DE2614332A1 - Verfahren zum katalytischen dimerisieren von hexafluorpropylenepoxid - Google Patents
Verfahren zum katalytischen dimerisieren von hexafluorpropylenepoxidInfo
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-
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Description
26H332
s PatentanwSlte:
Dr. Inc. We-i^r Abitz
Dr. Inc. We-i^r Abitz
Dr.DieUi Γ. feorf 2# April
Dr. Hans-A. Brauns
B ttünc&on 88, fteiuaiiausreir. 28 AD-4786
E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19 898, V.St.A.
Verfahren zum katalytischen Dimerisieren von Hexafluorpropylenepoxid
Der Fluorkohlenstoffather Perfluor-2-(n-propoxy)-propionylfluorid
(CF^CF-CF0OCFCOf) ist als Zwischenprodukt beispiels-
CF,
weise für die Herstellung von Perfluor-(propylvinyl)-äther bekannt.
Die technische Verwertbarkeit dieser Äther ist in der US-PS 3 321 532 und in "Du Pont Innovation", Band 4, Nr. 3,
Frühjahr 1973, beschrieben.
Die Herstellung von Perfluor-2-(n-propoxy)-propionylfluorid
kann durch katalytische Dimerisierung von Hexafluorpropylenepoxid erfolgen. Katalysatoren für diese Reaktion sind in der
US-PS 3 250 808 beschrieben, gemäss welcher man als Katalysatoren z.B. Fluoride von einwertigen Metallen, insbesondere
Alkalifluoride, quartäre Ammoniumfluoride und Alkaliperfluoralkoholate verwenden kann. Andere katalytische Methoden zur
Durchführung der Reaktion, die in dieser Patentschrift angegeben sind, sind die Verwendung von Aktivkohle oder von energiereichen,
ionisierenden Teilchenstrahlen.
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ORIGINAL INSPECTED
AD-4786
Die Erfindung bezieht sich auf die katalytische Dimerisierung
von Hexafluorpropylenepoxid zu Perfluor-2-(n-propoxy)-propionylfluorid.
Bei der Dimerisierung von Hexafluorpropylenepoxid besteht die Aufgabe, die Bildung von Nebenprodukten,
wie des Trimeren von Hexafluorpropylenepoxid., auf ein Minimum
zu beschränken.
Es wurde gefunden, dass man ausgezeichnete Ergebnisse in bezug auf die Bildung des Dimeren von Hexafluorpropylenepoxid
erzielt, wenn man als Katalysator ein Sulfoniumhalogenid oder
eine Komplexverbindung desselben verwendet. Die Verwendung von Sulfoniumhalogeniden oder Komplexverbindungen derselben
hat zu guten Umwandlungsgraden unter Bildung von verhältnismässig
geringen Mengen anderer Reaktionsprodukte als des gewünschten Dimeren geführt.
Ein Beispiel für eine geeignete Gruppe von Sulfoniumhalogeniden entspricht der allgemeinen Formel R^RpR^S X~, worin R-,,
R2 und R^ unabhängig voneinander Alky!gruppen mit 1 bis 20
Kohlenstoffatomen, Dialkylaminogruppen, bei denen jede Alkylgruppe
1 bis 5 Kohlenstoffatome enthalten kann, oder Dialkylaminogruppen
bedeuten, die ein Stickstoffatom als Teil eines gesättigten Ringes mit 5 bis 7 Ringkohlenstoffatomen aufweisen,
wobei der Ring durch mindestens eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann, während X
Fluor, Chlor, Brom oder Jod bedeutet. Die Komplexverbindungen dieser Sulfoniumhalogenide sind ebenfalls als Katalysatoren
geeignet.
