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Beschreibung
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Diese Erfindung bezieht sich auf tert. -Octylhydrazin (d.h.
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1,1,3,3-Tetramethylbutylhydrazin), tert.-Octylhydrazinsalze und tert.-Octylhydrazinderivate
und insbesondere auf die Herstellung neuer tert.-Octylhydrazone, ihre Hydrolyse
zu tert.-Octylhydrazinsalzen, die Neutralisation der Salze zur freien Base tert.
-Octylhydrazin und die Umwandlung der freien Base zu anderen Derivaten wie sauren
Salzen, Hydrazonen, Hydraziden, Semicarbaziden, Carbazaten oder Sulfonylhydraziden.
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Nach dem besten Wissen der Anmelderin ist tert.-Octylhydrazin (d.h.
1,1,3,3-Tetramethylbutylhydrazin) vor dieser Erfindung niemals erfolgreich hergestellt
worden. Von einem seiner Salze oder Derivate wurde ebenfalls nicht berichtet.
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Die bekannten tert.-Octyl-tert.-alkyldiazene können jedoch nicht zu
tert.-Octylhydrazonen isomerisieren (J.W. Timberlake, M.L. Hodges und A.W. Garner,
Tetrahedron Lett.
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S. 3843, 1973; J.W. Timberlake, J. Alender, A.W. Garner, M.L. Hodges,
C. Ozmeral, S. Szilagyi, J. Org. Chem. 46.
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S. 2082, 1981).
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Es ist in der Literatur bekannt, daß sec.-Alkylazoverbindungen beim
Erhitzen isomerisieren können. Corley und Gibian berichten, daß sec.-Aralkylazo-Verbindungen
in chlorierten Lösungsmitteln zu Hydrazonen isomerisieren (R. Corley und M. Givian,
J. Org. Chem. 37, S. 2910, 1972).
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Die Erfindung bezieht sich auf tert.-Octylhydrazin (I)
ein neues monosubstituiertes sterisch gehindertes tert. -Alkylhydrazin. Wegen des
sperrigen tert.-Octylsubstituenten war es nicht möglich, diese Verbindung nach herkömmlichen
Methoden zu synthetisieren, und deshalb wurde sie auch vor dieser Erfindung nicht
hergestellt.
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Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf neue saure Salze von tert.-Ocylhydrazin
mit der allgemeinen Formel II
worin n den Wert 1 oder 2 hat. Wenn n den Wert 1 hat, dann ist A aus HCl, HBr, H2SO4,
H3PO4,
ausgewählt, wobei R aus H, CH3, C2Hs, C3H7, i-C3H7 und C6H5 ausgewählt ist. Wenn
n den Wert 2 hat, dann ist A aus H2S04,
ausgewählt.
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Die Erfindung betrifft auch neue tert.-Octylhydrazone der allgemeinen
Formel III
worin R1 und R2 unabhängig voneinander aus Alkyl oder substituiertem
Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, cycloaliphatischen
Gruppen mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 3 bis 7 Kohlenstoffatomen,ausgewählt
sind oder miteinander ein Alkylendiradikal mit 3 bis 11 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise
4 bis 7 Kohlenstoffatomen, bilden können.
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R1 kann auch die Bedeutung Wasserstoff haben und R2 kann auch Phenyl
oder substituiertes Phenyl mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 6 bis 10
Kohlenstoffatomen, sein.
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Die Erfindung umfaßt auch neue Derivate von tert.-Octylhydrazin der
allgemeinen Struktur IV und V
worin Y aus
ausgewählt ist und Z aus
ausgewählt ist, R3 aus Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatommen,
Aryl oder substituiertem Aryl mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen, Cycloalkyl mit 3 bis
8 Kohlenstoffatomen oder Aralkyl mit 7 bis 9 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist, R4
und R5 unabhängig voneinander aus Wasserstoff, Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen,
Aryl oder substituiertem Aryl mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen, Aralkyl mit 7 bis
9 Kohlenstoffatomen und Cycloalkyl mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen ausgewählt sind
oder miteinander ein Alkylenbiradikal mit 4 bis 7 Kohlenstoffatomen bilden können,
R6 aus Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, Cycloalkyl mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen,
Alkylcycloalkylalkyl mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen oder Aryl mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen,
Alkylaralkyl oder einem Aralkylaryldiradikal mit 8 bis 15 Kohlenstoffatomen ausgewählt
ist und R6 gegebenenfalls Ätherbrücken im Skelett enthalten kann und R7 für Biphenylen
steht.
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Tert.-Octylhydrazin (I), ein außergewöhnliches monosubstituiertes
sterisch gehindertes tert.-Alkylhydrazin, ist ein sehr geeignetes Zwischenprodukt
zur Herstellung von Tieftemperatur-Azoverbindungen. Die tert.-Octylgruppe hat einen
deutlichen Einfluß auf die Verringerung der Halbwertzeit von Azoalkanen und asymmetrischen
Azonitrilen.
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Bei der Herstellung eines Gemisches von unsymmetrischen und symmetrischen
Diazenen werden zuerst mindestens zwei primäre Alkyl-, Cyloalkyl- oder Aralkylamine
in einem wasserfreien inerten Lösungsmittel mit Sulfurylchlorid umgesetzt, bis das
Gemisch der N,N'-disubstituierten Sulfamidprodukte gebildet ist. Durch Waschen mit
Wasser werden die Aminhydrochlorid-Nebenprodukte entfernt. Das Gemisch der Sulfamide
wird mit einem basischen Bleichmittel in einem stark basischen
Medium
oxidiert, um das Gemisch von Diazenen herzustellen.
