DE69008151T2

DE69008151T2 - Herstellung von dikationethern.

Info

Publication number: DE69008151T2
Application number: DE69008151T
Authority: DE
Inventors: Derek Chapman; Ronald Valente
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1990-08-23
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2010-08-24
Also published as: JPH04501577A; WO1991003465A1; EP0440784B1; JP2606968B2; DE69008151D1; CA2035864A1; US5110937A; EP0440784A1

Description

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Dikationenethern, insbesondere Dikationenethersalze. Gemäß einer besonderen Ausführungsform betrifft diese Erfindung die Herstellung von Bis(1-methyl-2-pyridinium)etherdifluoborat, auch bekannt als 1,1'-Dimethyl-2,2'-oxydipyridiniumdifluoborat. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein solches Salz nach einein folgeabhängigen Verfahren in chargenweiser Verfahrensweise in einem einzelnen Reaktionsgefäß hergestellt, unter Verwendung eines 2-Halopyridins und 2-Hydroxypyridins als Ausgangsmaterialien, ohne Isolierung eines Reaktions-Zwischenproduktes.
Dikationenethersalze sind nach einem Verfahren hergestellt worden, das von Stang und anderen in einer unten zitierten Literaturstelle beschrieben wird. Wie von den Autoren ausgeführt wird, sind die Dikationenether die ersten bekannten Bis(carbeniumionen). Die Methode von Stang und anderen zur Herstellung der Ether umfaßt die Umsetzung von nicht-enolisierbaren aktivierten Ketonen mit Trifluormethansulfonsäure- ("Triflic")-Anhydrid. Die Kosten für Triflic-Anhydrid sind wesentlich; infolgedessen eignet sich seine Verwendung nicht bevorzugt für eine Synthese in größerem kommerzielleni Maßstab.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Dikationenethern umfaßt die Alkylierung eines Ethers, wie beispielsweise 2,2'-Bis(pyridyl)ether. Derartige Ether lassen sich herstellen nach der Silbersalzmethode, die von Villiers und anderen beschrieben wird in Rec. Trav. Chim., 76, 647, 1957. Die Verwendung von Silber zieht beträchtliche Kosten mit sich. Überdies liefert die Methode von Villiers und anderen keine 2,2'-Bis(pyridyl)ether in hoher Ausbeute. Mit anderen Worten, wenn die Methode von Villiers und anderen angewandt wird, wird der gewünschten 2,2'-Bis(pyridyl)ether mit einer unerwünschten Menge eines Pyridons, wie beispielsweise N- (2'-Pyridyl)-2-pyridon:
erzeugt. Infolgedessen führt die Methode von Villiers selbst nicht zu einer kommerziell vertretbaren Reaktionsfolge für die Produktion von 2,2'-Oxydipyridiniumsalzen.
Wird das Silbersalz des Verfahrens von Villiers durch das analoge Natriumsalz ersetzt, so wird das Pyridon in noch größerem Überschuß gegenüber dem Bis(pyridyl)ether erzeugt. Infolgedessen eignen sich die Bis(pyridyl)ether nicht bevorzugt für eine Herstellung im großen kommerziellen Maßstab.
Aus der Arbeit von Hopkins und anderen, betreffend die Alkylierung von 2-Hydroxypyridin (die Literaturstelle wird unten zitiert), ist es bekannt, daß die Produktzusammensetzung stark abhängt von der Natur des Alkylierungsmittels, der Natur des Säure-Akzeptors und dem Lösungsmittel. Ganz allgemein ist bekannt, das Silbersalz einzusetzen, um eine O- Alkylierung zu erreichen und daß selbst dann eine gewisse N- Alkylierung beobachtet wird. Wie oben angegeben, eignet sich die Verwendung von Silbersalzen nicht besonders für eine Herstellung im kommerziellen Maßstab.
Das Verfahren der Anmelderin für die Synthese von Dikationenethern umfaßt die Umsetzung eines 1-Alkyl-2-halopyridiniumsalzes mit 2-Hydroxypyridin in Gegenwart einer tertiären organischen Base. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß mit derartigen Reaktionskomponenten eine Möglichkeit der Reaktion am Stickstoff besteht, wie auch am Sauerstoff des Hydroxypyridinanions. Weiterhin verwendet die Anmelderin kein Silbersalz, wie es im Stande der Technik vorgeschlagen wird. Infolgedessen war es überraschend festzustellen, daß das Verfahren der Anmelderin zu guten Ausbeuten an einem gewünschten Produkt führt, bei dem eine Sauerstoff-Umsetzung erfolgt (das in ein 2,2'-Oxydipyridiniumsalz überführt werden kann). Die Herstellung von Dikationenethern und ihre Verwendung als Härtungsmittel wird beschrieben von Chen und anderen in der U.S.-Patentanmeldung mit der Serial-Nr. 238 665, eingereicht am 31. August 1988, als U.S.-Patent Nr. 4 877 724 erteilt am 31. Oktober 1989.
Stang und andere beschreiben in J. Am. Chem. Soc., 103, 4837-4845 (1981) eine Herstellung von Dikationenethersalzen. Das Verfahren umfaßt die Umsetzung eines aktivierten, nichtenolisierbaren Ketons mit Triflic-Anhydrid.
Villiers und andere beschreiben in Rec. Trav. Chim., 76, 647 (1957) ein Verfahren, bei dem ein Silbersalz eingesetzt wird, bei dem 2,2'-Bispyridylether in schlechter Ausbeute erhalten wird. Die Verwendung eines Natriumsalzes wird auf S. 649 erwähnt.
Hopkins und andere berichten in J. Org. Chem., 32, 4040-4 (1967) über ein Studium der Reaktion von Alkalimetall- und Silbersalzen von 2-Pyridon mit Alkylhalogeniden und Tosylaten in verschiedenen Lösungsmitteln. Die Verhältnisse der Stickstoff- zur Sauerstoff-Alkylierung wurden quantitativ bestimmt.
Der Kern dieser Erfindung umfaßt die Erkenntnis, daß ein 1- Alkyl-2-halopyridiniumsalz mit einem 2-Hydroxypyridin unter Bildung eines Ethers in hoher Ausbeute reagiert. Diese Erfindung schließt ferner die Erkenntnis ein, daß diese Reaktion in hohen Ausbeuten stattfindet, wenn das 1-Alkyl-2- halopyridiniumsalz in einer Reaktionsmischung verwendet wird, die hergestellt wird durch Umsetzung eines 2-Halopyridins mit einem geeigneten Alkylierungsmittel. Diese Erfindung umfaßt ferner die Erkenntnis, daß die vorerwähnten Reaktionen in einer eleganten folgeabhängigen Methode zur Herstellung von Dikationenethern angewandt werden können. Weiterhin wird durch diese Erfindung eine Reaktionsfolge für die Herstellung eines Dikationenethers in hoher Ausbeute in einem chargenweisen Verfahren bereitgestellt, das in einem Reaktionsgefäß durchgeführt wird, ohne Isolierung eines Zwischenproduktes für den Dikationenether. Überdies kann erfindungsgemäß der Dikationenether in hoher Reinheit isoliert werden (aus der Reaktionsmischung, in der er erzeugt wird) durch Ausfällung aus einer wäßrigen Lösung des Fluoborates.
