DE4326169B4

DE4326169B4 - Verfahren zur Herstellung von unsymmetrischen Bisarylverbindungen

Info

Publication number: DE4326169B4
Application number: DE4326169A
Authority: DE
Inventors: Eike Dr. Poetsch; Volker Meyer
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2013-08-05
Also published as: DE4326169A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von unsymmetrischen Bisarylverbindungen der Formel I

wobei
A und B jeweils unabhängig voneinander eine Naphthalingruppe, eine unsubstituierte oder eine 1-5fach substituierte Phenylgruppe bedeuten,
durch Kreuzkopplung eines Arylmagnesiumchlorid-Derivates der Formel II,

worin
A die angegebene Bedeutung besitzt,
mit einem Arylchlorid der Formel III,

worin
B die angegebene Bedeutung besitzt,
in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators, welcher einen Phosphinliganden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass man einen lipophilen, aliphatischen Phosphinliganden der Formel IV einsetzt,

wobei
R¹ jeweils unabhängig voneinander geradkettiges oder verzweigtes C_1–6-Alkyl, C_1–6-Alkoxy, C_4–8-Cycloalkyl oder C₄_₈-Cycloalkoxy, vorzugsweise verzweigtes C₃_₆-Alkyl, C₃_₆-Alkoxy oder Cyclohexyl, und
R² geradkettiges oder verzweigtes C_1–6-Alkyl, C_1–6-Alkoxy, C₄_₈-Cycloalkyl oder C₄_₈-Cycloalkoxy oder einen Rest der Formel V,

worin R³ divalentes C_1–10-Alkylen bedeutet, und
R¹ die angegebene Bedeutung besitzt,
bedeuten.

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von unsymmetrischen Bisarylverbindungen durch Kreuzkopplung eines Arylmagnesiumchlorid-Derivates mit einem Arylchlorid in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators, welcher einen Phosphinliganden aufweist, wobei man einen lipophilen, aliphatischen Phosphinliganden der Formel IV einsetzt,
wobei
R¹ jeweils unabhängig voneinander geradkettiges oder verzweigtes C₁_₆-Alkyl, C₁_₆-Alkoxy, C_4–8-Cycloalkyl oder C₄_₈-Cycloalkoxy, vorzugsweise verzweigtes C₃_₆-Alkyl, C₃_₆-Alkoxy oder Cyclohexyl, und
R² geradkettiges oder verzweigtes C₁_₆-Alkyl, C₁_₆-Alkoxy, C₄_₈-Cycloalkyl oder C₄_₈-Cycloalkoxy oder einen Rest der Formel V
worin
R³ divalentes C₁_₂₀-Alkylen bedeutet, und
R¹ die angegebene Bedeutung besitzt
bedeuten.
Eine Übersicht über den Einsatz der Kreuzkopplungsreaktion kann man den Artikeln von E. Poetsch in Kontakte (Darmstadt) 1988, Heft 2, Seiten 15 ff und G.W. Gray u.a. in Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1991, Band 206, Seiten 187 ff entnehmen.
In der Regel werden bei der klassischen Kreuzkopplungsreaktion metallorganische Verbindungen, insbesondere Grignard-Verbindungen, Zink- oder Titanorganyle, oder Boronsäure mit Bromaromaten umgesetzt. Als Übergangsmetall wird meist Palladium oder Nickel eingesetzt, welche Phosphinliganden, zumeist Triphenylphosphin aufweisen.
Es ist bekannt, dass Arylmagnesiumchloride leicht mit Arylbromiden in Gegenwart von Nickelchlorid umzusetzen sind, jedoch konnten bisher Arylmagnesiumchloride mit Arylchloriden noch nicht zur Reaktion gebracht werden (z.B. Yoshihara et al., Synth. comm. 21 (3), 481–487 (1991)).
In der EP 0 376 856 A1 wird die Homokopplung von Halogenaromaten in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators aus nullwertigem Nickel und einem bidentaten Phosphinliganden beschrieben.
In keinem der oben angeführten Dokumente ist eine Kreuzkopplungsreaktion eines Arylmagnesiumchlorid-Derivates mit einem Arylchlorid in Gegenwart eines lipophilen Phosphinliganden der Formel IV beschrieben. Noch konnte der Fachmann diesen Dokumenten entnehmen, dass die Kreuzkopplungsreaktion durch diese Liganden beschleunigt wird, so dass weniger Nebenprodukte auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Kreuzkopplungsverfahren bereitzustellen, das die Nachteile des bisher angewendeten Verfahrens nicht aufweist und risikolos und kostengünstig im großtechnischen Maßstab durchzuführen ist.
Diese Aufgabe wurde gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Durchführung einer Kreuzkopplungsreaktion in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators, welcher einen Phosphinliganden aufweist, wobei man einen lipophilen, aliphatischen Phosphinliganden der Formel IV einsetzt.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von unsymmetrischen Bisarylverbindungen der Formel I
wobei
A und B jeweils unabhängig voneinander eine Naphthalingruppe, eine unsubstituierte oder eine 1-5fach substituierte Phenylgruppe bedeutet,
durch Kreuzkopplung eines Arylmagnesiumchlorid-Derivates der Formel II,
worin
A die angegebene Bedeutung besitzt,
mit einem Arylchlorid der Formel III,
worin
B die angegebene Bedeutung besitzt,
in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators, welcher einen Phosphinliganden aufweist, wobei man einen lipophilen, aliphatischen Phosphinliganden der Formel IV einsetzt,
wobei
R¹ jeweils unabhängig voneinander geradkettiges oder verzweigtes C₁_₆-Alkyl, C₁_₆-Alkoxy, C₄_₈-Cycloalkyl oder C₄_₈-Cycloalkoxy, vorzugsweise verzweigtes C₃_₆-Alkyl, C₃_₆-Alkoxy oder Cyclohexyl, und
R² geradkettiges oder verzweigtes C₁_₆-Alkyl, C₁_₆-Alkoxy, C₄_₈ Cycloalkyl oder C₄_₈-Cycloalkoxy oder einen Rest der Formel V,
worin
R³ divalentes C_1–10-Alkylen bedeutet, und
R¹ die angegebene Bedeutung besitzt,
bedeuten.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von unsymmetrischen Biphenylderivaten der Formel Ia
worin
X¹ und X² jeweils unabhängig voneinander o-, m-, p-ständiges H, C_1–18-Alkyl, C_1–18-Alkoxy oder einen mesogenen Rest, einer der Reste X¹ und X² auch -F, -CF₃, -OCF₃, -OC₂F₅, -OCF₂H oder -CH₂CF₃,
L¹ und L² jeweils unabhängig voneinander F, C_1–18-Alkyl oder C_1–18-Alkoxy, oder einen Rest der Formel
worin
R⁶ C_1–18-Alkyl oder zusammengenommen C₂_₆-Alkylen
bedeuten,
m und n jeweils unabhängig voneinander 0, 1 oder 2
bedeuten,
wobei man ein Phenylmagnesiumchlorid-Derivat der Formel IIa
mit einem Chlorbenzol der Formel IIIa
umsetzt.
Bevorzugte Ausführungsformen sind:

