DE68903186T2 - Verfahren zur herstellung von natrium-fluoralkoholaten. - Google Patents
Verfahren zur herstellung von natrium-fluoralkoholaten.Info
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Description
- Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Natriumfluoralkoholaten.
- Zu den zahlreichen Anwendungen fluorierter Alkohole zählt man die Herstellung von Polyfluoralkoxyphophazenen durch die Reaktion von Natriumalkoholat mit Polydichlorphosphazen nach folgendem Schema:
- (siehe beispielsweise das US-Patent 3.515.688).
- Verschiedene Methoden zur Herstellung dieser Natriumalkoholate durch Alkalisieren mit Hilfe von Natrium oder Natriumverbindungen wurden vorgeschlagen.
- So schlägt man im US-Patent 3.702.833 vor, metallisches Natrium und fluorierte Alkohole in Tetrahydrofuran (THF) unter Rückfluß zu erhitzen. Diese Reaktion führt, je nach benutztem Alkohol, zu einem unterschiedlichen Zerfall der Moleküle, der die Bildung von Natriumfluorid zur Folge hat. Man beobachtet dabei, daß die Basizität des Reaktionsgemisches unter dem erwarteten Niveau liegt, wenn man die Menge an eingesetztem Natrium der Berechnung zugrunde legt.
- Das US-Patent 4.357.458 schlägt vor, die Alkalisierung mit Hilfe von Natrium durch eine Gleichgewichtsverschiebung vorzunehmen, die durch Destillation eines Kohlenwasserstoffes hervorgerufen wird und das durch die Reaktion gebildete Wasser ausführt.
- Diese Technik erfordert eine lange Reaktionszeit (im allgemeinen über 20 Stunden)
- Die US-Patente 4.568.779 und 4.593.129 schlagen vor, das Natrium vor der Reaktion mit den fluorierten Alkoholen fein zu verteilen.
- Man erhöht so die Reaktivität des Natriums und kann somit bei tiefen Temperaturen arbeiten. Dieses Verfahren benötigt jedoch den Einsatz eines Reaktionsgefäßes, das mit einem System zur Zerstäubung des Natriums ausgerüstet ist, ferner ein gekühltes Reaktionsgefäß um die Alkalisierung durchzuführen, während die Substitutionsreaktion selbst in einem dritten Gefäß abläuft.
- Es muß jedoch betont werden, daß, selbst mit zerstäubtem Natrium, die Reaktion lange dauert, da sie bei tiefen Temperaturen durchgeführt wird.
- Die hier vorliegende Erfindung schlägt deshalb ein Verfahren vor, das zunächst eine schnelle Alkalisierung der fluorierten Alkohole erlaubt.
- Sie schlägt gleichzeitig ein Verfahren vor, das keinen Zerfall der eingesetzten oder erhaltenen Produkte bewirkt.
- Sie schlägt darüber hinaus ein Verfahren vor, das es erlaubt, die Alkalisierungs- und Substitutionsreaktion des Polydichlorphosphazens im gleichen Reaktionsgefäß durchzuführen.
- Dieses Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- a) - Durchführung der Alkalialkoholatbildung der fluorierten Alkohole mit Hilfe von Natriummethylat in einem Lösungsmittel, das aus der Gruppe der Lösungsmittel, die einen Siedepunkt über dem von Methanol haben und/oder den Lösungsmitteln ausgewählt sind, die mit Methanol ein Azeotrop bilden können und
- b) - selektiv das Methanol, in den beim Rückfluß des nach a) erhaltenen Gemisches anfallenden Dämpfen einfängt.
- Als geeignetes Lösungsmittel, das einen Siedepunkt über dem von Methanol hat, versteht man jedes Lösungsmittel, das diese Eigenschaft wenigstens bei einem bestimmten Druck aufweist.
- Die selektive Abtrennung des Methanols kann mit Hilfe eines Molekularsiebes geeigneter Durchlässigkeit durchgeführt werden. Aus diesem Grund benutzt man vorteilhafterweise Molekularsiebe mit einem Porendurchmesser von etwa 4 Angström.