Dikationenether, wie sie nach dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt werden können, lassen sich zur Härtung von Gelatine verwenden. Ferner können sie als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von anderen chemischen Produkten eingesetzt werdend wobei auf Stang und andere, supra, S. 4841 verwiesen wird.
Gemäß einem Aspekt umfaßt diese Erfindung eine Reaktionsfolge für die Herstellung von Dikationenethern. Dies bedeutet, daß diese Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Salzes eines Dikationenethers umfaßt, der der folgenden Formel entspricht:
worin jeder durch R gekennzeichnete Substituent unabhängig voneinander ausgewählt wird aus der Klasse bestehend aus Wasserstoff, Halogen und Alkylresten mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen, derart, daß nicht mehr als ein Halogen an einen Ring gebunden ist, und worin ein jeder durch R' gekennzeichnete Rest ausgewählt ist aus Alkylresten mit bis zu etwa 4 Kohlenstoffatomen,
wobei das Verfahren die folgende stufenweise Reaktionsfolge umfaßt:
(A) Umsetzung von (i) einem Alkylierungsmittel, ausgewählt aus der Klasse bestehend aus Dimethylsulfat, Diethylsulfat, Alkyltoluolsulfonaten und Verbindungen der Formel R'OSO&sub2;CF&sub3;, worin R' die gleiche Bedeutung wie oben angegeben hat, mit (ii) einem Halopyridin der Formel:
worin R die gleiche Bedeutung wie oben hat und X ein Halogen mit einer Atomzahl von mindestens 17 ist,
(B) Umsetzung des N-alkylierten intermediären Produktes der Stufe (A) in Gegenwart eines tertiären Alkylamins mit einem Hydroxypyridin der Formel:
worin R die gleiche Bedeutung wie oben angegeben hat und nicht mehr als ein R für Halogen steht,
(C) Umsetzung des dadurch erhaltenen mono-N-alkylierten Ether-Zwischenproduktes mit einem Alkylierungsmittel, ausgewählt aus der Klasse aus Alkylierungsmitteln, wie sie oben angegeben wurden, und
(D) Umsetzung des di-N-alkylierten Ether-Zwischenproduktes, das dadurch erhalten wurde, mit einem in Wasser löslichen Metallfluoborat, wodurch das Dikationenethersalz der Formel (I) erzeugt wird;
wobei das Verfahren weiter dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Ausbeute an dem Dikationenethersalz im wesentlichen Überschuß gegenüber einer Ausbeute an Pyridon-Nebenprodukt erhalten wird. Im Falle dieser Erfindung bedeutet der Ausdruck "wesentlicher Überschuß", daß etwa 10 mal soviel Pyridylether erzeugt wird als Pyridon-Nebenprodukt.
Wie oben ausgeführt, umfaßt die Stufe (A) die Umsetzung eines Alkylierungsmittels und eines 2-Halopyridins. Das verwendete 2-Halopyridin weist keine Substituenten auf, die verhindern, daß die Alkylierung des Stickstoffatomes stattfindet. Ganz allgemein gesprochen, wird vorzugsweise ein 2- Halopyridin verwendet, indem die 4-Position und die 6-Position unsubstituiert sind. Im Falle der Substituenten in der 3-Position und in der 5-Position, d.h. in der meta-Position zum Ring-Stickstoffatom, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese ausgewählt werden aus Substituenten, die (i) stabil unter den angewandten Reaktionsbedingungen sind, (ii) nicht zu einer unerwünschten Nebenreaktion in einem merklichen Umfange führen, oder (iii) in anderer Weise den Verlauf der angewandten Reaktion im Verfahren dieser Erfindung stören. Im Falle dieser Erfindung werden derartige Substituenten als "inerte" Substituenten bezeichnet. Zu bevorzugten inerten Substituenten gehören Wasserstoff und kurzkettige Alkylgruppen, z.B. Methyl, Ethyl, n-Propyl, sec.-Butyl, n- Pentyl und dgl.. Vorzugsweise weisen die Alkylreste bis zu etwa 4 Kohlenstoffatome auf. Zu bevorzugten inerten Substituenten gehören ferner Halogene, in besonders vorteilhafter Weise Chlor, Brom und Iod, in ganz besonders vorteilhafter Weise Chlor und Brom. Der Substituent X in der Formel (I) ist ferner aus den in diesem Absatz erwähnten Halogenen ausgewählt. Eine bevorzugte Reaktionskomponente ist 2-Chloropyridin.
Bezüglich des in Stufe (A) angewandten Alkylierungsmittels ist zu erwähnen, daß man ein Mittel verwendet, das dazu geeignet ist, das Ring-Stickstoffatom in dem 2-Halopyridin zu alkylieren. Beispiele für derartige Alkylierungsmittel sind die obenerwähnten Alkylierungsmittel. Von diesen werden Dimethylsulfat, Diethylsulfat, -CH&sub3;OSO&sub2;CF&sub3;und-C&sub2;H&sub5;OSO&sub2;CF&sub3; bevorzugt eingesetzt. Für eine Produktion im kommerziellen Maßtstab sind die Alkylsulfate besonders geeignet.
Für die Stufe (B) kann man die N-alkylierte Verbindung in der Reaktionsmischung verwenden, die durch Stufe (A) erzeugt wurde. Alternativ kann man eine zuvor hergestellte 1-Alkyl- 2-halopyridiniumverbindung verwenden. Wird eine zuvor hergestellte Pyridiniumverbindung verwendet, so wird das Gegenion derart aus Anionen ausgewählt, die die Verfahrensstufe (n) dieser Erfindung nicht stört bzw. stören. Diese Gegenionen können aus jenen ausgewählt werden, die sich von den vorerwähnten Alkylierungsmitteln ableiten, so wie Sulfat, Chlorid, Bromid, Toluolsulfonat, Methansulfonat und dgl..
In Stufe (B) wird eine Hydroxypyridinverbindung der Formel (III) verwendet. Vorzugsweise sind die Substituenten an dem Hydroxypyridin identisch im Typ und in der Position mit den Substituenten am Ausgangs-2-Halopyridin (oder dem zuvor hergestellten 1-Alkyl-2-halopyridiniumkation), so daß das Produkt-Dikation symmetrisch ist. Dies ist jedoch nicht kritisch, und diese Erfindung schließt die Herstellung von unsymmetrischen Produkten ein. Anders ausgedrückt, ist der bevorzugte Fall der, daß das R in der 4-Position des 2-Hydroxypyridins Wasserstoff ist, jedoch können auch Verbindungen, in denen die 4-Position andere Substituenten aufweist, verwendet werden. Im Falle der Formel (III) hat jedes R die gleiche Bedeutung wie das R in Formel (II). Infolgedessen wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein jedes R in Formel (III) ausgewählt aus den bevorzugten inerten oben angegebenen Substituenten, die im Falle des 2-Halopyridins diskutiert wurden. Eine bevorzugte Reaktionskomponente ist 2-Hydroxypyridin, das in der Literatur auch mit 2-Pyridon bezeichnet wird. In dem Produkt der Stufe (B) ist das Gegenion das Anion, das in dem 1-Alkyl-2-halopyridiniumsalz vorliegt. Derartige Gegenionen wurden oben erwähnt.
