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Verfahren zur Herstellung von aromatischen Carbonaten
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines
aromatischen Carbonats, und sie betrifft insbesondere ein katalytisches Verfahren
zur Herstellung eines aromatischen Carbonates, bei dem ein Phenol, Kohlenmonoxid,
ein Oxidationsmittel, eine Base und ein Element der Gruppe VIIIB, das aus Ruthenium,
Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin ausgewählt ist, in Kontakt gebracht
werden, um eine Reaktionsmischung zu bilden. Das aromatische Carbonat kann von der
Reaktionsmischung isoliert oder abgetrennt werden.
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Die entstehenden aromatischen Mono- und Polycarbonate sind sowohl
zur Herstellung von Polycarbonaten als auch als Polycarbonate per se brauchbar,
die durch herkömmliche Verfahren zu Folien, Blattmaterialien, Fasern, Laminaten
oder verstärkten Kunststoffen ausgeformt werden können.
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Es wird auch auf die gleichzeitig eingereichten Patentanmeldungen
(meine Zeichen: 4376-RD-5565, 4368-RD-9367, 4370-RD-9368 und 4374-RD-9369)hingewiesen.
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Mador et al. beschreiben im US-Patent 3.114.762, das am 17.
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Dezember 1963 ausgegeben worden ist, die Herstellung von aliphatischen
Carbonaten durch die Reaktion von aliphatischen Slkoholen mit Kohlenmonoxid, die
in Anwesenheit eines Salzes von Palladium oder Platinmetall durchgeführt wird.
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Perrotti et al. beschreiben im US-Patent 3.846.468, das am 5.
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November 1974 ausgegeben worden ist, die Herstellung von Kohlensäureestern
durch die Reaktion eines Alkoholes mit ohlenmonoxid und Sauerstoff, die in anwesenheit
von Kupfer durchgeführt wird, das mit einem organischen Molekül einen Komplex bildet.
Obgleich die Beschreibung von Perrotti et al. vermuten liess, dass Elemente wie
Eisen, Kobalt und Nickel wirksame Katalysatoren bei der Reaktion von Alkoholen mit
Kohlenmonoxid in Anwesenheit von Sauerstoff sind, wurde gefunden, dass, wenn bei
dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zur nerstellung aromatischer Carbonate
Eisen-, Kobalt- oder Nickelverbindungen anstelle der Elemente der Gruppe VIIIB eingesetzt
werden, solche Carbonate unter diesen Bedingungen nicht erhalten werden können.
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Die Erfindung wird durch ein katalytisches Verfahren zur Herstellung
von aromatischen Carbonaten gebildet, bei dem ein Phenol, Kohlenmonoxid, ein Oxidationsmittel,
eine Base und ein Element der Gruppe VIIIB, das aus Ruthenium, Rhodium, Palladium,
Osmium, Iridium und Platin ausgewählt ist, in Kontakt gebracht werden.
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Die Reaktionsbestandteile und die entstehenden Reaktionsprodukte des
erfindungsgemässen Verfahrens können durch die folgenden allgemeinen Gleichungen
dargestellt werden, die jedoch nur zur Erläuterung angegeben werden, da die Zwischenreaktionsmechanismen
(Gleichung la, 1 und lc oder Gleichung 2a, 2b und 2c), die an der Herstellung von
aroma tischen Monocarbonaten (Gleichung 1) und Polycarbonaten (Gleichung 25 beteiligt
sind, viel komplizierter sein können:
Gleichung 1 (Zwischenreaktionen)
(a) PdCl2 2 + 2R'OH + 2R3N + CO
Pd° + R'2C03 + 2RsNH Cl
(c) 2CuCl + 2R3+NHCl- + 1/2 O2
2CuCl2 + 2R3N + I120 Gleichung 1 (Reinergebnis)
Gleichung 2 (Zwischenreaktionen) (a) n PdCl2 + n R"(OH)2 + 2n R3N + n CO
(c) 2n CuCl + 2n R3+NHCl- + 1/2nO2
2nCuCl2 + 2nR3N + nH2O Gleichung 2 (Reinergebnis) n R"(OH)2 + nCO + 1/2nO2
worin R ein Alkylrest (einschliesslich Cycloalkyl), R' ein Arylrest, R'' ein Arenrest
und n eine Zahl ist, die wenigstens gleich 1 ist.
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Beim vorliegenden Verfahren kann irgendeine beliebige am Kern mit
Hydroxygruppen substituierte aromatische Verbindung verwendet werden, und diese
wird hier in der Beschreibung und in den
Patentansprtlchen als "ein
Phenol" bezeichnet. Erläutern kann das Phenol (oder phenolische Bestandteile)durch
die folgende Formel beschrieben werden: Ra # OH)x (I) worin Ra einen aromatischen
Rest darstellt, wobei der -OH-Rest direkt an einem aromatischen Ringkohlenstoffatom
hängt, und x eine Zahl ist, die wenigstens gleich 1 ist, vorteilhafterweise 1 bis
4 ist und vorzugsweise 1 bis 2 ist. Der Ra-Rest kann carbo- oder heteromonozyklisch,
polyzyklisch oder kondensiert polyzyklisch sein und kann zwei oder mehr zyklische
Systeme (monozyklische, polyzyklische oder kondensierte polyzyklische Systeme) besitzen,
die direkt oder durch zwei-oder mehrwertige Reste miteinander verbunden sind.
