beispiel 2
Anstelle der PoiyäthyierBgiykoiäther-Gemische mit mittlerer Molekulargröße können auch einheitliche Verbindungen hergestellt und erfindungsgemäß eingesetzt werden.
20
25
30
J5
Heptaäthylenglykoldimethyläther wird durch die Umsetzung von
CH3OCH2CH2OCH2Ch2CI (Carbiiolchlorid)
mit Triäthylenglykol in Anwesenheit von Natriumhydrid hergestellt.
Darstellung von Heptaäthylenglykoldimethyläther
4,6 g NaH werden in 40 ml abs. Dioxan suspendiert und tropfenweise eine Lösung von 12,0 g Triäthylenglykol in 40 ml Dioxan hinzugegeben. Die Mischung wird so lange unter Rückfluß erhitzt, bis die Gasentwicklung (H2) aufgehört hat. Dann werden 27,7 g Carbitolchlorid
(CH3OCH2CH2OCh2CH2CI)
gelöst in 40 ml Dioxan, zugetropft und die Mischung 24 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Das ausgefallene NaCI wird abgetrennt und das Dioxan abgezogen.
Die Extraktion des Rückstandes mit n-Pentan ergibt Heptaäthylenglykoldimethyläther in 84,3% Ausbeute.
Darstellung von CH3OCH2CH2OCh2CH2C!
Eine Mischung von 60 g
CH3OCH2CH2OCH2CH2Oh (Cad:tol)
500 ml Benzol und 44 g Pyridin wird in einem 3-l-DreihaIskolben zum Sieden gebracht und innerhalb von 1,5 Stunden werden 66 g Thionylchlorid zugetropft. Die Mischung wird weitere 16 Std. unter Rückfluß erhitzt und dabei ständig gerührt. Nach dem Abkühlen wird eine Lösung von 5 ml konz. HCI in 20 ml Wasser innerhalb von 20 Min. zugetropft Die benzolische Phase wird dann abgetrennt, über Na2SÜ4 getrocknet, das Benzol abgezogen und der Rückstand im Wasserstrahlvakuum (10 mm Hg) fraktioniert.
Ausbeute 57 g=82,6%;Kp.(10-3Torr)53-54!> C.
Beispiel 3
Bestimmung der Löslichkeit von Kaliumpikrat in Polyäthylenglykoldimethyläther (mittleres Molekulargewicht 415, [/J= 8,39]).
5 ml Polyäther werden mit überschüssigere Menge von völlig trockenem Kaliumpikrat versetzt und 8 Stunden bei Raumtemperatur unter Feuchtigkeitsausschluß gerührt Die gelbe Lösung wird abfiltriert Die Kaliumgehaltsbestimmung ergibt eine Kaliumpikratkonzentration von 1,53 Mol/l.
•45
50
faS
Beispiel 4
Bestimmung der Leitfähigkeit von KBr in Äthanol/ Polyäihylenglykoldimethyläther (mittleres Molekulargewicht 1000 [/7=21,7]).
Zu 50 ml abs. Äthanol wurden 549,2 mg KBr gegeben und längere Zeit bei Raumtemperatur gerührt. Das KBr löste sich nicht ganz auf. Die spezifische Leitfähigkeit dieser 1-ösung betrug
Nun wurden 17,1 g Polyäthylenglykoldimethyläther (mittleres Molekulargewicht 1000 [/j = 21,7]) in 50 ml abs. Äthanol gelöst und in die obige Suspension gegeben. Das KBr löste sich klar auf, die Leitfähigkeit stieg. Durch Zugabe wieterer KBr-Portionen konnten die in Tabelle 1 aufgeführten Leitfähigkeitswerte erhalten wordin.
Die Leitfähigkeit der gesättigten Lösung beträgt:
R ς i ς η i ρ I 5
Temperat'jrabhängigkeit der Löslichkeit von Kaliumacetat-Polyäthylenglykoldimethyläther (mittleres Molekulargewicht 415 [n = 3,39]) in Benzol.
Eine Lösung von 8 g Polyäthylenglykoldimethyläther (mittleres Molekulargewicht 415 [/7=8,39]) in 25 ml Äthanol wird bei 20°C mit Kaliumacetat versetzt, bis sich nicht mehr alles Kaliumsalz löst. Nach Abtrennung der Lösung vom Bodenkörper wird das Äthanol bei 200C im Vakuum von ~1 Torr abgezogen, den Rückstand versetzt man mit 50 ml Benzol, rührt 2 Stunden und filtriert das ungelöste Salz ab. Die Lösung enthält bei 20°C 0,103 Mol/l Kaliumacetat. Erhitzt man jetzt die klare Lösung auf 800C (30 Min.), fällt Kaliumacetat aus. Nach Absitzenlassen des Salzniederschlags enthält die überstehende klare Lösung bei 800C nur noch 0,034 Mol/l Kaliumacetat.
