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 VerwendungInfo
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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),
(mittleres Molekulargewicht 415,/7=8,39),
Polyäthylenglykoldodecylmethyläther
(mittleres Molekulargewicht 569, n=8,39),
(mittleres Molekulargewicht 569, n=8,39),
Polyäthylenglykoldimethyläther
(mittleres Molekulargewicht 1000,/7=21,7).
(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
Die Polyäthylenglykoldiäther des Typs
RO-ECH2CH2OJr-R' (η ^ 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.
Natriumsuccinat.
Alkalimetallsalze von organischen Sulfonsäuren, z. B.
die
Lithium-, Natrium-, Kalium-,
Rubidium- oder Caesiumsalze der
Sulfophthaleine.
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.
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.
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.
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.
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
Bedingungen: Benzylbrornid-Konz. = 2,27 Mo! !"'; Salz : Beiucyibromid = 2 : i
Reaktions-Zeit
Temp. C
Lösungsmittel
Umsatz
Zusatz an RO[CH2CH2OLR'
/ι R R'
/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
2 Stunden
Reaktionsprodukte
Ohne Diglyme (über NaAl(C2H5)., getrocknet)
CHjO[CH3CH2O]11CHj (n = 8,39)
61
Benzvlazid
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
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:
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).
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
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.
Ausbeute 57 g=82,6%;Kp.(10-3Torr)53-54!> C.
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
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:
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.
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:
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.
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)
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
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)
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 +
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
mit Sauerstoffatomen, die jeweils durch 2 C-Atome
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