DE2653601A1 - Perfluoralkylgruppen enthaltende hydroxyketone - Google Patents

Perfluoralkylgruppen enthaltende hydroxyketone

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perfluoroalkyl
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aryl
phenol
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DE19762653601
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English (en)
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Johann-Nikolaus Meussdoerffer
Hans Dr Niederpruem
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Bayer AG
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Bayer AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/45Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by condensation
    • C07C45/46Friedel-Crafts reactions

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Perfluoralkylgruppen enthaltende Hydroxyketone
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Perfluoralkylgruppen enthaltende Hydroxyketone der allgemeinen Formel wobei R1 ein Alkyl- Aryl-, perfluoralkylsubstituierter Aryl-oder Perfluoralkylrest mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, die geradkettig, verzweigt oder cyclisch angeordnet sein können, R2 ein Perfluoralkylrest der allgemeinen Formel C F 2n+1 n mit n zwischen 1 und 5 oder aber Wasserstoff ist, wobei aber, wenn R2 Wasserstoff bedeutet, R1 einen Perfluoralkylrest der oben genannten Eigenschaft enthalten muß, m und p 1 oder 2 bedeuten, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung durch Umsetzung entweder von entsprechend Perfluoralkyl-substituierten Phenolen mit Carbonsäurehalogeniden bzw. Perfluorcarbonsäurehalogeniden oder aber von Phenolen mit Perfluorcarbonsäurehalogeniden in flüssigem, wasserfreiem Fluorwasserstoff.
  • Bisher lassen sich Hydroxyketone, die vielseitige Anwendung - insbesondere bei der Herstellung von Pharmazeutica, z.B. gefäßerweiternden Ilitteln und Pflanzenschutzmitteln - finden, technisch nur aus den entsprechenden Phenolearbonsäureestern durch Fries'sche Umlagerng in Nitrobenzol mit AlCl3 herstellen (vgl. Methoden der präp.
  • organ. Chemie, Houben-Weyl, 7/2a, Ketone I (1973), 379).
  • Eine Friedel-Crafts-Acylierung mit Carbonsäurehalogeniden, wie sie bei Aromaten üblich ist, ist nicht ohne weiteres auf Phenole übertragbar, abgesehen davon, daß eine Fries' sche Umlagerung von fluorierten Verbindungen mit AlCl3 in Nitrobenzol auf Grund der hohen Bildungsenthalpie von AlF3 im allgemeinen nicht sicher durchführbar ist, da hierbei sehr hohe Temperaturen erforderlich sind.
  • Zusätzlich besitzt die bisher übliche Methode der Herstellung von Hydroxyketonen durch Fries'sche Umlagerung erhebliche Nachteile: So muß zunächst für die Herstellung der Hydroxyketone in einer getrennten Reaktion erst der entsprechende Phenolester gebildet werden, der sich dann technisch in sehr schlechten Ausbeuten (nur ca. 50 %) zu den Hydroxyketonen umzulagern vermag. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß bei aieser Reaktion keine einheitliche Verbindung entsteht, sondern sich vielmehr ein Isomerengemisch, bestehend aus den o- und p-Hydroxyketonen, bildet, welches schwer auftrennbar ist.
  • Da jedoch selten ein Isomerengemisch verwendet werden kann, bzw. überhaupt nur eine von den entstandenen Verbindungen benötigt wird, ist dieses Verfahren unwirtschaftlich. Es ist zwar möglich, die Umlagerung in Nitrobenzol bei tieferen Temperaturen durchzuführen, weil dabei die entsprechenden p-Hydroxy-Verbindungen begünstigt entstehen, doch sind dann die Ausbeuten bzw. Umsätze wiederum geringer; höhere Temperaturen bewirken Umsatzerhöhung, allerdings auf Kosten der p-Verbindungen, so daß hauptsächlich die o-Hydroxyketone entstehen.