Die Stufe (B) wird in Gegenwart einer organischen Base durchgeführt, um die als Nebenprodukt anfallende Säure zu binden, wobei die Base dazu beiträgt, die Reaktion in Richtung der vollständigen Umsetzung zu führen. Eine jede beliebige organische Base, die das Verfahren nicht stört, kann verwendet werden. Vorzugsweise ist die Base ein aliphatisches tertiäres Amin mit drei Alkylgruppen, die an den Stickstoff gebunden sind. Vorzugsweise sind die drei Alkylgruppen gleich und sie sind ausgewählt aus Alkylgruppen mit 2 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen. Triethylamin ist ein bevorzugtes tertiäres Amin. Im allgemeinen wird eine ausreichende Menge an Base verwendet, um mit sämtlicher Säure zu reagieren, die bei der Reaktion der Stufe (II) freigesetzt wird. Große Überschüsse an Base können unnötigerweise Komplikationen in das Verfahren einführen und werden somit nicht bevorzugt verwendet. Im allgemeinen wird eine praktisch stoichiometrische Menge an organischer Base verwendet. Für die Zwecke dieser Erfindung schließt der Ausdruck "eine praktisch stoichiometrische Menge" eine stoichiometrische Menge, ein, wie auch Mengen, die geringfügig von der stoichiometrischen Menge abweichen, beispielsweise Abweichungen, die durch nicht beabsichtigte Wiegefehler eingeführt werden. Ganz allgemein gesprochen bedeutet "praktisch stoichiometrisch" stoichiometrisch ±0,05 Mole.
In der Stufe (B) ist das Salz der Base, das gebildet wird, in der Reaktionsmischung nicht löslich. Es wird aus der Reaktionszone entfernt, vorzugsweise bevor die Stufe (C) durchgeführt wird. Das Salz wird zweckmäßigerweise durch Filtration entfernt.
In Stufe (C) wird das Monokationenetherprodukt der Stufe (B) mit einem Alkylierungsmittel zu dem erwünschten Dikation umgesetzt. Das Alkylierungsmittel, das für diesen Zweck verwendet wird, wird vorzugsweise ausgewählt aus der gleichen Klasse der Alkylierungsmittel, die auch in Stufe (A) eingesetzt werden. Vorzugsweise wird das Alkylierungsmittel derart ausgewählt, daß die Alkylgruppen, die an beide Stickstoffatome in dem Dikation gebunden werden, gleich sind. Vorzugsweise bestehen beide Alkylgruppen aus Methyl oder Ethyl, in besonders vorteilhafter Weise aus Methyl.
Nach der Alkylierung in Stufe (C) wird die Reaktionsmischung konzentriert, und zwar durch Entfernung von praktisch sämtlichem Lösungsmittel, das vorhanden ist. Dies kann geschehen durch Destillation, vorzugsweise unter etwas vermindertem Druck, z.B. etwa 2,67 kPa (20 mm Hg). Die Lösungsmittelentfernung erleichtert die Umsetzung des Dikationenproduktes von Stufe (C) mit der wäßrigen Metallfluoboratlö-Sung, die in Stufe (D) verwendet wird.
Die Stufe (D) wird durchgeführt, um das Dikation von der Mischung zu trennen, die das Dikation enthält. Für diese Stufe wird eine wäßrige Lösung eines Metallfluoborates verwendet. Verwendet werden kann jedes beliebige Metallfluoborat, das in Wasser ausreichend löslich ist. Natriumfluoborat ist ein bevorzugtes Reaktionsmittel; die Verwendung von Lithiumfluoborat wird ebenfalls vorgeschlagen. Vorzugsweise wird eine mäßig konzentrierte Lösung des Fluoborates in Wasser verwendet. Im allgemeinen wird vorzugsweise eine Lösung von Natriumfluoborat in einer Konzentration von 460 bis 500 g/l eingesetzt.
Das Dikationenprodukt wird durch das Verfahren der Stufe (D) ausgefällt und kann durch Filtration gewonnen werden. Es kann, falls erwünscht, zum Zwecke einer weiteren Reinigung gewaschen werden. Ist das Fluoboratsalz des Dikations nicht erwünscht, so kann der Niederschlag der Stufe (D) wieder in Wasser suspendiert und mit einem Kaliumsalz mit dem gewünschten Kation umgesetzt werden. Das Kaliumfluoborat, das gebildet wird, ist in einem bemerkenswerten Ausmaß in Wasser unlöslich und kann abfiltriert werden, unter Zurücklassen einer wäßrigen Mischung des gewünschten Dikationensalzes. Beispielsweise kann das Dikationenfluoborat in Wasser resuspendiert und mit Kaliumnitrat umgesetzt werden, unter Bildung des Dikationendinitrates. Dies Material kann zur Härtung von Gelatine eingesetzt werden oder als chemische Zwischenverbindung.
Die Stufen der Herstellung des Dikationenethers in der oben beschriebenen Reaktionssequenz werden in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt. Ein geeignetes Lösungsmittel für diesen Prozeß (i) hat die Eigenschaften, die Reaktionskomponenten und gewünschten Produkte zu lösen, (ii) reagiert nicht mit ihnen in einem unerwünschten Ausmaß und (iii) begünstigt die N-Alkylierung nicht in einem bemerkenswerten Umfang. Bevorzugte Lösungsmittel weisen einen Siedepunkt auf, der hoch genug ist, daß die Reaktionen bei einer Temperatur oder Temperaturen durchgeführt werden können, die zu guten Reaktionsgeschwindigkeiten führen, ohne daß es notwendig ist, bei superatmosphärischen Drucken zu arbeiten. Ein bevorzugtes Lösungsmittel ist Acetonitril. Andere Lösungsmittel mit den oben angegebenen Eigenschaften können, falls erwünscht, angewandt werden.
Die Menge an Lösungsmittel ist nicht kritisch. Verwendet wird genug Lösungsmittel, um die Materialien zu lösen, die nach dem Wunsch des Fachmanns in Lösung bleiben sollen. Es besteht keine reale obere Grenze der Menge an verwendetem Lösungsmittel, die vielmehr bestimmt wird durch derartige sekundäre Betrachtungen, wie die Größe des Reaktionsgefäßes, die Verfahrensökonomie, die Leichtigkeit der Abtrennung des Produktes usw.. Im allgemeinen werden etwa 2 Gew.-Teile Lösungsmittel pro Gew.-Teil Chloropyridin eingesetzt. Mehr Lösungsmittel kann zugesetzt werden (z.B. mit einer organischen Base), so daß die gesamte Menge an Lösungsmittel bei dem etwa 4-fachen der Menge an 2-Chloropyridin, auf Gew.- Basis liegt. Falls erwünscht, können größere oder kleinere Mengen eingesetzt werden.