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Bevorzugte phenolische Bestandteile sind Phenole, die 6 bis 30 und
vorzugsweise 6 bis 15 Kohlenstoffatome enthalten. Beispiele für kommerziell wichtige
phenolisciie Reaktionsbestandteile, die von der obigen Beschreibung umfasst werden,
sind die folgenden: Phenol selbst (Hydroxybenzol). Naphthol ortho-Cumenol oder meta-
oder para-Cresol, Katechol (Brenzkatechin/ Kuminalkohol, Xylenol, Resorcinol, die
verschiedenen Isomeren von Dihydroxydiphenyl, die Isomeren von Dihydroxynaphthalin,
Bis(4-hydroxyphenyl)propan-2,2,α, α'-bis(4-hydroxyphenyl)-p-diisopropylbenzol,
4,4'-Dihydroxy-3,5,3',5'-tetrachlor-phenyl-propan-2,2, 4,4'-dihydroxy-3,5,3',5'-tetrachlor-phenyl-propan-2,2
und 4,4'-Dihydroxy-3,5,3',5'-tetrachlor-phenyl-propan-2,2 und 4,4'-Dihydroxy-3,5,3',5'-tetrabrom-phenylpropan-2,2,
Phlorogluzin, Dihydroxyoligomere, z.B. ein Oligomer, das von Bisphenol-A geleitet
ist, usw.
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Ein allgemein bevorzugtes Bisphenol, das ei dem vorliegenden Verrahren
verwendet werden kann, kann durch die folgende Formel beschrieben werden:
wobei R¹ und R² Wasserstoff, C1-4-Alkyl oder Phenyl sind, wenigstens eines der R3
Wasserstoff ist und das andere Wasserstoff oder Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
ist und wenigstens eines der R4 Wasserstoff ist und das andere Wasserstoff oder
Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist. Insbesondere bevorzugt wird Bis(4-hydroxyphenyl)propan-2,2,
das allgemein auch als "Bisphenol-4" (BPA) bekannt ist.
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Irgendein Element der Gruppe VIIIB, das hier und in den Patentansprüchen
als "das Element der Gruppe VIlIB" bezeichnet wird, kann unter der Voraussetzung
verwendet werden, dass es aus Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium oder
Platin ausgewählt ist. Die Elemente der Gruppe VIIIB können sowohl in irgendeinem
ihrer gut bekannten Oxidationszustande als auch in ihrer nullwertigen elementaren,
d.h. metallischen Form verwendet werden.
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Die Elemente der Gruppe VIIIB können beispielsweise in Form von ionischen,
an organischen oder organischen Verbindungen oder Komplexen usw. vorliegen. Die
Elemente der Gruppe VIIIB können in Form von Oxid, lIalogenid, Nitrat, Sulfat, Oxalat,
Acetat, Carbonat, Propionat, Elydroxid, Tartrat usw. verwendet werden.
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Die Elemente der Gruppe VIIIB können in Komplex form, z.B. mit Liganden
wie Kohlenmonoxid, Nitrilen, tertiären minen, Phosphinen, Arsinen oder Stibinen
usw., verwendet werden, und sie werden beispielsweise häufig vom Fachmann als ein-
zwei- oder mehrkernige Formen der Gruppe VIIIB-Elemente bezeichnet. Allgemein
wird
angenommen, dass die dimeren oder polymeren Formen Gruppe VIIIB-Atome enthalten,
die durch Liganden, Halogene usw. verbunden sind. Bevorzugt bilden die Elemente
der Gruppe VIIIB homogene Mischungen, wenn sie mit den phenolischen Reaktionsbestandteilen
kombiniert werden, insbesondere, wenn das Verfahren unter Flüssigphase-Reaktionsbedingungen
durchgeführt wird.
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Beispiele für die allgemein bevorzugten Verbindungen oder Komplexe
der Gruppe VIIIB-Elemente, die in dem Verfahren nach der Erfindung verwendet werden
können, sind folgende: Ru, RuCl2, RuBr2, RuI2, Ru(CO)2Cl2, Ru(CO)2I2, Ru(CO)4-Cl2,
Ru(CO)4Br2, Ru(CO)4I2, RuCl3, RuBr3, RuI3, usw.
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Pd, PdCl2, PdBr2, PdI2, [Pd(CO)Cl2]2, [Pd(COBr2]2, [Pd(CO)I2]2, (C6H5CN)2PdCl2,
PdCl4, Pd(OH)2 (CNC4H9)2, PdI2(CNC6H5)2, Pd(OH)2(CNCH3OC6H5)2, Pd(CNC4H9)4, usw.
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Rh, Rh(CO)C12, Rh(CO)Br2, Rh(CO)I2, Rh2C12(C0)2, Rh2(CO)C12, Rh2(CO)4Br2,
Rh2(CO)4I2, [Rh(CO)2Cl]2, RhCl3, RhBr3, RhI3, usw., Os, Os(CO)3Cl2, Os(CO)3Br2,
Os(CO)3I2, Os(CO)ZC12, Os(CO)4Br2, Os(C0)4I2, Os(C0)8Cl2, Os(CO)8Br2, Os(CO)8I2,
OsCl2, OsCl3, OsI2, OsI3, OsBr3, OsBr4 und OsCl4, usw., Ir, IrCl3, IrCl3(CO), Ir2(CO)8,
IrCl3, IrBr3, IrCl3, IrBr4, IrI4, usw., Pt, PtCl2, PtBr2, PtI2, Pt(CO)2Cl2, Pt(CO)2Br2,
Pt(C0)2I2, Pt(CO)2Cl4, Pt(CO)2Br4, Pt(CO)2I4, Pt(CO)3Cl, Pt(CO)3Br4, Pt(C0)3I4,
PtCl2CCNC6H5)2, usw.