- Man führt vorteilhafterweise die folgenden Arbeitsschritte aus:
- 1) Die Herstellung des Natriummethylats wird beispielsweise aus Natrium und wasserfreiem Methanol in einem Lösungsmittel, wie es oben definiert wurde, vorgenommen. Dieses Lösungsmittel kann beispielsweise THF, Dimethoxyethan, Benzol, Cyclohexan, Dioxan oder Toluol sein.
- Nach einer Variante kann man auch das Natriummethylat in einem Überschuß an Methanol, das anschließend abgedampft wird und durch ein vorgenanntes Lösungsmittel ersetzt wird, herstellen.
- 2) Die Zugabe eines fluorierten Alkohols mit niedrigem Siedepunkt in das gleiche Reaktionsgefäß wird entweder einzeln oder im Gemisch mit anderen fluorierten Alkoholen und/oder mit anderen Verbindungen, die ein reaktionsfähiges Wasserstoffatom enthalten, wie aliphatische Alkohole oder Phenole, duchgeführt.
- Die fluorierten Alkohole können verschiedenen Produkten der Formel R(F) (CH&sub2;)nOH angehören, in denen R(F) für eine aliphatische Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen steht, die teilweise fluoriert oder perfluoriert sind und n gleich 1 oder 0 ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Mono-, Di-, und Trifluorethanole.
- 3) Das Erhitzen des unter 2) erhaltenen Gemisches erfolgt bis zum Siedepunkt.
- Die Dämpfe bestehen aus Methanol, fluoriertem Alkohol und Lösungsmittel. Nach einer ersten Variante (Skizze 1) durchlaufen diese Dämpfe eine mit Molekularsieben beschickte Kolonne, werden dann kondensiert und in das Reaktionsgefäß zurückgeführt. Als Molekularsiebe benutzt man beispielsweise Zeolith 4A.
- Nach einer anderen Variante (Skizze 2) werden die Dämpfe direkt kondensiert und das Kondensat durchläuft die Kolonne mit Molekularsieben von oben nach unten. Die Kolonne wird dabei mit Hilfe eines Hebers gefüllt gehalten.
- Nach einer dritten Variante (Skizze 3) kondensieren die Dämpfe direkt und das Kondensat durchläuft die Kolonne mit Molkularsieben von oben nach unten. In jeder der Skizzen bezeichnet 1 das Reaktionsgefäß, 2 die mit Molekularsieben gefüllte Kolonne und 3 den Kühler.
- In jedem Fall hält das Molekularsieb selektiv das Methanol zurück. Der fluorierte Alkohol und das Lösungsmittel fließen in das Reaktionsgefäß zurück.
- Das Ende der Reaktion kann leicht durch die Abwesenheit des Methanols im Reaktionsmedium bestimmt werden. Das Methanol liegt hier in freier oder alkalisierter Form vor.
- Unabhängig von der völligen Abwesenheit von Zerfallsprodukten der Ausgangsstoffe und/oder der Produkte, die von der Alkalisierungsreaktion herrühren, stellt das erfindungsgemäße Verfahren einen bemerkenswerten Vorteil für den Fall dar, wenn die Natriumfluoralkoholate im gleichen Reaktionsgefäß direkt als Ausgangsstoffe zur Substitution der Polydichlorphosphazene benutzt werden können. Unter diesem Aspekt kann man einfach das aus den vorausgegangenen Arbeitsschritten erhältliche Polydichlorphosphazen, das vorteilhafterweise in einem Kohlenwasserstoff gelöst ist, dem Reaktionsmedium zuführen. Geeignete Kohlenwasserstoffe sind aromatische mono- oder polycyclische Kohlenwasserstoffe (Benzol, Naphtalin) oder Mischungen die solche Produkte umfassen. Das Reaktionsgemisch wird dann den gewöhnlichen Bedingungen dieser Substitutionsreaktion ausgesetzt.
- Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.
- In diesen Beispielen werden alle Arbeitsschritte unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt, wobei die Lösungsmittel und Ausgangsstoffe wasserfrei sind. Das Natrium ist frei von Natriumhydroxidspuren.