In dem folgeabhängigen Verfahren dieser Erfindung werden die Stufen (A), (B) und (C) wie oben beschrieben, in geeigneter Weise in Acetonitril bei Rückflußtemperatur durchgeführt. Nicht erforderlich ist es, die vorerwähnten Reaktionsstufen bei dieser Temperatur durchzuführen; falls erwünscht, können höhere oder niedrigere Temperaturen angewandt werden. In typischer Weise wählt der Fachmann eine Temperatur aus, die zu einer zweckmäßigen Reaktionsgeschwindigkeit führt und die zu keiner nicht-tolerierbaren Zersetzung von einem oder mehreren Materialien in der Reaktionszone führt. Im allgemeinen ist die Reaktionsgeschwindigkeit umso größer, umso höher die Temperatur liegt. Dies bedeutet, daß beispielsweise die Stufen (A) bis (C) bei Temperaturen im Bereich von 60 bis 100ºC oder darüber durchgeführt werden können. Liegt die ausgewählte Reaktionstemperatur oberhalb des normalen Siedepunktes von Acetonitril ( 82ºC), so kann die Reaktion bei einem überatmosphärischen Druck durchgeführt werden, der es ermöglicht, daß die gewünschte Temperatur erreicht wird.
Obgleich das Verfahren dieser Erfindung bei unteratmosphärischen Drucken durchgeführt werden kann, und, wie oben erläutert, bei überatmosphärischen Drucken, werden bevorzugt Umgebungsdrucke angewandt.
Im Falle des folgeabhängigen Verfahrens wie oben beschrieben, werden die Reaktionskomponenten der Stufen (A) und (B) in praktisch molaren äquivalenten Mengen angewandt. Mit anderen Worten, vorzugsweise werden die Reaktionskomponenten in stoichiometrischen Mengen verwendet oder in Mengen, die geringfügig von den wie oben definierten stoichiometrischen Mengen abweichen.
In der Stufe (C) kann man stoichiometrische oder praktisch stoichiometrische Mengen anwenden oder einen Überschuß an dem Alkylierungsmittel zum Zwecke der Unterstützung des Reaktionsablaufes in Richtung seiner Vervollständigung. Dies bedeutet, daß in Stufe (C) man einen 10%igen oder größeren Überschuß an Alkylierungsmittel einsetzen kann. Vorzugsweise liegt die Menge an Alkylierungsmittel bei dem 1,0- bis 1,1- fachen der Menge der anderen Reaktionskomponente.
Im Falle der Stufe (D) wird das lösliche Fluoborat vorzugsweise in praktisch stoichiometrischer Menge angewandt. Kleinere Mengen an Fluoborat bewirken, daß der Dikationenether in Lösung verbleibt und infolgedessen die Produktgewinnung vermindert.
Die Verwendung der Materialien in den oben diskutierten Mengen schont die Ausgangsmaterialien und vereinfacht die Produkt-Aufarbeitung. Sind diese Gesichtspunkte für die das Verfahren durchführende Person nicht von Wichtigkeit, so können größere Überschüsse an einem oderen mehreren der Reaktionskomponenten angewandt werden.
Bei der Berechung der Gewichte der Materialien, die in den Stufen (B) - (D) angewandt werden, kann der Operateur annehmen, daß die vorerwähnten Reaktionen in einer 100%igen Ausbeute ablaufen, wenn die Reaktionskomponenten in den vorangegangenen Stufen in praktisch stoichiometrischen Mengen angewandt werden. Ein Fachmann kann natürlich den Verlauf der Reaktion(en) auch durch NMR verfolgen oder durch eine Dünnschichtchromatographie (TLC) oder ähnliche Techniken, und er kann erhaltene Daten dazu verwenden, um die Mengen an zu verwendenden Reaktionskomponenten zu bestimmen.
Die Reaktionszeiten für die Stufen (A) - (C) sind nicht wirklich unabhängige Variablen, sondern hängen mindestens in einem gewissen Ausmaß von den anderen angewandten Reaktionsbedingungen ab (z.B. der Reaktionstemperatur), der den Reaktionskomponenten eigenen Reaktivität usw.. Im allgemeinen können Reaktionszeiten innerhalb der folgenden Bereiche angewandt werden:
Stufe (A) - 1-24 Stunden
Stufe (B) - 2-8 Stunden
Stufe (C) - 10-24 Stunden
Die Reaktionsdauer der Stufe (D) hängt mindestens in gewissem Ausmaße von der Geschwindigkeit der Zugabe des löslichen Fluoborates in die Reaktionszone ab. Sie kann gewöhnlich in etwa einer Minute bis etwa einer Stunde beendet werden. In manchen Fällen ist es wünschenswert, wenn die Reaktionsmischung etwa 0,5 - 1,0 Stunden lang stehengelassen wird, damit das Produkt ausfällen kann. Festzustellen ist, daß Reaktionszeiten außerhalb einem der angegebenen obigen Bereiche angewandt werden können, falls dies erwünscht ist. In zweckmäßiger Weise werden Umgebungstemperaturen und Umgebungsdrucke angewandt. Man kann die Reaktionstemperatur anwenden, die durch die Fluoboratlösung übertragen wird, die hergestellt wird mit dem Verfahrenswasser, das an dieser Reaktionsstelle zur Verfügung steht.
Die Gewinnung des Dikationenethers durch Ausfällung als Difluoboratsalz ist eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Methode der Isolation beschränkt. Dies bedeutet, daß die Erfindung auch die Isolierung des Dikationenethers durch jede beliebige andere dem Fachmann bekannte Methode umfaßt. Beispielsweise kann der Dikationenether als ein von einem Difluoborat verschiedenes Salz gewonnen werden, das in Wasser relativ unlöslich ist. Dies bedeutet, daß man den Dikationenether als ein Hexafluorophosphat oder ein ähnliches Salz gewinnen kann.
Überdies kann das Dikationenetherprodukt als ein Salz gewonnen werden, das ein Gegenion Y enthält, beispielsweise ein solches, wie es oben bei der Diskussion der Stufe (B) erwähnt wurde, durch Zugabe einer Flüssigkeit zur Reaktionsmischung, die aus der Stufe (C) resultiert, um das Produkt dieser Stufe aus der Lösung auszufällen. Vorzugsweise ist eine solche Flüssigkeit mit Acetonitril (oder einem anderen Reaktionslösungsmittel) mischbar und ist ein schlechtes Lösungsmittel für das Dikationenetherprodukt, das in der Stufe (C) erzeugt wird.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen das Verfahren dieser Erfindung.