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Wird ein primäres Amin mit einem sekundären Alkylrest mit niedrigem
Molekulargewicht, wie Isopropylamin, in Verbindung mit tert.-Octylamin bei diesem
Verfahren eingesetzt, dann wird das niedrig siedende symmetrische Diazen während
des Aufarbeitens verdampft und ein Gemisch von Di-tert.-octyldiazen und dem unsymmetrischen
Diazen mit dem unsymmetrischen Diazen als Hauptkomponente bleibt zurück. Diese unsymmetrischen
tert.-Octyl-sec.-alkyl-(oder primäralkyl)diazene sind ebenfalls neue Verbindungen.
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Das Gemisch der Diazene wird in einem chlorierten Lösungsmittel, wie
Chlorbenzol, Dichlorbenzol oder Trichlorbenzol auf 120-1500C erhitzt. Das Di-tert.
-octyldiazen zersetzt sich, wobei es Stickstoff, Diisobutylen und Diisobutan freisetzt.
Anstatt zu zerfallen, lagert sich das tert.-Octyl-sec.-alkyl- (oder primäralkyl)diazen
unerwartet zu tert.-Octylhydrazon um. In Gegenwart eines der symmetrischen sekundären
(oder primären) Azoalkane lagert es auch zu einem Hydrazon um. Um dieses Problem
auszuschalten, werden für die Sulfamidreaktion vorzugsweise Amine mit niedrigem
Molekulargewicht, wie Isopropylamin verwendet.
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Die unsymmetrischen Diazene lagern sich bis zu etwa 80 bis 90% innerhalb
von 1 bis 2 Stunden völlig um.
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Das tert.-Octylhydrazon kann mit verdünnter Schwefelsäure aus der
Chlorbenzollösung extrahiert werden. Das tert.-Octylhydrazon bildet mit Schwefelsäure
wasserlösliche Salze. Das tert. -Octylhydrazon kann mit Salzsäure teilweise aus
der Chlorbenzollösung extrahiert werden. Das tert.-Octylhydrazon bildet das Hydrochlorid,
welches
aber in der Chlorbenzollösung löslich ist und nur teilweise
in die wässrige Schicht geht. Es ist deshalb vorteilhaft, das tert. -Octylhydrazon
mit verdünnter Schwefelsäure aus der Chlorbenzolschicht zu extrahieren. Die Zerfallprodukte
des Di-tert.-octyldiazens und das nicht umgelagerte Diazen bleiben in der Chlorbenzolschicht
zurück. Die Chlorbenzolschicht wird abgetrennt und kann wieder mit frischem Diazengemisch
beladen und die Umlagerung wiederholt werden.
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Das tert.-Octylhydrazon erhält man durch Neutralisation der Schwefelsäurelösung.
Gewöhnlich wird ein kleiner Anteil hydrolysiert und das tert.-Octylhydrazon ist
mit etwas tert.-Octylhydrazin und dem entsprechenden Keton verunreinigt. Wird das
Gemisch unter Rückfluß erhitzt, so reagiert das freie tert. -Octylhydrazin mit dem
Keton unter Rückbildung des tert.-Octylhydrazons.
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Wird die Schwefelsäurelösung erhitzt, so wird das sich bildende Keton
durch Destillation, vorzugsweise unter vermindertem Druck, entfernt. Das tert.-Octylhydrazon
hydrolysiert vollständig zu einer wässrigen Lösung von tert.-Octylhydrazinsulfat.
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Durch Verdampfen des Wassers kann das reine Salz erhalten werden.
Die Hydrolyse wird vorzugsweise unter vermindertem Druck ausgeführt, um die Dealkylierung
von tert. -Octylhydrazin und Bildung von Hydrazinsulfat zu verhindern. Die Hydrolyse
von tert.-Octylhydrazonhydrochloriden kann in der gleichen Weise durchgeführt werden.
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Zur Herstellung des freien tert.-Octylhydrazins kann die tert.-Octylhydrazinsalzlösung
mit einer anorganischen Base wie Natrium- oder Kaliumhydroxid, -carbonaten oder
-bicarbonaten neutralisiert werden. Tert.-Octylhydrazin
ist schlecht
wasserlöslich und scheidet sich aus der Lösung als organische Schicht ab. Es kann
in Kohlenwasserstoff-Lösungsmitteln, wie Pentan oder Hexan, aufgenommen, getrocknet
und erhitzt werden, um das Lösungsmittel abzuziehen.
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Tert.-Octylhydrazin hat einen sehr unangenehmen und stechenden Geruch.
Deshalb ist es ratsam, es als saures Salz aufzubewahren. Die freie Base ist wahrscheinlich
toxischer als das saure Salz, so daß Arbeiten mit dem freien tert.-Octylhydrazin
mit Vorsicht ausgeführt werden sollten.
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Wenn das Diazengemisch ein symmetrisches Di-sec.-alkyl-(oder primäralkyl)diazen,
welches nicht vor dem Erhitzen der Diazenlösung in dem chlorierten Lösungsmittel
entfernt worden ist, enthält, so ist das tert.-Octylhydrazon mit dem entsprechenden
sec.-Alkyl-(oder primäralkyl)hydrazon verunreinigt, und das tert.-Octylhydrazin
ist mit einem kleinen Anteil an entsprechendem Primäralkyl(oder sec.-Alkyl)-hydrazin
verunreinigt. Wird Isopropylamin mit tert.-Octylamin bei der Sulfamidreaktion verwendet,
so ist dies kein Problem.
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Tert.-Octylhydrazin ist sehr nützlich als ein Zwischenprodukt für
Tieftemperatur-Azoverbindungen wie 2-tert.-Octylazo-2-cyanopropan als an Antioxidant,
als ein Antiozonmittel und als ein pharmazeutisches Zwischenprodukt.
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Die sauren Salze des tert.-Octylhydrazins (II) werden durch Reaktion
von tert.-Octylhydrazin mit einer äquimolaren Menge der gewünschten Säure leicht
hergestellt.
