WO2006072401A1 - Fluortenside - Google Patents

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WO2006072401A1 PCT/EP2005/013859 EP2005013859W WO2006072401A1 WO 2006072401 A1 WO2006072401 A1 WO 2006072401A1 EP 2005013859 W EP2005013859 W EP 2005013859W WO 2006072401 A1 WO2006072401 A1 WO 2006072401A1
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Peer Kirsch
Klaus-Dieter Franz
Andreas Ruhl
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Merck Patent Gmbh
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    • C09K23/00—Use of substances as emulsifying, wetting, dispersing, or foam-producing agents
    • C09K23/007—Organic compounds containing halogen

Definitions

  • the present invention is the use of end groups Y, wherein Y is CF 3 O or F 5 S- as a hydrophobic end group in surface-active compounds, corresponding new
  • Fluid surfactants have a superior surface energy lowering ability, which is used, for example, in the hydrophobization of surfaces such as textile impregnation, hydrophobization of glass, or aircraft de-icing.
  • fluoride surfactants contain perfluoroalkyl substituents which are degraded in the environment by biological and other oxidation processes to perfluoroalkanecarboxylic acids and sulfonic acids. These are considered persistent and are z. T. suspected of causing damage to health (G.L. Kennedy, Jr., J.L. Butenhoff, G.W. Olsen, J.C.
  • a first object of the present invention is therefore the
  • end groups Y wherein Y stands for CF 3 O or F 5 S- as a hydrophobic end group in surface-active compounds.
  • the end group Y in the surface-active compounds is bound to a saturated or unsaturated, branched or unbranched hydrocarbon unit.
  • the hydrocarbon units may be aliphatic or aromatic units optionally provided with heteroatoms.
  • the compounds to be used according to the invention preferably contain no further fluorinated groups in addition to the stated fluorinated end groups.
  • the end group Y occurs several times in the surface-active compound and the surface-active compound is preferably an oligomer or polymer.
  • the end group Y in the surface-active compound occurs only once, twice or three times, compounds in which the end group occurs only once being particularly preferred.
  • the compounds to be used according to the invention are preferably low molecular weight compounds of the formula I.
  • Y is CF 3 O- or F 5 S-
  • - Spacer represents a saturated or unsaturated, branched or unbranched hydrocarbon moiety
  • - X represents a cationic, nonionic, ampothere or anionic polar group or a polymerizable group.
  • the compound of the formula I is selected from the compounds of the formula Ia, Ib or Ic,
  • Y is CF 3 O- or F 5 S-
  • n is an integer from the range 1 to 30
  • X is a cationic, nonionic, ampothere or anionic polar group or a polymerizable group
  • (Hal) is F, Cl, Br or I, and corresponding salts of the compounds of the formula Ia, Ib or Ic.
  • n is particularly preferably an integer from the range from 4 to 24, and particularly preferably an integer from the range from 6 to 18. In this case, it is in a variant of the invention again preferred when n is an even number.
  • Particularly preferred according to the invention is the use of the abovementioned compounds as surfactant.
  • the counterion is an alkali metal ion, preferably Li + , Na + or K + , an alkaline earth metal ion or NH 4 + . If the compounds of the formula I are cationic compounds or cationically salinatable compounds, it is preferred if the counterion used is a
  • Halide such as Cl “ , Br, I " , or CH 3 SO 3 “ , CF 3 SO 3 “ , CH 3 PhSO 3 ' or PhSO 3 " is present.
  • Pentafluorosulfurane methanesulfonates SF 5 CX 2 SO 3 - with X H and F, respectively, in BH Ward, JA Schlueter, U. Geiser, HH Wang,
  • Vort ⁇ ile of the compounds according to the invention or use according to the invention of the compounds mentioned or of the compositions according to the invention can be in particular: a surface activity which corresponds to the conventional hydrocarbon
  • Another object of the present invention are the corresponding novel compounds of formula I, in particular compounds of formula IIa, IIb or Hc
  • n is an integer from the range 1 to 30 and
  • X is a cationic, nonionic, ampothere or anionic polar group or a polymerizable group
  • (Hal) is F, Cl, Br or I, and corresponding salts of the compounds of formula IIa, IIb or Hc, wherein CF 3 -O -CH 2 -COOH is excluded, or compound according to formula IIIa, IIIb or IHc
  • n is an integer from the range 1 to 30 and X is a cationic, nonionic, ampothere or anionic polar group or a polymerisable group, (Hal) is F, Cl, Br or I, and corresponding salts of the compounds Formula IIIa, HIb or IHc, where the compounds F 5 S- (CH 2 ) 1 -CO 2 M, F 5 S- (CH 2 ) 2 - CO 2 M, F 5 S- (CH 2 ) 1 -SO 3 M, F 5 S- (CH 2) 2 -SO 3 M, F 5 S- (CH 2) 1 -CONH 2, F 5 S- (CH 2) 2 -OH, and R 5 S- (CH 2) 3 -OH, F 5 S-CH 2 -CHCl- (CH 2 ) 8 -X 1 where M is H or an alkali metal ion, preferably Li + , Na + or K + , or NH 4 + and X 1 for OH, OC (OO) CH 3 , Br, C
  • n is preferably a number from the range 4 to 28, particularly preferably a number from the range 8 to 24.
  • X is an anionic polar group selected from -COOM, -SO 3 M, -OSO 3 M, -PO 3 M 2 , - OPO 3 M 2 , - (OCH 2 CH 2 ) m -O- (CH 2 ) o -COOM, - (OCH 2 CH 2 ) m -O- (CH 2 ) o -SO 3 M, - (OCH 2 CH 2 ) m -O- (CH 2 ) o -OSO 3 M, - (OCH 2 CH 2 ) m -O- (CH 2 ) o -PO 3 M 2 , - (OCH 2 CH 2 ) m -O- (CH 2 ) o -PO 3 M 2 , - (OCH 2 CH 2 ) m -O- (CH 2 ) o -OPO 3 M 2 , where M is H or an alkali metal ion, preferably Li + , Na + or K + ,
  • the preferred anionic groups include in particular - COOM, -SO 3 M, -OSO 3 M, and - (OCH 2 CH 2 ) m -O- (CH 2 ) o -COOM, - (OCH 2 CH 2 ) m - O- (CH 2) 0 -SO 3 m, and - (OCH 2 CH 2) m -O- (CH 2) o -OSO 3 m, wherein each of these groups may be preferred per se.
  • X is a cationic polar group selected from -NR 1 R 2 R 3 + Z-, -PR 1 R 2 R 3 + Z-,
  • R is H or C 1-4 -alkyl in any position
  • Z - is Cl-, Br-, I-, CH 3 SO 3 -, CF 3 SO 3 -, CH 3 PhSO 3 -, PhSO 3 -
  • R 1, R 2 and R 3 each independently are H, C I-30 -alkyl
  • Ar is an unsubstituted or mono- or polysubstituted aromatic ring or fused ring systems having 6 to 18 carbon atoms, in which also one or two CH groups may be replaced by N.
  • the preferred cationic groups include in particular -NR 1 R 2 R 3 + Z and
  • Each of these groups may be preferred per se.
  • X is a nonionic polar group selected from -Cl, -Br, -I, - (OCH 2 CH 2 ) H rOH, -O- (glycoside) o , - (OCH 2 CH 2 ) m -OCH 2 -CHOH-CH 2 -OH,
  • n is 0 or 1
  • o is an integer in the range of 1 to 10
  • p is 1 or 2
  • R 1 and R 2 are each independently are C 1-3 o-alkyl, Ar or -CH 2 Ar and,
  • Ar is an unsubstituted, mono- or polysubstituted aromatic ring or fused ring systems with 6 to 18 C
  • Glycoside stands for an etherified carbohydrate, preferably for a mono-, tri- or oligo-glucoside, all Z in each case independently of one another represent -H, -Cl, -F, -NR 1 R 2 ,
  • the preferred non-ionic polar groups include in particular - (OCH 2 CH 2 ) m -OH and -O- (glycoside) o , wherein each of these groups can be taken alone taken.
  • those compounds of the formulas I, II or III may be preferred or preferably used in which X is a polymerizable group selected from
  • m is an integer from the range from 0 to 1000 and R and R 1 is H or Ci -4 alkyl.
  • R and R 1 is H or Ci -4 alkyl.
  • those compounds may be preferred or preferably used in which X is an amphoteric group selected from the functional groups of
  • X is a group selected from
  • Particularly preferred compounds include the compounds shown in the following table:
  • the compounds which can be used according to the invention as surfactants are in particular suitable for use as water repellents, for example for surface modification of textiles, paper, glass, porous building materials or adsorbents, or as surface mediators or emulsifiers, in particular for the production of fluoropolymers, or as viscosity reducers or Emulsifier, in particular in paints, lacquers or preparations for surface coating, or as foam stabilizer, in particular in preparations which are known as "fire-extinguishing foams", or in metalworking for covering galvanic baths against the escape of caustic vapors, or as wetting agents in the Production of photographic films and papers, or as leveling agents in self-gloss emulsions, or as fire-extinguishing agents, and for dirt-repellent equipment.