  • Abgesehen von diesen unbefriedigenden Ausbeuten ist die Umsetzung in Nitrobenzol mit AlCl3 nicht problemlos.
  • Wiederholt führte die Reaktion schon zu Explosionen und auch das Arbeiten mit dem hydrolyseempfindlichen AlCl3 bereitet technische Schwierigkeiten. Darüber hinaus ist die Rückführung oder eine andere sinnvolle Verwendung des Nitrobenzols nach der Aufarbeitung der Reaktionsmischung im allgemeinen nicht ohne großen Aufwand möglich.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Hydroxyketone der allgemeinen Formel wobei R1 ein Alkyl-, Aryl-, Perfluoralkyl- oder perfluoralkylsubstituierter Arylrest mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen ist, R2 ein Perfluoralkylrest der allgemeinen Formel C F n 2n+1 mit n zwischen 1 und 5 oder aber Wasserstoff ist, und wenn R2 Wasserstoff bedeutet, R1 eine perfluoralkylgruppenhaltige obengenannte Verbindung sein muß, m 1 oder 2 und p 1 oder 2 bedeutet sowie ein Verfahren zu deren Herstellung welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Phenol der allgemeinen Formel wobei R2, m und p die obengenannte Bedeutung besitzen, mit einem Carbonsäurehalogenid der allgemeinen Formel worin R1 die obengenannte Bedeutung hat und X ein beliebiges Halogenatom ist, in flüssigem Fluorwasserstoff , gegebenenfalls unter Druck bei höheren Temperaturen, umsetzt Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß sich die erfindungsgemäßen Hydroxyketone, insbesondere die entsprechenden p-Hydroxyketone, in ausgezeichneten Ausbeuten und bei hoher Reinheit der Endprodukte herstellen lassen, wenn man die gegebenenfalls entsprechend substituierten Phenole mit den entsprechenden Carbonsäurehalogeniden in flüssigem, möglichst wasserfreiem Fluorwasserstoff umsetzt. Für die Umsetzung genügt im allgemeinen bereits Raumtemperatur.
  • Als Ausgangssubstanzen für das erfindungsgemäße Verfahren können Carbonsäurehalogenide der allgemeinen Formel wobei R1 ein Alkyl-, Aryl-, Perfluoralkyl- oder perfluoralkylsubstituierter Arylrest mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen und X ein Halogen ist, und Phenole der allgemeinen Formel wobei R2 für einen Perfluoralkylrest der allgemeinen Formel C F mit n zwischen 1 und 5 oder aber Wasserstoff n 2n+1 steht; bedeutet R2 Wasserstoff so muß R1 eine Perfluoralkylgruppen-haltige Verbindung sein; m und p können unabhängig voneinander 1 oder 2 bedeuten.
  • Bevorzugt können für das erfindungsgemäße Verfahren folgende Carbonsäurehalogenide beispielhaft eingesetzt werden: m-Trifluorbenzoesäurefluorid, CF3COFr C,F,OOC1, C 3 C2FOOCl, C7F15COCl, 3-Chlorbenzoylchlorid, C7F1 5COF, Benzoylchlorid, ß-Phenylpropionylchlorid, C4F9-CH2-CH2-COCl; als Phenol-Komponente sollen beispielhaft genannt werden: Phenol, Hydroxychinon, Brenzkatechin, Resorcin, m-, o- und p-Chlorphenol, m-, o- und p-Kresol, m-Nitrophenol, Guajacol, m-Methoxyphenol, 7-Chlor-naphthol (2), ß-Naphthol, 4-Methylresorcin, o-, m- und p-Hydroxybenzotrifluoride.
  • Die erfindungsgemäße Reaktion wird in flüssigem Fluorwasserstoff durchgeführt. Der Fluorwasserstoff kann in handelsüblicher, technischer Qualität eingesetzt werden. Der Wassergehalt sollte jedoch zweckmäßigerweise 5 Gew.