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Dies kann in einer wässrigen Lösung ausgeführt werden, wobei in den
meisten Fällen eine wässrige Lösung des Salzes erhalten wird. Die Säure kann auch
zu einer Lösung
von tert.-Octylhydrazin in einem Kohlenwasserstoff,
vorzugsweise Pentan oder Hexan, zugegeben werden. Der Kohlenwasserstoff wird abgezogen
und das Salz bleibt zurück.
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Die Hydrochlorid- oder Sulfatsalze können auch durch Reaktion von
tert.-Octylhydrazonen mit einer äquimolaren Menge der Säure und durch Abziehen des
Ketons wie oben beschrieben hergestellt werden.
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Die Salze sind nicht nur eine bequeme Form zur Lagerung der sauerstoffempfindlichen
tert.-Octylhydrazine, sondern auch brauchbare Verschäumungsmittel für die Herstellung
von Polyesterharzen nach dem in der US-PS 4 393 148 beschriebenen Verfahren.
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Die tert.-Octylhydrazone (III) werden im allgemeinen durch Reaktion
von tert.-Octylhydrazin (I) mit einem Keton oder Aldehyd hergestellt. Mit den meisten
aliphatischen Ketonen und Aldehyden wird die Reaktion für gewöhnlich folgendermaßen
ausgeführt: Eine wässrige Lösung von tert. -Octylhydrazinsulfat (oder -hydrochlorid)
wird neutralisiert, eine äquimolare Menge des Keton oder Aldehyds wird zugegeben,
und das wässrige Gemisch wird für etwa 1 Stunde unter Rückfluß erhitzt. Der Reaktionsfortschritt
kann mittels Gaschromatographie verfolgt werden. Im Falle von weniger reaktionsfähigen
Ketonen, wie Acetophenon, ist es zweckmäßig, die Reaktion in einem inerten Lösungsmittel
wie Toluol durchzuführen und das gebildete Wasser durch azeotrope Destillation zu
entfernen. Die Reaktion kann durch Zugabe einer kleinen Menge von para-Toluolsulfonsäure
katalysiert werden.
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Tert.-Octylhydrazone (III) (R1 ungleich H und R2 ungleich C5H6) können
zur Synthese von Tieftemperatur-Azoverbindungen verwendet werden. An die Doppelbindung
kann Blausäure addiert werden,und das resultierende Hydrazonitil
kann
dann zum entsprechenden Azonitril oxidiert werden.
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Die tert.-Octylhydrazide (IV) und (V) können durch Reaktion von tert.-Octylhydrazin
mit Säurechloriden oder Disäurechloriden in Gegenwart eines Säureakzeptors hergestellt
werden. Diese Verbindugnen können als Treibmittel verwendet werden. Sie können auch
zur entsprechenden Azoverbindung oxidiert werden, welche als Treibmittel und als
Initiator für die Polymerisation von Vinylmonomeren eingesetzt werden können.
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Die tert. -Octyl-substituierten Carbazate können durch Reaktion von
tert.-Octylhydrazin mit Chlorformiaten oder Bis-Chlorformiaten in Gegenwart eines
Säureakzeptors hergestellt werden. Diese Verbindungen sind ebenfalls als Treibmittel
verwendbar. Sie können zu den entsprechenden Azoestern oxidiert werden, welche als
Treibmittel und als Starter für die Polymerisation von Vinylmonomeren verwendet
werden können.
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Die substituierten tert.-Octylsemicarbazide können durch Reaktion
von tert.-Octylhydrazin mit Alkalimetallcyanaten, -isocyanaten, -diisocyanaten oder
substituierten Harnstoffen hergestellt werden.
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Diese Verbindungen sind als Treibmittel verwendbar.
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Sie können zu den entsprechenden Azoamiden oxidiert werden, welche
als Treibmittel und als Starter für die Polymerisation von Vinylmonomeren eingesetzt
werden können.
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Die substituierten tert.-octylsulfonylhydrazide und Bis-Sulfonylhydrazide
können durch Reaktion von tert.-Octylhydrazin mit Sulfonylchlorid oder Disulfonylchlorid
in Gegenwart eines Säureakzeptors hergestellt werden. Diese Verbindungen sind als
Treibmittel und als
Verschäumungsmittel für ungesättigte Polyesterharze
verwendbar.
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Beispiel I Herstellung von Cyclohexyl-tert.-octylidiazen In einen
1 1 Dreihalskalben wurden 40,8 g (0,3 Mol) 95%-iges tert.-Octylamin, 33,9 g (0,325
Mol) Cyclohexylamin und 300 ml Hexan eingegeben. Der Kolben wurde mit einem Magnetrührer,
einem Thermometer und einer mit einem Rückflußkühler verbundenen Dean-Stark-Falle
bestückt. Der Kolben wurde in ein auf 800C vorgeheiztes ölbad eingetaucht, und die
Hexanlösung für 30 min. unter Rückfluß erhitzt, um mit Hilfe der Dean-Stark-Falle
das mit Hexan azeotrop abdestillierte Wasser aus der Reaktionsmasse zu entfernen.
Das in der Falle gebildete Wasser wurde abgetrennt und die Hexanschicht in den Reaktionskolben
zurückgeführt. Der Magnetrührer wurde durch einen mechanischen Rührer ersetzt und
der Kolben mit einem 25 ml Tropftrichter, einem Luftkühler und einem Thermometer
ausgerüstet. Die Hexanlösung des trockenen Amins wurde auf OOC gekühlt und 20,9
g (0,15 Mol) 97%-iges Sulfurylchlorid wurden mit Hilfe des Tropftrichters in 20
- 30 min. zugetropft, wobei die Temperatur unter 150C gehalten wurde. Nach vollständiger
Zugabe wurde das Reaktionsgemisch auf 30"C erwärmt und 30 min.
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bei 25-300C gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde mit Wasser verdünnt,
um die Hydrochloridsalze in Lösung zu bringen, und in einen Scheidetrichter umgefüllt.