  • the compounds which can be used according to the invention as surfactants are suitable for washing and cleaning applications, in particular of textiles. Cleaning and polishing hard surfaces is also a possible field of application for the compounds which can be used according to the invention as surfactant.
  • the compounds which can be used according to the invention as surfactants can advantageously be used in cosmetic products, such as foam baths and hair shampoos or as emulsifiers in creams and lotions.
  • a further field of application for the compounds which can be used according to the invention as surfactant is flotation, ie the application and separation of ores and minerals from deaf rock.
  • preferred the According to the invention can be used as a surfactant compounds as emulsifiers in foods. Further fields of application lie in the metal treatment, as leather auxiliary, the building chemistry and in the plant protection.
  • surfactants of the invention are also useful as antimicrobial agents, especially as reagents for antimicrobial surface modification.
  • X is a cationic polar group or a polymerizable group.
  • the compounds to be used according to the invention are usually introduced into correspondingly prepared preparations for use.
  • Corresponding agents which are also the subject of the present invention, contain at least one surface-active compound having at least one end group Y, where Y is CF 3 O- or F 5 S- and a suitable carrier for the respective purpose and optionally other specific active ingredients and possibly adjuvants.
  • Preferred agents are dyestuff and lacquer preparations, fire-extinguishing agents, lubricants, detergents and cleaners, de-icers or water repellents for textile finishing or glass treatment.
  • the agents are water repellents for finishing textiles and carpets.
  • water repellents based on polysiloxanes, fluorocarbons or mixtures of aluminum or
  • the water takes on the spherical shape due to the cohesive forces and rolls off the textile surface.
  • agents according to the invention are dyestuff and lacquer preparations, fire-extinguishing agents (powders and foams), lubricants, detergents and de-icers.
  • the preparation of the compounds to be used according to the invention can be carried out by methods known to the skilled person from the literature.
  • the aliphatic OCF 3 group can be obtained, for example, from alcohols via the fluorodeulfurization of xanthates (K. Kanie, Y. Tanaka, K. Suzuki, M. Kuroboshi, T. Hiyama, Bull. Chem. Soc. Jpn., 2000, 73, 471-484, P. Kirsch, Modern Fluoroorganic Chemistry: Synthesis, Reactivity, Applications, Wiiey-VCH, Weinheim, 2004, pp. 67 ff., Pp. 144 f.).
  • the corresponding disclosure to the mentioned method in the cited references thus expressly also belongs to the disclosure content of the present application.
  • the introduction of the hydrophilic, anionic, cationic, reactive or polymerizable end group is possible via the corresponding ⁇ -OCF 3 alcohol by methods known to the person skilled in the art. Examples are given in the following scheme:
  • the aliphatic SF 5 group may, for. B. at terminal double bonds via the radical addition of SF 5 CI or SF 5 Br are inserted.
  • Optional subsequent dehydrohalogenation and hydrogenation allow the variation of the end groups according to formulas IIIa, INb or INc.
  • the first two of these reaction steps are described in the literature (R. Winter, PG Nixon, GL Gard, DH Radford, NR Holcomb, DW Grainger, J. Fluorine Chem. 2001, 107, 23-30), catalytic hydrogenations in the presence of an SF 5 function as well (P. Kirsch, M. Bremer, M. Heckmeier, K. Tarumi, Angew Chem 1999, 111, 2174-2178; Angew Chem. Int.
  • the present invention therefore relates to a process for preparing a compound of the formula I, which comprises first preparing a compound of the formula IV
  • 2a and 2b are prepared as described in R. Winter, P.G. Nixon, G.L. Gard, D.H. Radford, N.R. Holcomb, D.W. Grainger, J. Fluorine Chem. 2001, 107, 23-30.
  • methyl iodide 35.9 g, 253 mmol, 1.2 eq
  • the reaction mixture is slowly warmed to RT and stirred for 24 h.
  • 10% NH 4 Cl solution 200 ml
  • the phases are separated and the organic phase is washed and concentrated to dryness.
  • the reaction mixture was diluted with water and methyl t-butyl ether and then filtered off.
  • the organic phase is dried and purified by column chromatography with heptane.
  • the crude sulfonic acid is suspended in 100 ml of ethanol and treated with 1, 4 g (35.22 mmol, 1.2 eq) of sodium hydroxide and heated to 97 ° C for 1 h. After cooling the suspension precipitated crystals, which are filtered off and dried.
  • the biochemical degradability of the compounds is determined according to the Zahn-Wellens test according to the publication of the European Commission: Classification, Packaging and Labeling of Dangerous Substances in the European Union, Part II - Test Methods, Annex V - Methods for
  • test substances approx. 100 to 200 mg / l as DOC Aeration: with purified air Processing of the samples: filtration (medium-hard filter)
  • Example 5 The sodium-10-trifluoromethoxy-decane-1-sulfonate from Example 5 is investigated. The measured values are reproduced in the following table and are shown graphically in FIG.
  • Used measuring module ring
  • the surfactant according to the invention produces the same surface tension at a significantly lower concentration compared to the hydrocarbon surfactant.
  • the curve extrapolation suggests that the final value in the case of the surfactant according to the invention should also be significantly lower than in the case of the hydrocarbon surfactant.
  • FIG. 1 shows the biochemical degradability of sodium -10-trifluoromethoxy-decane-1-sulfonate in the Zahn-Wellems test (DOC values) and the fluoride release during the test according to example 8.
  • FIG. 2 shows the change in the surface tension of water as a function of the surfactant concentration for sodium-10-trifluoromethoxy-decane-1-sulfonate and sodium decanesulfonate according to Example 9.

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Endgruppen Y, wobei Y steht für CF3O- oder F5S- als hydrophobe Endgruppe in oberflächenaktiven Verbindungen, entsprechende neue Verbindungen und Herstellverfahren für diese Verbindungen.

Description

FIuortenside
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Endgruppen Y, wobei Y steht für CF3O- oder F5S- als hydrophobe Endgruppe in oberflächenaktiven Verbindungen, entsprechende neue
Verbindungen und Herstellverfahren für diese Verbindungen.
FIuortenside besitzen eine überragende Fähigkeit zur Senkung der Oberflächenenergie, die beispielsweise bei der Hydrophobisierung von Oberflächen, wie der Textilimprägnierung, der Hydrophobisierung von Glas, oder dem sogenannten Enteisen von Flugzeugtragflächen, genutzt wird.
In der Regel enthalten FIuortenside jedoch Perfluoralkylsubstituenten, die in der Umwelt durch biologische und andere Oxidationsprozesse zu Perfluoralkancarbonsäuren und -sulfonsäuren abgebaut werden. Diese gelten als persistent und stehen z. T. im Verdacht gesundheitliche Schäden zu verursachen (G. L. Kennedy, Jr., J. L. Butenhoff, G. W. Olsen, J. C.
O'Connor, A. M. Seacat, R. G. Perkins, L. B. Biegel, S. R. Murphy, D. G.
Farrar, Critical Reviews in Toxicology 2004, 34, 351-384). Längerkettige Perfluoralkancarbonsäuren und -sulfonsäuren reichern sich zudem in der
Nahrungskette an.
Daher besteht Bedarf nach oberflächenaktive Substanzen mit einem den klassischen Fluortensiden vergleichbaren Eigenschaftsprofil, die beim oxidativen oder reduktiven Abbau jedoch keine persistenten fluororganischen Abbauprodukte hinterlassen.
Von der Firma Omnova werden Polymere vertrieben, deren Seitenketten terminale CF3- oder C-2F5-Gruppen aufweisen. In der Internationalen Patentanmeldung WO 03/010128 werden Perfluoralkyl-substituierte Amine, Säuren, Aminosäuren und Thioethersäuren beschrieben, die eine C3-2O- Perfluoralkyl-Gruppe aufweisen. Aus J P-A-2001 /133984 sind oberflächenaktive Verbindungen mit Perfluoralkoxy-Ketten bekannt, die sich zum Einsatz in Antireflex- Beschichtungen eignen. Aus JP-A-09/111286 ist die Verwendung von Perfluorpolyethertensiden in Emulsionen bekannt.
Alle bisher bekannten Fluortenside führen aber beim Abbau letztendlich zur Bildung persistenter Perfluoralkansulfonsäuren und -carbonsäuren. Selbst die als ökologisch besser verträglich eingeführten Ersatzstoffe mit einer terminalen CF3-Gruppe können zu persistenter Trifluoressigsäure abgebaut werden. Daher besteht weiterhin Bedarf nach weiteren, vollständig abbaubaren Substituten für perfluorierte Tenside.