Beispiel 1

Herstellung von 1,1'-Dimethyl-2,2'-oxypyridiniumdifluoborat

2-Chloropyridin (11,3 g) wurden in Acetonitril (20 ml) gelöst, worauf Dimethylsulfat (13,5 g) zugegeben wurden. Die Reaktionsmischung wurde 16 h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt und dann abgekühlt. 2-Hydroxypyridin (9,6 g) wurden zugegeben und danach Triethylamin (10,2 g), gelöst in Acetonitril (30 ml). Die Reaktionsmischung wurde 4 h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt und abgekühlt. Triethylaminhydrochlorid wurde abfiltriert und dem Filtrat wurde Dimethylsulfat (13,5 g) zugegeben. Die Mischung wurde über Nacht auf Rückflußtemperatur erhitzt (ca. 15 h) und zur Trockene eingedampft. Natriumfluoborat (23 g) wurde in Wasser gelöst und die Lösung wurde zum Zwecke der Entfernung von etwa unlöslichem Material filtriert. Das Filtrat wurde zu dem Rückstand zugegeben und kräftig mit diesem verrührt. Das Reaktionsprodukt schied sich aus und wurde abfiltriert und mit Ethanol und Ether gewaschen. Die Ausbeute betrug 22,5 g.
NMR 4,35 (s 6 Protonen), 8,02-9,15 ppm (m 8 Protonen).