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Die wässrige Schicht wurde abgetrennt und die Hexanschicht mit 100
ml 108-iger H2SO4 gewaschen, um etwa noch vorhandenes Amin zu entfernen. Das saure
Waschwasser wurde abgetrennt und mit der wässrigen Schicht zum Neutralisieren und
Zurückgewinnen des Amins vereinigt.
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Die Hexanschicht wurde in den 1 1 Dreihalskolben zurück-
gegeben
und mit 0,5 g des Phasentransfer-Katalysators Adogen 464 (Warenzeichen der Firma
Aldrich Chemical Company für Methyltrialkyl (C8-C10)-ammoniumchlorid) und einer
Lösung von 40 g (0,5 Mol) 50%-igem Natriumhydroxid in 250 g 14,2%-igem Bleichmittel
versetzt. Der Kolben wurde mit einem Magnetrührer, einem Thermometer und einem mit
einem Kühler und einem Auffangge2-aß verbundenen Destillationskopf ausgerüstet.
Der Kolben wurde in ein vorgeheiztes ölbad (800C) eingetaucht und mit dem Magnetrührer
intensiv gerührt. Als das Reaktionsgemisch 620C erreichte, begann das Hexan zu destillieren
und die Oxidationsreaktion erfolgte. Mit dem Ende der Destillation war auch die
Oxidation im wesentlichen abgeschlossen. Das Reaktionsgemisch wurde eine weitere
Stunde bei 85"C gerührt, bevor es auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Das Reaktionsgemisch
wurde mit 100 ml Hexan verdünnt und in einen Scheidetrichter umgefüllt. Die wässrige
Bleichmittelschicht wurde abgetrennt und die Hexanlösung der Diazene wurde nacheinander
mit je 100 ml Wasser, 15%-iger Natriumbisulfitlösung, 10%-iger H2SO4 und gesättigter
Natriumbicarbonatlösung gewaschen. Die Hexanlösung wurde über wasserfreiem Natriumsulfat
getrocknet, filtriert und das Lösungsmittel wurde durch Erwärmen bei vermindertem
Druck am Rotationsverdampfer abgezogen. Die 29,1 g Rückstand waren zusammengesetzt
aus etwa 20% Di-tert.-octyldiazen, 12% Dicyclohexyldiazen und 65% des gewünschten
Cyclohexyl-tert.-octyldiazens.
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Die nachfolgenden Versuche wurden mit leicht veränderten Molverhältnissen
an Cyclohexylamin und tert.-Octylamin durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden
Tabelle I zusammengefaßt.
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Tabelle I Versuch Mol Mol Ausbeute % % % # C6H11NH2 t-C817NH2
grams t-C8H17-N=N-t-C8H17 C6H11-N-N-C6H11 t-C8H17-N=NC6H11 2 0,275 0,35 28,6 32,5
9,0 53,0 3 0,20 0,425 30,3 40,5 8,0 47,5 4 0,10 0,525 30,9 47,0 6,5 43,0
Beispiel
II Herstellung von Isopropyl-tert. -octyldiazen Es wurden mehrere Versuche durchgeführt,
tert.-Octyldiazen nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren herzustellen, wobei
Cyclohexylamin durch Isopropylamin ersetzt wurde. Das Rohprodukt war in erster Linie
ein Gemisch aus Di-tert. -octyldiazen und Isopropyl-tert. -octyldiazen.
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Dieses Produkt enthielt überhaupt kein Diisopropyldiazen.
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Die Reaktion wurde in einem größeren Maßstab in einem 2 1 Dreihalskolben
durchgeführt, wobei 1,3 Mol Isopropylamin, 1,2 Mol tert.-Octylamin, 0,6 Mol Sulfurylchlorid,
800 ml Hexan, 1 g Adogen 464 und eine Lösung von 300 g 50%-igem Natriumhydroxid
in 1.200 g 12%-igem Bleichmittel eingesetzt wurden. Das Produkt wog nach dem Aufarbeiten
66 g und war zusammengesetzt aus etwa 65% Isopropyl-tert.-octyldiazen und 25% Di-tert.-octyldiazen.
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Beispiel III Herstellung von Cyclohexanon-tert.-octylhydrazon und
tert.-Octylhydrazinhydrochlorid 27,6 g eines Gemisches von Di-tert.-octyldiazen
(32,5%), Dicyclohexyldiazen (9%) und Cyclohexyl-tert.-octyldiazen (53%) wurden mit
83 g o-Dichlorbenzol verdünnt und in einen 250 ml Dreihalsrundkolben gegeben. Der
Kolben wurde mit einem Magnetrührstab, einem Rückflußkühler und einem Stickstoffeinleitungsrohr
versehen. Die Lösung wurde für 3 1/2 Stunden auf 120-1250C erhitzt. Die gaschromatographische
Analyse zeigte, daß sich etwa 75% des Cyclohexyl-tert. -octyldiazens zu Cyclohexanon-tert.-octylhydrazon
umgelagert hatten. Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und die
Dichlorbenzollösung mit 50 ml 5%-iger HC1 extrahiert. Der saure Extrakt wurde beiseite
gestellt und die Dichlorbenzollösung
mit weiteren 15 g Diazengemisch
beladen. Die Lösung wurde für 2 Stunden auf 120-1300C erhitzt. Die gaschromatograhische
Analyse zeigte, daß sich das Cyclohexyl-tert.-octyldiazen zu etwa 70% zum Hydrazon
umgelagert hatte.
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Die Lösung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und mit weiteren 50
ml 5%-iger HC1 extrahiert. Der saure Extrakt wurde mit dem ersten Extrakt vereinigt
und die Dichlorbenzollösung mit weiteren 14,4 g Diazengemisch beladen.