Jetzt wurde gefunden, dass sich Verbindungen, die mindestens eine endständige Pentafluorsulfuranyl-Gruppe oder mindestens eine endständige Trifluormethoxy-Gruppe tragen und über eine polare Endgruppe verfügen, oberflächenaktiv sind und sich in hervorragender Weise als Tenside eignen.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die
Verwendung von Endgruppen Y, wobei Y steht für CF3O- oder F5S- als hydrophobe Endgruppe in oberflächenaktiven Verbindungen.
Vorzugsweise ist die Endgruppe Y in den oberflächenaktiven Verbindungen dabei an eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder unverzweigte Kohlenwasserstoff-Einheit gebunden. Bei den Kohlenwasserstoff-Einheiten kann es sich um aliphatische oder aromatische, gegebenenfalls mit Heteroatomen versehene Einheiten handeln.
Dabei enthalten die erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen neben den genannten fluorierten Endgruppen vorzugsweise keine weiteren fluorierten Gruppen. In einer Erfindungsvariante kommt die Endgruppe Y in der oberflächenaktiven Verbindung mehrfach vor und es handelt sich bei der oberflächenaktiven Verbindung vorzugsweise um ein Oligomer oder Polymer.
In einer anderen ebenfalls bevorzugten Erfindungsvariante kommt die Endgruppe Y in der oberflächenaktiven Verbindung nur einmal, zweimal oder dreimal vor, wobei Verbindungen in denen die Endgruppe nur einmal vorkommt insbesondere bevorzugt sind. Dabei handelt es sich bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen vorzugsweise um niedermolekulare Verbindungen der Formel I
Figure imgf000004_0001
, wobei
- Y steht für CF3O- oder F5S-,
- Spacer steht für eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder unverzweigte Kohlenwasserstoff-Einheit, - X steht für eine kationische, nichtionische, ampothere oder anionische polare Gruppe oder eine polymerisierbare Gruppe.
Insbesondere bevorzugt ist es dabei, wenn die Verbindung der Formel I ausgewählt ist aus den Verbindungen der Formel Ia, Ib oder Ic,
Figure imgf000004_0002
worin Y steht für CF3O- oder F5S-, n steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich 1 bis 30 und X steht für eine kationische, nichtionische, ampothere oder anionische polare Gruppe oder eine poiymerisierbare Gruppe, (HaI) steht für F, Cl, Br oder I, sowie entsprechender Salze der Verbindungen nach Formel Ia, Ib bzw. Ic.
Ganz besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung von Verbindungen der Formel Ia, wobei n insbesondere bevorzugt steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 4 bis 24, und besonders bevorzugt für eine ganze Zahl aus dem Bereich 6 bis 18. Dabei ist es in einer Erfindungsvariante wiederum bevorzugt, wenn n geradzahlig ist.
Erfindungsgemäß insbesondere bevorzugt ist die Verwendung der oben genannten Verbindungen als Tensid.
Handelt es sich bei den Verbindungen nach Formel I um anionische Verbindungen oder anionisch versalzbare Verbindungen, so ist es bevorzugt, wenn als Gegenion ein Alkalimetall-Ion, vorzugsweise Li+, Na+ oder K+, ein Erdalkalimetall-Ion oder NH4 + vorliegt. Handelt es sich bei den Verbindungen nach Formel I um kationische Verbindungen oder kationisch versalzbare Verbindungen, so ist es bevorzugt, wenn als Gegenion ein
Halogenid, wie Cl", Br , I", oder CH3SO3 ", CF3SO3 ", CH3PhSO3 ' oder PhSO3 " vorliegt.
Aus der Literatur sind entsprechende bzw. strukturell ähnliche Verbindungen teilweise bekannt:
- In der Beilstein-Datenbank (Beilstein Institut zur Förderung der chemischen Wissenschaften; 2003) sind u.a. die Verbindungen 2- (Pentafluorsulfuranyl)ethanol, Carboethoxymethylschwefel-pentafluorid, Pentafluorsulfuranylessigsäure und Pentafluorsulfuranylethansulfonsäure beschrieben.
- Die Herstellung von Pentafluorsulfuranylacetaldehyd und Pentafluorsulfuranylessigsäure wird in N. H. Ray, J. Chem. Soc, Abstracts 1963, 1440 bzw. GB 941,392 und GB 941,393 beschrieben. In US 3, 102,903 wird die Herstellung verschiedener Pentafluorsulfuranylessigsäure-Derivate beschrieben.
- Orthocarbonate und Carbamate des Pentafluorsulfuranylethanol mit Nitro-Endgruppen und deren Verwendung als Explosivstoff werden in
US 4,849,540 beschrieben.
- Aus A.F.T. Yokochi, R. Winter, G.Gard, Acta Cryst. 2002, E58, o1133- o1135 ist die Kristallstruktur von 3-Pentafluorsulfuranylpropionsäure bekannt. - Die Herstellung verschiedener 3-Pentafluorsulfuranylpropan-Derivate wird in R. Winter, G. L. Gard, J. Fluorine Chem. 2000, 102, 79-87 beschrieben. Durch Umsetzung von SF5Br mit Acrylsäureestem und anschließende Modifikation der Estergruppe werden 3- Pentafluorsulfuranylpropionsäure, 3-Pentafluorsulfuranylpropanol und 3- Brom-1 -pentafluorsulfuranylpropan erhalten.
- Pentafluorsulfuranylmethansulfonate SF5CX2SO3- mit X = H bzw. F werden in B. H. Ward, J. A. Schlueter, U. Geiser, H. H. Wang,
E. Morales, J. P. Parakka, S. Y. Thomas, J. M. Williams, P. G. Nixon, R. W. Winter, G. L. Gard, H.-J. Koo, M.-H. Whangboo, Chem.Mater. 2000, 12, 343-351 beschrieben.
- Das Pentafluorsulfuranylethansulfonat wird in J. P. Canselier,
J. L. Boyer, V. Castro, G. L. Gard, J. Mohtasam, D. H. Peyton, Magn. Reson. Chem. 1995, 33, 506-510 beschrieben.
- In R. Winter, G. I. Gard, J. Fluorine Chem. 1994, 66, 109-116 wird die Herstellung verschiedener Ester von Pentafluorsulfuranylethanolen und
-propanolen beschrieben.
- In WO 2004/011422 wird die Herstellung aliphatischer und aromatischer Verbindungen mit Pentafluorsulfuranyi-Substituenten beschrieben. Die Herstellung erfolgt dabei durch Addition von SF5CI an Doppelbindungen. Hergestellt werden beispielsweise Verbindungen des
Typs F5S-CH2-CHCI-(CH2)8-X1 wobei X1 steht für OH, OC(=O)CH3, Br, C(=O)OC2H5 bzw. C(=O)CH3) Vortθile der erfindungsgemäßen Verbindungen bzw. erfindungsgemäßen Verwendung der genannten Verbindungen bzw. der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können dabei insbesondere sein: - eine Oberflächenaktivität, die der konventioneller Kohlenwasserstoff-
Tenside hinsichtlich Effizienz und/oder Effektivität überlegen ist,
- biologische und/oder abiotische Abbaubarkeit der Substanzen ohne Bildung persistenter, perfluorierter Abbauprodukte,
- gute Verarbeitbarkeit in Formulierungen,
- Lagerstabilität.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind dabei die entsprechenden neuen Verbindungen der Formel I, insbesondere Verbindungen nach Formel IIa, IIb bzw. Hc
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worin n steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich 1 bis 30 und
X steht für eine kationische, nichtionische, ampothere oder anionische polare Gruppe oder eine polymerisierbare Gruppe, (HaI) steht für F, Cl, Br oder I, sowie entsprechende Salze der Verbindungen nach Formel IIa, IIb bzw. Hc, wobei CF3-O-CH2-COOH ausgenommen ist, bzw. Verbindung nach Formel lila, Illb oder IHc
Figure imgf000007_0002
worin n steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich 1 bis 30 und X steht für eine kationische, nichtionische, ampothere oder anionische polare Gruppe oder eine polymerisierbare Gruppe, (HaI) steht für F, Cl, Br oder I, sowie entsprechende Salze der Verbindungen nach Formel lila, HIb bzw. IHc, wobei die Verbindungen F5S-(CH2)I-CO2M, F5S-(CH2)2- CO2M, F5S-(CH2)I-SO3M, F5S-(CH2)2-SO3M, F5S-(CH2)1-CONH2, F5S-(CH2)2-OH und F5S-(CH2)3-OH, F5S-CH2-CHCI-(CH2)8-X1 wobei M steht für H oder ein Alkalimetall-Ion, vorzugsweise Li+, Na+ oder K+, oder NH4 + und X1 steht für OH, OC(=O)CH3, Br, C(=O)OC2H5,
C(=O)CH3, ausgenommen sind.
