DE69715207T2

DE69715207T2 - Verfahren zur herstellung von auf mindestens einem kohlenstoffatom in einer alkylkette fluorierten kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE69715207T2
Application number: DE69715207T
Authority: DE
Inventors: Laurent Saint-Jalmes
Original assignee: Rhodia Chimie SAS; Rhone Poulenc Chimie SA
Current assignee: Rhodia Chimie SAS
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2017-05-07
Also published as: EP0912466B1; PT912466E; AU2902297A; US6166271A; FR2748474A1; ATE223363T1; WO1997043231A1; CN1163453C; EP0912466A1; DE69715207D1; CN1218447A; ES2183174T3; JP2000510139A; FR2748474B1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, das zur Synthese von Kohlenwasserstoffverbindungen, die an einem Kohlenstoff einer Alkoylkette fluoriert sind, durch Austausch zwischen einem Halogen mit höherer Atomzahl und Fluor mittels eines Reagenzes, das Fluor zumindest teilweise in Form von Komplexsalzen enthält, verwendbar ist. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren, das den Erhalt von Derivaten erlaubt, die an einem Kohlenstoffatom fluoriert sind, das Gruppen trägt, die eine Unsättigung oder Doppelbindungen aufweisen.
Die fluorierten Verbindungen sind im Allgemeinen schwer zugänglich. Die Reaktivität von Fluor ist so, dass es schwierig, wenn nicht unmöglich, ist, die fluorierten Derivate direkt zu erhalten.
Eine der Techniken, die zur Herstellung des fluorierten Derivats am häufigsten verwendet wird, besteht darin, ein halogeniertes, im Allgemeinen chloriertes Derivat mit einem mineralischen Fluor, im Allgemeinen einem Alkalimetallfluorid, im Allgemeinen mit höherer Atomzahl reagieren zu lassen, um das Halogen auszutauschen.
Das Fluorid, das allgemein verwendet wird, ist Kaliumfluorid, das einen wirtschaftliche zufriedenstellenden Kompromiss darstellt.
Vor diesem Hintergrund wurden zahlreiche Verfahren wie z. B. die, die in der Zusatzanmeldung Nr. 2 353 516 und in dem Artikel Chem. Ind. (1978) - 56 beschrieben sind, offenbart und industriell durchgeführt, um Fluoride von Aryl, Aryl, an das Elektronen-anziehende Gruppen gepfropft sind, herzustellen.
Außer wenn das Substrat besonders an diesen Synthesetyp angepasst ist, weist diese Technik Unzulänglichkeiten auf, deren Hauptpunkte die sind, die nachstehend analysiert werden.
Die Reaktion benötigt Reagenzien wie Alkalimetallfluoride, z. B. Kaliumfluorid, die infolge der Anforderungen, denen sie genügen müssen, um an diesen Synthesetyp angepasst zu sein, relativ teuer sind: sie müssen sehr rein, trocken und in physikalisch angepasster Form vorliegen.
Darüber hinaus ist diese Reaktion nicht für jede Produktklasse durchführbar, insbesondere nicht für die, die einen Halogen-tragenden Kohlenstoff haben (d. h. der Kohlenstoff trägt das Halogen oder die Halogene, die dazu bestimmt sind, durch Fluor ausgetauscht zu werden).
Es werden auch Reagenzien wie z. B. Fluorwasserstoffsäure in flüssiger Form, verdünnt mit aprotischen dipolaren Lösungsmitteln oder gasförmig verwendet (siehe Database WPI, Sektion Ch, Week 8430, Derwent-publ. Ltd. AN84-185448 & JP-A- 5910432). Jedenfalls ist Fluorwasserstoffsäure ein zu kräftiges Reagenz und führt oft zu unerwünschten Polymerisationsreaktionen und zu Teeren.
In diesem Fall und insbesondere wenn man Derivate wünscht, die an einem Kohlenstoff des Alkoyltyps fluoriert sind (hier eingeschlossen Aralkoyl), der durch das Vorliegen von Elektronen-anziehenden Gruppen an Elektronen verarmt ist, steht der Fachmann vor einem Problem, dessen Lösung nicht sehr ermutigend ist; oder man wählt sehr strenge Bedingungen und erhält vor allem Teere oder man arbeitet unter milden Reaktionsbedingungen und findet in den meisten Fällen das Substrat unverändert. Schließlich sollte betont werden, dass einige Autoren vorgeschlagen haben, die Austauschreaktionen durchzuführen, indem als Reagenz Salze der Fluorwasserstoffsäure in Gegenwart von schweren Elementen in Form von Oxiden oder Fluoriden verwendet werden. Unter den verwendeten Elementen sind Antimon und Schwermetalle wie Silber oder Quecksilber zu nennen (siehe insbesondere Olah et Al (J. O. C., Band 44, Nr. 22, 1979, Seiten 3872-3880), der den Austauschchlor/Fluor in Gegenwart von Quecksilberoxid beschreibt). In der Patentanmeldung (1) EP-A-5810 wird vorgeschlagen, Hydrofluorid und Polyhydrofluorid von Amin zum Austausch eines Monohalogens durch Fluor vorzuschlagen, aber die Reaktion scheint mit Verbindungen, die an dem selben Kohlenstoff polyhalogeniert sind, nicht zu funktionieren. Vor kurzem hat die Anmelderin die Patentanmeldung EP-A- 729 930 eingereicht, die die Aktivierung der chlorierten Kohlenstoffe im Hinblick auf den Austausch mittels eines Reagenzes, das mit einer Brönstedt-Base und Fluorwasserstoffsäure kombiniert ist, durch die Chalkogene betrifft.