Verfahrensmässig erfolgt die Herstellung von Perfluor-2-(npropoxy)-propionylfluorid
hinsichtlich der'Dimerisierung von Hexafluorpropylenepoxid nach der Lehre der US-PS 3 250 808
mit dem wesentlichen Unterschied, dass ein anderer Katalysator verwendet wird. Der erfindungsgemäss verwendete Katalysa-
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tor ist ein Sulfoniumhalogenid oder eine Komplexverbindung
desselben. Obwohl der Ausgangskatalysator bei der Reaktion ein anderes Sulfoniumhalogenid als das Fluorid oder eine Komplexverbindung
eines solchen Halogenides sein kann, erfolgt bei der Umsetzung wahrscheinlich eine Umwandlung in das SuI-foniumfluorid
bzw. die Komplexverbindung desselben. Daher kann sich die Halogenidform des Katalysators beim Fortschreiten der
Dimerisierung ändern.
Bei der kaxalytischen Dimerisierung von Hexafluorpropylenepoxid
tritt eine unerwünschte Bildung von anderen Reaktionsprodukten, insbesondere des Trimeren von Hexafluorpropylenepoxid,
auf. Die Verwendung eines SuIfoniumhalogenides als Katalysator
führt dazu, dass sich nur geringe Mengen des Trimeren bilden.
Eine bevorzugte Gruppe von Sulfoniumhalogeniden hat die allgemeine
Formel R1R2R^S X~, in der R^, R2 und R, unabhängig
voneinander Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Dialkylaminogruppen
mit je 1 bis 5 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe oder Dialkylaminogruppen bedeuten, die ein Stickstoffatom
als Teil eines gesättigten Ringes mit 5 bis 7 Ringkohlenstoffatomen aufweisen, der durch mindestens eine Alkylgruppe
mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen substituiert sein kann, während X Fluor, Chlor, Brom oder Jod bedeutet. Komplexverbindungen
dieser bevorzugten Sulfoniumhalogenide sind diejenigen der allgemeinen Formel R1R2R^S+X" · SiFR^RuRg, in der
R1, R2, R-j und X die obigen Bedeutungen haben und R^, R,- und
R6 unabhängig voneinander Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen
bedeuten.
Die Herstellung des Dimeren kann in flüssiger Phase in Gegenwart eines organischen polaren Lösungsmittels erfolgen, dessen
Polarität ausreicht, um das Hexafluorpropylenepoxid und das
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als Zwischenprodukt entstehende Ion CF3CF2CF2O" zu lösen. Das
Lösungsmittel verhält sich bei der Reaktion inert und soll unter den angewandten Bedingungen von Temperatur und Druck flüssig
sein. Geeignete Lösungsmittel sind aliphatische Polyäther mit 4 bis 16 Kohlenstoffatomen sowie Kohlenwasserstoffnitrile
mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie Diäthylenglykoldimethyläther, Dioxan, Propionitril, Benzonitril und Acetonitril.
Beispiele für andere Lösungsmittel, die keine Nitrile oder Polyäther sind, sind Dirnethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon,
Nitroäthan und Tetrahydrofuran.
Die allgemeinen Reaktionsbedingungen, wie Temperatur und Druck, sind nicht besonders ausschlaggebend und können innerhalb weiter
Grenzen variieren. Eine Reaktionstemperatur von -80 bis +200° C ist zufriedenstellend; ein Bereich von -30 bis +100° C
wird bevorzugt. Auch der Reaktionsdruck ist nicht besonders ausschlaggebend, um das gewünschte Dimere zu erhalten, und
kann im Bereich von unterhalb des Atmosphärendrucks bis zu mehreren hundert at reichen. Temperatur und Druck werden so
gewählt, dass Verluste an Hexafluorpropylenepoxid, z.B. durch Verdampfen, vermieden werden.
Auch die Konzentration an Sulfoniumhalogenid oder Komplexverbindung
desselben ist für die Dimerisierung von Hexafluorpropylenepoxid
ni-cht kritisch. Im allgemeinen beträgt die Katalysatorkonzentration
mindestens 0,01 Gewichtsprozent des Hexafluorpropylenepoxids. Die Verwendung von Katalysatormengen
von mehr als 10 % wäre unwirtschaftlich.