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Beispiele für Liganden, die mit den Gruppe VIIIB-Elementen in Komplexform
- unterschiedlich von und wahlweise zusätzlich zu Kohlenmonoxid - assoziiert werden
können, umfassen organische tertiäre Amine, Phosphine, Arsine und Stibinliganden
der folgenden Formel: (E)3Q,
wobei unabhängig jedes E aus den Resten
Z und OZ ausgewählt ist, wobei unabhängig jedes Z aus organischen Resten, die 1
bis 20 Kohlenstoffatome enthalten, ausgewählt ist, und worin unabhängig jedes Q
aus Stickstoff, Phosphor, Arsen oder Antimon ausgewählt ist. Vorzugsweise sind die
organischen Reste frei von aktiven Wasserstoffatomen und reaktionsfähiger Ungesättigtheit
und sind oxidationsmässig stabil. Stärker zu bevorzugen sind die E-Gruppen Alkyl-,
Cycloalkyl- und Arylreste und Mischungen derselben wie beispielsweise Alkaryl, Aralkyl,
Alkeycloalkyl, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten, und sogar noch stärker zu
bevorzugen ist jedes E eine Arylgruppe, die 6 bis 10 Kohlenstoffatome enthält.
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Beispiele für die allgemein bekannten und im vorliegenden Falle bevorzugten
Gruppe VIIIB-Komplexe, die Liganden enthalten, umfassen folgendes: RuCl2 [P(C6H5)3]4,
[Rh(CO)2Cl]2, trans [(C2H5)P]2PdBr2, [P(C4H9)3]2PdCl4, [(C6H5)3P]3IrCl3-(CO), [(C6H5)3As]3IrCl3(CO),
[(C6H5)3Sb]3IrCl3(CO), [(C6H5)3P]PtCl2, [(C6H5)3P]2PtF2, [(C6H5)3P]2PtF2(CO)2, Pt
[(C6H5)3P] 2(CO)2, etc.
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Die Verbindungen und/oder Komplexe der Elemente der Gruppe VIIIB können
durch irgendein Verfahren hergestellt werden, wie es dem Fachmann bekannt ist, einschliesslich
der Verfahren die in den folgenden Veröffentlichungen angegeben sind: Treatise on
Inorganic Chemistry, Band II, 11.Remy, Elsevier Publishing Co. (1956); Reactions
of Transition-Metal Complexes, J.P. Candlin, K.A. Taylor und D.T. Thompson, Elsevier
Publishing Co. (1968) Library of Congress Catalog Card No. 67-19855; Organic Syntheses
Via Metal Carl)onyls, Band 1, I. Wender und P. Pino, Interscience Publishers (1968)
Library of Congress Catalog Card No. 67-13965;
The Organic Chemistry
of Palladium , Bände I und II, P.M. Maitlis, Academic Press (1971) Library of Congress
Catalog Card No. 77-162937; The Chemistry of Platinum and Palladium, F.R.
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Hartley, Halsted Press (1973).
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Das Verfahrenkann in 4bwesenheit jeglichen Lösungsmittels durchgeführt
werden, z.B. wenn der phenolische Reaktionsbestandteil sowohl als ein Reaktionsbestandteil
als auch als ein Lösungsmittel wirkt, jedoch wird das Verfahren vorzugsweise in
Anwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt, und zwar in Anwesenheit bevorzugter
Lösungsmittel der allgemeinen Klasse: Methylenchlorid, ithylendichlorid, Chloroform,
Tetrachlorkohlenstoff, Tetrachloräthylen, Nitromethan, Hexan, 3-Methylpentan, Heptan,
Cyclohexan, Methylcyclohexan, Cyclohexan, Isooctan, p-Cymol, Cumol, Decalin, Toluol,
Benzol, Diphenyläther, Dioxan, Thiophen (Thiol), Dimethylsultid, Äthylacetat, Tetrahydrofuran,
Chlorbenzol, Anisol, Brombenzol, o-Dichlorbenzol, Methylformiat, Jodbenzol, Aceton,
Acetophenon etc., und Mischungen derselben.
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Im allgemeinen kann das Verfahren in irgendeinem beliebigen basischen
Reaktionsmedium durchgeführt werden, vorzugsweise in einem solchen, das durch das
Vorhandensein einer beliebigen anorganischen oder organischen Base oder Mischungen
derselben geliefert wird.
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-Als Beispiele für lvasische Medien, die verwendet werden können,
werden die folgenden genannt: Elementare Alkali- und Erdalkalimetalle; basisches
quartäres Ammonium, quartäre Phosphonium-oder tertiäre Sulfoniumverbindungen; Alkali-
oder Erdalkalimetallhydroxide; Salze von starken Basen und schwachen Säuren; primäre,
sekundäre oder tertiäre mine; etc. Spezielle Beispiele der vorgenannten Verbindungen
sind Natrium-, Kalium-, Magnesiummetalle etc.; quartäres Ammoniumhydroxid, Tetraäthylphosphoniumhydroxid,
etc; Natrium-, Kalium-, Lithium- und Calciumhydroxid; quartäres Phosphonium, tertiäres
Sulfonium, Natrium-, Lithium- und Bariumcarbonat, Natriumacetat, Natriumbenzoat,
Natriummethylat,
Natriumthiosulfat, Natriumsulfid, Natriumtetrasulfid, Natriumcyanid, Natriumhydrid,
Natriumborhydrid, Kaliumfluorid, Triäthylamin, Trimethylamin, Allyldiäthylamin,
Benzyldimethylamin, Dioctylbenzylamin, Dimethylphenät hylamin, 1-Dimethyl-amino-2-phenylpropan,
N,N,N',N'-Tetramethylendiamin, 2,2,6,6-Tetramethylpyridin, N-Methylpiperidin, Pyridin,
2,2,6,6-N-Pentamethylpiperidin, etc. Besonders bevorzugte Basen sind sterisch gehinderte
Amine, z.B. Diisopropylmonoäthylamin, 2,2,-6, 6-N-Pentarnethylpiperidin, etc.