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Das Dichlorbenzol hatte zu etwa 70% zu Cyclohexanon-tert.-octylhydrazon
umgelagert. Die Dichlorbenzollösung wurde für 2 Stunden auf 120-1250C erhitzt und
auf Raumtemperatur abgekühlt. Die gaschromatographische Analyse zeigte, daß sich
das Cyclohexyl-tert.-octyldiazen zu etwa 70% zu Cyclohexanon-tert.-octylhydrazon
umgelagert hatte.
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Die Dichlorbenzollösung wurde mit weiteren 50 ml 5%-iger HCl extrahiert,
und die sauren Extrakte wurden vereinigt.
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Die sauren Extrakte wurden zweimal mit Pentan gewaschen, um das restliche
Dichlorbenzol zu entfernen. Die Säure wurde dann mit 60 ml 10%-iger NaOH neutralisiert
und zweimal mit 50 ml Pentan extrahiert. Die Pentanextrakte wurden vereinigt und
gaschromatographisch analysiert.
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Die Pentanlösung enthielt ein Gemisch aus tert.-Octylhydrazin (~ 75%)
und Cyclohexanon-tert.-octylhydrazon (- 208).
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Da das Hydrazon nicht vollständig hydrolysiert war, wurde die Pentanlösung
mit l0%-iger HC1 (30 ml) behandelt, bis pH 0,5 erreicht war. Die wässrige Lösung
wurde abgetrennt und über Nacht stehengelassen. Durch vollständiges Abziehen des
Lösungsmittels und Umkristallisieren des Rückstandes aus Äthanol wurde das reine
tert.-Octylhydrazinhydrochlorid erhalten. Das umkristallisierte Hydrochlorid war
ein weißer kristalliner Feststoff, der bei 141-1430C unter Gasentwicklung schmolz.
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Die Neutralisation der Dichlorbenzollösung mit Natriumbicarbonatlösung
erzeugte eine beachtliche Menge an Cyclohexanon-tert.-octylhydrazon, was darauf
hinweist, daß Cyclohexanon-tert.-octylhydrazon-hydrochlorid in Dichlorbenzol ziemlich
gut löslich ist und mit Wasser nicht sehr vollständig aus dem Dichlorbenzol extrahiert
wird. Das restliche Cydlohexanon-tert. -octylhydrazon wurde mit verdünnter Schwefelsäure
wirksam aus dem Dichlorbenzol extrahiert.
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Beispiel IV Herstellung von Aceton-tert.-octylhydrazon und tert.-Octylhydrazinsulfat
33,5 g eines Gemisches von Di-tert.-octyldiazen (27%) und Isopropyl-tert.-octyldiazen
(65%) wurden mit 67 g Dichlorbenzol verdünnt und in einen 250 ml Dreihalsrundkolben
gegeben. Der Kolben wurde mit einem Magnetrührstäbchen und einem Rückflußkühler
versehen, und es wurde ein stetiger Stickstoffstrom eingeleitet. Die Lösung wurde
für 3 Stunden schonend bei 1340C unter Rückfluß erhitzt und dann unter 200C abgekühlt.
Die gaschromatographische Analyse zeigte, daß sich das Isopropyl-tert.-octyldiazen
zu etwa 88% zu Aceton-tert.-octylhydrazon umgelagert hatte. Das Reaktionsgemisch
wurde mit 75 ml Wasser verdünnt; 20 g 70%-ige H2 SO4 wurden zugetropft.
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Das Gemisch wurde 5 min. intensiv gerührt und in einen Scheidetrichter
umgefüllt. Die wässrige Schicht wurde abgetrennt und die Chlorbenzolschicht mit
weiteren 25 ml Wasser gewaschen. Das Waschwasser wurde mit der sauren Schicht vereinigt.
Die Neutralisation eines kleinen Teils der Chlorbenzolschicht zeigte, daß sie kein
Acetontert.-octylhydrazon enthielt, was darauf hinwies, daß es vollständig in die
saure Schicht extrahiert wurde.
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Die saure Schicht wurde mit 50 ml Hexan gewaschen, um restliches Chlorbenzol
zu entfernen. Die Neutralisation
eines kleinen Teils der sauren
Schicht zeigte, daß 60% des Aceton-tert.-octylhydrazons zu tert.-Octylhydrazin hydrolysiert
waren.
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Die wässrige saure Lösung hatte ein Gewicht von 141 g.
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Anschließend wurde sie 1 1/2 Stunden bei 30-40"C unter vermindertem
Druck am Rotationsverdampfer eingeengt.
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Die erhaltene wässrige Lösung hatte ein Gewicht von 62,8 g und enthielt
24,9% tert.-Octylhydrazin (jodometrische Titration), das als Sulfat vorlag. Die
Neutralisation eines kleinen Teils der sauren Lösung zeigte die Anwesenheit einer
geringen Menge (N 5%) von unhydrolysiertem Aceton-tert.-octylhydrazon im tert.-Octylhydrazin.
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Beispiel V Herstellung von tert.-Octylhydrazin 27,2 g eines Gemisches
von Di-tert.-octyldiazen (28%) und Isopropyl-tert.-octyldiazen (52%) wurden mit
65 g Chlorbenzol verdünnt und wie in Beispiel IV 3 Stunden bei 134"C unter Rückfluß
erhitzt. Das Reaktionsgemisch wurde auf 200C abgekühlt und mit 100 ml Wasser verdünnt.
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14 g 70%-ige H2 SO4 wurden zugetropft. Die wässrige Schicht wurde
wie in Beispiel IV aufgearbeitet und dann 1 Stunde bei 30-40"C unter vermindertem
Druck am Rotationsverdampfer eingeengt. Diese Lösung des tert.-Octylhydrazinsulfats
hatte ein Gewicht von 35,2 g. Ein kleiner Teil wurde basisch gemacht und mit Hexan
extrahiert.
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Eine VPC-Analyse des Extrakts zeigte die vollständige Hydrolyse an.