Ein weiteres Problem beruht in der Selektivität der Reaktion: Wenn es mehrere Halogene am selben Kohlenstoff auszutauschen gibt, wird es oft schwierig, nur einen Teil davon auszutauschen.
Daher besteht eines der Aufgaben der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens, das geeignet ist, um den Austausch zwischen einem Teil der schweren Halogene wie z. B. Chlor und dem anderen Teil, Fluor, durchzuführen, wobei die Spezifität der Reaktion deutlich verbessert ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das geeignet ist, einen Austausch zwischen einerseits den schweren Halogenen wie Chlor und andererseits Fluor durchzuführen, indem besonders milde Reaktionsbedingungen verwendet werden. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das es möglich macht, eine Fluoridquelle zu verwenden, deren Morphologie weniger kritisch ist.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das es ermöglicht, nur ein Halogen von 2 oder 3 möglichen auszutauschen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das es möglich macht, nur 2 Halogenatome von 3 möglichen auszutauschen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das es ermöglicht, nur Moleküle oder Atome in dem Maße auszutauschen, dass Kohlenstoffatome erhalten werden, die Träger für nur ein Fluoratom gleichzeitig mit einem oder zwei anderen Halogenen, die sich von Fluor unterscheiden, sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das es möglich macht, Moleküle und Atome in dem Maße auszutauschen, das es möglich ist, Kohlenstoffatome zu erhalten, die Träger von nur 2 Fluoratomen zusammen mit einem anderen Halogen, das sich von Fluor unterscheidet, sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das es möglich macht, die Verwendung einer großen Menge an Metallen, die als teuer oder toxisch angesehen werden, wie z. B. Quecksilber und/oder Silber, zu vermeiden.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das es möglich macht, die Menge der Metalle, die als teuer oder toxisch angesehen werden, z. B. Quecksilber und/oder Silber zu reduzieren, derart, dass das Molverhältnis zwischen dem Metall und dem Substrat, dessen Halogenatome ausgetauscht werden sollen, bei einem Wert von höchstens 0,5, vorteilhafterweise 0,2, bevorzugt 0,1 liegt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das es möglich macht, die Verwendung von Metallen, die als teuer oder toxisch angesehen werden, z. B. Quecksilber und/oder Silber vollständig zu vermeiden, indem dem Reaktionsgemisch keines der oben genannten Elemente zugesetzt wird; anders ausgedrückt, dass die Konzentrationen keines dieser Metalle die Werte von 10&supmin;³ M, vorteilhafterweise 10&supmin;&sup4; M, bevorzugt 10 M übersteigen.
Diese und andere Aufgaben, die in der Folge klar werden, werden mit Hilfe eines Verfahrens gelöst, das zur Synthese von Fluorderivaten durch Austausch zwischen einem Halogen mit höherer Rangordnung und Fluor erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Stufe beinhaltet, bei der ein Substrat, welches zumindest einen Halogen-tragenden Kohlenstoff mit sp³-Hybridisierung aufweist, der Träger zumindest von 2 Halogenen ist, von denen zumindest eines ein Halogen mit höherer Atomzahl als derjenigen von Fluor ist, wobei der Halogen-tragende Kohlenstoff an zumindest ein eine Unsättigung tragendes Atom mit geringer Hybridisierung gebunden ist, der Einwirkung eines Reagenzes unterzogen wird, das zumindest eine definierte Verbindung umfasst, ausgewählt unter denjenigen, die gebildet werden, durch Assoziation einer Brönstedt-Base mit einer definierten Anzahl n an Fluorwasserstoffsäure, wobei n zumindest 3 und höchstens 20, vorteilhafterweise 15, vorzugsweise 10 ist.
Die vorliegende Erfindung zieht den Fall, bei dem der Halogen-tragende Kohlenstoff Chalcogen-Träger ist, nicht in Betracht.