Beispiel 6
Herstellung von Benzylacetat:
In einen 50 ml Rundkolben werden 9,8 g (0,1 Mol) trockenes Kaliumacetat, 12,5 ml Acetonitril und 1,1g (0,0025 Mol) Polyäthylenglykoldimethyläther (mittleres Molekulargewicht 415 [n=8,39]) gegeben und 30 Minuten bei Raumtemperatur mit einem Magnetrührer gerührt. Dann werden 8,55 g (6,0ml = O,O5 Mol) Benzylbromid hinzugefügt. Die Mischung wird dann weitere 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wird im Hochvakuum bei 10"3 Torr alles Flüchtige umkondensiert. Die gaschromatographische und spektrometrische Kopplungsanalyse (G. C. - M. S.) ergibt, daß eine 100%ige Umwandlung von Benzylbromid in Benzylacetat stattgefunden hat.
Beispiel 7
Analog wie in Beispiel 1 beschrieben können auch Diäther mit verschiedenen Resten R und R' dargestellt werden. Aus 104 g Polyäthylenglykolmonododecyläther
-CnH25[OCH2CHj]7OH
11,1 g NaH, 42,6 g Methyljodid und 15OmI THF wird Polyäthylenglykoldodecylmethyläther in Ausbeuten
zwischen 50 und 70% erhalten:
C12H25-EOCH2CH2]T-OCH.,
Bei dem in Beispiel 6 beschriebenen Versuch wird anstelle des Dimethyläthers der Dodecylmethyläthsr in einer Menge von 1,3 g eingesetzt. Unter sonst gleichen Bedingungen findet ebenfalls eine quantitative Umwandlung von Benzylbromid in Benzylacetat statt.
Beispiel 8
Herstellung von Benzylcyanid:
In einen 50-mI-Rundkolben werden 13 g (0,2 Mol) trockenes Kaliumcyanid, 20 ml Acetonitril, 1,7 g (0,004 Mol) Polyäthylenglykoldimethyläther (mittleres Molekulargewicht 415 [/7=8,39]) und 8,55 g (6,0 ml =0,05 Mol) Benzylbromid gegeben. Die Mischung wird 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wird alles flüchtige im Hochvakuum bei 10~3 Torr umkondensiert. Die G. C. - M. S.-Kopplungsanalyse ergibt, daß eine 100%ige Umwandlung von Benzylbromid in Benzylcyanid stattgefunden hat.
Analog wie in Beispiel 1 beschrieben, können auch gemischte Diäther mit Resten R und R' hergestellt werden, in denen R' ein Arylrest ist. Aus 88 g Polyäthylenglykolmonophenyläther
C6H5-EOCH2CH2J7-OH
13,2 g Natriumhydrid, 89,8 g Dodecylbromid und 150 ml THF wird Polyäthylenglykoldodecylphenyläther
C12H25[OCH2CH2]7OC6H5
in Ausbeuten zwischen 40 und 60% erhalten.
Bei dem oben beschriebenen Versuch wird anstelle
des Dimethyläthers der Uodecylphenyläther in einer Menge von 1,5 g eingesetzt. Unter sonst gleichen
au Bedingungen findet eine quantitave Umwandlung von Benzylbromid in Benzylcyanid statt.
Beispiel 9
Herstellung von n-Octyljodid:
Zunächst wird eine gesättigte Lösung von 41,5 g (0,25 MoI) Kaliumiodid in Wasser hergestellt. In diese Lösung werden 4,2 g (0,001 Mol) Polyäthylenglykoidimethyläther (mittleres Molekulargewicht 415 [/7=8,39]) und 9,65 g (0,005 Mol) n-Octylbromid gegeben und die Mischung 3 Stunden unter Rühren bis zum Rückfluß erhitzt. Nach dem Abkühlen wird die organische Phase abgetrennt und die wäßrige Phase zweimal mit Diäthyläther ausgewaschen. Die ätherische Lösung und die organische Phase werden vereinigt, der Äther abgezogen und anschließend alles Flüchtige bei Hochvakuum umkondensiert. Die CC-M-S.-Kopplungsanaiyse ergibt eine Octyljodidausbeute von 44%. Die bei Einsatz von cyclischem Polyäther beobachtete Halogenwasserstoffabspaltung aus dem Octylnalogenid zu 1 -Octen findet nur in geringem Ausmaß statt (< 1 %).
Hierzu 3 Blatt Zeichnuimcn

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Löslichmachen von anorganischen Alkalimetallsalzen oder Alkalimetallalkoholaten oder Alkalimetallsalzen von Fettsäuren oder Alkalimetallsalzen von organischen Sulfonsäuren in organischen Lösungsmitteln durch Komplexbildung mit Poljuthern, dadurch gekennzeichnet, daß man als komplexbildende offenkettige Polyäthylenglykoldiäther der allgemeinen Formel
RO-[CH2CH2O]n-R'
in der π gleich oder größer als 7 und R und R' gleich
oder verschieden sind und Alkyl-, Aryl- bzw. Cycloalkylgruppen bedeuten, wobei die Polyäthylenglykoidiäther mindestens 7 Sauerstoffatome aufweisen, die jeweils durch zwei Kohlenstoffatome voneinander getrennt sind, einsetzt
2. Verwendung der mit den offenkettigen PoIyäthylenglykoldiäthern nach Anspruch 1 komplexierten Alkalimetallsalze bei der Durchführung von bekannten Substitutionsreaktionen, wie Austausch von Bromidresten gegen den Acetat-, Cyamid-, Fluorid- oder Jodidrcst
Makrocyclische Polyäther, in denen vier bis ca. zwanzig Sauerstoffatome durch jeweils zwei oder mehr Kohlenstoffa'ome voneinander getrennt sind, haben in den letzten Jahren in zahlreichen Bereichen der Chemie beträchtliches Interesse hervorgerufen. Sie bilden stabile Komplexe mit Alkalt- und Erdalkali-Kationen, in denen das Kation von den Sauerstoffatomen des Polyäthermakrocyclus umschlossen ist.