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Die wässrige Lösung wurde mit 100 ml Wasser verdünnt und durch Zugabe
von 24 g 50%-iger NaOH stark basisch gemacht. Das Gemisch wurde auf 200C abgekühlt
und mit
100 ml Pentan extrahiert. Der Pentanextrakt wurde über
wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, filtriert und das Pentan wurde durch Erhitzen
abgezogen. Die erhaltene gelbe Lösung hatte ein Gewicht von 11 g. Die gaschromatographische
Analyse zeigte, daß das Produkt zu etwa 85% tert.-Octylhydrazin war. Versuche, das
Produkt im Vakuum zu destillieren, führten zu Gasen und langsamer Zersetzung bei
etwa 50"C.
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Beispiel VI Herstellung von Methyläthylketon-tert.-octylhydrazon Zu
einer Lösung von 24,2 g (0,10 Mol) tert.-Octylhydrazinsulfat (hergestellt nach Beispiel
IV) in 48,8 g Wasser in einem 250 ml Dreihalsrundkolben wurden 25 ml Wasser, 8,6
g Methyläthylketon und 20 g 50%-iges Natriumhydroxid zugegeben. Der Kolben war mit
einem Magnetrührer, einem Thermometer und einem Rückflußkühler versehen und wurde
in einem Ölbad erhitzt. Das Reaktionsgemisch wurde 1 Stunde lang vorsichtig unter
Rückfluß erhitzt, auf 600C abgekühlt und in einen Scheidetrichter umgefüllt.
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Die wässrige Schicht wurde von der organischen Schicht abgetrennt,
die organische Schicht wurde dann mit 50 ml Hexan verdünnt, über wasserfreiem Natriumsulfat
getrocknet, filtriert,und das Lösungsmittel wurde bei 300C unter vermindertem Druck
am Rotationsverdampfer abgezogen.
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Das Rohprodukt hatte ein Gewicht von 17,5 g und zeigte bei der gaschromatographischen
Analyse etwa 90% der gewünschten Verbindung. Die korrigierte Ausbeute an Methyläthylketon-tert.-octylhydrazon
waren etwa 80%.
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Es war kein Methyläthylketonketazin vorhanden, was darauf hinweist,
daß das tert.-Octylhydrazinsulfat nicht mit irgendeinem Hydrazinsulfat verunreinigt
war.
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Beispiel VII Herstellung des Oxalsäuresalzesvon tert.-Octylhydrazin
Zu einer Lösung von 5 g Oxalsäuredihydrat in 15 ml Äthanol und 20 ml Äther wurden
5 g Methyläthylketon-tert.-octylhydrazon gegeben. Das Gemisch wurde 1 Stunde lang
bei Raumtemperatur gerührt. Nach 10 min. begann sich ein weißer Niederschlag zu
bilden. Nach einer Rührzeit von 1 Stunde wurde der weiße Feststoff abfiltriert,
mit 5 ml Äthanol gewaschen, auf dem Filter halbtrocken ausgedrückt und auf einem
tarierten Uhrglas luftgetrocknet. Das Produkt hatte ein Gewicht von 2,2 g und hatte
einen Schmelzpunkt von 128-1300C. Ein weiteres Gramm des Produkts wurde erhalten,
indem man das Filtrat einengte und erneut filtrierte.
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Der Filterkuchen wurde in Wasser aufgeschlämmt, mit Alkali neutralisiert
und mit Hexan extrahiert. Der Hexanextrakt wurde über Natriumsulfat getrocknet,
filtriert und erwärmt, um das Hexan unter vermindertem Druck am Rotationsverdampfer
abzuziehen. Der Rückstand wog 1,0 g und wurde anhand der Retentionszeit bei der
Gaschromatographie als tert.-Octylhydrazin identifiziert.
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Beispiel VIII Herstellunq von 1-tert. -Octyl-2-äthoxycarbonylhydrazin
62 g einer Lösung von 3,84 g (0,026 Mol) tert.-Octylhydrazin (als Sulfat) wurden
mit einer entsprechenden Menge 50%-igem Natriumhydroxid (6,3 g) versetzt, um den
pH auf 9 zu bringen. Dann wurden 5 g Natriumcarbonat zugegeben und das Gemisch auf
10°C abgekühlt. Das tert.-Octylhydrazin schied sich aus der Lösung ab und es wurden
25 ml Hexan zugegeben. Eine Lösung von 2,8 g
(0,026 Mol) Äthylchlorformiati:i
5 ml Hexan wurden unter Rühren während 1 Stunde zugetropft. Dabei wurde die Temperatur
auf 10-15"C gehalten. Die Umsetzung wurde gaschromatographisch verfolgt. Als etwa
80% der Chlorformiatlösung zugetropft waren, zeigte sich, daß alles tert-Octylhydrazin
verbraucht war. Deshalb wurde das Zutropfen gestoppt, um Diacylierung zu vermeiden.
Das Reaktionsgemisch wurde in einen Scheidetrichter umgefüllt und die wässrige Schicht
wurde abgetrennt. Die Hexanlösung wurde mit gesättigter Natriumbicarbonatlösung
und mit Wasser gewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, filtriert
und erwärmt, um das Hexan unter vermindertem Druck am Rotationsverdampfer abzuziehen.
Der Rückstand waren 3,7 g einer hellgelben Flüssigkeit. Das IR-Spektrum des Rückstands
zeigte einen starken breiten NH-peak bei 3315 cm-1 und einen sehr starken breiten
Carbonyl--1 peak bei 1710 cm 1 Das Produkt wurde mit 30 g 12%-igem Bleichmittel
zum entsprechenden Azoester oxidiert. Man erhielt 3,8 g Produkt mit einer 93%-igen
Reinheit laut gaschromatographischer Analyse. Das IR-Spektrum des oxidierten Produkts
zeigte überhaupt keine Peaks im -1 NH-Bereich (3200-3300 cm ) und der Carbonly-peak
war -1 sehr scharf und auf 1770 cm 1 verschoben. Der Azoester war eine orange Flüssigkeit,
die von 1500C bis 1800C langsam und über 1800C rasch gaste. Er ist als Treibmittel
für Vinylharze brauchbar.