a) Verfahren, wobei X¹ und/oder X² einen Rest der Formel VI bedeuten
worin R⁵ einen unsubstituierten oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl-, Alkoxy- oder Alkylenrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -Soder
so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, oder auch -Cl, -F, -CF₃, -OCF₃, -OCF₂H oder -OC₂F₅ sein kann, A¹ und A² jeweils unabhängig voneinander einen a) trans-1,4-Cyclohexylenrest, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- und/oder -Sersetzt sein können, b) 1,4-Phenylenrest, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, c) Rest aus der Gruppe 1,4-Cyclohexenylen, 1,4-Bicyclo(2,2,2)-octylen, Piperidin-1,4-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Decahydronaphthalin-2,6-diyl und 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin-2,6-diyl, wobei die Reste (a) und (b) mit einem Substituenten, der die Bedeutung von R¹ und R² besitzt, substituiert sein können, Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -OCH₂-, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C- oder eine Einfachbindung und m 0, 1 oder 2 bedeutet.
b) Verfahren, wobei man einen zweizähnigen Phosphinliganden der Formel IV einsetzt, wobei R² einen Rest der Formel V bedeutet, worin R³ -(CH₂)_o- mit o = 2, 3 oder 4 ist, bedeutet.
c) Verfahren, wobei man die Reaktion in einem einphasigen Lösungsmittel durchführt.
d) Verfahren, wobei man die Reaktion bei Temperaturen zwischen 15 und 130°C, vorzugsweise zwischen 15 und 35°C, insbesondere bei Raumtemperatur durchführt.
e) Verfahren, wobei man den Übergangsmetallkatalysator in 0,5 bis 5 mol-%, bezogen auf eine der zu koppelnden Verbindungen, einsetzt.