Außer dem Fall, bei dem das Atom mit geringer Hybridisierung, das eine Unsättigung trägt, in eine Kohlenstoff-Kohlenstoff- Bindung (acetylenisch, vorzugsweise ethylenisch, wobei die ethylenische Bindung vorteilhafterweise in einen Ring mit aromatischem Charakter eingebunden ist) eingebunden ist, ist das Atom mit geringer Hybridisierung, das Träger einer Unsättigung ist, ein Atom, das in eine der folgenden Doppelbindungen eingebunden ist (worin *C das Halogentragende Kohlenstoffatom ist):
* die Reaktion wird im Allgemeinen mit einem sehr großen Überschuss an Reagenz durchgeführt; es ist allerdings vorteilhaft eine andere Base zu verwenden, um den Reagenzüberschuss zu realisieren (entsprechend der Stöchiometrie oder nicht), insbesondere wenn ein starkes Reagenz notwendig ist. Es ist fast unmöglich, die Stöchiometrie der Austauschreaktion anzugeben; wenn man beispielsweise annimmt, dass jede Verbindung HF-Base nur ein Fluor austauscht, so ist es wünschenswert, mindestens eine stöchiometrische Menge, vorzugsweise mindestens das 1,5- fache, vorzugsweise das mindestens 5-fache, allgemein das mindestens 10-fache der stöchiometrischen Menge einzusetzen. Als Obergrenze gibt es eine wirtschaftliche Grenze, die im Allgemeinen das 100-fache ist (in der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck "etwa" verwendet, um als Motto die Tatsache voranzustellen, dass, wenn die Zahl(en) die in einer Zahl ganz rechts stehen, Nullen sind, diese Nullen Positionsnullen sind und keine signifikanten Zahlen sind, außer es ist anders angegeben).
In der Formel I, die Substrate betrifft, entsprechen bevorzugte R" R&sub1;&sub0;, während R' R&sub5; entsprechen.
Tatsächlich wurde im Verlauf der Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, gezeigt, dass bestimmte Kohlenstoffatome (in der vorliegenden Erfindung als Halogentragende Atome bezeichnet, da sie ein Halogenatom tragen), die eine durch induktiven Effekt Elektronen-anziehende Gruppe trage, unter der Bedingung, dass mindestens einer der Substituenten des Halogen-tragenden Kohlenstoffatoms Träger einer unter den Verfahrensbedingungen stabilen Unsättigung ist, wobei der Halogen-tragende Kohlenstoff sich in α befindet, geeignet sind, mit einem Reagenz des oben beschriebenen Typs zu reagieren.
Es wird noch einmal betont, dass die vorliegende Erfindung sich nicht auf den Fall richtet, bei dem das Halogen-tragende Kohlenstoffatom Träger eines Chalcogens ist.
Die Reaktionstemperatur variiert vom Schmelzpunkt des Reaktionsgemisches bis zu seinem Zersetzungs- oder Siedepunkt, im Allgemeinen von 0ºC-150ºC, vorzugsweise von 20ºC-100ºC.
Man arbeitet im Allgemeinen unter Atmosphärendruck, allerdings ist es möglich, unter Drücken zu arbeiten, die 20 · 10&sup5; Pascal erreichen können.
Unter den bevorzugten Basen kann man die nennen, die dreiwertige Kohlenwasserstoffderivate der Elemente der Gruppe VB, vorteilhafterweise der Periode eines Rangs, der mindestens dem zweiten entspricht und im Allgemeinen unter dem 6. Rang des Periodensystems der Elemente liegt (Ergänzung im Bulletin de la Société Chimique de France, Januar 1966, Nr. 1), sind. Außer denen, die nachfolgend detailliert erläutert werden, kann man als Beispiele für solche Verbindungen die dreiwertigen Derivate, die, wenn sie dreifach substituiert sind, tatsächlich Pnictine sind, nennen; Pnictine sind Gegenstand einer folgenden detaillierteren Beschreibung.
Unter den genannten Kohlenwasserstoffderivaten der Elemente der Gruppe V sind die bevorzugt, die sich von Wasserstoff- Pnincture durch vollständige oder partielle Substitution von Wasserstoff durch Kohlenwasserstoffreste ableiten, die durch eine Doppelbindung (wie bei den Iminen) oder eine Dreifachbindung (wie bei den Nitrlien) an das Atom der Gruppe VB gebunden sein können.
Jedoch leiten sich die Kohlenwasserstoffderiväte der Elemente der Gruppe V vorteilhafterweise von den Wasserstoff- Pninctures durch vollständige oder teilweise Substitution des Wasserstoffs durch die einwettigen Kohlenwasserstoffreste, vorzugsweise durch Alkoyle [in der vorliegenden Beschreibung wird Alkoyl im ethymologischen Sinn des Kohlenwasserstoffrestes eines Alko-ol nach Ignorierung der Alkoholfunktion (oder ol) angewendet]; diese Alkoyl- Verbindungen werden in der vorliegenden Beschreibung in Analogie zu der Bezeichnung "Pnicture" unter dem Begriff Pinctine geführt.
Wie im Fall von Stickstoff die Substitution von Stickstoffwasserstoff (Ammoniak) Amine liefert, so liefert, im Fall von Phosphor die Substitution von Phosphorwasserstoff Phosphine, im Fall von Arsen die Substitution von Arsenwasserstoff Arsine und im Fall von Antimon die Substitution von Antimonwasserstoff (oder Stibiur) Stibene. Vorteilhafterweise werden die Kohlenwasserstoffderivate von Phosphor gewählt, z. B. die Phosphine.