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Beispiel IX Herstellung von l-tert.-Octylsemicarbazid In einen 125
ml Erlenmeyer-Kolben wurden 20,9 g einer Lösung eingewogen, die 5,2 g (0,036 Mol)
tert.-Octylhydrazin als Sulfat enthielt. Ein Magnetrührstäbchen wurde verwendet
und die Lösung durch Zugabe von 3,25 g
(0,04 Mol) 50%-igem Natriumhydroxid
teilweise neutralisiert. Eine Lösung von 5,24 g (0,065 Mol) Kaliumcyanat in 20 ml
Wasser wurden in 15 min. langsam zugegeben, wobei die Temperatur zwischen 20 und
250C gehalten wurde.
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Nach Beendigung der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch 1 Stunde gerührt
und der gebildete Feststoff abfiltriert.
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Der Filterkuchen wurde mit Pentan gewaschen und luftgetrocknet. Der
getrocknete Filterkuchen hatte ein Gewicht von 3,7 g und hatte einen Schmelzpunkt
von 176-1780C.
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Weiteres Produkt wurde erhalten, indem man das wässrige Filtrat mit
weiteren 2 g Kaliumcyanat versetzte und das Reaktionsgemisch eine weitere Stunde
rührte. Der gebildete Feststoff wurde abfiltriert und luftgetrocknet.
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Hierbei erhielt man 2,2 g Produkt mit einem Schmelzpunkt von l75-1770C.
Das IR-Spektrum des Produkt enthält NH-Banden bei 3200 cm , 3250 cm 1 und 3450 cm
1 und -1 eine starke Carbonyl-Bande bei 1660 cm 1 und eine Amid--l II-Bande bei
1580 cm Das l-tert.-Octylsemicarbazid wurde mit neutralem Permanganat zu tert.-Octylazoformamid
oxidiert. Die Ausbeute betrug 22%. Das tert.-Octylazoformamid war ein gelber kristalliner
Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 63-640C.
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Es begann bei 110-120°C zu gasen und vergaste rasch über 1300C.
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Beispiel X Herstellung von 1-tert.-Octyl-2-para-toluolsulfonYlhydrazin
In einen 250 ml Dreihalskolben wurden 20,9 g einer Lösung eingewogen, welche 5,2
g (0,036 Mol) tert.-Octylhydrazin als Sulfat enthielt. Die Lösung wurde mit 50 ml
Wasser verdünnt und mit 28,8 g (0,072 Mol) 10%-igem Natriumhydroxid und 10,6 g (0,1
Mol) Natriumcarbonat versetzt.
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Der Kolben wurde mit einem Magnetrührer, einem Thermometer und einem
Tropftrichter bestückt und in ein kaltes Wasserbad eingetaucht. Inzwischen wurden
7,6 g para-Toluolsulfonylchlorid in 50 ml Toluol gelöst und in den Tropftrichter
gefüllt. Die Toluollösung wurde zu der schnell gerührten wässrigen Lösung gegeben,
wobei die Temperatur auf 15-20°C gehalten wurde.Das Zutropfen dauerte 15 min. und
die Reaktionsmasse wurde anschliessend noch eine weitere Stunde gerührt. Während
des Zutropfens bildete sich ein weißer Feststoff. Nach dem Rühren wurde das Reaktionsgemisch
filtriert. Der Filterkuchen wurde in Hexan gerührt, erneut filtriert und luftgetrocknet.
Das weiße Pulver hatte ein Gewicht von 7,3 g.
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Nach dem Schmelzen bei 108-1100C zersetzte sich das Produkt unter
starkem Gasen.
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Beispiel XI Herstellung von l-tert.-Otyl-2-meta-chlorbenzoylhydrazin
In einen 250 ml Dreihalskolben wurden 18g einer Lösung eingewogen, welche 4,9 g
(0,03 Mol) tert.-Octylhydrazin als Sulfat enthielt. Die Lösung wurde mit 50 ml Wasser
verdünnt. 6,2 g (0,078 Mol) 50%-iges Natriumhydroxid wurden zugegeben, um den pH
auf 9 anzuheben. Anschliessend wurden 4,24 g (0,04 Mol) Natriumcarbonat zugegeben.
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Der Kolben wurde mit einem Magnetrührstab, einem Thermometer und einem
Tropftrichter bestückt. Der Tropftrichter enthielt 4,9 g (0,03 Mol) Metachlorbenzoylchlorid.
Das Reaktionsgemisch wurde mit 25 ml Hexan verdünnt, anschliessend wurde unter starkem
Rühren das Metachlorbenzoylchlorid in 10 min. zugetropft. Dabei wurde die Temperatur
zwischen 18 und 25"C gehalten. Nach dem Zutropfen wurde das Reaktionsgemisch weitere
30 min. gerührt. Der gebildete weiße Feststoff wurde abfiltriert. Der Filterkuchen
wurde in einem Gemisch von 100 ml Hexan und 100 ml warmem
Wasser
aufgeschlät und erneut filtriert. Der Filterkuchen wurde auf dem Filter halb getrocknet
und dann luftgetrocknet, bis das Gewicht konstant blieb. Das Produkt waren 7,3 g
eines weißen Pulvers mit einem Schmelzpunkt von 133-1370C. Das IR-Spektrum des Produkts
zeigte eine -1 starke NH-Bande bei 3200 cm 1 und eine starke scharfe -1 Carbonyl-Bande
bei 1620 cm Beispiel XII Herstellung von Terephthaloylbis(2-tert.-octylhydrazid)
In einen 125 ml Erlenmeyer-Kolben wurden 3 g 85%-iges tert.-Octylhydrazin, 20 g
Wasser und 2,1 g Natriumcarbonat eingewogen. Der Kolben wurde mit einem Magnetrührstab
und einem Thermometer versehen.Danach wurden 25 ml Äther zugegeben. Zu dem schnell
gerührten Gemisch wurde eine Lösung von 1,8g Terephthaloylchlorid in 25 ml Äther
zugetropft, wobei die Temperatur zwischen 25 und 300C gehalten wurde. Mit der Zugabe
der Ätherlösung wurde sofort ein weißer Feststoff gebildet. Das Reaktionsgemisch
wurde eine weitere halbe Stunde gerührt und dann filtriert. Der Filterkuchen wurde
mit weiterem Äther gewaschen, in warmem Wasser wiederaufgeschlämmt und erneut filtriert.