Beispiel 2

Herstellung von 1-Ethyl-1'-methyl-2,2'-oxydipyridiniumdifluoborat

2-Chloropyridin (5,7 g) und Ethyltrifluoromethansulfonat (8 g) wurden in Acetonitril (15 ml) miteinander vermischt und die Lösung wurde vorsichtig 30 min auf Rückflußtemperatur erhitzt. Nachdem die Lösung abgekühlt worden war, wurden 2- Hydroxypyridin (4,8 g) und Triethylamin (5,1 g) zugegeben und die Mischung wurde 6 h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt. Die Lösung wurde dann abgekühlt und filtriert, um Triethylaminhydrochlorid zu entfernen. Dimethylsulfat (6,8 g) wurde zum Filtrat zugegeben und die Lösung wurde über Nacht auf Rückflußtemperatur erhitzt. Nach Verdampfung des Lösungsmittels wurde eine filtrierte Lösung von Natriumfluoborat (14 g) in Wasser (50 ml) zugegeben. Das Produkt wurde durch Zugabe von Ethanol isoliert.
Ausbeute: 10 g: 51%
Anal.: gef: C: 40,46; H: 4,15, N: 7,17.
ber. für C&sub1;&sub3;H&sub1;&sub6;B&sub2;F&sub8;N&sub2;O: C: 40,05; H: 4,14; N: 7,18
NMR 1,54 (s 3 Protonen), 4,32 (s 3 Protonen) 4,73 (q 2 Protonen 8,02-9,13 ppm (m 8 Protonen).

Beisipiel 3

Herstellung von 1,1'-Dimethyl-2,2'-oxydipyridiniumdifluoborat im großen Maßstab

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Ein 50 Gallonen fassender, mit Glas ausgekleideter Reaktor, ausgerüstet mit einem Rührer mit variabler Geschwindigkeit sowie Heiz- und Kühlvorrichtungen
Eine Filterbox aus rostfreiem Stahl
Ein Vakuumofen
Sämtliche Vorrichtungen sind mit heißem Wasser und danach mit Aceton unter einer Stickstoffhaube zu reinigen.

Beschreibung des Verfahrens

1. Setze einen sauberen, trockenen, 175 l (50 Gallonen) fassenden mit Glas ausgekleideten Reaktor unter ein teilweises Vakuum ( 100-300 Torr).
2. Gib in den Reaktor 21,9 kg Acetonitril.
3. Gib in den Reaktor 12,75 kg (112,35 Mole) von 4173 2- Chloropyridin.
4. Aktiviere das Rührwerk.
5. Erhitze die Reaktionslösung auf 60ºC.
6. Gib zu dem Reaktor 15,6 kg (123,6 Mole) Dimethylsulfat innerhalb eines Zeitraumes von 30 min. Halte die Reaktionstemperatur bei 65ºC unter Kühlung, falls erforderlich.
7. Erhitze die Reaktionsmischung auf Rückflußtemperatur (82ºC) und halte die Rückflußbedingungen 2 h lang aufrecht. Überprüfe auf die die Vervollständigung der Reaktion durch Dünnschichtchromatographie (TLC). Das 2-Chloropyridin sollte verschwinden.
8. Kühle die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur (RT) ab.
9. Gib in den Reaktor 11,2 kg (117,9 Mole) 2-Hydroxypyridin.
10. Bereite in einem zweiten 175 l (50 Gallonen) fassenden Reaktor eine Lösung von 11,9 kg (117,9 Mole) von Triethylamin und 30,8 kg Acetonitril.
11. Füge die Triethylaminlösung zur Reaktionsmischung zu. Halte die Reaktionstemperatur unterhalb 50ºC unter Anwendung einer Kühlung und durch Steuerung der Zugabegeschwindigkeit. Die Reaktionsmischung wird dunkel werden.
12. Erhitze die Reaktionsmischung auf Rückflußtemperatur (82ºC) und halte die Rückflußerhitzung 2 h lang aufrecht. Überprüfe auf die Vervollständigung der Reaktions durch TLC. Das 2-Hydroxypyridin sollte verschwinden.
13. Kühle die Reaktionsmischung auf RT ab.
14. Filtriere die Produktlaugen in einen sauberen, 50 Gallonen fassenden, mit Glas ausgekleideten Reaktor.
15. Schlämme die Triethylaminhydrochlorid-Rückstände mit 18 kg Acetonitril auf (3 x 6 kg). Filtriere die Acetonitrilwäsche in einen zweiten Reaktor.
16. Verwerfe die Triethylaminhydrochloridrückstände.
17. Füge zu der Produktlösung 15,6 kg (123,45 Mole) Dimethylsulfat hinzu.
18. Erhitze die Reaktionsmischung auf Rückflußtemperatur (82ºC) und halte die Rückflußbedingungen 16 h lang aufrecht (über Nacht). Überprüfe auf Vervollständigung der Reaktion durch TNC.
19. Bringe den Reaktor vorsichtig auf volles Vakuum und konzentriere die Reaktionsmischung auf 1/3 des Volumens (ein Rühren wird erforderlich sein. Die Mischung wird dick.
20. Stelle in einem zweiten sauberen, 175 l (50 Gallonen) fassenden Reaktor eine Lösung von 27,15 kg (247,17 Mole) Natriumtetrafluoborat und 18 Gallonen Wasser her. Rühre bei RT 1 h. Dies ist etwa die maximale Löslichkeit von Natriumtetrafluoroborat in Wasser bei RT. Filtriere jegliche unlöslichen Komponenten ab.
21. Füge unter Rühren der konzentrierten Produktmischung die Natriumtetrafluoroboratlösung hinzu. Sorge dafür, daß die Temperatur nicht über 30ºC während der Zugabe ansteigt.
22. Rühre 1 h lang bei RT, unter Ausfällung des Produktes.
23. Bringe die Produktaufschlämmung in eine geerdete Filterbox aus rostfreiem Stahl.
24. Wasche den Produktkuchen mit 18 kg Isopropylalkohol.
25. Überführe die feuchten festen Stoffe in Schalen und trockne in einem Vakuumofen von 40ºC bis < = 1,0% flüchtige Bestandteile.
26. Die zu erwartende Ausbeute beträgt 23,7 kg, entsprechend 54% der Theorie.