  • nicht übersteigen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Temperaturen zwischen -200C und 1500C, vorzugsweise zwischen 0 und 50°C durchgeführt. Die Reaktionszeit beträgt im allgemeinen zwischen 10 Minuten und 10 Stunden.
  • Die Umsetzung kann sowohl bei Normaldruck und, falls erforderlich, auch bei erhöhtem Druck (bis zu etwa 30 ata) durchgeführt werden. Das molare Mengenverhältnis von HF als Lösungsmittel und Reaktionsmedium soll zwischen 1 und 100 betragen; das Verhältnis Phenol:Säurehalogenid beträgt etwa 1,1-0,5.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer möglichen Ausführungsform wie folgt durchgeführt: Die Phenol-Komponente wird in einem gegebenenfalls heizbaren Rührbehälter, der auch für Arbeiten mit überdruck geeignet ist, vorgelegt, worauf langsam die Flußsäure unter Rühren zugegeben wird; in diese Mischung wird anschließend bei Raumtemperatur das Carbonsäurehalogenid gegeben und nach entsprechender Reaktionszeit und Temperatur die gesamte Mischung in Wasser oder besser in Eiswasser gegeben. Das entstandene Hydroxyketon kann aufgruna seiner Unlöslichkeit bzw. Schwerlöslichkeit abgetrennt und nach Auswaschen mit frischem Wasser getrocknet werden.
  • Die Aufarbeitung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Reaktionsmischung kann auch auf die Weise erfolgen, daß die Flußsäure destillativ vom Reaktionsprodukt abgetrennt wird; in letzterem Falle kann die so wiedergewonnene Flußsäure in den Prozeß zurückgeführt werden.
  • Eine weitere Variation des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch dadurch möglich, daß die Reaktion bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck bei entsprechend verringerter Reaktionszeit ausgeführt wird. Der bei der Umsetzung entstehende Halogenwasserstoff - im Falle der Carbonsäurechloride HCl - kann in bekannter und üblicher Weise z.B. durch Auswaschen oder durch Abdestillieren, gegebenenfalls unter erhöhtem Druck, entfernt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun anhand der folgenden Beispiele noch näher erläutert werden (Prozentangaben bedeuten - soweit nicht anders vermerkt - Gewichtsprozent).
  • Beispiel 1 1 Mol (94 g) Phenol werden in einem 3 Ltr. Rührautoklaven vorgelegt, in 1000 ml wasserfreier, flüssiger und auf -100C gekühlter Fluß säure unter Rühren gelöst und anschließend mit einer Mischung von Trifluoressigsäurefluorid und Fluorwasserstoff - als Rohprodukt aus der Elektrofluorierung -umgesetzt, welche aus einer auf dem Kopf stehenden Stahlflasche direkt in den Autoklaven gedrückt wird. Insgesamt wurden 0,95 (110 g) Trifluoressigsäurefluorid zugesetzt.
  • Nach einer Reaktionszeit von 2 Stunden bei 1000C wurde das gesamte Reaktionsprodukt destillativ aufgearbeitet, d.h. die Flußsäure abdestilliert. Es wurde p-Hydroxytrifluoracetophenon in einer Ausbeute von 75 % im Rückstand über IR, 9F- und H-NMR identifiziert.
  • Beispiel 2 1 Mol (192 g) m-Trifluorbenzoesäurefluorid wurde mit 1 Mol (94 g). Phenol vermischt und anschließend in den Autoklaven gegeben; auf diese Lösung wurden aus dem Vorratsgefäß 1000 ml wasserfreie, gekühlte Flußsäure gegeben. Der Autoklav wurde verschlossen, mit 5 atü Stickstoff beaufschlagt und auf 1000C 6 h unter Rühren erhitzt. Nach Abkühlung über Nacht wurde die Mischung auf 2 kg Eis gedrückt und das sich als unlösliche Verbindung abscheidende Reaktionsprodukt abfiltriert, gewaschen und getrocknet.
  • In einer Ausbeute von 92,1 % wurde das m-Triffuor-4-hydroxybenzophenon in einer Reinheit von 95 % gewonnen.