Im Übrigen gilt, je schwächer die Base und je voluminöser sie ist, desto besser und vollständiger ist der Austausch. So führen primäre Amine, sekundäre Amine und vorzugsweise tertiäre Amine zu Reagenzien, die wenig HF-Gruppen (höchstens 5, im Allgemeinen weniger) enthalten und weniger kräftig sind als die Basen des aromatischen heterozyklischen Typs, bei denen das Heteroatom oder mindestens eins der Heteroatome in der Gruppe V ausgewählt ist.
Die Verbindungen, die aus einer Base und einer Anzahl getrennter HF-Einheiten gebildet werden, werden im Folgenden mit dem Begriff Komplex(e) "HF-Base" oder "Base-HF" bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft keinen Austausch mit metallischen Fluoriden (insbesondere Alkalifluoriden wie KF, CsF ...); dies kommt durch die Tatsache zum Ausdruck, dass die Menge [(ausgedrückt in Äquivalenten) des Kations (der Kationen), Alkalikationen, Ammonium-Kationen)] mindestens gleich der Menge (vorteilhafterweise mindestens 4/3, vorzugsweise das etwa 2-fache) des Wasserstoffs in Form freier Protonen, freigesetzter Chlorwasserstoffsäure oder der Komplexe "Base-HF", einschließlich "F&supmin;(HF)" sein muss.
Man kann die folgende empirische Regel aufführen: wenn die Basen Verbindungen bilden, die durch mehr als 5 HF pro basischer Funktion definiert sind (das Paradigma der starken Reagenzien ist die definierte Verbindung Pyridin, 10 HF), dann ist dies ein kräftiges Reagenz, das geeignet ist, zwei schwere Halogene an dem selben Kohlenstoff unter sehr milden Bedingungen und sogar drei unter etwas härteren Bedingungen (Temperatur und Druck) auszutauschen. Anderenfalls handelt es sich um ein selektiveres Reagenz, das geeignet ist, um ein einziges Fluor an einen Kohlenstoff unter milden Bedingungen und zwei. Fluor an dem Kohlenstoff, der als Halogen-tragendes Kohlenstoff bezeichnet wird, unter härteren Bedingungen einzuführen. Die vorliegende Erfindung ist von besonderem Interesse, um Chloratome gegen Fluoratome auszutauschen.
Auf diese Weise sind die Austauschreaktionen im wesentlichen erfolgreich (tatsächlich verlangsamt jedes zusätzliche Fluoratom an dem Halogen-tragenden Kohlenstoff den Austausch der schwereren Halogene als Fluor mit diesem letztgenannten); dies ermöglicht die Durchführung eines selektiven oder vollständigen Austauschs, was von den Verfahrensbedingungen und der Wahl der Reagenzien abhängt. Da es im Allgemeinen möglich ist, Bedingungen zu finden, bei denen die Austauschreaktion gestoppt wird, bevor die Gesamtheit der Halogene, die schwerer als Fluor sind, durch das letztgenannte ersetzt sind, folgt daraus, dass eine Selektivität in 2 Stufen möglich ist. Einerseits ist es möglich, nur eine begrenzte Zahl an Halogenen, die schwerer als Fluor sind, auszutauschen und andererseits ist es möglich, ein schon teilweise fluoriertes Gemisch zu behandeln und nur die Moleküle in deutlicher Weise zu behandeln, die die gewünschte Zahl an Fluoratomen noch nicht erreicht haben.
Im Allgemeinen nimmt die Leichtigkeit eines Austausches eines schwereren Halogenatoms als Fluor durch das letztgenannte mit seiner Atomzahl zu.
Offensichtlich kann man in Abhängigkeit von der Stöchiometrie und einem Überschuss arbeiten, um die Zahl der ausgetauschten Halogenatome pro Molekül zu beschränken.
Es kann pro Molekül mehrere Halogen-tragende Kohlenstoffatome geben. Es ist vorteilhaft, dass sich zwei Halogen-tragende Atome nicht gegenseitig stören.
Im folgenden, wird eine Typologie der Kohlenstoffatome, sogar der Moleküle gegeben, die am besten geeignet sind, um ihre schweren Halogene unter Einwirkung der oben beschriebenen Reagenzien durch Fluor auszutauschen. Jede nachfolgend gegebene Charakteristik belebt das Interesse der vorliegenden Erfindung für diese Kohlenstoffe.
So ist es besonders interessant, dass die etwaige verbleibende Bindung des Halogen-tragenden Kohlenstoffs vorteilhafterweise eine Bindung mit einer Gruppe, ausgewählt unter den durch induktiven Effekt Elektronen-anziehenden Gruppen, ist. Die unter den Elektronen-anziehenden Gruppen ausgewählte Gruppe ist vorzugsweise ein Halogen.
