DE2914496C3 - Verfahren zur Herstellung von olidomeren Iminoalanen mit einer dreidimensionalen offenen Käfig-Struktur - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von olidomeren Iminoalanen mit einer dreidimensionalen offenen Käfig-StrukturInfo
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Description
in der R ein aliphatischen aromatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffrest und η eine ganze
Zahl < 10 bedeutet (DE-AS 25 29 3£7).
Diese Verbindungen sind durch eine dreidimensionale Struktur eines »geschlossenen Käfigs« gekennzeichnet, die entsteht durch Kondensation von
4gliedrigen Ringen (HA1NR)2 (III) und/oder ögliedrigen
Ringen (HAlNR)3 (IV).
HAI—NR
I I
RN-AlH
/ \
(III)
45
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von oligomeren Iminoalanen mit einer dreidimensionalen offenen Käfig-Struktur der Formel
NR
\ / \
HAI AlH-
I I
RN NR -
/ \ /
AlH
(IV)
[(HAlN- R'—XR^(HjAINH- R'-
(D
Beispiele hierfür sind das Tetramere (HAlNR)4 (V)
und das Hexamere (HAlNR)6 (VI).
in der 55 \ /
aliphatischen Kohlenwasserstoffrest, der gegebenen- R
falls arylsubstituiert ist, mit I bis 20 Kohlenstoffatomen, N
b) einen zweiwertigen cycloaliphatischen Kohlenwas- N-
serstoffrest, der gegebenenfalls alkyl- oder aryl- mi
substituiert ist, c) einen zweiwertigen aromatischen, gegebenenfalls alkyl-substituierten, Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen,
X ein Stickstoff- oder Sauerstoffatom,
R" a) einen linearen oder verzweigten, gegebenenfalls bi
aryl-substituierten, Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis Al N
oder aryl-substituierten, cycloaliphatischen Kohlenwas- H
N-R
Al
Beispiel für derartige Verbindungen sind das Tetramer (XI) und das Hexamer (XII)
(VI)
2. Verfahren zur Herstellung von oligomeren
N-Alkj'!aminoalanen der Formel
[(HAINR)x(H2AINHR),]
(VII)
in der R einen aliphatischen, aromatischen oder cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest bedeutet und die
Summe x+y=n ist, wobei η eine ganze Zahl
<10 ist (DE-AS 25 29 330).
Diese Verbindungen sind gekennzeichnet durch eine 3-dimensionale Struktur eines »offenen Käfigs«, die
erhalten worden ist durch Kondensation der oben erwähnten Ringe III oder IV mit 4 bzw. 6 Gliedern mit
Amineinheiten >h2Al-NHR< (VIII) und/oder mit
4- und/oder 6gliedrigen Ringc-n der !-"ormel IX oder X.
10
15
20
25
30
I
HAI—NHR
-RN-AlH2
(IX)
35
40
(XI)
(XII)
NR
HAI AIH2-
RN NHR-
/ \ /
AIH
Entsprechend den oben angegebenen Patentschriften werden die Verbindungen der Formeln II und VII
erhalten durch Umsetzung von Komplexen von Aluminiumhydrid mit primären Aminen (Reaktion a)
oder Alanaten von Alkali- oder Erdalkalimetallen mit Hydrohalogeniden von primären Aminen (Reaktion b):
JHAINR)n +In H2 + nL
a) πΑ1Η3 · L + nRNH2 -/ (I1)
[(HAINRUH2AlNHRg + (2x + y)H2 + π L
b) rtHAIHt + nRNH2
[(HAINR)x(H2AINHR),]
(VII)
(VII)
2>>)H2 + nHY
wobei L eine Lewis' Base wie ein Äther, ein tertiäres einer »offenen Käfig«-Struktur (VII) je nach den Reak-
oben angegebene Bedeutung haben und Y ein Halo- 65 Zum Beispiel führt die Anwendung von mäßigen
genatom ist Reaktionstemperaturen (im allgemeinen unter 400C)
Es sind zwei weitere Verfahren bekannt zur Herstellung