Der Begriff mesogene Gruppe ist dem Fachmann geläufig (z.B. H. Keller, H. Hatz, Handbook of Liquid Crystals) und steht für einen sogenannten "rod-like"-Rest bestehend aus Ringgliedern, ggf. Brückengliedern und Flügelgruppen.
Der Begriff mesogene Grupppe umfaßt demnach vorzugsweise einen Rest der Formel VI.
Die Reaktionstemperatur liegt in der Regel im Bereich von 15°C bis 130°C. Vorzugsweise wird sie auf einen Bereich von 15°C bis 30°C eingestellt.
Geeignete Lösungsmittel sind Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Toluol und ätherische Lösemittel, beispielsweise Tetrahydrofuran.
Die lipophilen, aliphatischen Phosphinliganden sind kommerziell erhältlich oder können in Analogie zu an sich bekannten Verfahren hergestellt werden.
In den bevorzugten monodentaten Phosphinliganden sind die Reste R¹ und R² gleich und weisen eine verzweigte Alkyl- oder Alkoxygruppe bzw. eine Cyclohexylgruppe auf.
Bevorzugte monodentate Phophinliganden sind demnach: Trimethylphosphin, Triethylphoshin, Tripropylphosphin, Triisopropylphosphin, Tributylphosphin, Tricyclohexylphosphin, Trimethylphosphit, Triethylphosphit, Tripropylphosphit, Triisopropylphosphit, Tributylphosphit und Tricyclohexylphosphit.
In den bevorzugten bidentaten Phosphinliganden sind die Reste R¹ jeweils gleich und R³ bedeutet vorzugsweise divalentes C₂_₆-Alkylen.
Bevorzugte bidentate Phosphinliganden sind demnach:
1,2-Bis(dimethylphosphin)ethan, 1,2-Bis(diethylphosphin)ethan, 1,2-Bis(dipropylphosphin)ethan, 1,2-Bis(diisopropylphosphin)ethan, 1,2-Bis(dibutylphosphin)ethan, 1,2-Bis(dicyclohexylphosphin)ethan, 1,3-Bis(dicyclohexylphosphin)propan, 1,3-Bis(diisopropylphosphin)propan, 1,4-Bis(diisopropylphosphin)butan.
Als bevorzugte, als Kopplungskomponenten a) geeignete Arylmagnesiumchloride seien z.B. genannt:
Phenylmagnesiumchlorid, o-, p-, m-Tolylmagnesiumchlorid, p-Alkylphenylmagnesiumchloride und p-(trans-4-alkylcyclohexyl)phenylmagnesiumchloride.
Als bevorzugte, als Kopplungskomponente b) geeignete Chlorarylverbindungen seien genannt:
4-Chlorstyrol, p-Chlorphenylalanin, und dessen Ester, p-Chlorphenylalanilol, 2-(4-Chlorphenyl)ethylamin, 1,2-Difluor-4-chlorbenzol, 4-Chlorbenzotrifluorid, 2-Fluor-4-chlor-trifluormethoxybenzol, 2,6-Difluor-4-chlor-trifluormethoxybenzol, 2-Fluor-4-chlorbenzotrifluorid, 2,6-Difluor-4-chlorbenzotrifluorid, 1,2,6-Trifluorchlorbenzol, 2,6-Difluor-4-chlor-difluormethoxybenzol, 4-Chlor-pentafluorethoxybenzol, 2-Fluor-4-chlor-pentafluorethoxybenzol, 2,6-Difluor-4-chlor-pentafluorethoxybenzol, 1-Chlor-trifluormethoxybenzol, Chlorbenzol, o-, m-, p-Chlortoluol und o-, m-, p-Chlorbenzaldehydacetale.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass alle Syntheseschritte in einem Temperaturbereich, der technisch ohne Schwierigkeiten zu beherrschen ist, durchgeführt werden können, dass kein Bromid haltiges Abwasser erzeugt wird und dass wohlfeile Chlorverbindungen und Phosphitliganden eingesetzt werden können (Cl₂ ist ca. 10 x billiger als Br₂).
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen.
Beispiel 1
Ausführung:
Die "Grignardsäule" (gefüllt mit 243 g Mg und THF) wurde bis auf Siedetemperatur erhitzt und 30 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Nun wurde der Grignard mit 1 ml 1-Brompropan und 20 ml der Lösung A gestartet und die Lösung A über eine Dosierpumpe (Desaga Kp 2000) zugefördert (30 Min./0,2 mol = 200 ml/h; Dauer 5 h), wobei das entstandene o-Tolylmagnesiumchlorid gleichzeitig in eine Lösung von 205 ml Chlorbenzol in 100 ml THF, 2,6 g NiCl₂ und 11,2 g Tricyclohexylphosphin getropft wurde. Danach wurde 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Nun bei 10°C mit 250 ml gesättigter NH₄Cl-Lösung versetzt, 10 Minuten gerührt, Ausfallendes abgesaugt. Anschließend wurde das THF abdestilliert und der Rückstand konstant destilliert. Man erhält 181,3 g (54 % d. Th.) 2-Methylbiphenyl mit Siedepunkt: 162–168°C/75 mmHg.
Analog werden hergestellt:
3-Methylbiphenyl, Sdp. 271 °C
2,3,3'',4''Tetramethyl-p-terphenyl, Smp. 110°C
Durch Umsetzung geeigneter p-Cyclohexyl-chlorbenzole mit p-Chlorbenzolderivaten erhält man analog Verbindungen der Formel Ia1
Beispiel 2
2 mol 2-Chlortoluol werden analog Beispiel 1 mit Chlorbenzol eingesetzt, wobei jedoch 0,02 mol Triisopropylphosphit als Ligand eingesetzt wird.
Man erhält 2-Methylbiphenyl in einer Ausbeute von 62 % d. Th.
Vergleichsbeispiel
2 mol 2-Chlortoluol werden analog Beispiel 1 mit Chlorbenzol eingesetzt, wobei jedoch Nickel(II)chlorid ohne Liganden eingesetzt wird.
Man erhält 2-Methylbiphenyl in einer Ausbeute von 10 % d. Th.