Vorzugsweise steht n bei Verbindungen der Formeln I bzw. Il bzw. III für eine Zahl aus dem Bereich 4 bis 28, insbesondere bevorzugt für eine Zahl aus dem Bereich 8 bis 24.
In einer bevorzugten Gruppe von erfindungsgemäß einzusetzenden Verbindungen nach Formel I bzw. erfindungsgemäßen Verbindungen nach den Formeln Il oder III steht X für eine anionische polare Gruppe ausgewählt aus -COOM, -SO3M, -OSO3M, -PO3M2, -OPO3M2, - (OCH2CH2)m-O-(CH2)o-COOM, -(OCH2CH2)m-O-(CH2)o-SO3M, - (OCH2CH2)m-O-(CH2)o-OSθ3M, -(OCH2CH2)m-O-(CH2)o-PO3M2, -(OCH2CH2)m-O-(CH2)o-OPO3M2, wobei M steht für H oder ein Alkalimetall- Ion, vorzugsweise Li+, Na+ oder K+, oder NH , m steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 1 bis 1000 und o steht für eine ganze Zahl ausgewählt aus 1 , 2, 3 oder 4.
Zu den bevorzugten anionischen Gruppen gehören dabei insbesondere - COOM, -SO3M, -OSO3M, sowie -(OCH2CH2)m-O-(CH2)o-COOM, -(OCH2CH2)m-O-(CH2)0-SO3M und -(OCH2CH2)m-O-(CH2)o-OSO3M, wobei jede einzelne dieser Gruppen für sich genommen bevorzugt sein kann. In einer anderen ebenfalls bevorzugten Gruppe von erfindungsgemäß einzusetzenden Verbindungen nach Formel I bzw. erfindungsgemäßen Verbindungen nach den Formeln Il oder III steht X für eine kationische polare Gruppe ausgewählt aus -NR1R2R3 + Z-, -PR1R2R3 + Z-,
Figure imgf000009_0001
wobei R steht für H oder C1-4-Alkyl in beliebiger Position, Z- steht für Cl-, Br-, I-, CH3SO3-, CF3SO3-, CH3PhSO3-, PhSO3-
R1, R2 und R3 jeweils unabhängig voneinander stehen für H, C-I-30-AIkVl,
Ar oder -CH2Ar und
Ar steht für einen unsubstituierten oder ein- oder mehrfach substituierten aromatischen Ring oder kondensierte Ringsysteme mit 6 bis 18 C-Atomen, worin auch ein oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können.
Zu den bevorzugten kationischen Gruppen gehören dabei insbesondere aus -NR1R2R3 + Z und
Figure imgf000009_0002
, wobei jede einzelne dieser Gruppen für sich genommen bevorzugt sein kann.
In einer weiteren bevorzugten Gruppe von erfindungsgemäß einzusetzenden Verbindungen nach Formel I bzw. erfindungsgemäßen Verbindungen nach den Formeln Il oder III steht X für eine nichtionische polare Gruppe ausgewählt aus -Cl, -Br, -I, -(OCH2CH2)HrOH, -O-(Glycosid)o, -(OCH2CH2)m-OCH2-CHOH-CH2-OH,
-(OCH2CH2)m-OCH2Ar(-NCO)p( -(OCH2CH2)m-OAr(-NCO)p , -SiR1R2Z, -SiR1Z2, -SiZ3, -COZ, -(OCH2CH2)m-SO2CH=CH2, -SO2Z,
Figure imgf000010_0001
m steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 0 bis 1000, n steht für 0 oder 1 und o steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 1 bis 10, p steht für 1 oder 2, R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander stehen für C1-3o-Alkyl, Ar oder -CH2Ar und,
Ar steht für einen unsubstituierten, ein- oder mehrfach substituierten aromatischen Ring oder kondensierte Ringsysteme mit 6 bis 18 C-
Atomen, worin auch ein oder zwei CH-Gruppen durch C=O ersetzt sein können und,
Glycosid steht für einen verethertes Kohlenhydrat, vorzugsweise für ein mono- di-, tri- oder oligo-Glucosid, alle Z jeweils unabhängig voneinander stehen für -H, -Cl, -F, -NR1R2,
-OR1, -N-Imidazolyl und Y steht für Cl oder F.
Zu den bevorzugten nicht-ionischen polaren Gruppen gehören dabei insbesondere -(OCH2CH2)m-OH und -O-(Glycosid)o, wobei jede einzelne dieser Gruppen für sich genommen bevorzugt sein kann.
Darüber hinaus können erfindungsgemäß solche Verbindungen der Formeln I, Il oder III bevorzugt sein bzw. bevorzugt verwendet werden, bei denen X steht für eine polymerisierbare Gruppe ausgewählt aus -
Figure imgf000010_0002
wobei m steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 0 bis 1000 und R bzw. R1 steht für H oder Ci-4-Alkyl. Diese Verbindungen werden vorzugsweise zu Polymeren mit entsprechenden Seitenketten verarbeitet, die selbst wieder im erfindungsgemäßen Sinne eingesetzt werden können. Auch die Verwendung dieser Polymere ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Darüber hinaus können erfindungsgemäß solche Verbindungen bevorzugt sein bzw. bevorzugt verwendet werden, bei denen X steht für eine amphotere Gruppe ausgewählt aus den funktionellen Gruppen der
Acetyldiamine, der N.-Alkylaminosäuren, der Betaine, der Aminoxide bzw. entsprechender Derivate. In bevorzugten Verbindungen dieser Substanzklasse ist X eine Gruppe ausgewählt aus
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Zu den insbesondere bevorzugten Verbindungen gehören dabei die in der folgenden Tabelle gezeigten Verbindungen:
Figure imgf000012_0002
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10
1 5
20
OC
30
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Dabei eignen sich die erfindungsgemäß als Tensid verwendbaren Verbindungen insbesondere zum Einsatz als Hydrophobiermittel, beispielsweise zur Oberflächenmodifikation von Textilien, Papier, Glas, poröser Baustoffe oder Adsorbentien, bzw. als Grenzflächenvermittler bzw. Emulgator, insbesondere für die Herstellung von Fluorpolymeren, bzw. als Viskositätsminderer oder Emulgator, insbesondere in Farben, Lacken oder Zubereitungen zur Oberflächenbeschichtung, bzw. als Schaumstabilisator, insbesondere in Zubereitungen, die als „Feuerlöschschäume" bekannt sind, bzw. in der Metallbearbeitung zum Abdecken galvanischer Bäder gegen den Austritt ätzender Dämpfe, bzw. als Netzmittel bei der Herstellung photographischer Filme und Papiere, bzw. als Verlaufsmittel in Selbstglanzemulsionen, bzw. als Feuerlöschmittel, sowie zur schmutzabweisenden Ausrüstung.
Darüber hinaus eignen sich die erfindungsgemäß als Tensid verwendbaren Verbindungen für Wasch- und Reinigungsanwendungen, insbesondere von Textilien. Auch Reinigen und Polieren harter Oberflächen ist ein mögliches Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäß als Tensid verwendbaren Verbindungen. Weiter können die erfindungsgemäß als Tensid verwendbaren Verbindungen vorteilhaft in kosmetischen Produkten, wie beispielsweise Schaumbädern und Haarshampoos oder als Emulgatoren in Cremes und Lotionen eingesetzt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäß als Tensid verwendbaren Verbindungen ist die Flotation, d.h. das Ausbringen und Abtrennen von Erzen und Mineralien von taubem Gestein. Darüber hinaus können bevorzugte der erfindungsgemäß als Tensid verwendbaren Verbindungen auch als Emulgatoren in Nahrungsmitteln eingesetzt werden. Weitere Anwendungsfelder liegen in der Metallbehandlung, als Lederhilfsmittel, der Bauchemie und im Pflanzenschutz.
Weiter eignen sich erfindungsgemäße Tenside auch als antimikrobieller Wirkstoff, insbesondere als Reagentien für die antimikrobielle Oberflächenmodifikation. Von Vorteil ist für diese Verwendung insbesondere der Einsatz von Verbindungen nach Formel I bzw. Il oder III, wobei X steht für eine kationische polare Gruppe oder eine polymerisierbare Gruppe.
Dabei werden die erfindungsgemäß einzusetzenden Verbindungen für die Anwendung üblicherweise in entsprechend ausgelegte Zubereitungen eingebracht. Entsprechende Mittel, die ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, enthalten mindestens eine oberflächenaktive Verbindung mit mindestens einer Endgruppe Y, wobei Y steht für CF3O- oder F5S- und einen für den jeweiligen Verwendungszweck geeigneten Träger sowie ggf. weitere spezifische Aktivstoffe und ggf. Hilfsstoffe.