Durch die Komplexbildung mit makrocyclischen Polyäthern können anorganische Salze in organischen Lösungsmitteln löslich gemacht werden, in denen sie bei Abwesenheit des cyclischen Polyäthers normalerweise praktisch unlöslich sind. Es lassen sich mit cyclischen jo Polyäthern kompiexierte organische Salze, z. B. Alkalipikrate, mit organischen Lösung mitteln aus wäßrigen Lösungen extrahieren (sieb= z.B. CJ. Pedersen und H. K. Frensdorff, Angew. Cam, 84, 16 [1972]). Beispielsweise lösen sich auch Kaliumpermanganat oder Kalium-tert.-butanolai in aromatischen Lösungsmitteln, wenn man makrocyclische Polyäther geeigneter Größe zusetzt. Weiter wird durch die Komplexierung des Kations die Dissoziation des lonenpaares zwischen Kation und Anion stark erhöht. Man kann so die Leitfähigkeit von Salzlösungen in organischen Lösungsmitteln erhöhen. Durch Komplexierung des Kations und Abschirmung der Ladung entstehen sehr reaktionsfähige »nackte«, d. h. nicht oder schwach komplexierte Anionen, die für Substitutionsreaktionen in zunehmendem Maße eingesetzt werden.
Es wird angenommen, daß der besondere Effekt der cyclischen Polyäther darauf beruht, daß das Kation in einen polaren hydrophilen Hohlraum des Äthermoleküls aufgenommen wird, während das Moleküläußere 5η lipophil ist. Dieser Effekt ist auf cyclische Verbindungen beschränkt und wird als makrocyclischer Effekt bezeichnet (B. Dietrich, J.-M. Lehn und J. P. S au vage, Chemie in unserer Zeit, 7, 120 [1973]). Damit steht im Einklang, daß bei Vergleichsversuchen mit den offenkettigen Oligoäthern
Diglyme (CH3OCH2CH2OCH2CH2OCh3) und
Triglyme(CH3OCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OCH3)
z. B. die Alkalipikratextraktion aus wäßriger Phase mittels eines organischen Lösungsmittels ausbleibt (F. V ö g 11 e und E. V/ e b e r, Angew. Chem„ 86,896 [1974], W. W e h η e r und F. V ö g 11 e, Chem. Exp. Didakt, 1.77 [1975]).
Der besondere Effekt der cyclischen Polyäther wird durch den Vergleich der Komplexbildungskonstanten zwischen einwertigen Kationen
(Na+, K-,Cs + ' undTl+)
und makrocyclischen Polyäthern bzw. offenkettigen Polyäthylenglykoldiäthern deutlich. Vergleicht man die Zahlenwerte der Gleichgewichtskonstanten zwischen den durch Methanol solvatisierten obengenannten einwertigen Ionen und den durch Methanol solvatisierten an Polyäther komplex gebundenen Ionen, so sind diese für makrocyclische Äther als Komplexbildner um Faktoren zwischen 1000 und 10 000 größer als für offenkettige Folyäthylenglykoldiäther mit gleicher Zahl von Äthersauerstoüfaiomen. Bei den Vergleichswerten handelt es sich um die Gleichgewichtskonstanten folgender Reaktion:
solvatisiert mit CH1OH
M+ = Na.+ K.+ Cs." Tl +
+ Polyiither ?=* [M( Polyäther j]J
solvaiisieri mit CH,0H
Die Glek-hüewichiskonstanten K entsprechen damit folgendem Quotienten:
K =
[MiPolyüihcr]·
Polyäther
la = Aktivität der jeweiligen Spezies)
Der K-Wert für einen makrocyclischen polyäther 18-Krone-6 mit 6 Äthersauerstoffen beträgt bei 25°C ΙΟ6·1, der entsprechende Wen für einen offenkettigen Polyäthylenglykoldimethyläiher mit ebenfalls 6 Äthersauerstoffaiomen ist ΙΟ22, also um den Faktor ΙΟ3·9 W) kleiner. Trotz dieser großen Differenz der Komplexbil· dungskonstanten zwischen makrocyclischen und offenkettigen Polyäthern wurde völlig überraschend gefunden, daß offenkettige Polyäthylenglykoldiäther der allgemeinen Formel
RO-(CH2CH2O-JnR'
mit Sauerstoffatomen, die jeweils durch 2 C-Atome
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