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Es kann irgendein beliebiiges Oxidationsmittel in dem hier beanspruchten
Verfahren unter der Voraussetzung verwendet werden, daß das Oxidationsmittel ein
Oxidationspotential aufweist, welches größer als oder stärker positiv ist, als das
Element der Gruppe VIIIB. Bevorzugte Oxidationsmittel umfassen ein beliebiges Element,
eine beliebige Verbindung oder einen belieibigen Komplex aus einem Element des Periodischen
Systems der Gruppe IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, IB, IIB, IVB, VB, VIB, ViiB, VIIIB,der
Gruppe der Lanthaniden oder der Actiniden mit einem Oxidationspotential, das größer
als oder stärker positiv als das Element der Gruppe VIIIB ist. Typische wohlbekannte
Oxidationsmittel der Gruppe VIIIB-Elemente" sind Verbidnungen oder Komplexe von
Kupfer, Eisen, Mangan, Kobalt, Quecksilber, Blei, Cer, Vanadium, Uran, Wismut, Chrom
usw. Von dEsen werden Kupfer-Oxidationsmittel bevorzugt.
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Wenn das Oxidationsmittel in Salzform verwendet wird, dann kann das
Anion des Salzes C1 20-Carboxylat, -halogenid, -nitrat, -sulfat, usw. sein; vorzugsweise
ist es eine Halogenid, beispielsweise Chlorid, Bromid, Jodid oder Fluorid. Beispiele
fÜr typische Oxidationsmittel sind Kupfer(II)-Chlorid, Kupfer(II)-Bromid, Kupfer(II)-Nitrat,
Kupfer(II)-Sulfat, Kupfer(II)-Acetat usw. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Verbindungen
können die üblicherweise in elementarer Form als Oxidationsmittel verwendeten Elemente,
wie beispielsweise Sauerstoff, Ozon, Chlor, Brom, Fluor, usw. als das einzige Oxidationsmittel
in dem beanspruchten Verfahren verwendet werden. Häufig werden Verbindungen oder
Komplexe
eines Elementes der Gruppen IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, IB, IIB, IVB, VB, VIB, VIIB,
VIIIB, der Lanthanidengruppe oder der Actiniden-Gruppe des Periodensystems bevorzugt
als Redox-Cokatalysator eines Elementes Gruppen VIA oder VIIA des Periodensystems,
beispielsweise Sauerstoff, Schwefel, Selen, Fluor, Chlor, Brom, Jod, usw. einschließlich
Mischungen derselben, um der so die Oxidationsrate des Elementes/Gruppe VIIIB zu
steigern.
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Der in der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen verwendete
Ausdruck "Komplexe" schließt Koordinations- oder Komplexverbindungen ein, die dem
Fachmann bekannt sind, beispielsweise diejenigen, die in "Mechanismus of Inorganic
Reactions" von Fred Basolo und Ralph G. Pearson, in der 2. Ausgabe, John Wiley and
Sons, Inc. (1968) beschrieben sind. Diese Verbindungen werden hier allgemein so
definiert, daß sie ein zentrales Ion oder Atom, d.h.
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ein Element der Gruppe IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, IB, IIB, IVB, VB,
VIB, VIIB, VIIIB, der Lanthanidengruppe oder der Actinidengruppe des Periodensystems
und eine Traube von Atomen oder Molekülen, die ein Element der Gruppe des Periodensystems
umgeben, enthalten.
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Die Komplexe können nicht-ionischer Art sein oder sie können ein Kation
oder Anion darstellen in Abhängigkeit von der Ladung, die durch das zentrale Atom
und die koordinierten Gruppen getragen werden. Die koordinierten Gruppen werden
hierin als Liganden definiert und die Gesamtzahl der Zuordnungen zu dem zentralen
Atom wird hierin als die Koordinationszahl definiert. Andere allgemeine Namen für
diese Komplexe schließen Komplexionen (wenn sie elektrisch geladen sind), Werner-Komplexe,
Koordinationskomplexe oder einfach Komplexe ein.
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Die Redox-Cokatalysatoren als Klasse umfassen ein beliebiges Element,
eine beliebige Verbindung oder einen belieibigen Komplex, der die Oxidation des
"Elementes der Gruppe VIlIB", d.h. Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium
oder Platin in Anwesenheit eines beliebigen Oxidationsmittels von einem niedrigeren
Oxidationszustand zu einem höheren Oxidationszustand katalysiert.
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Bevorzugte Redox-Cokatalysatoren umfassen Elemente, Verbindungen oder
Komplexe aus einer der folgenden Gruppen des Periodensystems: IIIA, IVA, VA, VIA,
VIIA, IB, IIB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, der Lanthanidengruppe oder der Actinidengruppe.