Beispiel 4

Herstellung von 1,5-Dimethyl-1'-methyl-2,2'-oxydipyridiniumdifluoborat

2-Bromo-5-methylpyridin (8,6 g) und Dimethylsulfat (6,8 g) wurden zu Acetonitril (20 ml) zugegeben, worauf die Lösung über Nacht auf Rückflußtemperatur erhitzt wurde. Nach dem Abkühlen wurden 2-Hydroxypyridin (4,8 g) und Triethylamin (5 g) zugegeben und die Mischung wurde 6 h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde Dimethylsulfat (6,8 g) zugegeben und die Lösung wurde über Nacht auf Rückflußtemperatur erhitzt. Die Reaktionsmischung wurde aufgearbeitet durch Eindampfen zur Trockene und Zugabe einer filtrierten Lösung von Natriumfluoborat (14 g) in Wasser (50 ml). Das Produkt wurde durch Ausfällung mit Ethanol isoliert.
Ausbeute 7,7 g: 40%
Anal.: gef. C: 39,55; H: 3,99; N: 7,07.
ber. für C&sub1;&sub3;H&sub1;&sub6;B&sub2;F&sub8;N&sub2;O: C: 40,05; H: 4,14; N: 7,18%.
NMR 2,45 (s 3 Protonen), 4,31 (s 6 Protonen), 7,95-9,05 ppm (m 7 Protonen).
Die Verfahren der obigen Beispiele können mit anderen Reaktionskomponenten der Formeln (Il) und (III) durchgeführt werden, unter Anwendung von Reaktionstemperaturen innerhalb des Bereiches von 60ºC bis 100ºC in Stufen (A)-(C) und einer Reaktionstemperatur innerhalb des Bereiches von 10ºC bis 30ºC im Falle der Stufe (D). Das Verfahren kann angewandt werden unter Anwendung beliebiger Alkylierungsmittel und tertiärer Alkylamine wie oben diskutiert.
Die Dikationenether der Formel (I), die nach dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt werden, können als Härtungsmittel für jeden Gelatinetyp eingesetzt werden. Zu Gelatinetypen, die für die Praxis der vorliegenden Erfindung geeignet sind, gehören mit Alkali behandelte Gelatine, mit Säure behandelte Gelatine, teilweise phthalierte Gelatine, doppelbehandelte Gelatine (d.h. Gelatine, die mit sowohl Alkali als auch Säure behandelt wurde) und dgl..
Die Dikationenether der Formel (I) führen zu einer raschen Härtung von Gelatine mit nur geringer oder keiner Nachhärtung, unter Vermeidung vieler der nachteiligen photographischen Effekte, die im Falle von Härtungsmitteln des Standes der Technik zu beobachten sind, wie beispielsweise ein Empfindlichkeitsverlust und eine Schleierbildung. Die härtenden Verbindungen der Formel (I) sind ferner nicht so hoch hygroskopisch wie viele härtenden Verbindungen des Standes der Technik, weshalb sie leicht zu handhaben sind. Zusätzlich weist eine Gelatine, die gemäß dieser Erfindung gehärtet worden ist, wünschenswerte physikalische Eigenschaften aufs wie z.B. eine geringe Klebrigkeit.
Gelatine wird gehärtet durch Vereinigung derselben mit einem härtenden Stoff mit einem Dikationenether der Formel (I). Dies wird erreicht durch dem Fachmann bekannte Techniken. Beispielsweise kann die wäßrige Lösung der härtenden Verbindung direkt auf eine ungehärtete Gelatineschicht aufgebracht werden, die auf einen Träger aufgetragen worden ist. Alternativ kann die härtende Verbindung mit der zu härtenden Zusammensetzung vermischt werden, kurz bevor die Zusammensetzung auf einen Träger aufgetragen wird. Eine andere Methode besteht darin, die Verbindung in einer Gelatineoder nicht-Gelatineschicht (z.B einer Schicht aus einem synthetischen Polymeren) als eine Deckschicht oder als eine interne Schicht eines photographischen Elementes in einer Weise auf zutragen, derart, daß die Verbindung in andere Schichten des Elementes diffundiert unter Härtung dieser anderen Schichten.
Die Dikationenether können ferner zur teilweisen Härtung von Gelatine eingesetzt werden. Dies geschieht beispielsweise durch Erhöhen der Kettenlänge der Gelatine, wie es in der U.S.-Patentschrift 4 421 847 beschrieben ist.
Die Menge an Härtungsmittel, die zur Härtung von Gelatine gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, hängt von dem Zweck ab, für den die Gelatine verwendet wird, dem Grad der gewünschten Härtung und der speziell verwendeten Verbindung. Ist lediglich ein geringer Härtungsgrad erwünscht, so können relativ kleine Menge an härtender Verbindung verwendet werden. Ist ein größerer Härtungsgrad erwünscht, so können relativ große Mengen an Härtungsmittel verwendet werden. Die Menge an Härtungsmittel, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, liegt vorzugsweise zwischen 0,01 und 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von trockener Gelatine und in besonders vorteilhafter Weise zwischen 0,05 und 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der trockenen Gelatine.
Wie oben dargelegt, besteht das Verfahren dieser Erfindung aus einer eleganten Methode, die leicht durchgeführt werden kann. Infolgedessen ist sie leicht anpaßbar, um industriell angewandt werden zu können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Salzes eines Dikationethers mit der Formel:

worin jeder Substituent, der durch R gekennzeichnet ist, unabhängig voneinander ausgewählt ist aus der Klasse bestehend aus Wasserstoff, Halogen und Alkylresten mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen, derart, daß nicht mehr als ein Halogen an einen Ring gebunden ist, und wobei jeder Rest, der durch R' gekennzeichnet ist, ausgewählt ist aus Alkylresten mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen,

wobei das Verfahren umfaßt die stufenweise Umsetzungsfolge von:

(A) Umsetzung von (i) einem Alkylierungsmittel, ausgewählt aus der Klasse bestehend aus Dimethylsulfat, Diethylsulfat, Alkyltoluolsulfonaten sowie Verbindungen- der Formel R'OSO&sub2;CF&sub3;, worin R' die gleiche Bedeutung wie oben angegeben hat, mit < ii) einem Halopyridin der Formel:

worin R die gleiche Bedeutung wie oben angegeben hat und X für Halogen steht mit einer Atomzahl von mindestens 17,