- 26,22 g Trifluorethanol (0,262 mol), 24,55 g Trihydro-1,1'- omegaperfluoralkanol-1 (HCF&sub2;(CF&sub2;)2,4CH&sub2;OH) (0,122 mol), 150 g Diethylenglykoldimethylether und 8,03 g Natrium (0,349 grammatom) werden in ein Reaktionsgefäß gegeben.
- Der Ansatz wird bei 60ºC gehalten. Das Natrium verschwindet innerhalb von 2 Stunden. Mit dem Verschwinden des Natriums bildet sich ein Niederschlag und das Reaktionsmedium verfärbt sich schwarz.
- Die theoretische Basizität des Reaktionsmediums müßte 0,349 Äquivalente betragen. Die durch acidimetrische Bestimmung ermittelte Basizität beträgt lediglich 0,026 Äquivalente. 92,5% des Natriums wurden somit durch Reaktion mit dem Fluor aufgebraucht. Dieser Befund wurde durch die Analyse des Niederschlags bestätigt.
- 3,29 g Natrium (0,143 grammatom) werden in 196 g Toluol unter Rückfluß durch starkes Rühren fein verteilt. In dieses auf 0ºC abgekühlte Gemisch werden 43,85 g Trihydro-1,1'-omegaperfluoralkanol-1 (0,217 mol) gegeben.
- Zwischen 0 und 10ºC erfolgt keine Reaktion.
- Zwischen 10 und 20ºC zeigt sich eine schwache Wasserstoffentwicklung.
- Die Reaktion wird bei 25ºC für 24 Stunden belassen. Das gesamte Natrium ist dann verschwunden und die Bildung eines weißen Niederschlags wird beobachtet.
- Die acidimetrische Bestimmung ergibt eine Basizität von 0,114 Äquivalenten anstelle der erwarteten 0,143. Der Unterschied entspricht einem Verlust von 20%.
- Eine methanolische Lösung von Natriummethylat wird aus 180 g Methanol und 3,40 g Natrium (0,147 grammatom) hergestellt.
- Das Methanol wird verdampft und durch 300 ml THF ersetzt. Dieser Lösung wird ein Gemisch aus 9,98 g Trifluorethanol (0,0997 mol), 9,61 g Trihydro-1,1'-omegaperfluoralkanol-1 (0,0476 mol) und 1,5 g Orthoallylphenol (0,0108 mol) zugeführt.
- Das Reaktionsgefäß wird mit einer Vorrichtung, die der Skizze 2 entspricht, ausgestattet. Die Kolonne ist dabei mit 140 g Molekularsieb mit einem Porendurchmesser von 4 Angström aufgefüllt.
- Das Reaktionsgemisch wird nun zum Rückfluß erhitzt. Die Dämpfe durchlaufen so die mit Molekularsieben gefüllte Kolonne bevor sie ins Reaktionsgefäß zurückgelangen. Nach 2 Stunden ist keine Spur an Methanol im Reaktionsgemisch nachweisbar. Eine Niederschlagsbildung findet nicht statt.
- Die acidimetrische Bestimmung ergibt eine Basizität von 0,147 Äquivalenten, was einer quantitativen Ausbeute an RF(CH&sub2;)ONa entspricht.
- Eine methanolische Lösung von Natriummethylat wird aus 20 g Methanol und 2,135 g Natrium (0,0928 grammatom) hergestellt.
- Das Methanol wird verdampft und durch 217,5 g Dimethoxyethan ersetzt. Dieser Lösung werden 5,545 g Trifluorethanol (0,055 mol), 5,778 g Trihydro-1,1'-omegaperfluoralkanol-1 (0,029 mol) und 0,825 g Orthoallylphenol (0,006 mol) zugeführt.
- Das Reaktionsgefäß wird mit einer Kolonne, die 65 g Molekularsieb mit einem Porendurchmesser von 4 Angström enthält, einem Rückflußkühler, sowie einer Rücklaufleitung zum Reaktionsgefäß gemäß Skizze 1 ausgestattet.
- Nach 2 Stunden Rückfluß enthält das Reaktionsgemisch nur 3 ppm Methanol. Keine Spur eines Niederschlags wird beobachtet.