In einer zur Zeit besonders bevorzugten Ausführungsform wird Sauerstoff als einziges
Oxidationsmittel in Kombination mit einem Redox-Cokatalysator verwendet, der ausgewählt
ist aus einem Element der Gruppe des Perioden systems oder einer Verbindung oder
einem Komplex mit einem solchen Element.
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Es kann eine beliebige Sauerstoffquelle verwendet werden, nämlich
Luft, gasförmiger Sauerstoff, flüssiger Sauerstoff, usw. Vorzugsweise wird entweder
Luft oder gasförmiger Sauerstoff verwendet.
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Das Verfahren wird vorzugsweise auch unter einem positive Sauerstoffdruck
durchgeführt, d.h. wenn Sauerstoff in stöchiometrischen Mengen vorhanden ist, die
ausreicherd sind, um das gewünschte aromatische Mono- oder Polycarbonat zu bilden.
Im allgemeinen können Sauerstoffdrucke innerhalb des Bereiches von etwa 0,1
bis
500 Atmospharen oder sogar höher zur Erzielung guter Ergebnisse verwendet werden.
Im vorliegenden Falle werden Sauerstoffdrucke innerhalb des Bereiches von etwa 1/2
bis 200 Atmosphären bevorzugt.
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Es kann eine beliebige Menge des Oxidationsmittels verwendet werden.
Zum Beispiel sind Molverhältnisse des Oxidationsmittels zu Phenol innerhalb des
Bereiches von etwa 0,001:1 oder niedriger bis etwa 1000:1 oder höher wirksam; jedoch
werden vorzugsweise Verhältnisse von O,l:lbis 10:1 verwendet, um eine optimale Umwandlung
von Phenol in aromatisches Carbonat sicherzustellen. Es ist wesentlich, wenn ein
Oxidationsmittel verwendet wird - bei im wesentlichen fehlendem Sauerstoff, d.h.
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nicht als eine Redox-co-Katalysatorkomponente - dass das Oxidationsmittel
in Mengen vorhanden ist, die zu den Carbonat-Anteilen stöchiometrisch sind, d.h.
zu
die bei der herstellung der aromatischen Carbonate gebildet werden.
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Es kann eine beliebige Menge der Redox-co-Katalysatorkomponente verwendet
werden. Zum Beispiel sind Molverhäitnisse des Redox-Katalysators zu Phenol innerhalb
des Bereiches von etwa 0,0001:1 oder niedrigerbisetwa 1000:1 oder höher wirksam;
es werden jedoch vorzugsweise Verhältnisse von 0,0001:lbis 1:1 und noch stärker
zu bevorzugen O,OOl:lbis 0,01:1 verwendet.
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Es kann irgendeine beliebige Menge der Base verwendet werden.
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Im allgemeinen liegen wirksame Molverhältnisse der Base zu den Gruppe
VIIIB-Elementen innerhalb des Bereiches von etwa0,00001:1 bis etwa 100:1 oder höher,
vorzugsweise von 0,5:1 bis etwa 10:1 und noch stärker zu bevorzugen von 1:1b1s2:1.
Üblicherweise vergrössern Molverhältnisse von wenigstens 1:1 sowohl die Reaktionsrate
als auch die Ausbeute an aromatischem Carbonat.
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Es kann irgendeine Menge des Gruppe VIIIB-Elementes verwendet werden.
Zum Beispiel sind Molverhältnisse des Gruppe VIIIB-Elementes zu Phenol innerhalb
des Bereiches von etwa 0,0001:1
oder niedrigerbisetwa 1000:1 oder
höher wirksam; jedoch werden in der vorliegenden katalytischen Reaktion vorzugsweise
Verhältnisse von 0,001 bis 0,01 angewendet.
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Es kann eine beliebige Menge Kohlenmonoxid verwendet werden.
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Vorzugsweise wird das Verfahren unter positivem olenmonoxiddruck durchgeführt,
d.h. wenn Kohlenmonoxid in stöchiometrischen Mengen vorhanden ist, die ausreichend
sind, um das gewünschte aromatische Mono- oder Polycarbonat zu bilden. Im allgemeinen
können Kohlenmonoxiddrücke innerhalb des Bereiches von etwa 1/2 bis 500 Atmosphären
oder sogar höher zur Erzielung guter Ergebnisse verwendet werden. Im vorliegenden
Falle werden CO-Drücke innerhalb des Bereiches von 1 bis 200 Xtmosphären bevorzugt.
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Es kann eine beliebige Menge Lösungsmittel, das vorzugsweise inert
ist, verwendet werden. Im allgemeinen liegen optimale Molverhältnisse des Lösungsmittels
zum phenolischen Reaktionsbestandteil im Bereich von 0,5:99,5 bis 99,5:0,5, vorzugsweise
von 50: 50 bis 99:1.
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Es kann auch eine beliebige Reaktionstemperatur angewendet werden.
Im allgemeinen sind optimale Reaktionstemperaturen 0°C oder auch niedriger bis 200°C
oder sogar höher und häufiger liegen sie im Bereich von OOC bis 50°C.
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Es kann weiterhin eine beliebige Reaktionszeitdauer angewendet werden.
Im allgemeinen sind optimale Reaktionszeitdauern etwa 0,1 Stunde oder sogar weniger
bis etwa 10 Stunden oder sogar mehr.
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Wenn man einigen der hier beschriebenen Verfahren folgt, so können
aromatische Salicylate gebildet werden. Diese aromatischen Salicylate, d.h. aromatische
Verbindungen, die als "Salicylat" definiert werden können, können ganz allgemein
durch die folgende Formel beschrieben werden:
worin Rb einen aromatischen Rest darstellt, bei dem der flydroxylrest in Ortho-Stellung
beztiglich des Carboxylates; d.Ii.