Bei bevorzugten Mitteln handelt es sich dabei um Färb- und Lackzubereitungen, Feuerlöschmittel, Schmierstoffe, Wasch- und Reinigungsmittel, Enteiser oder Hydrophobiermittel zur Textilausrüstung oder Glasbehandlung. In einer bevorzugten Erfindungsvariante handelt es sich bei den Mitteln um Hydrophobiermittel zur Ausrüstung von Textilien und Teppichen.
Zur hydrophoben Ausrüstung von Textilien werden in der Regel Hydrophobierungsmittel auf Basis von Polysiloxanen, Fluorkohlenwasserstoffen oder Mischungen von Aluminium- oder
Zirkonsalzen mit Paraffinen eingesetzt (vergleiche dazu „Handbuch der Textilhilfsmittel", A. Chwala, V. Anger, Verlag Chemie, New York 1977, Kapitel 3.24 "Phobiermittel", Seite 735 ff). Die hydrophobe Ausrüstung von Textilien, insbesondere bei Wetterschutzbekleidung, dient dazu, diese entweder wasserabweisend oder wasserundurchlässig zu machen. Das Hydrophobiermittel wird auf die Fasern der Textilien aufgebracht und ordnet sich dort so an, dass die hydrophoben Molekülteile senkrecht zur
Faseroberfläche stehen. Auf diese Weise wird das Bestreben des Wassers, sich über die ganze Fläche auszubreiten, stark herabgesetzt. Das Wasser nimmt aufgrund der Kohäsionskräfte die Kugelform an und perlt von der Textiloberfläche ab.
Weitere Anwendungsgebiete für erfindungsgemäße Mittel sind Färb- und Lackzubereitungen, Feuerlöschmittel (Pulver und Schäume), Schmierstoffe, Wasch- und Reinigungsmittel und Enteiser.
Die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen kann dabei nach dem Fachmann an sich aus der Literatur bekannten Methoden erfolgen. Die aliphatische OCF3-Gruppe kann beispielsweise aus Alkoholen über die Fluorodesulfurierung von Xanthogenaten erhalten werden (K. Kanie, Y. Tanaka, K. Suzuki, M. Kuroboshi, T. Hiyama, Bull. Chem. Soc. Jpn. 2000, 73, 471-484; P. Kirsch, Modern Fluoroorganic Chemistry: Synthesis, Reactivity, Applications, Wiiey-VCH, Weinheim, 2004, S. 67 ff., S. 144 f.). Die entsprechende Offenbarung zu der genannten Methode in den zitierten Literaturstellen gehört damit ausdrücklich auch zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung. Die Einführung der hydrophilen, anionischen, kationischen, reaktiven oder polymerisierbaren Endgruppe ist über den entsprechenden ω-OCF3-Alkohol nach dem Fachmann bekannten Methoden möglich. Beispiele sind dem folgenden Schema zu entnehmen:
Figure imgf000035_0001
Derivatisierung für Y = HaI (z.B. Br):
Figure imgf000036_0001
Die aliphatische SF5-Gruppe kann z. B. an endständigen Doppelbindungen über die radikalische Addition von SF5CI oder SF5Br eingefügt werden. Optionale anschließende Dehydrohalogenierung und Hydrierung erlauben die Variation der Endgruppen gemäß Formeln lila, INb bzw. INc. Die ersten beiden dieser Reaktionsschritte sind in der Literatur beschrieben (R. Winter, P. G. Nixon, G. L. Gard, D. H. Radford, N. R. Holcomb, D. W. Grainger, J. Fluorine Chem. 2001 , 107, 23-30), katalytische Hydrierungen in Gegenwart einer SF5-Funktion ebenfalls (P. Kirsch, M. Bremer, M. Heckmeier, K. Tarumi, Angew. Chem. 1999, 111, 2174-2178; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1999, 38,1989-1992). Die entsprechende Offenbarung zu der genannten Methode in den zitierten Literaturstellen gehört damit ausdrücklich auch zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung. Die Einführung der hydrophilen, reaktiven oder polymerisierbaren Komponente ist über den entsprechenden ω-SF5-Alkohol nach dem Fachmann bekannten Methoden möglich. Beispiele sind dem folgenden Schema zu entnehmen:
Figure imgf000037_0001
Figure imgf000038_0001
Derivatisierung für Y = HaI (z.B. Br):
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Die Auswahl geeigneter Lösungsmittel und Reaktionsbedingungen bereitet dem Fachmann dabei keinerlei Schwierigkeiten (Organikum: Organisch- Chemisches Grundpraktikum, 16. Aufl., VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin, 1986). Weitere Geg
Figure imgf000040_0004
e
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nstände der vorliegenden Erfindung sind daher ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Formel I, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Verbindung der Formel IV
Figure imgf000040_0001
hergestellt wird und diese dann, soweit X in der Verbindung der Formel I verschieden von OH ist, durch Modifikation der OH-Gruppe in an sich bekannter Weise zur Verbindung der Formel I umgesetzt wird, ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Formel IIa, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Verbindung der Formel V
Figure imgf000040_0002
durch Umsetzung eines geschützten Diols zum geschützten Monotrifluormethoxy-alkohol und anschließendes Entschützen hergestellt wird und diese dann, soweit X in der Verbindung der Formel Ia verschieden von OH ist, durch Modifikation der OH-
Gruppe in an sich bekannter Weise zur Verbindung der Formel IIa umgesetzt wird, und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Formel lila, IHb bzw. IHc, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Verbindung der Formel IHb, in der X steht für OH hergestellt wird und diese, wenn eine
Verbindung der Formel IHa bzw. MIo hergestellt werden soll, durch Halogenwasserstoff-Eliminierung und, wenn eine Verbindung der Formel lila hergestellt werden soll, anschließende Hydrierung umgesetzt wird und anschließend, soweit X in der Verbindung nach Formel HIa, IHb bzw. I Hc verschieden von OH ist, das Produkt durch
Modifikation der OH-Gruppe in an sich bekannter Weise zur Verbindung nach Formel lila, IHb bzw. HIc umgesetzt wird. Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung näher, ohne den Schutzbereich zu beschränken. Insbesondere sind die in den Beispielen beschriebenen Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der den betreffenden Beispielen zugrunde liegenden Verbindungen auch auf andere nicht im Detail aufgeführte, aber unter den Schutzbereich fallende Stoffe und Verbindungen anwendbar, sofern an anderer stelle nicht gegenteiliges gesagt wird. Im übrigen ist die Erfindung im gesamten beanspruchten Bereich ausführbar und nicht auf die hier genannten Beispiele beschränkt.
Beispiele
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen:
Bn: Benzyl
DBH: 1 ,3-Dibrom-5,5-dimethylhydanthoin DMAP: 4-(Dimethylamino)pyridin Me: Methyl THF: Tetrahydrofuran
Beispiel 1 : ω-Trifluormethoxyalkanole
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1 b: Zu einer Suspension von 95 mmol NaH in 400 ml THF werden bei O°C 80 mmol 1 a in 200 ml THF getropft. Man erhitzt für 3 h auf 4O°C, kühlt wieder auf O°C und tropft 160 mmol CS2 zu. Nach 1 h Nachrühren bei RT werden 95 mmol MeI bei O°C zugetropft. Man rührt 18 h bei RT, arbeitet wie üblich wässrig auf und chromatographiert über Kieselgel.
1c: Eine Suspension von 30 mmol DBH (1 ,3-Dibrom-5,5- dimethylhydanthoin) in 30 ml CH2CI2 in einem Teflongefäß wird bei -78°C langsam mit 20 ml 70% HF-Pyridin versetzt. Zu dieser Mischung wird bei -78°C eine Lösung von 10 mmol 1b in 30 ml CH2CI2 getropft. Man rührt 30 min bei -78°C, lässt dann auf 0°C kommen und hydrolysiert mit NaHSO3-
Lösung. Man arbeitet wässrig auf und chromatographiert über Kieselgel. 1d: 20 mmol 1c in 400 ml THF werden in Gegenwart von 2 g 5% Pd-C bei RT und 4 bar Druck bis zum Ende der Wasserstoffaufnahme hydriert. Man filtriert über Celite vom Katalysator ab, und reinigt das Produkt durch fraktionierte Destillation.
Durch Variation der Alkyl-Kettenlänge der Edukte können entsprechende Derivate hergestellt werden.
Beispiel 2: ω-Pentafluorsulfuranylalkanole
Figure imgf000043_0001
2a und 2b werden entsprechend der Vorschrift in R. Winter, P. G. Nixon, G. L. Gard, D. H. Radford, N. R. Holcomb, D. W. Grainger, J. Fluorine Chem. 2001 , 107, 23-30 hergestellt.
2c: 20 mmol 2b in 400 ml THF werden in Gegenwart von 2 g 5% Pd-C bei RT und Normaldruck bis zum Ende der Wasserstoffaufnahme hydriert. Man filtriert über Celite vom Katalysator ab, und reinigt das Produkt durch fraktionierte Destillation.