So ist es ebenfalls besonders interessant, dass die etwaig verbleibende Bindung des Halogen-tragenden Kohlenstoffs vorteilhafterweise eine Bindung mit einem anderen Atom mit schwacher Hybridisierung ist, das Träger einer Unsättigung ist.
Die Unsättigung, für die das Atom mit geringer Hybridisierung Träger ist, wird vorteilhafterweise so ausgewählt, dass die Additionsreaktionen oder die Polymerisationsreaktionen wenig begünstigt sind. So ist eine aromatische Unsättigung besonders gut angepasst.
Die Erfindung ist besonders nützlich, wenn der Halogentragende Kohlenstoff als Ausgangsmaterial zumindest zwei Halogene mit einer Atomzahl höher derjenigen von Fluor trägt.
Wie später noch gezeigt wird, ist die Erfindung besonders interessant, wenn der Halogen-tragende Kohlenstoff Trihalogenmethyl ist, d. h. wenn er drei Halogene trägt, die vorteilhafterweise unter Chlor und Fluor ausgewählt sind.
Um so die vorstehenden Ausführungen weiter zu erläutern und Überflüssiges wegzulassen, kann man angeben, dass die Substrate vorteilhafterweise Moleküle der Formel I sein können:
R-CXX'-Z(R&sub1;&sub0;)r = Z'(R&sub1;&sub1;)s-(R&sub5;)t (I)
Worin R unter den Kohlenwasserstoffresten (insbesondere Aryl oder Alkoyl), Halogenen, Elektronen-anziehenden Gruppen (vorzugsweise durch induktiven Effekt) ausgewählt wird;
X und X' gleich oder unterschiedlich sind und unter den Halogenen ausgewählt werden, vorzugsweise Chlor sind (wobei die Bedingung selbstverständlich ist, dass R, X und X' nicht gleichzeitig Fluor sein können und dass einer von ihnen mindestens ein schwereres Halogen als Fluor darstellt, um gegen Fluor ausgetauscht zu werden);
Z unter den dreiwertigen Metalloiden, wobei r 0 ist, oder den vierwertigen Metalloiden, wobei r 1 ist (bzw. Phosphor und vorteilhafterweise Stickstoff einerseits und Kohlenstoff andererseits vorzugsweise Kohlenstoff)ausgewählt wird;
Und Z' unter den Metalloiden, vorteilhafterweise den Chalkogenen (wobei s und t = 0), Stickstoff und Phosphor (wobei s = 0) und Kohlenstoff (wobei s und t = 1) ausgewählt wird;
r, s und t können die Werte 0 oder 1 annehmen, je nachdem, welche Bedeutung Z und Z' haben.
In überraschender Weise kann R Wasserstoff sein und einen leichten Austausch ermöglichen, insbesondere wenn die Verbindung die Formel zwei hat, vorzugsweise wenn Ar homozyklisch ist.
R kann auch zum Typ -Z(R&sub1;&sub0;)r=Z'(R&sub1;&sub1;)s-R&sub5;)t gehören, wobei der Typ Ar (R&sub1;&sub1;)s eingeschlossen ist, um ein symmetrisches Molekül zu erhalten oder nicht.
R&sub5; kann Wasserstoff oder irgend ein Rest sein, vorzugsweise ein Kohlenwasserstoffrest (d. h. Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten)
R&sub1;&sub0; kann unabhängig die selben Bedeutungen wie R&sub5; annehmen.
R&sub1;&sub1; kann unabhängig die selben Bedeutungen wie R&sub5; annehmen;
erfindungsgemäß sind jedenfalls R&sub1;&sub0; und R&sub5; vorteilhafterweise unter Bildung eines aromatischen Rings verbunden, was voraussetzt, dass Z Kohlenstoff ist.
Die Formel (I) wird also R-CXX'-Ar(R&sub1;&sub1;)s (Formel II)
Oder Ar stellt eine gegebenenfalls substituierten aromatischen Ring dar. Es stellt insbesondere einen Benzolring (z. H. ein Phenyl oder ein Naphtyl), gegebenenfalls substituiert, einen gegebenenfalls substituierten Heterozyklus dar.
R&sub1;&sub1; stellt somit den etwaigen Substituenten in ortho-Stellung zum Halogen-tragenden Kohlenstoff dar (CXX').
Die Verbindungen, in denen Ar fünf Kettenglieder zeigt, vorzugsweise mit zwei Heteroatomen (es ist wünschenswert, zwei Stickstoffatome zu haben), sind von besonderem Interesse.
Wenn Z(R&sub1;&sub0;)r=Z'(R&sub1;&sub1;)s-(R&sub5;)t Elektronen-anziehend ist (wie im Fall der Heterozyklen mit sechs Kettengliedern wie Pyridin) ist es vorteilhaft zu betonen, dass der Austausch schwierig ist, insbesondere für das dritte Fluoratom am selben Kohlenstoff. Dies ist im Fall eines selektiven partiellen Austauschs besonders vorteilhaft.