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des
Restes, angeordnet ist, und Rc einen aromatischen Rest darstellt. Die Rb und Rc-Reste
können carl)o- oder hetero-monocyclisch, polycyclisch oder kondensiert-polycyclisch
sein und können zwei oder mehr cyclische Systeme (monocyclische, polycyclische oder
kondensierte polycyclische Systeme) besitzen, die direkt durch einfache oder doppelwertige
Bindungen oder durch zwei- oder mehrwertige Reste miteinander verbunden sind.
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Die abtrennung und Gewinnung der Salicylate ist in der gleichzeitig
eingereichten Deutschen Patentanmeldung (mein Zeichen: 4368-RD-9367) beschärieben.
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Um dem Fachmann die Erfindung näher zu erläutern, werden die folgenden
Beispiele angegeben, die Beispiele für die besten Ausführungsformen der Erfindung
angeben, wobei diese Beispiele jedoch die Erfindung in keiner Weise beschränken
sollen.
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Wenn es nicht anders angegeben ist, sind in diesen Beispielen alle
Teile Gewichtsteile und die Reaktionsprodukte wurden durch Infrarot-Spektroskopie,
C-13-kernmagnetische Resonanz und Massenspektrometrie verifiziert.
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Beispiel 1 Herstellung von 4,4'-(α,α-Dimethylbenzyl)diphenylcarbonat
unter Verwendung von p-Cumylphenol, Kohlenmonoxid, Diisopropylmonoäthylamin, metallischem
Palladium und Kupferdibromid.
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Ein Reaktionsdruckgefäss wurde mit 2,211 g (10,43 mMol) p-Cumylphenol,
0,126 g (1,18 mMol) Palladlummetall, d.h. Palladium, das einen Oxidationszustand
vom Wert null aufwies, 1,330 g (10,31 mMol) Diisopropylmonoäthylamin, 1,110 g (5,0
mMol) Kupferdibromid, 20 ml Methylendichlorid und ausreichend Kohlenmonoxid beschickt,
um das Gefäss auf 4,62 kg/cm2 (66 psi) zu chargieren. Die nachfolgende Aufarbeitung
zeigte das Vorhandensein von 0,141 g (6% Ausbeute) 4,4'-(α,α-Dimethylbenzyl)
# diphenylcarbonat der Formel
Beispiel II Herstellung von 4,4'-(α,α-Dimethylbenzyl)diphenylcarbonat
unter Verwendung von Bis(benzonitril)palladium(II)dichlorid.
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Das Reaktionsmedium enthielt 2,28 g (10,46 mMol) p-Cumylphenol, 0,3
g (0,22 mMol) Bisbenzonitril-palladium(II)dichlorid, 1,342 g (10,42 mMol) Diisopropylmonoäthylamin,
1,288 g (5,78 mMol) Kupferdibromid, 20 ml Methylenchlorid und ausreichend Kohlenmonoxid,
um das Gefäss bis auf 4,90 kg/cm² (70 psi) zu beschicken. Die entsprechende Produktausbeute
betrug 11% 4,4'-(α,α-dimethylbenzyl)diphenylcarbonat.
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Die Anzahl der Carbonat-Anteile, d.h. des pro Mol Palladiummetall
gebildeten
betrug 5,2 was im folgenden als der Gruppe VIIIB "Umwandlungswert" der Reaktion
bezeichnet wird.
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Beispiel III Herstellung von 4,4'-(α,α-Dimethylbenzyl)diphenylcarbonat
unter Kohlenmonoxid- und Sauerstoffdruck.
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Das Reaktionsmedium enthielt p-Cumylphenol, Bis(benzonitril) palladium(II)dichlorid,
Diisopropylmonoäthylamin und Supferdibromid in den folgenden Molanteilen: 100:2:15:8.
Es wurde ausreichend viel Kohlenmonoxid zu dem Gefäss hinzugegeben, um 2 den Druck
auf 2,17 kg/cm (31 psi) zu erhöhen, und ausreichend viel Sauerstoff wurde nachfolgend
hinzugegeben, um den Druck in dem Gefäss auf einen Gesamtdruck von 4,34 kg/cm² (62
psi) zu erhöhen. Die Produktausbeute war 8% 4,4'-OC,(Dimethylbenzyl)diphenylcarbonat.
Der Umwandlungswert war 4.
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Beispiel IV Herstellung von 4,4'-(α,α-Dimethylbenzyl)diphenylcarbonat
unter Verwendung von Palladium (I) monocarbonylmonobromid und 2,2,G,6,N-Pentamethylpiperidin
als eine Base.
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Das Reaktionsgefäss enthielt 2,12 g (10,0 mMol) p-Cumylphenol, 1,55
g (10,0 mMol) des 2,2,6,6,N-Pentamethylpiperidin, 2,233 g (10,0 mMol) Kupferdibromid,
0,1 g (0,5 mMol) Palladium(I)monocarbonylmonobromid und 20 ml Methylenchlorid. Die
Produktausbeute war 0,60 g (26%) aromatisches Carbonat und 0,54 g (18<7) Mono-brom-p-cumylphenol.
Der Umwandlungswert betrug 5,4.