von Poly-(N-allcyliminoalanen), bei denen
metallisches Aluminium als Ausgangsverbindung angewandt wird
Entsprechend dem ersten dieser Verfahren (DE-AS 24 56 600) wird das Alanat eines Alkali- oder Erdalkalis
umgesetzt mit einem primären Amin (Reaktion c) unter
Bildung von Poly-(N-alkyliminoalan) unter Abscheidung
des Alkali- oder Erdalkalihydrids, das wieder durch Umsetzung mit metallischem Aluminium (Reaktion
d) in das Alanat umgewandelt werden kann, so daß als Endergebnis dieser beiden Reaktionen, ausgehend
von Aluminium und Amin (Reaktion e) Poly(N-alkyliminoalan) entsteht:
>(HAINR)„
c) H
d) nMH +hAI
e) HAI + HRNH2
(HAlNR), + n/2H2
wobei M = Li, Na, K oder ähnliches wie 1/2 Mg, 1/2 Ca
ist und η die oben angegebene Bedeutung hat
Die direkte Synthese von Poly-(N-alkyliminoalanen)
in einer einzigen Stufe in Übereinstimmung mit der Reaktion e) konnte ebenfalls erreicht werden unter
Anwendung von beispielsweise kleinen Mengen an MAIH4 als Aktivator (GB-PS 15 03 925).
In jedem Falle entstehen bei Anwendung von primären Aminen RNH2, wobei R ein Alkyl-, Aryl- cder
Cycloalkylkohlenwasserstoffrest ist, bei den Reaktionen
c) und d) Produkte mit einer geschlossenen Käfig-Struktur der Formel H.
Die praktische Anwendung von N-Alkyliminoalanen
und einigen Derivaten davon wurde gründlich untersucht (S. Cucinella, Chim. Ind. (Milan) Bd. 59, (1977), S.
696.
Bei der Untersuchung dieser praktischen Anwendungen hat es sich gezeigt, daß chemische oder strukturelle
Modifikationen der PoIy-(N-alkyliminoalane) zu deutlichen Veränderungen ihrer Aktivität führen. Zum
Beispiel wird bei der Polymerisation von Isopren mit binären Systemen von PoIy-(N-alkyliniinoalanen)-TiCl4
bei Anwendung von Po]y-(N-alkylinu*noalanen)
mit einem Verhältnis Hydridwasserstoff: Aluminium >
1 eine höhere Ausbeute an 1,4-cic-Poly-isopren erhalten
im Vergleich mit den bei der Anwendung von Poly-(N-alkyliminoalanen) mit einem Verhältnis
Hydridwasserstoff: Aluminium = 1 erhaltenen Produkten.
(A. Balducci, M. Bruzzone, S. Cucinella, A. Mazzei,
Rubber Chem, Technol, Bd. 48, (1975), S. 736.
ίο Daraus geht hervor, wie wichtig solche Synthesen
sind, die die Bildung von Poly-(N-alkyliminoalanen) mit
einer offenen Käfig-Struktur ermöglichen, die einen Gehalt an Hydridwasserstoff besitzen (Haktiv/Al
> 1) der größer ist als bei den entsprechenden Verbindungen mit
is einer geschlossenen Käfig-Struktur (Haknv/Al=I).
In diesem Zusammenhang wurde versucht, die Synthese von Poly-(N-alkyliminoalanen) in dem Sinne
zu verbessern, daß man Verbindungen mit einer offenen Käfig-Struktur nach einfachen Verfahren erhält, die
sich vun den bekannten aufwendigen Verfahren nach
den Reaktionen a) und b) un irrscheiden, bei denen
Hydridwasserstoff und Alkali- oder Erdalkalimetalle
verloren gehen und eine Trennung erforderlich ist
Es ist zu betonen, daß, soweit bisher bekannt, die in
den Reaktionen c) und d) angegebenen Verfahren ausgehend
von verschiedenen primären Aminen RNH2, wobei R eine Alkyl-, eine Aryl- oder eine Cycloalkylgruppe
ist, in jedem Falle zu Poly-(N-aIkyIiminoalanen)
der Formel II führen und damit zu einer dreidimensio-
nalen geschlossenen Käfig-Struktur.