Jeder Rest R und R&sub5;, R&sub1;&sub0; und R&sub1;&sub1; umfasst gewöhnlich höchstens 30 (davon höchstens 20 Kohlenstoffatome), vorteilhafterweise 20 (davon höchstens 15 Kohlenstoffatome), vorteilhafterweise 15 Kohlenstoffatome und/oder Stickstoffatome (davon höchstens 12 Kohlenstoffatome). Die gesamte Zahl der Kohlenstoffe der Substratmoleküle übersteigt selten 50 und ist vorteilhafterweise höchstens 30.
R&sub5; stellt einen gegebenenfalls substituierten Phenyl-Ring, einen gegebenenfalls substituierten Heterozyklus, vorteilhafterweise mit fünf Ringgliedern, vorteilhafterweise mit zwei Heteroatomen (es ist wünschenswert, zwei Stickstoffatome zu haben) dar;
Für einen Elektronen-Donator oder einen schwachen Elektronen- Akzeptor ist es zweckdienlich, dass auch ein Akzeptor oder ein geringerer Akzeptor als Dichlorphenyl umfasst wird (Definition, die auch für nicht-Elektronen-anziehendes Aryl oder für eine elektronenreiche Arylgruppe gilt). Konträr dazu leitet man die Definition "Elektronen-Akzeptor" oder "starker Elektronen-Akzeptor" ab.
Um dem Fachmann zu helfen, die Bedingungen entsprechend dem aufgetreten Fall zu wählen, findet man im Folgenden empirische Regeln, die in der Mehrheit der auftretenden Situationen anwendbar sind.
Wenn man die Austauschprozesse vollständig durchführen möchte, ist es wünschenswert, starke Reagenzien unter strengen oder sehr strengen Bedingungen anzuwenden. Umgekehrt führen schwache Reagenzien unter milden Bedingungen zu sehr selektiven Austauschreaktionen, im Allgemeinen zu Monoaustauschreaktionen (führen im Allgemeinen zu Produkten, die am Halogen-tragenden Kohlenstoff monofluoriert sind). Ein schwaches Reagenz und strenge Bedingungen sowie ein starkes Reagenz und milde Bedingungen führen im Allgemeinen zu Zwischenresultaten.
Diese Regeln sind durch Anpassung der Substrate, die substituiert werden sollen, zu modulieren. Je mehr die Substituenten des Halogen-tragenden Kohlenstoffs global Donatoren sind, desto stärker ist die Fähigkeit des Substrats, auszutauschen (d. h. die Endzahl der Fluoratome am Halogen-tragenden Kohlenstoff wird leicht zu erreichen sein).
Das Musterbeispiel für schwache Reagenzien ist die definierte Verbindung Triethylamin, 3 HF.
Das Musterbeispiel für starke Reagenzien ist die definierte Verbindung Pyridin, 10 HF.
Milde Bedingungen: θ = Schmelzpunkt bis höchstens 50ºC;
Harte Bedingungen: 50ºC-100ºC (oder Siedepunkt, wenn er bei dem betrachteten Druck niedriger ist);
Sehr harte Bedingungen: θ = 160ºC-150ºC und gegebenenfalls Drücke über Atmosphärendruck;
Die Selektivität resultiert aus der Tatsache, dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Reagenzien die Austauschreaktionen erfolgreich sind und je mehr Fluor es am Halogen-tragenden Kohlenstoff gibt, desto schwieriger ist die Reaktion und desto langsamer ist sie.
Wenn in der Formel (I) X und X' schwerere Halogene als Fluor darstellen, kann man die Reaktionsgleichungen klar formulieren;
Reaktion, die zu einem Fluor an dem Halogen-tragenden Kohlenstoff führt:
Reaktionen, die zu zwei Fluor am Halogen-tragenden Kohlenstoff führen:
Worin R ein schwereres Halogen als Fluor darstellt.
Reaktionen, die zu drei Fluor am Halogen-tragenden Kohlenstoff führen:
Die folgenden nicht-limitierenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Herstellung der Lösungen HF-Base - Allgemeine Ausführungsform
Die verschiedenen HF-Base-Milieus werden wie folgt synthetisiert:
Zu x Mol einer organischen Base (Pyridin, Triethylamin, Dioxan, ...) oder einer mineralischen Base (KF, Bu&sub4;NF, ...) werden unter Rühren (gegebenenfalls gekühlt auf -20ºC) tropfenweise Y Mol wasserfreie Fluorwasserstoffsäure gegeben. Nach Zusatz der wasserfreien Fluorwasserstoffsäure wird das Reaktionsmilieu wieder auf Umgebungstemperatur erwärmt und ohne Behandlung verwendet. Der Komplex BW-Base hat demnach die Struktur (HF)y-Basex.