Durch Variation der Alkyl-Kettenlänge der Edukte können entsprechende Derivate hergestellt werden.
Beispiel 3: Oberflächenaktive Substanzen mit terminalen Trifluormethoxy- und Pentafluorsulfuranylgruppen
Figure imgf000044_0001
4: Eine Lösung von 100 mmol 3 in 200 ml Toluol wird unter Eiskühlung mit 120 mmol PBr3 versetzt und für 3h zum Rückfluss erhitzt. Man lässt abkühlen und arbeitet wie üblich wässrig auf. Das Rohprodukt wird destillativ gereinigt.
5: Eine Mischung von 10 mmol 4 und 30 ml Pyridin wird für 2 h zum Sieden erhitzt. Man engt im Vakuum ein und fällt den Rückstand mit Diethylether aus.
6: Eine Lösung von 100 mmol 3, 100 mmol Acrylsäure, 105 mmol Dicyclohexylcarbodiimid und 5 mmol DMAP in 300 ml THF wird 18 h bei RT gerührt. Man gießt in Wasser und arbeitet wie üblich wässrig auf. Das Rohprodukt wird durch Chromatographie auf Kieselgel (Pentan) gereinigt.
7: Eine Mischung von 100 mmol 4 und 150 mmol Dicyclohexylamin wird für 18 h auf 18O°C erhitzt. Das Produkt wird abdestilliert, gegen Ende bei verringertem Druck und erhöhter Temperatur. Das Rohprodukt wird durch fraktionierte Destillation gereinigt.
8: Eine Lösung von 10 mmol 7 und 20 mmol Triethoxysilan in 80 ml CH2CI2 wird mit 16 mg H2PtCI6.6H2θ in 1 ml /so-Propanol versetzt und 4 d bei RT gerührt. Nach beendeter Umsetzung wird das Produkt destillativ gereinigt. Durch Variation der Alkyl-Kettenlänge der Edukte können entsprechende Derivate hergestellt werden.
Beispiel 4:
Durch Umsetzungen analog zu Beispiel 3 werden aus 5- Pentafluorsulfuranyl-pentanol die entsprechenden Pentafluorsulfuranyl- Derivate erhalten. Durch Variation der Alkyl-Kettenlänge der Edukte können entsprechende Derivate hergestellt werden.
Beispiel 5: ω-Trifluormethoxyalkansulfonat
Beispiel 5a: Synthese von Dithiocarbonsäure (IO-bromo-decyl)-ester methyl-ester:
Figure imgf000045_0001
In einer mit Stickstoff begaste 11 Vierhals-Glasapparatur werden 200 ml Tetrahydrofuran (THF) + 10,15 g NaH (253mmol, 1.2 eq) vorgelegt und auf -25°C abgekühlt. 50 g 6-Bromo-1-decanol (211 mmol, 1 eq) werden, mit 100 ml THF gemischt, unter Kühlung zugetropft. Es wird 120 min. bei RT nachgerührt und anschließend wiederum auf -25°C gekühlt. Schwefelkohlenstoff (32.1 g; 421.6 mmol; 2 eq) wird zugetropft und anschließend 2,5 h bei O°C nachgerührt. Bei -2O°C wird Methyliodid (35.9g; 253 mmol; 1.2 eq) unter Kühlung zugetropft. Die Reaktionsmischung wird langsam auf RT erwärmt und 24 h nachgerührt. Nach Quenchen mit 10%iger NH4CI-Lösung ( 200 ml ) werden die Phasen getrennt und die organische Phase gewaschen und zur Trockne eingeengt.
Beispiel 5b: Synthese von 1-Bromo-10-trifluoromethoxy-decan:
Figure imgf000046_0001
Zu einer Suspension aus 1 ,3-
Figure imgf000046_0004
ibrom-5,5-dimethylhydantoin (102g; 119 mmol; 3eq) in 420 ml Dichlormethan werden bei -76°C 200 ml (7250 mmol,
61 eq) HF/Pyridin (65-70%ig) zugetropft und nachgerührt. Danach wird das
Xanthogenat aus Beispiel 5a (37g; 118.9 mmol; 1eq) in 50 ml
Dichlormethan zugetropft. Die Reaktionsmischung wird 12 h bei RT gerührt.
Mit wässriger KOH-Lösung wird pH = 10 eingestellt. Die Reaktionsmischung wurde mit Wasser und Methyl-t-butyl-ether verdünnt und anschließend abfiltriert. Die organische Phase wird getrocknet und säulenchromatographisch mit Heptan gereinigt.
Beispiel 5c: Synthese von 10-Trifluoromethoxy-decan-1-sulfonsäure:
Figure imgf000046_0002
In einem 250ml Einhaiskolben werden 6.8g Bromid aus Beispiel 5b (22.35 mmol) und 3.7g (29 mmol; 1.3 eq) Natriumsulfit in 40 ml VE-Wasser und 40 ml Ethanol gelöst und 20 h auf 100°C erhitzt. Die abgekühlte Reaktionsmischung wird mit Methyl-t-butyl-ether /Heptan (1 :1 ) extrahiert. Die wässrige Phase angesäuert (pH=0) und mit Methyl-t-butyl-ether extrahiert. Die vereinten organischen Phasen wurden über Natriumsulfat getrocknet und eingeengt.
Beispiel 5d: Synthese von Natrium -10-trifluoromethoxy-decan-1-suifonat:
Figure imgf000046_0003
1.15g (28.8 mmol; 1.3 eq) NaOH werden in 60 ml Ethanol gelöst und bei RT zur Sulfonsäure aus Beispiel 5c (6.8g; 22.2 mmol; 1 eq) gegeben. Nach 1 h unter Rückfluss wird ein farbloser Feststoff gewonnen.
Analog Beispiel 5 können allgemein Sulfonate mit verschiedenen Alkylen- Kettenlängen erhalten werden.
Beispiel 6: ω- Pentafluorosulfuranyl-(ω-1)-Chloro-heptan-1-sulfonat
Beispiel 6a: Synthese von 1-Bromo-6-chloro-7-(pentafluorosulfuranyl)- heptan:
Figure imgf000047_0001
In 170 mL Dichlormethan werden 10g (56.5mmol; 1eq) 7-Bromhepten gelöst und auf -4O°C eingekühlt. SF5CI wird in einer Kühlfalle einkondensiert und als Gas in die Apparatur eingeleitet. Zur Aktivierung werden 2 mL 1-M-Et3B Lösung zugegeben. Bei der Gaseinleitung ist der Ansatz gelb, nach Et3B Zugabe wird der Ansatz farblos. Die Zugabe wird so oft wiederholt bis sich der Ansatz nicht mehr entfärbt. Anschließend wird das Reaktionsgemisch zwei Stunden nachgerührt. Das Reaktionsgemisch wird hydrolisiert und pH = 10 eingestellt. Die organische Phase wird gewaschen und getrocknet.
Beispiel 6b: Synthese von 6-Chloro-7-(pentafluorosulfuranyl)-heptan-1- sulfonsäure:
Figure imgf000048_0001
In einem 250ml Einhalskolben werden 10 g (29.4mmol; 1eq) des Produktes aus Beispiel 6a und 3.72g (38,3mmol; 1.3eq) Natriumsulfit in 50ml VE- Wasser und 50ml Ethanol gelöst und 15 h auf 100°C erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird nach Abkühlen mit einem 1 :1-Gemisch aus Methyl- t-butyl-ether und Heptan extrahiert. Die wässrige Phase wird angesäuert und mit Methyl-t-butyl-ether extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden gewaschen und zur Trockne eingeengt.
Beispiel 6c: Synthese von Natrium 6-Chloro-7-(pentafluorosulfuranyl)- heptan-1-sulfonat:
Figure imgf000048_0002
10g (29.35mmol; 1eq) Sulfonsäure aus Beispiel 6b werden in 130 ml Ethanol suspendiert und 1.4g (35.22mmol; 1.2eq) Natriumhydroxid zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 1 h unter Rückfluss erhitzt. Der Feststoff wird bei RT abfiltriert.
Beispiel 7: Synthese von Natrium 7-(Pentafluorosulfuranyl)-hept-6-en- 1-sulfonat:
Na
Figure imgf000048_0003
In einem 500 ml Kolben wurden 10g (29.35mmol; 1eq) Sulfonsäure aus Beispiel 6b in 400 ml Tetrahydrofuran suspendiert und anschließend 11.74g (293.5mmol; 10eq) Natriumhydroxid zugegeben. Die Reaktionsmischung wird 10 h unter Rückfluss erhitzt, nach Abkühlen angesäuert und die Sulfonsäure durch mehrmaliges Extrahieren mit Methyl- t-butyl-ether von der wässrigen Phase abgetrennt. Anschließend wird die organische Phase gewaschen und zur Trockne eingeengt. Die rohe Sulfonsäure wird in 100ml Ethanol suspendiert und mit 1 ,4g (35.22mmol;1.2 eq) Natriumhydroxid versetzt und 1 h auf 97°C erhitzt. Nach Abkühlen der Suspension fallen Kristalle aus, die abfiltriert und getrocknet werden.