Es hat sich nun erfindungsgemäß gezeigt, daß es möglich ist, auf ganz ähnliche billige Weise PoIy-(N-alkyUminoalane)
mit einer offenen Käfig-Struktur zu erhalten, ausgehend von Alanaten von Alkali- oder
Erdalkalimetallen, gegebenenfalls in Gegenwart von metallischem Aluminium mit einem Amin, wenn man
ein primäres Amin einsetzt, das eine Gruppe -X —R"/n- enthält in der X, R" und m die oben
angegebene Bedeutung haben.
Diese Synthese wird gemäß dem folgenden Reaktionsschema durchgeführt:
wobei
M =: Li, Na, K, ..., Mg/2, Ca/2 und
—R'—XR^)i—(H2AlNH-R'-
ist.
+zMH
g)
wobei
zH2N—R'—
5 - 2 ist·
[(HAIN—R'—XR^),—(H2AlNH-R'-XR^] + qH2
Die bei dieser Synthese erhaltenen Produkte sind, wie oben angegeben, Verbindungen mit einer dreidimensionalen
offenen Käfig-Struktur, die einen wesentlichen Beitrag zu einer verbesserten Aktivität,
z. B. bei Polymerisationsverfahren liefert.
Die Reaktionen können in Kohlenwasserstoffen und Äthern als Lösungsmittel bei einer Temperatur
zwischen O0C und der Zersetzungstemperatur des Produktes durchgeführt werden.
Bei der Reaktion f) ist es bevorzugt, beim Siedepunkt des Lösungsmittels zu arbeiten und es ist ebenfalls
bevorzugt, einen Überschuß an MAIH4 anzuwenden.
Bei der Reaktio.i g) liegt die bevorzugte Temperatur
im Bereich von 90 bis 15O0C. In diesem Falle ist es erforderlich unter Wasserstoffatmosphäre zu arbeiten
und vorzugsweise in Gegenwart eines Aktivators.
Der Wasserstoffdruck kann von 1 bis 1000 bar
Der Wasserstoffdruck kann von 1 bis 1000 bar
variieren unJ liegt vorzugsweise zwischen 100 und 200 bar.
Der Aktivator wird ausgewählt aus den Alkalimetallen, ihren Hydriden, Erdalkalimetallen und ihren
Hydriden, Alanaten von Alkali- und Erdalkalimetallen
Alkyl- oder Amidderivaten von Metallen der zweiten und dritten Gruppe, z. B. Magnesium- oder Aluminiumalkylverbindungen,
Derivaten von Aluminiumhydrid oder insbesondere dem Reaktionsprodukt selbst
Der Aktivator wird zweckmäßig in einer Menge angewandt, die gleich oder kleiner als 5 Mol.-%, bezogen
auf das Amin ist.
Es ist auch zweckmäßig, einen Überschuß an Aluminium anzuwenden: Im Falle eines großen Überschusses
kann dieser auch für die anschließende
Synthese ohne weitere Aktivatorzugabe angewandt werden.
Im allgemeinen werden die offenen Käfig-Strukturen der Formel I beim längeren Erhitzen in die entsprechenden
geschlossenen Käfig-Strukturen nach der Gleichung h) umgewandelt.
h) [(HAIN —R'
XR^](H2AINH
(I)
»(HAIN
P(III)
Eine derartige Umwandlung kann auch erreicht werden, indem man direkt das Reaktionsgemisch von f)
oder g), das das Produkt I erhall, ohne Abtrennung des letzteren einer längeren Erhitzung unterwirft.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Iminoderivate der Formel (I) sowie die Verbindungen der Formel (I) sowie
die Verbindungen der Formel (XIII) können mit Lewis-Basen
Komplexe bilden.