Nach der Raktion, wenn das Fluorierungsrohprodukt mit einer wasserfreien organischen Phase, die mit dem Medium HF-Base, das betrachtet wird, nicht mischbar ist, aber geeignet ist, das Reaktionsprodukt zu lösen (z. B. nur CH&sub2;Cl&sub2; (ohne Eis oder Wasser)) behandelt wurde, werden zwei Phasen erhalten: die weniger polare Phase (z. B. CH&sub2;Cl&sub2;), die das nach Austausch erhaltene Produkt enthält und die polarere "HF-Base"-Phase, die nach einer eventuellen Wiederherstellung des Anfangstiters (bezüglich HF) und Eliminierung der Halogenwasserstöffsäure, die durch die Reaktion gebildet wurde (z. B. durch Destillation) rezyklisiert werden kann. Diese Rezyklisierung ist gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet und stellt einen zusätzlichen Vorteil des Verfahrens dar. BEISPIEL NR. 1 - Austausch Cl-F ausgehend von Trichlormethylbenzol 1a) Austausch eines Chloratoms Reaktionsgleichung

Verwendete Ausführungsform:

1,95 g (0,01 Mol) Trichlormethylbenzol werden zu 21 g (0,13 Mol) des Komplexes [HF]&sub3;-Triethylamin bei 20ºC gegeben.
Das Reaktionsmedium wird dann unter Rühren 10 h lang auf 70ºC erwärmt.
Das rohe Reaktionsgemisch wird dann in ein Gemisch aus CH&sub2;Cl&sub2; (200 ml) und Eis (200 g) gegossen.
Die organische Phase wird viermal mit 50 ml Wasser gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel (CH&sub2;Cl&sub2;) wird verdampft und der Rückstand wird durch Gaschromatographie analysiert, die gebildeten Produkte werden durch ¹&sup9;F-NMR identifiziert.
Demnach erhält man ein Gemisch der zwei Produkte:
Φ-CCl&sub2;F 86%
Φ-CClF&sub2; 8%
Der Umwandlungsgrad des Trichlormethylbenzols ist 100%.
Unter diesen Reaktionsbedingungen wird demnach ein einzelner Austausch eines Chloratoms durchgeführt. 1b) Austausch von zwei Chloratomen

Verwendete Ausführungsform

1,95 g (0,01 Mol) Trichlormethylbenzol werden zu 11,2 g (0,04 Mol) des Komplexes [HF]&sub1;&sub0;-Pyridin 1 (hergestellt ausgehend von 77,3 g Pyridin und 200 g wasserfreier Fluorwasserstoffsäure), der auf 0ºC gekühlt ist, gegeben.
Das Reaktionsmilieu wird dann auf Umgebungstemperatur gebracht und zwei Stunden lang gerührt.
Das rohe Reaktionsprodukt wird dann auf ein Gemisch aus CH&sub2;Cl&sub2; (200 ml) und Eis (200 g) gegossen.
Die organische Phase wird viermal mit 100 ml Wasser gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel (CH&sub2;Cl&sub2;) wird verdampft, wobei ein Öl erhalten wird, das durch Gaschromatographie analysiert wird; die Struktur der Produkte wird durch ¹&sup9;F-NMR erhalten.
Man erhält demnach ein Gemisch aus zwei Produkten:
Φ-CClF&sub2; 92%
Φ-CF&sub3; 8%
Der Umwandlungsgrad des Trichlormethylbenzols war 100%.
Demnach wird unter den Reaktionsbedingungen ein zweifacher Austausch durchgeführt. 1c) Austausch von drei Chloratomen Reaktionsgleichungen

Verwendete Ausführungsform

1,95 g (0,01 Mol) Trichlormethylbenzol wird zu 11,2 g (0,04 Mol) des Komplexes [HF]&sub1;&sub0;-Pyridin 1 (hergestellt ausgehend von 77,3 g Pyridin und 200 g wasserfreier Fluorwasserstoffsäure), der auf 0ºC gekühlt war, gegeben.
Das Reaktionsgemisch wird dann auf 50ºC erwärmt und 24 h gerührt.
Das rohe Reaktionsprodukt wird dann auf ein Gemisch aus CH&sub2;Cl&sub2; (200 ml) und Eis (200 g) gegossen.
Die organische Phase wird viermal mit 100 ml Wasser gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel (CH&sub2;Cl&sub2;) wird unter Erhalt eines Öles verdampft; dieses wird durch Gaschromatographie analysiert; die Struktur der Produkte wird durch ¹&sup9;F-NNR untersucht. Man erhält somit ein Gemisch aus zwei Produkten:
Φ-CClF&sub2; 15%
Φ-CF&sub3; 84%
Der Umwandlungsgrad des Trichlormethylbenzols ist 100%.
Unter diesen Reaktionsbedingungen wird in erster Linie ein dreifacher Austausch durchgeführt.
Die Resultate, die ausgehend von Trichlormethylbenzol erhalten werden, sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Beispiel Nr. 2 Austausch Cl-F - ausgehend von Dichlormethylbenzol 2a) Austausch eines Chloratoms Reaktionsgleichung

Verwendete Ausführungsform:

0,35 g (2,17 mM) Trichlormethylbenzol werden zu 4,6 g (0,03 Mol) des Komplexes [HF]&sub3;-Triethylamin mit 20ºC gegeben.