  • Beispiel 3 1 Mol (162 g) p-Trifluorkresol wird in einem 3 Ltr. Rührautoklaven in 1000 ml wasserfreier HF gelöst und anschließend mit 1,05 Mol (82,5 g) Essigsäurechlorid unter Rühren versetzt; anschließend wird Stickstoff bis zu einem Überdruck von 3 ata aufgedrückt, der Autoklav verschlossen und für 0 6 h auf 100 C erhitzt. Nach Beendigung der Umsetzung wird die Mischung über Nacht auf Zimmertemperatur abgekühlt und anschließend auf 2 kg Eis gedrückt. Das unlösliche Reaktionsprodukt wird abfitriert, gewaschen und getrocknet.
  • Die Identifikation über NMR- und IR-Spektren zeigte, daß es sich um 2-Acetyl-p-trifluorkresol handelt, Ausbeute 87,8 %.
  • Beispiel 4 1 Mol (94 g) Phenol wird in einem 3 Ltr. Rührautoklaven vorgelegt, in 1000 ml wasserfreier Flußsäure unter Rühren gelöst und anschließend aus einem Tropftrichter mit 0,95 Mol (411 g) Perfluorcaprylsäurechlorid versetzt. Der sich sofort entwickelnde Chlorwasserstoff entweicht über die Belüftungsleitung des Kühlers. Daraufhin wird noch ein Stickstoffvordruck von 3 ata dem Autoklaven vorgegeben und anschließend verschlossen. Nach 2 h Reaktionszeit bei 1000C und Abkühlung über Nacht auf Zimmertemperatur wird die Mischung auf Eis gegossen und das unlösliche Reaktionsprodukt abfiltriert, gewaschen und getrocknet. Nach IR-, 19F- und 1H-NMR-Spektren handelt es sich um Hydroxy-perfluorcapriophenon in einer Ausbeute von 98 %.

Claims (5)

  1. Patentansprüche 1. Perfluoralkylgruppen enthaltende Hydroxyketone der allgemeinen Formel wobei R1 ein Alkyl-, Aryl-, Perfluoralkyl- oder perfluoralkylsubstituierter Arylrest mit bis zu 14 Kohlenstoffatomen ist, R2 ein Perfluoralkylrest der allgemeinen Formel C F mit n zwischen 1 und 5 oder aber Wassern 2n+I 2 stoff ist, und wenn R Wasserstoff bedeutet, R1 eine perfluoralkylgruppenhaltige Verbindung mit bis zu 14 Kohlenstoffatomen sein muß, m 1 oder 2 und p ebenfalls 1 oder 2 ist.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Phenol der allgemeinen Formel R2 mit den obengenannten Bedeutungen für , m und p mit einem Carbonsäurehalogenid der allgemeinen Formel R1-C-X worin R1 die obengenannte Bedeutung hat und R -C-X worin 0 X für ein beliebiges Halogenatom steht, in flüssigem Fluorwasserstoff, gegebenenfalls unter Druck bis zu 50 ata und bei Temperaturen bis zu 1500C umsetzt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei Temperaturen von Oo bis 1000C und einem Überdruck bis zu 10 ata ausgeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man RFCOF, wobei RF für einen perfluorierten aliphatischen linearen, verzweigten oder cyclischen Alkylrest mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen steht, mit Phenol, Hydrochinon, Brenzcatechin, Resorcin, m-, o- und p-Chlorphenol, m-, o- und p-Kresol, m-Nitrophenol oder o-, m- und p-Hydroxybenzotrifluoride umsetzt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein perfluoralkylsubstituiertes Benzoesäurehalogenid mit Phenol, Hydrochinon, Brenzcatechin, Resorcin, m-, o- und p-Chlorphenol, m-, o- und p-Kresol, m-Nitrophenol, oder o-, m- und p-Hydroxybenzotrifluoride umsetzt.
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