Der Filterkuchen wurde auf dem Filter halb getrocknet und auf einem tarierten Uhrglas
luftgetrocknet, bis das Gewicht konstant blieb. Man erhielt 3,5 g trockenes Produkt,
das bei 242-2450C unter Zersetzung schmolz. Das IR-Spektrum hatte NH-Banden bei
3240 cm und 3280 cm -1 und eine scharfe Carbonyl-Bande bei 1630 cm -1.
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Beispiel XIII Herstellung von 1,13-Di-tert-octyl-1,2,12,13-tetrazo-3,11-dioxo-4,7,10-trioxo-tridecan
In einen 135 ml Erlenmeyer-Kolben wurden 4 g 85%-iges
tert.-Octylhydrazin,
20 g Wasser und 2,65 g Natriumcarbonat eingewogen. Der Kolben wurde mit einem Magnetrührstab
und einem Thermometer versehen. Dann wurden 25 ml Hexan zugegeben. In das schnell
gerührte Gemisch wurden 2,65 g Diäthylenglykol-bis-chlorformiat zugetropft. Dabei
wurde die Reaktionstemperatur mit einem kalten Wasserbad zwischen 20 und 30"C gehalten.
Nach dem Zutropfen wurde das Reaktionsgemisch eine weitere Stunde bei Raumtemperatur
gerührt. Ein Gaschromatogramm zeigte, daß alles tert. -Ocylhydrazin reagiert hatte.
Das Gemisch wurde in einen Scheidetrichter umgefüllt und die wässrige Schicht wurde
abgetrennt. Die Hexanschicht wurde mit 25 ml gesättigter Natriumbicarbonatlösung
gewaschen, über wasser freiem Natriumsulfat getrocknet, filtriert und erwärmt, um
das Hexan unter vermindertem Druck am Rotationsverdampfer abzuziehen. Der Rückstand
waren 5,5 g einer hellgelben Flüssigkeit. Das IR-Spektrum des Produkts zeigte eine
starke breite NH-Bande bei 3300 cm und eine starke breite Carbonyl-Bande bei 1700
cm Der Bis-Hydrazoester wurde zum entsprechenden Bis-Azoester oxidiert, indem man
eine Methylenchloridlösung des Hydrazoesters 4 Stunden lang mit 50 g Bleichmittel
rührte. Die Methylenchloridlösung des Azoesters wurde mit gesättigter Natriumcarbonatlösung
und mit Wasser gewaschen, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, filtriert
und erwärmt, um unter vermindertem Druck das Methylenchlorid am Rotationsverdampfer
abzuziehen. Der Rückstand waren 4,7 g einer dunkelgelb-orangen Flüssigkeit. Das
IR-Spektrum des Azoesters zeigte keine NH-Bande -1 und die Carbonyl-Bande war scharf
und auf 1760 cm 1 verschoben. Der Azoester gaste bei 140-150"C leicht, bei 150-1650C
mäßig und über 1600C stark.
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Beispiel XIV Verschäumen eines ungesättigten Polyesterharzes mit tert-Octylhydrazinderivaten
Das ungesättigte Polyesterharz war Laminac 4123 (ein auf Ortophthalsäure basierendes
Harz der Firma U.S.S.
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Chemicals, welches etwa 30% Styrolmonomer enthält). Das Harz wurde
modifiziert, indem es mit weiteren 5 Teilen Styrolmonomer und einem Teil Netzmittel
Dow Corning 193) pro 100 Teile Harz versetzt wurde.
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Das Harz und alle anderen Komponenten mit Ausnahme des Peroxid-Katalysators
wurden in gewachste 266 ml Papierbecher eingewogen und vermischt, wobei ein elektrischer
Rührer mit hoher Scherkraft verwendet wurde. Dann wurde der Peroxid-Katalysator
zugegeben und eingerührt. Zu diesem Zeitpunkt wurde eine elektrische Uhr gestartet,
um die Gelzeiten zu bestimmen (Zeit für das maximale Aufschäumen). Nachdem etwa
10 Sekunden mit hoher Scherkraft gerührt worden war, wurden 30 g-Portionen der Gemische
in 88,7 ml Papierbecher geschüttet und verschäumen gelassen. Für diese Proben wurden
die Gelzeiten und die Dichten bestimmt. Die Dichten wurden mit Hilfe der Wasserverdrängungsmethode
bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II zusammengefaßt.
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Die Dichte des gehärteten, aber ungeschäumten Laminacs 4123 Harz ist
größer als 1121,2 kgh..3.
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Tabelle II Verschäumen eines ungesättigten Polyesterharzes tert.-Octylhydrazin-
tert.-C8H17-NH2.HCl Beispiel X Beispiel XI derivate (Beispiel #) Teile Derivate/100
Teile Harz 0,86 1,45 1,3 45 % FeCl3 0,4 0,4 0,4 6 % Kobaltneodecanoat 0,05 0,1 0,3
5 % Kupfernaphthenat - 0,4 -Lupersol Delta X-9* 3,0 3,0 3,0 Gelzeit in Minuten 2,0
2,0 3,0 Dichte in kg/m³ 33 41 41 *Methyläthylketonperoxid und Hydrogenperoxid in
Dimethylphthalat