-
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 %.