Das vorliegende Verfahren wird nach der Lehre der US-PS 3 250 808 für die Dimerisierung von Hexafluorpropylenepoxid
durchgeführt. In bezug auf die Reaktionsbedingungen, die in der genannten Patentschrift für die Verwendung eines Fluorides
eines einwertigen Metalls als Katalysator beschrieben sind
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(z.B. Katalysatorkonzentration, Lösungsmittel, Temperatur und Druck), gelten die Angaben der genannten Patentschrift.
Ein mit Magnetrührer, Thermometer, Gaseinleitungsrohr und einem durch festes Kohlendioxid gekühlten Kühler versehener
Rundkolben wird unter Stickstoff mit 2,1 g [(CH^)2N],S+F~»S1F(CH3)2 (Komplexverbindung von Trimethylfluorsilan
mit Tris -dimethylamino sulf oniumf luorid) und 50 ml Acetonitril beschickt. Wenn Hexafluorpropylenepoxid langsam in die
Lösung eingeleitet wird, findet eine exotherme Reaktion statt. Nach Zusatz von 97 g Epoxid bei 25 bis 30° C wird die Reaktion
zum Stillstand gebracht und die 85,4 g wiegende untere Fluorkohlenstoff schicht abgetrennt. Durch Gaschromatographie wird
festgestellt, dass die untere Schicht Dimeres, Trimeres und
Tetrameres von Hexafluorpropylenepoxid enthält. Das Verhältnis
von Dimerem zu Trimerem beträgt 2,9:1.
Nach dem Verfahren des Beispiels 1 erhält man aus 3,0 g Trimethylsulfoniumjodid,
50 ml Acetonitril und 100 g Hexafluorpropylenepoxid 87,4 g einer unteren Fluorkohlenstoffschicht,
die das Dimere, Trimere und Tetramere von Hexafluorpropylenepoxid enthält. Das Verhältnis von Dimerem zu Tromerem, berechnet
nach Beispiel 1, beträgt 1,4:1.
Nach dem Verfahren des Beispiels 1 erhält man aus 5,0 g Äthylmethyloctadecylsulfoniumjodid,
50 ml Diäthylenglykoldimethyläther und 75 g Hexafluorpropylenepoxid 59,3 g einer unteren
Fluorkohlenstoffschicht, die das Dimere, Trimere und Tetramere
von Hexafluorpropylenepoxid enthält. Berechnet nach Beispiel 1, beträgt das Verhältnis von Dimerem zu Trimerem 0,66:1.
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Beispiel 4
Beispiel 4
Ein 320 ml fassendes Rohr aus rostfreiem Stahl wird mit 1,6 g
[(CH,)5N],S+Cl" (Tris-dimethylaminosulfoniumchlorid), 30 ml
Acetonitril und 100 g Hexafluorpropylenepoxid beschickt. Das Reaktionsgemisch wird 2 Stunden auf 30 C erwärmt, und man
erhält 86 g einer unteren Fluorkohlenstoffschicht. Durch gaschromatographische
Analyse wird festgestellt, dass die Schicht das Dimere, Trimere und Tetramere von Hexafluorpropylenepoxid
enthält. Das Verhältnis von Dimerem zu Trimerem beträgt 3,4:1.
Nach dem Verfahren des Beispiels 4 erwärmt man 1,5 g
[CH-2—{ N],S +F~'SiF(CH^)-Z (Komplexverbindung aus Trimethyl-
fluorsilan und Tris-4-methyl-piperidinosulfoniumfluorid),
30 ml Acetonitril und 100 g Hexafluorpropylenepoxid 2 Stunden auf 30 C. Durch gaschromatographische Analyse der unteren
Fluorkohlenstoffschicht, die 94,4 g wiegt, wird festgestellt,
dass diese Schicht das Dimere und Trimere von Hexafluorpropylenepoxid in einem Verhältnis von 2,1:1 enthält.