Sie sind darüber hinaus wirksame Komplexierungsmittel
für andere Hydridmoleküle, die den Charakter einer Lewis-Säure besitzen, wie Hydride der Metalle
der dritten Gruppe (MHi) (M = B, Al oder Ga) oder deren Derivate unter Bildung von Bindungen der
Formel
- xr:
MH,
die durch die basische Natur von X ermöglicht werden.
Die Hydridwasserstoffatome können entweder teilweise oder vollständig durch andere Liganden, wie
Halogenatome, Alkylgruppen oder Aikoxygruppen ersetzt sein durch Umsetzungen, die für die PoIy-(N-alkyliminoalane)
bekannt sind. (S. Cucinella. Chim. Ind. (Milan) Bd. 59, (1977), S. 696.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Iminoderivate und ihre Komplexe mit Lewis-Basen oder mit Hydrid- oder
Alkylderivaten anderer Metalle können vorteilhaft angewandt werden:
a) als stöchiometrische Reaktionspartner für Hin
Hydrierung organischer funktioneller Gruppen.
b) als Komponenten von Hydrierungskatalysatoren, zusammen mit Derivaten von Übergangsmetallen
c) als Polymerisationskatalysatoren entweder allein oder zusammen mit Derivaten von Übergangsmetallen zur Polymerisation oder Copolymerisation
von Monoolefinen, Diolefinen und funktioneilen ungesättigten Monomeren.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:
Unter Stickstoffatmosphäre wurden in einen 250-ml-Kolben
2,51 g (68 mMol) LiAIH4 in 100 ml Toluol
gegeben. Durch einen Tropftrichter wurden 40 mMol 1 DimethyIamin-2-amino-propan
in 50 ml Toluol zugegeben.
Das Reaktionsgemisch wurde dann bei der Rückflußtemperatur des Lösungsmittels gerührt bis das Verhältnis
N/Al in der Lösung ungefähr 2 betrug. Gegebenenfalls wurde die Lösung filtriert, die Toluollösung
unter vermindertem Druck eingedampft und der erhaltene Rückstand im Vakuum getrocknet und
analysiert. Man erhielt 4,2 g.
Gefunden:
Al = 20.9%: N =20,8%: Hakm = 11.30 mÄq/g;
entsprechend:
N/Al=1.92und HJkm/AI= 1.46.
Die Analyse zeigt die Bildung eines Oligomeren mit einer offenen Struktur an. entsprechend etwa einer
Formel:
(XVIi
für die folgende Werte berechnet wurden:
Al = 20.9%: N = 21.7%: H,km = 11.62 mÄq/g.
Al = 20.9%: N = 21.7%: H,km = 11.62 mÄq/g.
Die Bildung einer tetrameren offenen Käfig-Struktur wie sie der chemischen Analyse entspricht, wird bestätigt
durch die Ergebnisse der physikalischchemischen Untersuchungen.
Tatsächlich wird das Massenspektrum bestimmt durch Ionen, die dem Tetramer
(M = 512) zugeordnet werden können, wie sie aus der
entsprechenden offenen Käfig-Struktur des Tetramers unter den Versuchsbedingungen entstehen. Genau
wurden Ionen mit m/e=511 beobachtet, entsprechend
(M-H)+ und Ionen von m/e=454, abgeleitet von dem
fwoiekuiarion durch Verlust eines Restes
-CH2N(CHj)2.
,η Neben dem überwiegenden Vorliegen der tetrameren
Struktur zeigt das Massenspektrogramm auch geringe Mengen an Pentameren.
Das 'HNMR-Spektrum in Benzol steht in Übereinstimmung
mit der Bildung einer tetrameren offenen Käfig-Struktur der Formel XVI. da Singuletts bei τ 7,7
und τ 7,5 beobachtet wurden mit einer relativen Intensität von etwa ! : 1, die den geminalen Methylgruppen
N(CH3)2 der Gruppen
NCH(CH3CH2N(CH3),
bzw.
zugeordnet werden können.
Das iR-Spektrum in Nujoi zeigt stark verbreiterte
rAIH Banden bei ungefähr 1690cm-'.