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Beispiel V Dieses Verfahren, das kein Beispiel der Erfindung ist,
erläutert die versuchte Herstellung von Diphenylcarbonat unter Verwendung der Lehre
von Perrotti et al. im US-Patent 3.846.468 durch Kontaktieren von Natriumphenoxid
mit Kohlenmonoxid in anwesenheit von Pyridin als einer Base.
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Das Verfahren umfasste die Zugabe von 6,73 g (0,05 Mol) Kupferdichlorid,
50 ml Pyridin und 150 ml N,N-Dimethylformamid zu dem Reaktionsmedium. Die entstandene
Mischung wurde auf -780C in einem Trockeneis-Acetonbad abgekühlt. 11,6 g (0,10 Mol)
Natriumphenoxid, gelöst in 50 ml N,N-Dimethylformamid, wurde langsam zu dem Reaktionsmedium
hinzugegeben, während die Temperatur
unterhalb -500C gehalten
wurde. Nachdem das gesamte Natriumphenoxid hinzugegeben worden war, wurde die Mischung
zum Nachweis der Bildung von Diphenylcarbonat bei den folgenden Temperaturen analysiert:
weniger als -50°C, -30°C, -10°C, Raumtemperatur, +70°C, während Kohlenmonoxid langsam
durch das Reaktionsmedium perlen gelassen wurde. Gaschromatographie des Reaktionsmediums
während der gesamten Reaktionsperiode zeigte keine Bildung von aromatischem Carbonat
und zeigte nur, dass die Ausgangs materialien innerhalb des Reaktionsmediums vorhanden
waren. Aus diesen experimentellen Daten wurde geschlossen, dass die Lehre von Perrotti
et al. entsprechend der oben angegebenen Veröffentlichung nicht auf Reaktionen anwendbar
ist, bei denen phenolische Reaktionsbestandteile beteiligt sind.
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In einer bevorzugten Xusführungsform der vorliegenden Erfindung, die
in den Beispielen E bis XV angegeben sind, wird das Verfahren in Anwesenheit von
Sauerstoff und einem Molekularsieb durchgeführt Es wurde gefunden, dass diese Ausführungsform,
die der wesentliche Gegenstand der gleichzeitig eingereichten Deutschen Patentanmeldung
(mein Zeichen:4370-RD-93G8) ist, verbesserte Ergebnisse liefert, und sie wird zum
Zwecke der Offenbarung in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen, obgleich sie
für die Brauchbarkeit dieser Erfindung nicht wesentlich ist.
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Beispiel VI Herstellung von 4,4' (α,α-Dimethylbenzyl)diphenylcarbonat
unter Kohlenmonoxid- und Sauerstoffdruck und in Anwesenheit eines Molekularsiebes
vom Typ 4A - ein kommerzielles Produkt von Union Carbide Corporation mit der allgemeinen
chemischen Formel 0,96+ 0,04 Na20-1,00 A1203 1,92+ 0,09 SILOS x H2O.
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Das Reaktionsmedium enthielt p-Cumylphenol, Bis(benzonitril)-palladium(II)dichlorid,
Diisopropylmonoäthylamin und Kupferdibromid in den folgenden Molanteilen: 100:2:16:8.
Es wurde genügend Kohlenmonoxid zu dem Gefäss hinzugegeben, um den Druck
auf
2,17 kg/cm² (31 psi) zu erhöhen, und genügend Sauerstoff wurde nachfolgend hinzugegeben,
um den Druck in dem Gefäss auf einen Gesamtdruck von 4,34 kg/cm² (62 psi) zu erhöhen.
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Die Produktausbeute war 31 % 4,4'-α,α(Dimethylbenzyl)diphenylcarbonat.
Wie durch dieses Beispiel gezeigt wird, erhöht der Einschluss eines Molekularsiebes
merklich die usbeute an aromatischem Carbonat, wie die 400 -ige Verbesserung der
Ausbeute in diesem Beispiel im Gegensatz zu der tusl)eute von Beispiel III zeigt.
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In einer bevorzugten -tusffihrungstorm der vorliegenden Erfindung,
die in den Beispielen VII, VIII und XII beschrieben ist, wurde das Verfahren der
Erfindung durch Verwendung eines Mangan- oder Kobaltkomplex-Katalysators durchgeführt.
Es wurde gefunden, dass die 4usführungsPorm, die der Gegenstand der gleichzeitig
eingereichten Deutschen Patentanmeldung (mein Zeichen 4370 -RD-9368) ist, verbesserte
Ergebnisse liefert, und die Offenbarung wird in die vorliegende 4nmeldung aufgenommen,
obgleich sie für die Brauchbarkeit dieser Erfindung nicht wesentlich ist.
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Beispiel VII Herstellung von 4,4'(α,α-Dimethylbenzyl)diphenylcarbonat
unter Verwendung von p-Cumylphenol, Kohlenmonoxid, des 2,2,6,6-N-Pentamethylpiperidins
und eines Pa lladiumbron id-Komplexes mit Bis(benzoinoxim)mangan(II) und einem Molekularsieb.
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Ein Reaktionsgefäss wurde mit 2,12 g (0,010 Mol) p-Cumylphenol, 0,030
g (0,00010 Mol) Palladiumbromid, 0,051 g (0,00010 Mol) Bis(benzoinoxim)mangan(II),
0,155 g (0,0010 Mol) der 2,2,6,6,N-Pentamethylpiperidin-Verbindung, 30 ml Methylchorid
und 2,0 g eines Lindy Union Carbide 3A Molekularsiebes, das bei 2000C im Vakuum
aktiviert worden war, beschickt. Das verwendete Molekularsieb von Typ 3A ist ein
kommerzielles Produkt von Union Carbide Corporation, das aus Molekularsieben vom
Typ 4 E durch Ionenaustausch von etwa 75ry der Natriumionen durch Kalium hergestellt
worden war.