Claims

Verfahren zur Herstellung von unsymmetrischen Bisarylverbindungen der Formel I
wobei A und B jeweils unabhängig voneinander eine Naphthalingruppe, eine unsubstituierte oder eine 1-5fach substituierte Phenylgruppe bedeuten, durch Kreuzkopplung eines Arylmagnesiumchlorid-Derivates der Formel II,
worin A die angegebene Bedeutung besitzt, mit einem Arylchlorid der Formel III,
worin B die angegebene Bedeutung besitzt, in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators, welcher einen Phosphinliganden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass man einen lipophilen, aliphatischen Phosphinliganden der Formel IV einsetzt,
wobei R¹ jeweils unabhängig voneinander geradkettiges oder verzweigtes C_1–6-Alkyl, C_1–6-Alkoxy, C_4–8-Cycloalkyl oder C₄_₈-Cycloalkoxy, vorzugsweise verzweigtes C₃_₆-Alkyl, C₃_₆-Alkoxy oder Cyclohexyl, und R² geradkettiges oder verzweigtes C_1–6-Alkyl, C_1–6-Alkoxy, C₄_₈-Cycloalkyl oder C₄_₈-Cycloalkoxy oder einen Rest der Formel V,
worin R³ divalentes C_1–10-Alkylen bedeutet, und R¹ die angegebene Bedeutung besitzt, bedeuten.
Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von unsymmetrischen Biphenylderivaten der Formel Ia
worin X¹ und X² jeweils unabhängig voneinander H, C_1–18-Alkyl, C_1–18-Alkoxy oder einen mesogenen Rest, einer der Reste X¹ und X² auch -F, -CF₃, -OCF₃, -OCF₂H oder -OCH₂CF₃, L¹ und L² jeweils unabhängig voneinander F, C_1–18-Alkyl oder C_1–18-Alkoxy, oder einen Rest der Formel
worin R⁶ C_1–18-Alkyl oder zusammengenommen C₂_₆-Alkylen bedeutet, m und n jeweils unabhängig voneinander 0, 1 oder 2 bedeuten, wobei man ein Phenylmagnesiumchlorid-Derivat der Formel IIa
mit einem Chlorbenzol der Formel IIIa
umsetzt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei X¹ und/oder X² einen Rest der Formel VI bedeuten
worin R⁵ einen unsubstituierten oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl-, Alkoxy- oder Alkylenrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S- oder

so ersetzt sein können, dass O-Atom nicht direkt miteinander verknüpft sind, oder auch -Cl, -F, -CF₃, -OCF₃, -OCF₂H oder -OC₂F₅ sein kann, A¹ und A² jeweils unabhängig voneinander einen a) trans-1,4-Cyclohexylenrest, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -Ound/oder -S- ersetzt sein können, b) 1,4-Phenylenrest, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, c) Rest aus der Gruppe 1,4-Cyclohexenylen, 1,4-Bicyclo(2,2,2)-octylen, Piperidin-1,4-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Decahydronaphthalin-2,6-diyl und 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin-2,6 diyl, wobei die Reste (a) und (b) mit einem Substituenten, der die Bedeutung von R¹ und R² besitzt, substituiert sein können, Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -OCH₂-, =CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C- oder eine Einfachbindung und m 0, 1 oder 2 bedeutet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man einen zweizähnigen Phosphinliganden der Formel IV einsetzt, wobei R² einen Rest der Formel V bedeutet, worin R³ -(CH₂)_o- mit o = 2, 3 oder 4 ist, bedeutet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion in einem einphasigen Lösungsmittel durchführt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reaktion bei Temperaturen zwischen 15 und 130°C, vorzugsweise zwischen 15 und 35°C, insbesondere bei Raumtemperatur durchführt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man den Übergangsmetallkatalysator in 0,5 bis 5 mol-%, bezogen auf eine der zu koppelnden Verbindungen, einsetzt.