ίο
Ein I-Liter-Autoklav aus korrosionsfreiem Stahl, der mit einem Magnetrührer vom Ankertyp versehen
war und voriier evakuiert worden war, wurde mit 16OmMoI pulverförmigem Aluminium, 4 mMol
NaAIH«, 9OmMoI l-Dimethylamin-2-propylamin in
insgesamt 300 ml Toluol beschickt.
U: den Autoklaven wurde Wasserstoff eingeleitet und das Reaktionsgemisch ungefähr 18 h bei 140°C unter
einem Druck von 160 bar gerührt. Nach dem Abkühlen und Ablassen des Druckes wurde der Autoklav entleert.
Der Inhalt wurde zum Abtrennen des überschüssigen Aluminiumpulvers filtriert und die Toluollösung unter
vermindertem Druck eingedampft: Man erhielt einen Feststoff, der im Vakuum getrocknet und analysiert
wurde.
gefunden: Al = 20,9%; N = 20,6%; HA1I, = 11,53 mÄq/g
entsprechend: N/Al = 1.9 und H.4H,/AI = 1.49.
her. für [HAINCH(CM1K H2N(CILj2 ]2[H2AINH( H(CH1)CH2N(CH1I2I1
Al = 20.9%; N = 21.7%; H1
11.62 mÄq/g
Die Ausbeute war quantitativ, bezogen auf das eingesetzte Amin. Die physikalisch-chemischen Unter-
«iiiihiingpn (Ma\sen«;neklrnmetrie. 'HNMR-Snektrum)
bestätigten die Bildung eines Tetrameren mit offener Käfig-Struktur aufgrund der in Beispiel 1 angegebenen
F.rgebnisse. Das IR-Spektrum in Nujol zeigte eine etwas verbreiterte ν AlH Bande mit einer Spitze bei ungefähr
1650 cm ' und einer Schulter bei ungefähr 1750cm '.
Es wurde nach dem gleichen Verfahren und unter Anwendung der gleichen Ausganßssubstanzen gearbeitet
wie im Beispiel 2, jedoch unter Verwendung von Diäthyläther anstelle von Toluol und Durchführung der
Reaktion bei 1000C und 130 bar. Nach Beendigung der
Reaktion durch Abdampfen des Äthers erhielt man ein festes Produkt, das unter Vakuum getrocknet und
analysiert wurde.
gefunden: Al = 21.3%; N = 21.7%; ΗΛι1ν = 10.40 mÄq/g
entsprechend: N.Al =1.97; HAliY/AI = 1.32
her. für |[HAlNCH(CH,)CH2N(CH3)2]3tH2AINHCH(CH,)CH2N(CHO2]J
Al = 21,05%: N = 21,8%: H^, = 9.73 mÄq/g
(XVII)
Die Ausbeute war quantitativ, bezogen auf das eingesetzte Amin. Ebenso stehen die spektroskopischen
Ergebnisse in Übereinstimmung mit der Bildung einer tetrameren Struktur neben Spuren einer pentameren
Struktur.
Das 'HNMR-Spektrum in Benzol steht in Übereinstimmung
mit der Bildung einer tetrameren offenen Käfig-Struktur der Formel XVII. Es wurden Singuletts
bei r 7,7 und r 7,5 mit einer relativen Intensität von nahezu 3 : 1 beobachtet, die den geminalen Methylgruppen
In(CHj)2 der Gruppen NCH(CHj)CH2 N(CHj)2
bzw. NHCH(CH3)CH2N(CHj)2 entsprechen.
Das IR-Spektrum in Nujol zeigte eine verbreiterte Absorptionsbande ν AIH mit einem Maximum bei
ungefähr 1750cm~' und einer Schulter bei ungefähr
1650 cm '.
Ein 1-Liter-Autoklav aus korrosionsfreiem Stahl, der
mit einem ankerförmigen Magnetrührer versehen war und vorher evakuiert worden war. wurde mit 200 mMol
pulverförmigem Aluminium. 5 mMol NaAIHi und 12OmMoI l-Amino-3-dimethylamino-propan in insgesamt
250 ml Toluol beschickt. In dem Autoklaven wurde ein Wasserstoffdruck erzeugt und das Reaktionsgemis.i.h
36 h bei 1450C unter einem Druck von 165 bar gerührt.