(B) Umsetzung des N-alkylierten Zwischenproduktes der Stufe (A) mit einem Hydroxypyridin in Gegenwart eines tertiären Alkylamins, wobei das Hydroxypyridin der folgenden Formel entspricht:

worin R die gleiche Bedeutung wie oben angegeben hat, und nicht mehr als ein R für Halogen steht,

(C) Umsetzung des mono-N-alkylierten Etherzwischenproduktes, das erhalten worden ist, mit einem Alkylierungsmittel, ausgewählt aus der Klasse von Alkylierungsmitteln wie oben angegeben, und

(D) Umsetzung des di-N-alkylierten Etherzwischenproduktes, das erzeugt worden ist, mit einem in Wasser löslichen Metallfluoborat, wodurch das Dikationethersalz der Formel (I) erzeugt wird;

wobei das Verfahren weiter dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Ausbeute an dem Dikationethersalz erhalten wird, die wesentlich über irgendeiner Ausbeute eines Pyridon-co-produktes liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Stufen (A), (B) und (C) in Gegenwart von Acetonitril als Lösungsmittel durchgeführt werden und ein Salz des tertiären Alkylamins vor Durchführung der Stufe (C) entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Acetonitril im wesentlichen aus der Reaktionsmischung entfernt wird, die in der Stufe (C) erzeugt wird, bevor die Stufe (D) durchgeführt wird, und wobei die Stufe (D) durchgeführt wird durch Zugabe einer wäßrigen Lösung des Metallfluoborates, wodurch das Dikationethersalz ausgefällt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Reaktionskomponenten der Stufen (A) und (B) in im wesentlichen molaren äquivalenten Mengen eingesetzt werden, und bei dem in Stufe (C) die Menge an dem verwendeten Alkylierungsmittel beim 1,0- bis 1,1-fachen der molaren äquivalenten Menge des mono-N-alkylierten Etherproduktes der Stufe (B) liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, das in einem Reaktionsgefäß durchgeführt wird, ohne Isolierung eines der Zwischenprodukte.

6. Verfahren zur Herstellung von 1,1'-Dimethyl-2,2'-oxydipyridiniumdifluoborat,

wobei das Verfahren die folgende Sequenz von Verfahrensstufen umfaßt:

(A) Umsetzung von 2-Chloropyridin und Dimethylsulfat in Acetonitril-Lösungsmittel unter Herstellung eines N-Methylpyridiniumzwischenproduktes;

(B) Umsetzung von 2-Hydroxypyridin mit dem Zwischenprodukt in der Reaktionsmischung, die in der Stufe (A) erzeugt worden ist, sowie in Gegenwart eines tertiären Alkylamins, das zugegeben wird,

(C) Entfernung eines Salzes des tertiären Alkylamins aus der Reaktionsmischung, die in Stufe (B) erhalten worden ist,

(D) Umsetzung des mono-N-alkylierten Ethers in der im wesentlichen salzfreien Reaktionsmischung, die erhalten worden ist mit Dimethylsulfat,

(E) Entfernung von praktisch sämtlichem Acetonitril aus der Reaktionsmischung, die dadurch erzeugt worden ist,

(F) Umsetzung von Natriumfluoborat in Wasser und des di-N-alkylierten Etherproduktes von Stufe (D), wodurch das 1,1'-Dimethyl-2,2'-oxydipyridiniumdifluoboratprodukt ausgefällt wird,

wobei das Verfahren weiter dadurch gekennzeichnet ist, daß es in einem Reaktionsgefäß durchgeführt wird, ohne Entfernung eines Zwischenproduktes des Produktes, wobei eine Ausbeute des Produktes erhalten wird, die im wesentlichen über der Ausbeute von

liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dein das tertiäre Alkylamin Triethylamin ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Ethers der Formel:

wobei das Verfahren umfaßt die Umsetzung von 1-Methyl-2- halopyridiniumsalz mit 2-Hydroxypyridin in Gegenwart eines Sumpfes aus einem tertiären Alkylamin für das Nebenprodukt HCl, und wobei das Verfahren durchgeführt wird in Gegenwart einer Lösungsmittelmenge von Acetonitril; wobei ferner das Verfahren bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 70ºC bis 90ºC durchgeführt wird, und wobei das Verfahren weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Ausbeute an dem Ether erhalten wird, die wesentlich über der Ausbeute von:

liegt, wobei Y das Gegenion ist, das in dem Pyridiniumsalz vorliegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Halopyridin 2-Chloropyridin ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, das unter Ruckfluß bei Umgebungsdruck durchgeführt wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines Dikationethers der Formel:

worin ein jeder Substituent, der durch R gekennzeichnet ist, unabhängig voneinander ausgewählt ist aus der Klasse, bestehend aus Wasserstoff, Halogen sowie Alkylresten mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen, derart, daß nicht mehr als ein Halogen an einen Ring gebunden ist, wobei ferner jeder Rest, der durch R' gekennzeichnet ist, ausgewählt ist aus Alkylresten mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen,

wobei das Verfahren die folgende stufenweise Reaktionsfolge umfaßt:

(A) Umsetzung von (i) eines Alkylierungsmittels, ausgewählt aus der Klasse bestehend aus Dimethylsulfat, Diethylsulfat, Alkyltoluolsulfonaten und Verbindungen der Formel R'OSO&sub2;CF&sub3;, worin R' die gleiche Bedeutung wie oben angegeben hat, mit (ii) einem Halopyridin der Formel:

worin R die gleiche Bedeutung wie oben angegeben hat, und X Halogen mit einer Atomzahl von mindestens 17 ist,

worin R die gleiche Bedeutung wie oben angegeben hat, und nicht mehr als ein R die Bedeutung von Halogen hat, und

(C) Umsetzung des mono-N-alkylierten Etherzwischenproduktes, das erhalten worden ist, mit einem Alkylierungsmittel, ausgewählt aus der Klasse von Alkylierungsmitteln wie oben angegeben.