Nach dem Verfahren des Beispiels 4 erwärmt man 1,7 g
E ( JtljS+J~ (Tris-piperidinosulfoniumjodid), 30 ml Acetonitril
und 100 g Hexafluorpropylenepoxid 2 Stunden auf 30° C. Eine flüchtige Fraktion, die Perfluorpropionylfluorid enthält,
wird abgelassen und das flüssige Produkt entfernt. Die 57,7 g wiegende untere Fluorkohlenstoffschicht enthält das Dimere und
Trimere von Hexafluorpropylenepoxid im Verhältnis 12,6:1.
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Beispiel
Beispiel
Nach dem Verfahren des Beispiels 1 erhält man aus 2,0 g 3-Y N]S+F-
N]3S+F-.SiF(CH,), (Komplexverbindung aus Trimethyl-
fluorsilan und Tris-4- methylpiperidinosulfoniumfluorid),
30 ml Diäthylenglykoldimethylather und 100 g Hexafluorpropylenepoxid
99,1 g einer Fluorkohlenstoffschicht, die das Dimere,
Trimere und Tetramere von Hexafluorpropylenepoxid enthält. Das Verhältnis von Dirnerem zu Trimerem zu Tetramerem
beträgt 0,62:1,0:0,32.
Ein 320 ml fassendes Rohr aus rostfreiem Stahl wird mit 0,8 g Trimethylsulfoniumjodid, 25 ml Acetonitril und 100 g Hexafluorpropylenepoxid
beschickt. Das Reaktionsgemisch wird
3 Stunden auf 30° C erwärmt. Die untere Fluorkohlenstoffschicht
wiegt 99 g. Durch gaschromatographisehe Analyse wird
festgestellt, dass diese Schicht aus dem Dimeren, Trimeren
und Tetrameren von Hexafluorpropylenepoxid besteht. Das Verhältnis
von Dimerem zu Trimerem beträgt 1,6:1.
Ein 320 ml fassendes Rohr aus rostfreiem Stahl wird mit 2,1 g
Tetraäthylammoniumbromid, 25 ml Acetonitril und 100 g Hexafluorpropylenepoxid
beschickt. Das Reaktionsgemisch wird 3 Stunden auf 30° C erwärmt. Man erhält 108 g untere Fluorkohlenstoffs
chicht. Die gaschromatographische Analyse dieser
Schicht zeigt, dass sie aus dem Dimeren, Trimeren und Tetrameren von Hexafluorpropylenepoxid im Verhältnis 0,48:1:0,20
besteht.
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Claims (6)
1. Verfahrer, zum katalytischen Dimerisieren von Hexafluorpropylenepoxid
zu Perfluor-2-(n-propoxy)-propionylfluorid, dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator ein SuI-foniumhalogenid
oder eine Komplexverbindung desselben verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator ein Sulfoniumfluorid verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Katalysator der allgemeinen Formel R,, R2R^S X"
oder eine Komplexverbindung desselben verwendet, wobei R,,, Rp und R, unabhängig voneinander Alkylgruppen mit 1
bis 20 Kohlenstoffatomen, Dialkylaminogruppen mit Alkylresten
von je 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Dialkylaminogruppen, die ein Stickstoffatom als Teil eines gesättigten
Ringes mit 5 bis 7 Ringkohlenstoffatomen aufweisen, oder Dialkylaminogruppen bedeuten, die ein Stickstoffatom als
Teil eines gesättigten Ringes mit 5 bis 7 Kohlenstoffatomen aufweisen, der durch mindestens eine Alkylgruppe
mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen substituiert ist, während X Halogen bedeutet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator eine Verbindung der allgemeinen Formel
R-JR2R^S X~ verwendet, in der X Fluor bedeutet.
60 9843/1164
AD-4786
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator eine Komplexverbindung der allgemeinen
Formel R^R2R,S+x""«SXFR^R5Rg verwendet, in der R^, R^ und
R^ unabhängig voneinander Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen
bedeuten.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass R^, R2 und R^ unabhängig voneinander Methyl- oder Äthylgruppen
bedeuten.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass R-j, R2 und R^ Dimethylamine gruppen bedeuten.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass R>j, R2 und R, 4-Methylpiperidino- und/oder Piperidinogruppen
bedeuten.
-9 -
6 09 8437 1164
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