DE4241258A1 - Aromatisches Diamin, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung - Google Patents

Aromatisches Diamin, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aromatisches Diamin mit einem vom Phenylindan abgeleiteten Strukturelement.
Es ist bereits aus Chemical Abstracts 107, 155800n sowie aus US-Patent 4,734,482 bekannt, daß sich aus Verbindungen mit zwei 4-Aminophenoxy-Gruppen und einer Phenylindan-Gruppierung aromatische Polyimide gewinnen lassen, die bei erhöhter Temperatur als Klebmittel zur Herstellung von Sandwich-Bauteilen dienen können. Es bestand daher die Aufgabe, weitere Diamine anzugeben, die sich zur Herstellung von stickstoffhaltigen Polymeren, insbesondere aromatischen Polyimiden oder Polyamiden eignen.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe. Gegenstand der Erfindung ist ein aromatisches Diamin der Formel I
worin
X = CO oder SO2,
R1 = CH3, R2 = R3 = H oder
R1 = R2 = CH3, R3 = H oder
R1 = CH3, R2 = R3 = C1-C16-Alkyl oder Aryl oder
R1 = CH3, R3 = H, R2 = C1-16-Alkyl oder Aryl bedeuten.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung dieses Diamins, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Bis-halogenverbindung der Formel (II)
wobei Hal für Chlor oder Fluor steht und X, R1, R2 und R3 die oben angegebene Bedeutung haben, mit mindestens 2 Mol 4-Aminophenol bei erhöhter Temperatur in Gegenwart einer Base und in Gegenwart eines Lösungsmittels umsetzt. Als Lösungsmittel lassen sich aprotische Lösungsmittel wie z. B. N-Methylpyrrolidon verwenden.
Die als Ausgangsprodukt verwendete Bis-halogenverbindung läßt sich in zwei Stufen aus einem Styrolderivat herstellen. Dieser Weg ist schematisch am Beispiel eines 1,1,3-Trimethyl-3-phenylindan-Derivates aus α-Methylstyrol dargestellt.
Friedel-Crafts-Acylierung oder Sulfonierung des erhaltenen Phenylindan-Derivates mit 4-Halogenbenzoesäurechlorid oder 4-Halogensulfonsäurechlorid nach dem Schema
liefert die gewünschte Bishalogen-Verbindung.
Die Herstellung der Bis-halogenverbindung ist auch beschrieben in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 42 05 811.2, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die erfindungsgemäßen Diamine können mit Derivaten von aliphatischen oder aromatischen Dicarbonsäuren zu Polyamiden und mit mehrwertigen aromatischen Dicarbonsäureanhydriden zu Polyimiden umgesetzt werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:
Beispiel 1 Herstellung der Bisfluor-Verbindung II (X = CO, Hal = F)
20 g (84.6 mmol) 1,1,3-Trimethyl-3-phenylindan werden mit 27 g (170 mmol) 4-Fluorbenzoesäurechlorid in Gegenwart von 29,3 g (220 mmol) AlCl3 in 100 ml Nitrobenzol als Lösungsmittel für 12 h zum Sieden erhitzt. Anschließend wird das Lösungsmittel im Vakuum entfernt und zum Rückstand langsam 500 ml 10%ige HCl gegeben. Diese Mischung wird mehrmals mit insgesamt 500 ml Chloroform extrahiert, um das Rohprodukt aufzunehmen. Die organische Phase wird mit Wasser gewaschen, im Vakuum eingeengt, und durch zweifache Säulenchromatographie (Kieselgel, Laufmittel Hexan/Ethylacetat 4 : 1) vorgereinigt.
Durch Umkristallisieren aus Ethanol/Wasser (10 : 1) wird das Produkt weiter gereinigt.
Fp: 45-48°C
Dieses Produkt erhält folgende beiden Isomere etwa im Verhältnis 1 : 1.
Durch mehrfaches Umkristallisieren kann das 5-Isomer rein erhalten werden.
Beispiel 2 Herstellung der Bischlor-Verbindung II (X = SO2, Hal = Cl)
Die Darstellung erfolgt völlig analog zu Beispiel 1 aus 1,1,3-Trimethyl-3-phenylindan und 4-Chlorbenzolsulfonylchlorid, jedoch fällt hier bereits nach einmaligem Umkristallisieren das 5-Isomer rein an.
Ausbeute: 35%, Fp: 200-202°C
Beispiel 3 Herstellung einer Bisfluor-Verbindung II (x = SO2, Hal = F)
Die Darstellung erfolgt völlig analog zu Beispiel 1 aus 1,1,3-Trimethyl-3-phenylindan und 4-Fluorbenzolsulfonylchlorid, jedoch fällt hier bereits nach einmaligem Umkristallisieren das 5-Isomer rein an.
Ausbeute: 35%, Fp: 168-170°C
Beispiel 4 Herstellung eines Polyimids
1,2 g (1.82 mmol) Diamin der allgemeinen Formel I (X = CO, R1 = R2 = CH3, R3 = H) werden unter Ausschluß von Sauerstoff und Feuchtigkeit in 20 ml trockenem Dimethylacetamid (DMAc) gelöst. 810 mg (1.82 mmol) Dianhydrid der allgemeinen Formel