Druckes wurde der Inhalt ausgeleert, das Toluol unter vermindertem Druck abgedampft und ein Feststoff
erhalten, der unter Vakuum getrocknet und analysiert wurde.
gefunden: Al = 19,9%: N = 19.8%; ΗΛΗν = 10.1 mÄq/g
entsprechend: N/Al =1.92; ΗΛιίΥ Al = 1,37
ber. für J[HAlN-(CH2)3 — N(CHj)2]^[H2AINH-(CH2J3N(CHj)2J2
Al = 21,0%; N = 21,8%; ΗΛιίτ = 10,36 mÄq/g
Die Reaktionslösung enthielt ungefähr 30% des so gebildeten Produktes und der Rest wurde als Feststoff
zusammen mit dem überschüssigen Aluminiumpulver gewonnen, von dem er durch Extraktion mit Toluol
abgetrennt werden konnte. Die physikalisch-chemischen
Untersuchungen zeigten, daß überwiegend Kexamer entstanden war. Das Massenspektrum wurde
bestimmt durch Ionen, die dem Hexamer
[HAIN—(CH2)3—N(CH3^]6
(M = 768) zugeschrieben werden können. Das aus dem entsprechenden Hexamer mit offener Käfig-Struktur unter den Versuchsbedingungen entstanden ist: Genauer wurden neben dem Molekularion bei mle 768 Ionen bei mle 767 entsprechend (M — H)-1- und mle 710 abgeleitet von dem Molekularion durch Verlust des Restes -CH2N(CHj)2 beobachtet
(M = 768) zugeschrieben werden können. Das aus dem entsprechenden Hexamer mit offener Käfig-Struktur unter den Versuchsbedingungen entstanden ist: Genauer wurden neben dem Molekularion bei mle 768 Ionen bei mle 767 entsprechend (M — H)-1- und mle 710 abgeleitet von dem Molekularion durch Verlust des Restes -CH2N(CHj)2 beobachtet
Neben dem überwiegenden Vorliegen der hexameren Struktur zeigte das Massenspektrum auch die
Bildung von Spuren eines Heptameren. Das IR-Spsktruii?
in Nujo! zeigte eine verbreiterte ν Al-H
Absorption mit einer Spitze bei ungefähr 1780 cm-'.
Umwandlung eines erfindungsgemäß erhaltenen Iminoalans in ein solches mit »offener Käfig-Stniktur«
Das im Beispiel 2 angegebene offene Tetramer kann
durch Erhitzen in das geschlossene Tetramer
[HAINCH(CHi)CH2N(CH3)J]4
umgewandelt wet Jen.
2 g der in Beispiel 2 angegebenen Verbindung wurden in ungefähr 50 ml Toluol gelöst und die Lösung
6 h unter Rückfluß erhitzt. Die Lösung wurde zur Entfernung einer Trübung filtriert und unter vermintlertem Druck eingedampft und das so erhaltene Produkt
unter Vakuum getrocknet und analysiert.
gefunden:
Al = 19,8%; N = 19,9%; ΗΛ,,, = 7,7 mÄq/g
l I 94 H 7Al — I OS
Al = 21,1%; N = 21,9%; H-111, = 7,8 mAq/g
In Übereinstimmung mit der Bildung einer offenen Käfig-Struktur zeigt das 'HNMR-Spektrum in Benzol
ein einziges breites Signal für die geminalen Methylgruppen -N(CH3)? bei ν 7,7. Das NMR-Spektrum in
Nujol zeigte eine Absorptionsbande ν Al — H mit einer
definierten Spitze bei 1750 cm '. Das Massenspektrogramm bestätigte die Bildung der tetrameren Struktur
(m/e=5l 1, 454).
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung von oligomeren
N-Alkyliminoalanen der Formel
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