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Kohlenmonoxid und Luft wurden langsam 18 Stunden lang durch die Reaktionsgefässmischung
bei Raumtemperatur perlen gelassen.
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Gaschromatographie zeigte das Vorhandensein von 0,495 g (22,2 % Umwandlung)
des 4,4'-(α,α-Dimethylbenzyl)diphenylcarbonats an. Nach 44 Stunden enthielt
das Reaktionsprodukt 1,23 g (55 % Umwandlung) des aromatischen Carbonats.
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Beispiele VIII bis XV Dem allgemeinen Verfahren des Beispieles VII
folgend, das oben beschrieben wurde, wurde eine Reihe von Reaktionen durchgeführt,
wobei verschiedene Oxidationsmittel für die Herstellung von aromatischen Carbonaten
in Anwesenheit von Nfolekularsieben verwendet wurden. In der nachfolgenden Tabelle
I sind die Reaktionsparameter und Produkte zusammengefasst angegeben, d.h. die Molanteile
des Elements der Gruppe VIIIB: Oxidationsmittel : phenolischer Reaktionsbestandteil
: Base, die prozentuale Umwandlung des phenolischen Reaktionsbestandteils in aromatisches
Carbonat, die Reaktionszeit und der Umwandlungswert.
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In all den Beispielen war der phenolische Reaktionsbestandteil p-Cumylphenol
und die Base war 2,2,G,6,N-Pentamethylpiperidin.
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Das Element der Gruppe VIIIB war in den Beispielen VII,- VIII, IX
und XIII Palladium(II)dibromid und in den Beispieln X, XI und XII Palladium(I)monocarbonylmonobromid.
Das in jedem Beispiel verwendete Oxidationsmittel ist in Tabelle I angegeben.
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Beispiel XIV war ein Kontrollbeispiel analog dem Beispiel VII mit
der Ausnahme, dass das Element der Gruppe VIIIB von der Reaktion ausgeschlossen
und die Reaktionszeit ausgedehnt wurde.
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Folglich ist es kein Beispiel der Erfindung.
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Tabelle I Molverhältnisse Beisp. Redox-Komponente Gruppe Redox- phenoli-
Prozen- Reaktions- Umwand-No. VIIIB : Kompo- : scher Reak- : Base tuale zeit lungsnente
tionsbe- Umwand- (h) wert standteil lung (%) VII Mn(II)(benzoin- 1 3 100 20 96 44
54 oxim)2 VIII Mn(II)(benzoin- 1 1 100 10 55 44 95 oxim)2 IX (C4H9N)2Mn(II)Br4 1
3,5 100 35 20 über Nacht 19 X Mn(II)Br2.4H2O 1 10 100 100 20 165 19 XI Cu(I)Br 1
10 100 20 21 110 20 XII Co(salen)pyridin+) 1 3 100 15 90 192 89 XIII VBr 3 1 3 100
15 1,7 72 0,7 XIV Mn(II)(benzoin- 0 3 100 20 nicht nach- 168 0 oxim)2 weis weisbar
+) englisch: Co(salen)pyridine
Beispiel XV Herstellung eines Polycarbonats
von Bisphenol-1 durch Kontakt tieren von Bis(4-hydroxypenyl)propan-2,2, Kohlenmonoxid,
Mangan-(II)bis(benzoinoxim), 2,2,6,6,N-Pentamethylpiperidin, Palladium (II)dibromid,
Sauerstoff, Molekularsieb Typ 3R und Luft.
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Ein fjg ml Dreihalskolben wurde mit 1,56 g (20,0 mMol) Bisphenol-.4,
0,62 g (4,4mMol) 2,2,6,6,N-Pentamethylpiperidin, 0,06 g (0,20 mMol) Palladium(II)dibromid,
0,80 g (0,60 mMol) Mangan(II) bis(benzoinoxim), 4 g Molekularsieb Typ 32 und 30
ml Methylenchlorid beschickt. Kohlenmonoxid und Luft wurden 42 Stunden lang durch
die Lösung hindurchgeleitet. Fllissigkeitschromatographie mit Phasenumkehr zeigte
das Vorhandensein von Bisphenol-A und Bisphenol-A-Dimeren, -Trimeren, -Pentameren
und höheren Oligomeren. Es wurden zusätzlich 0,06 g (0,70 mMol) Palladium(II)dibromid
hinzugegeben und die Reaktion wurde fortgesetzt. Das Zahlenmittel- mittlere Molekulargewicht
Mn des Polycarbonats wurde auf 2&00 mit etwa einer 10%igen Ausbeute (englisch:
10% recovery) geschätzt. Dieses Beispiel zeigt und erläutert die Brauchbarkeit des
erfindungsgemässen katalytischen Verfahrens für die Herstellung von Polycarbonaten
von Bisphenol-\.
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Obgleich in den obigen Beispielen verschiedene lbwandlungen und Änderungen
dargestellt wurden, die ei der ausführung des Verfahrens nach der Erfindung gemacht
werden können, ist dem Fachmann klar, dass andere Metalle der Gruppe VIIIB, phenolische
Verbindungen, Liganden, Oxidationsmittel, Redox-Komponenten und Lösungsmittel sowie
auch andere Reaktionsbedingungen verwendet werden können, ohne dass der Umfang der
Erfindung verlassen wird.