werden unter Schutzgas zugegeben, worauf die Mischung für 7 h bei Raumtemperatur (20°C) gerührt wird. Aus der so entstandenen Polyamidsäurelösung wird ein Film gegossen, der jeweils für 1 h auf 100°C, 150°C, 200°C und 250°C erhitzt wird, um Lösungsmittel und Reaktionswasser zu entfernen und so die Imidisierung zu vervollständigen. Das so erhaltene Polyimid ist bei Raumtemperatur löslich in N-Methylpyrrolidon (NMP), Dimethylsulfoxid (DMSO), Tetrahydrofuran (THF) und Chloroform. Es ist vollständig amorph mit einer Glasübergangstemperatur von Tg = 240°C. Seine Molmasse beträgt n = 28 000, w = 81 000 (ermittelt durch GPC, THF als Eluent, Polystyroleichung).
Beispiel 5
1,5 g (2.05 mmol) Diamin der allgemeinen Formel 1 (X = SO2, R1 = R2 = R4 = CH3, R3 = H) werden unter Ausschluß von Sauerstoff und Feuchtigkeit in 20 ml DMAc gelöst. Hierzu werden 660 mg (2.05 mmol) Dianhydrid der allgemeinen Formel (III) mit Y = CO gegeben, worauf die Mischung für 7 h bei Raumtemperatur gerührt wird. Die hierbei gebildete Polyamidsäurelösung wird zu einem Film gegossen, der durch stufenweises Erhitzen auf 100°C, 150°C, 200°C und 250°C für jeweils eine Stunde unter Abdampfen von Lösungsmittel und Reaktionswasser imidisiert wird. Dieses Polyimid besitzt eine Glasübergangstemperatur von Tg 251 °C. Es ist bei Raumtemperatur unlöslich, geht aber ab 80°C in dipolar aprotischen Lösungsmitteln in Lösung.
Beispiel 6 (Diamin)
Eine Mischung aus 36,3 g (0,062 mol) 1,1,3-Trimethyl-3-phenyl-4′,5(6)-bis(4′′- chlorphenylsulfonyl)indan (II), 15,2 g (0,139 mol) 4-Aminophenol, 20,0 g (0,145 mol) Kaliumcarbonat, 200 ml N-Methylpyrrolidon und 100 ml Toluol wird für 8 Stunden am Wasserabscheider zum Rückfluß erhitzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Mischung in einem Scheidetrichter mit 200 ml Chloroform versetzt. Die wasserlöslichen Bestandteile werden mit 200 ml Wasser (1×) und je 200 ml 5%iger Natriumhydrogencarbonatlösung (2×) extrahiert. Anschließend wird nochmals mit 200 ml Wasser extrahiert. Die wäßrigen Phasen werden verworfen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel im Vakuum abgezogen. Der Rückstand wird in 100 ml THF aufgenommen. Durch Eingießen in 100 ml einer Ethanol/Wassermischung (1 : 1) wird das Produkt gefällt. Es wird abfiltriert und für 20 Stunden bei 80°C Vakuum getrocknet.
Ausbeute: 39,8 g (88% d.Th.) an 1 (X = SO2, R1 = R3 = CH3, R2 = H)
Schmelzpunkt: 110°C (Isomerenmischung).
Beispiel 7 (Synthese von 1,1,3-Trimethyl-3-phenyl-4′,5(6)-bis[4′′(4′′′- aminophenoxy)benzoyl]indan)
Ein Gemisch aus 29,8 g (0,062 mol) 1,1,3-Trimethyl-3-phenyl-4′,5(6)-bis(4′′- fluorbenzoyl)-indan (II), 15,2 g (0,139 mol) 4-Aminophenol, 20,0 g (0,145 mol) Kaliumcarbonat, 200 ml N-Methylpyrrolidon und 100 ml Toluol wird 8 Stunden am Wasserabscheider zum Rückfluß erhitzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung im Scheidetrichter mit 200 ml Chloroform versetzt und mit 200 ml Wasser (1×) sowie je 200 ml 5%iger Natriumhydrogencarbonatlösung (2×) extrahiert, um die wasserlöslichen Bestandteile zu entfernen. Anschließend wird nochmals mit 200 ml Wasser extrahiert. Die wäßrigen Phasen werden verworfen. Die organische Phase wird über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel wird im Vakuum abgezogen, der Rückstand in 100 THF aufgenommen und durch Eingießen in 100 ml einer Ethanol/Wasser-Mischung (1 : 1) gefällt. Das Produkt wird abfiltriert und bei 80°C im Vakuum für 20 Stunden getrocknet.
Ausbeute: 36,8 g (90% d.Th.) an I (X=CO, R1 = R3 = CH3, R2 = H)
Schmelzpunkt: 145°C (Isomerenmischung).

Claims (3)

1. Aromatisches Diamin der Formel worin
X = CO oder SO2,
R1 = CH3, R2 = R3 = H oder
R1 = R2 = CH3, R3 = H oder
R1 = CH3, R2 = R3 = C1-C16-Alkyl oder Aryl oder
R1 = CH3, R3 = H, R2 = C1-C16-Alkyl oder Aryl bedeuten.
2. Verwendung des Diamins gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Polymeren.
3. Verfahren zur Herstellung des Diamins gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Bis-halogen-Verbindung der Formel (II) wobei Hal für Chlor oder Fluor steht und X, R1, R2 und R3 die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben, mit mit mindestens 2 Mol 4-Aminophenol bei erhöhter Temperatur in Gegenwart einer Base und in Gegenwart eines Lösungsmittels umsetzt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20200075862A1 (en) * 2017-05-12 2020-03-05 Dottikon Es Holding Ag Indane derivatives and their use in organic electronics
CN115745831A (zh) * 2022-11-21 2023-03-07 东华大学 含茚基二胺及其制备方法和应用、聚酰亚胺及其制备方法和应用、聚酰亚胺薄膜及其应用

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