Beispiel 8: Bestimmung der biochemischen Abbaubarkeit
Die biochemische Abbaubarkeit der Verbindungen wird nach dem Zahn- Wellens-Test entsprechend der Publikation der Europäischen Kommission: Einstufung, Verpackung und Kennzeichnung gefährlicher Stoffe in der Europäischen Union, Teil Il - Testmethoden, Anhang V - Methoden zur
Bestimmung der physikalisch-chemischen Eigenschaften, der Toxizität und der Ökotoxizität, Teil B, Biochemische Abbaubarkeit- Zahn-Wellens- Test(C9.), Januar 1997, Seite 353-357 bestimmt. Ansatzvolumen: 1 ,5 I Belebtschlammkonzentration: 1 gTS/l
Herkunft des Schlammes: Kläranlage der Merck KGaA;
Darmstadt (nicht adaptiert)
Einsatzmenge der Testsubstanzen: ca. 100 bis 200 mg/l als DOC Belüftung: mit gereinigter Luft Aufarbeitung der Proben: Filtration (mittelhartes Filter)
Bestimmung des DOC: Nach der Differenzmethode mit einem Gerät der Fa. Dimatec Weitere Details zur Methode können der o.g. Publikation bzw. auch der OECD Guideline for the testing of chemicals, section 3, degradation and accumulation, method 302 B, page 1-8, adopted: 17.07.92 entnommen werden, deren diesbezüglicher Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehört.
Darüberhinaus wird neben dem Abbau der Verbindung an sich im Test auch der Abbau der Fluor-haltigen Gruppen über eine Fluorid-Bestimmung beobachtet:
Methode: lonenchromatographie
Gerät: Dionex 120
Detektortyp: Leitfähigkeitsdetektor
Säule: AS9HC Eluent: Natriumcarbonat-Lösung, 9 mmol/l
Flussrate: 1 ml/min
Literatur: EN ISO 10304-2
Untersucht wird das Natrium -10-trifluoromethoxy-decan-1-sulfonat aus Beispiel 5. Die Messwerte sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben und in Figur 1 graphisch dargestellt.
Figure imgf000051_0001
Es zeigt sich, dass die Verbindung, unter Beteiligung der fluorierten CF3O- Gruppe, unter den Versuchsbedingungen biologisch abgebaut wird.
Beispiel 9: Bestimmung der Oberflächenspannung:
Gerät: Tensiometer der Firma Krüss (Modell K12)
Temperatur der Messlösungen: 20°C
Eingesetztes Messmodul: Ring
Konzentration der Messlösungen: ca. 0,5 bis 3,0 g/l in entionisiertem
Wasser
Weitere Details zur Methode können der Publikation Europäische Kommission: Einstufung, Verpackung und Kennzeichnung gefährlicher Stoffe in der Europäischen Union, Teil Il - Testmethoden, Anhang V - Methoden zur Bestimmung der physikalisch-chemischen Eigenschaften, der Toxizität und der Ökotoxizität, Teil A, Oberflächenspannung (A.5), Januar 1997, Seite 51-57 bzw. auch der OECD Guideline for the testing of chemicals , section 1 , physical-chemical properties, method 115, page 1-7, adopted: 27.07.95 entnommen werden, deren diesbezüglicher Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gehört. Untersucht wird das Natrium -lO-trifluoromethoxy-decan-i-sulfonat aus Beispiel 5 im Vergleich zu dem klassischen Kohlenwasserstofftensid Natrium-decansulfonat. Die Messwerte sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben und in Figur 2 graphisch dargestellt.
Figure imgf000052_0001
Es zeigt sich, dass das erfindungsgemäße Tensid im Vergleich zum Kohlenwasserstofftensid, die gleiche Oberflächenspannung bei deutlich niedrigerer Konzentration erzeugt. Zudem lässt die Kurvenextrapolation vermuten, dass auch der Endwert bei dem erfindungsgemäßen Tensid deutlich niedriger liegen dürfte als bei dem Kohlenwasserstofftensid.
Verzeichnis der Figuren
Figur 1 gibt die biochemische Abbaubarkeit von Natrium -10- trifluoromethoxy-decan-1-sulfonat im Zahn-Wellems-Test (DOC-Werte) und die Fluorid-Freisetzung, während des Tests, gemäß Beispiel 8 an.
Figur 2 zeigt die Veränderung der Oberflächenspannung von Wasser in Abhängigkeit zur Tensidkonzentration für Natrium -10-trifluoromethoxy- decan-1-sulfonat und Natrium-decansulfonat gemäß Beispiel 9 an.

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung von Endgruppen Y, wobei Y steht für CF3O- oder F5S- als hydrophobe Endgruppe in oberflächenaktiven Verbindungen.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Endgruppe Y in den oberflächenaktiven Verbindungen an eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder unverzweigte Kohlenwasserstoff-Einheit gebunden ist.
3. Verwendung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endgruppe Y in der oberflächenaktiven Verbindung mehrfach vorkommt und es sich bei der oberflächenaktiven Verbindung vorzugsweise um ein Oligomer oder Polymer handelt.
4. Verwendung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endgruppe Y in der oberflächenaktiven Verbindung nur einmal, zweimal oder dreimal vorkommt und es sich bei der oberflächenaktiven Verbindung vorzugsweise um eine niedermolekulare Verbindung der Formel I
Figure imgf000054_0001
handelt, wobei
- Y steht für CF3O- oder F5S-,
- Spacer steht für eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder unverzweigte Kohlenwasserstoff-Einheit,
- X steht für eine kationische, nichtionische, ampothere oder anionische polare Gruppe oder eine polymerisierbare Gruppe.
5. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 , 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endgruppe Y in Verbindungen der Formel Ia1 Ib oder Ic,
Figure imgf000055_0001
worin Y steht für CF3O- oder F5S-, n steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich 1 bis 30 und
X steht für eine kationische, nichtionische, ampothere oder anionische polare Gruppe oder eine polymerisierbare Gruppe,
(HaI) steht für F, Cl, Br oder I, sowie entsprechender Salze der Verbindungen nach Formel Ia, Ib bzw. Ic enthalten ist.
6. Verwendung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenaktive Verbindung als Tensid verwendet wird.
7. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenaktive Verbindung als Hydrophobiermittel verwendet wird.
8. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenaktive Verbindung als Grenzflächenvermittler verwendet wird.
9. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenaktive Verbindung als
Viskositätsminderer, insbesondere in Farben, Lacken oder Zubereitungen zur Oberflächenbeschichtung verwendet wird. 10. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenaktive Verbindung als Schaumstabilisator, insbesondere in Feuerlöschschäumen verwendet wird.
11.Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenaktive Verbindung als Emulgator, insbesondere für die Herstellung von Fluorpolymeren verwendet wird.
12. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächenaktive Verbindung als antimikrobieller Wirkstoff, insbesondere als Reagenz für die antimikrobielle Oberflächenmodifikation verwendet wird.
13. Verwendung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass X steht für eine anionische polare Gruppe ausgewählt aus -COOM, -SO3M, -OSO3M, -PO3M2, -OPO3M2, -(OCH2CH2)m-O-(CH2)0-COOM, -(OCH2CH2)m-O-(CH2)0-
SO3M, -(OCH2CH2)m-O-(CH2)o-OSO3M,
-(OCH2CH2)m-O-(CH2)o-PO3M2, -(OCH2CH2)rn-O-(CH2)o-OPO3M2, wobei M steht für H oder ein Alkalimetall-Ion, vorzugsweise Li+, Na+ oder K+, oder NH4 +, m steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 1 bis 1000 und o steht für eine ganze Zahl ausgewählt aus 1 , 2, 3 oder 4.
14. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass X steht für eine kationische polare Gruppe ausgewählt aus -NR1R2R3 + Z-, --PR1R2R3 + Z-,
Figure imgf000057_0001
wobei R steht für H oder C-i-4-Alkyl in beliebiger Position, Z- steht für Cl-, Br-, I-, CH3SO3-, CF3SO3-, CH3PhSO3-, PhSO3- R1, R2 und R3 jeweils unabhängig voneinander stehen für H, Ci-30- Alkyl, Ar oder -CH2Ar und
Ar steht für einen unsubstituierter oder ein- oder mehrfach substituierten aromatischen Ring oder kondensierte Ringsysteme mit
6 bis 18 C-Atomen, worin auch ein oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können.
15. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass X steht für eine nicht-ionische polare
Gruppe ausgewählt aus -Cl, -Br, -I1 -(OCH2CH2)πrQH, -O-(Glycosid)o, -(OCH2CH2)m-OCH2-CHOH-CH2-OH, -(OCH2CH2)m-OCH2Ar(-NCO)p, -(OCH2CH2)m-OAr(-NCO)p , -SiR1R2Z1 -SiR1Z2, -SiZ3, -R2-COZ, -(OCH2CH2)m-SO2CH=CH2, -SO2Z,
Figure imgf000057_0002
m steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von O bis 1000, n steht für 0 oder 1 und o steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 1 bis 10, p steht für 1 oder 2,
R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander stehen für C1-30-Alkyl, Ar oder -CH2Ar und, Ar steht für einen unsubstituierter oder ein- oder mehrfach substituierten aromatischen Ring oder kondensierte Ringsysteme mit
6 bis 18 C-Atomen, worin auch ein oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können und, Glycosid steht für einen verethertes Kohlenhydrat, vorzugsweise für ein mono- di-, tri- oder oligo-Glucosid, alle Z jeweils unabhängig voneinander stehen für -H, -Cl, -F, -NR1R2,
-OR1, -N-Imidazolyl und Y steht für Cl oder F. 0
16. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass X steht für eine polymerisierbare Gruppe ausgewählt aus
Figure imgf000058_0001
5
Figure imgf000058_0002
wobei m steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 0 bis 1000 und R bzw. R1 steht für H oder C1-4-Alkyl.
0
17. Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass X steht für eine amphotere Gruppe ausgewählt aus den funktionellen Gruppen der Acetyldiamine, der N.-Alkylaminosäuren, der Betaine, der Aminoxide bzw. ,. entsprechender Derivate davon.
18. Verbindung nach Formel IIa, IIb bzw. Hc
0
Figure imgf000058_0003
worin n steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich 1 bis 30 und X steht für eine kationische, nichtionische, ampothere oder anionische polare Gruppe oder eine polymerisierbare Gruppe, (HaI) steht für F, Cl, Br oder I, sowie entsprechende Salze der Verbindungen nach Formel IIa, IIb bzw. Hc, wobei CF3-O-CH2-COOH ausgenommen ist.
19. Verbindung nach Formel lIla, IIIb oder IIIc
Figure imgf000059_0001
worin n steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich 1 bis 30 und X steht für eine kationische, nichtionische, ampothere oder anionische polare Gruppe oder eine polymerisierbare Gruppe, (HaI) steht für F, Cl, Br oder I, sowie entsprechende Salze der Verbindungen nach Formel lila, IIb bzw. IHc, wobei die Verbindungen F5S-(CH2)i-CO2M, F5S-(CH2)2- CO2M, F5S-(CH2)I-SO3M1 F5S-(CH2)2-SO3M, F5S-(CH2)1-CONH2, F5S-(CH2)2-OH und F5S-(CH2)3-OH, F5S-CH2-CHCI-(CH2)8-X1 wobei M steht für H oder ein Alkalimetall-Ion, vorzugsweise Li+, Na+ oder K+, oder NH4 + und X1 steht für OH, OC(=O)CH3, Br, C(=O)OC2H5,
C(=O)CH3, ausgenommen sind.
20. Verbindung nach mindestens einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass X steht für eine anionische polare Gruppe ausgewählt aus -COOM, -SO3M, -OSO3M, -PO3M2,
-OPO3M2, -(OCH2CH2)m-O-(CH2)o-COOM, -(OCH2CH2)m-O-(CH2)o- SO3M, -(OCH2CH2)m-O-(CH2)O-OSO3M,
-(OCH2CH2)m-O-(CH2)0-PO3M2, -(OCH2CH2)m-O-(CH2)o-OPO3M2, wobei M steht für H oder ein Alkalimetall-Ion, vorzugsweise Li+, Na+ oder K+, oder NH4 +, m steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 1 bis 1000 und o steht für eine ganze Zahl ausgewählt aus 1 , 2, 3 oder 4.
21. Verbindung nach mindestens einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass X steht für eine kationische polare Gruppe ausgewählt aus -NR1R2R3 + Z, -PR1R2R3 + Z,
Figure imgf000060_0001
wobei R steht für H oder C1-4-Alkyl in beliebiger Position,
Z steht für Cl-, Br-, I-, CH3SO3-, CF3SO3-, CH3PhSO3-, PhSO3- R1, R2 und R3 jeweils unabhängig voneinander stehen für H, Ci-30- Alkyl, Ar oder -CH2Ar und
Ar steht für einen unsubstituierten oder ein- oder mehrfach substituierten aromatischen Ring oder kondensierte Ringsysteme mit 6 bis 18 C-Atomen, worin auch ein oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können.
22. Verbindung nach mindestens einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass X steht für eine nicht-ionische polare Gruppe ausgewählt aus -Cl, -Br, -I, -(OCH2CH2)m-OH, -O-(Glycosid)o, -(OCH2CH2)m-OCH2-CHOH-CH2-OH, -(OCH2CH2)m-OCH2Ar(-NCO)pl -(OCH2CH2)m-OAr(-NCO)p , -SiR1R2Z, -SiR1Z2, -SiZ3, -COZ, -(OCH2CH2)m-SO2CH=CH2, -SO2Z, 240
Figure imgf000061_0001
m steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 0 bis 1000, n steht für O oder 1 und o steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 1 bis 10, p steht für 1 oder 2, R1 und R2 jeweils unabhängig voneinander stehen für Ci-30-Alkyl, Ar oder -CH2Ar und
Ar steht für einen unsubstituierter oder ein- oder mehrfach substituierten aromatischen Ring oder kondensierte Ringsysteme mit
6 bis 18 C-Atomen, worin auch ein oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können und,
Glycosid steht für einen verethertes Kohlenhydrat, vorzugsweise für ein mono- di-, tri- oder oligo-Glucosid, alle Z jeweils unabhängig voneinander stehen für -H, -Cl, -F, -NR1R2,
-OR1, -N-Imidazolyl und Y steht für Cl oder F.
23. Verbindung nach mindestens einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass X steht für eine polymerisierbare Gruppe ausgewählt aus -(OCH2CH2)mOCOCR=CH2, -(OCH2CH2)m-OCR=CH2l
Figure imgf000061_0002
wobei m steht für eine ganze Zahl aus dem Bereich von 0 bis 1000 und R bzw. R1 steht für H oder C1-4-AlkyI.
24. Verbindung nach mindestens einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass X steht für eine amphotere Gruppe ausgewählt aus den funktionellen Gruppen der Acetyldiamine, der N.-Alkylaminosäuren, der Betaine, der Aminoxide bzw. entsprechender Derivate davon.
25. Verbindung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass n steht für eine Zahl aus dem Bereich 4 bis 28, vorzugsweise aus dem Bereich 8 bis 24.
26. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Formel I1 dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Verbindung der Formel IV
Figure imgf000062_0001
hergestellt wird und diese dann, soweit X in der Verbindung der Formel I verschieden von OH ist, durch Modifikation der OH-Gruppe in an sich bekannter Weise zur Verbindung der Formel I umgesetzt wird.
27. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Formel IIa, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Verbindung der Formel V
Figure imgf000062_0002
durch Umsetzung eines geschützten Diols zum geschützten Monotrifluormethoxy-alkohol und anschließendes Entschützen hergestellt wird und diese dann, soweit X in der Verbindung der Formel Ia verschieden von OH ist, durch Modifikation der OH- Gruppe in an sich bekannter Weise zur Verbindung der Formel IIa umgesetzt wird.
28. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Formel lila, IHb bzw. IHc, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Verbindung der Formel IHb, in der X steht für OH hergestellt wird und diese, wenn eine Verbindung der Formel lila bzw. IHc hergestellt werden soll, durch Halogenwasserstoff-Eliminierung und, wenn eine Verbindung der Formel lila hergestellt werden soll, anschließende Hydrierung umgesetzt wird und anschließend, soweit X in der Verbindung nach Formel lila, NIb bzw. MIc verschieden von OH ist, das Produkt durch Modifikation der OH-Gruppe in an sich bekannter Weise zur Verbindung nach Formel lila, IHb bzw. IHc umgesetzt wird.
29. Mittel enthaltend mindestens eine oberflächenaktive Verbindung mit mindestens einer Endgruppe Y, wobei Y steht für CF3O- oder F5S- und einen für den jeweiligen Verwendungszweck geeigneten Träger sowie ggf. weitere spezifische Aktivstoffe.
30. Mittel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mittel um Färb- und Lackzubereitungen, Feuerlöschmittel, Schmierstoffe, Wasch- und Reinigungsmittel, Enteiser oder Hydrophobiermittel zur Textilausrüstung oder Glasbehandlung handelt.
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