Das Reaktionsgemisch wird dann auf 70ºC unter Rühren 14 h erwärmt.
Das rohe Reaktionsgemisch wird dann auf ein Gemisch aus CH&sub2;Cl&sub2; (50 ml) und Eis (50 g) gegossen.
Die organische Phase wird viermal mit 20 ml Wasser gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel (CH&sub2;Cl&sub2;) wird verdampft und der Rückstand wird durch Gaschromatographie analysiert und die Strukturen der gebildeten Produkte werden durch ¹&sup9;F-NMR identifiziert.
Man erhält somit hauptsächlich die Verbindung Φ-CHClF mit einer Selektivität in der Größenordnung von 40%.
Der Umwandlungsgrad des Trichlormethylbenzols ist 50%. 2b) Austausch von 2 Chloratomen Reaktionsgleichungen

Verwendete Ausführungsform:

1,6 g (0,01 Mol) Dichlormethylbenzol werden zu 11,2 g (0,04 Mol) des Komplexes [HF]&sub1;&sub0;-Pyridin 1 (hergestellt ausgehend von 77,3 g Pyridin und 200 g wasserfreier Fluorwasserstoffsäure) die auf 0ºC abgekühlt ist, gegeben.
Das Reaktionsgemisch wird, dann 14 h bei 25ºC gerührt.
Das rohe Reaktionsgemisch wird dann auf ein Gemisch aus CH&sub2;Cl&sub2; (200 ml) und Eis (150 g) gegossen.
Die organische Phase wird viermal mit 50 ml Wasser gewaschen, über Magnesiumsulfat getrocknet. Das Lösungsmittel (CH&sub2;Cl&sub2;) wird verdampft und der Rückstand wird durch Gaschromatographie analysiert und die Strukturen der gebildeten Produkte werden durch ¹&sup9;F-NMR identifiziert.
Man erhält demnach in erster Linie die Verbindung Φ-CHF&sub2; mit einer Selektivität in der Größenordnung von 70%.
Der Umwandlungsgrad für Dichlormethylbenzol ist 100%.

Claims

1. Verfahren zur Synthese von Fluorderivaten durch Austausch zwischen einem Halogen mit höherer Rangordnung und Fluor, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Stufe beinhaltet, bei der ein Substrat, welches zumindest einen Halogen-tragenden Kohlenstoff mit sp3- Hybridisierung aufweist, der Träger zumindest von zwei Halogenen ist, von denen zumindest eines ein Halogen mit höherer Atomzahl als derjenigen von Fluor ist, wobei der Halogen-tragende Kohlenstoff an zumindest ein eine Unsättigung tragendes Atom mit geringer Hybridisierung gebunden ist, der Einwirkung eines Reagenz unterzogen wird, das zumindest eine definierte Verbindung umfaßt, ausgewählt unter denjenigen, die gebildet werden durch Assoziation einer Brönstedt-Base mit einer definierten Anzahl n an Fluorwasserstoffsäure, wobei n zumindest 3 und höchstens 20, vorteilhafterweise 15, vorzugsweise 10, ist, unter der Voraussetzung, daß besagter Halogen-tragender Kohlenstoff kein Chalkogen enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die etwaige verbleibende Bindung des Halogen-tragenden Kohlenstoffs vorteilhafterweise eine Bindung mit einer Gruppe, ausgewählt unter den durch induktiven Effekt Elektronen-anziehenden Gruppen und unter den Arylgruppen, ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Atom mit geringer Hybridiserung, das eine Unsättigung trägt, ein Kohlenstoffatom mit sp²- Hybridiserung ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unter den Elektronen-anziehenden Gruppen ausgewählte Gruppe ein Halogen ist.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogentragende Kohlenstoff zumindest zwei Halogene mit einer Atomzahl höher derjenigen von Fluor trägt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogentragende Kohlenstoff drei Halogene, ausgewählt unter Chlor und Fluor, trägt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Atom mit geringer Hybridisierung, welches Träger einer Unsättigung ist, einem aromatischen Ring zugehört.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Atom mit geringer Hybridiserung, das Träger einer Unsättigung ist, einem elektronenreichen oder elektronenarmen aromatischen Ring zugehört.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Atom mit geringer Hybridiserung, das Träger einer Unsättigung ist, einem Heteroatome enthaltenden aromatischen Ring zugehört.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Atom mit geringer Hybridiserung, das Träger einer Unsättigung ist, einem aromatischen Ring mit 5 oder 6 Ringgliedern zugehört.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Atom mit geringer Hybridiserung, das Träger einer Unsättigung ist, einem aromatischen Ring zugehört, der fünf weitere kohlenstoffhaltige Ringglieder enthält, die ihrerseits gegebenenfalls substituiert sind.