- Die acidimetrische Bestimmung ergibt eine Basizität von 0,093 Äquivalenten, was einer quantitativen Umsetzung zum Natriumfluoralkoholat entspricht.
- Man fügt der Alkoholatlösung, die im Beispiel 4 erhalten wurde, eine Lösung zu, die 4,93 g Polydichlorphosphazen (0,085 Chloräquivalente), 14,8 g Naphtalin und 14,8 g Benzol enthält. Die Mischung wird bei 70ºC für 2 Stunden erhitzt.
- Der Ansatz wird konzentriert und in ein Minimum an THF aufgenommen, über Silicagel filtriert und in Methanol ausgefällt. Schließlich wird er in Methanol zerrieben und im Vakuum getrocknet (bei 60ºC und reduziertem Druck von 133 Pa). Man erhält so 12,46 g an gummiartigem Polymer, was einem Umsatz von 85% im Verhältnis zum eingesetzten Polymer entspricht.
- Eine methanolische Lösung von Natriummethylat wird ausgehend von 6 g Methanol in 200 g Dimethoxyethan und 3,430 g Natrium (0,149 grammatom) hergestellt.
- Dieser Lösung werden 8,720 g Trifluorethanol (0,087 mol), 8,438 g Trihydro-1,1'-omegaperfluoralkanol-1 (0,042 mol) und 4,508 g Orthoallylphenol (0,033 mol) zugeführt.
- Das Reaktionsgefäß wird mit einer Kolonne, die 69 g Molekularsieb mit einem Porendurchmesser von 4 Angström enthält, einem Rückflußkühler, sowie einer Rücklaufleitung zum Reaktionsgefäß gemäß Skizze 3 ausgestattet.
- Nach 2 Stunden Rückfluß enthält das Reaktionsgemisch nicht mehr als 6 ppm Methanol. Keine Spur eines Niederschlags wird beobachtet.
- Die acidimetrische Bestimmung ergibt eine Basizität von 0,150 Äquivalenten, was einer quantitativen Umsetzung entspricht.
- Man fügt der Alkoholatlösung, die im Beispiel 6 erhalten wurde, eine Lösung zu, die 7,83 g Polydichlorphosphazen (0,135 Chloräquivalente), 23 g Naphtalin und 23 g Benzol enthält.
- Das Reaktionsgemisch wird bei 70ºC für 12 Stunden erhitzt.
- Der Ansatz wird konzentriert und in THF aufgenommen, über Silicagel filtriert, konzentriert und in Methanol ausgefällt.
- Er wird nun in Methanol zerrieben und im Vakuum getrocknet (bei 60ºC und reduziertem Druck von 133 Pa).
- Man erhält so 19,09 g an Polymer, was einer Ausbeute vom 82% entspricht.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von
Natriumfluoralkoholaten, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Durchführung der Alkalialkoholatbildung der
fluorierten Alkohole mit Hilfe von Natriummethylat
in einem Lösungsmittel, das aus der Gruppe der
Lösungsmittel, die einen Siedepunkt über dem von
Methanol und/oder den Lösungsmitteln ausgewählt
sind, die mit Methanol ein Azeotrop bilden
können und
b) selektiv das Methanol, in den beim Rückfluß des
nach a) erhaltenen Gemisches anfallenden Dämpfen
einfängt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die selektive Abtrennung des Methanols mit einem
Molekularsieb durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Molekularsieb einen Porendurchmesser von
etwa 4 Angström hat.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß es aus den folgenden Schritten
besteht:
a) Herstellung von Natriummethylat aus Natrium und
wasserfreiem Methanol in einem entsprechend
Anspruch 1 definierten Lösungsmittel oder aus
Natrium und überschüssigem Methanol, das
anschließend verdampft und durch das vorgenannte
Lösungsmittel ersetzt wird,
b) Zugabe von einem oder mehreren fluorierten
Alkoholen gegebenenfalls im Gemisch mit anderen
Verbindungen mit reaktionsfähigem Wasserstoff zu
dem genannten Milieu,
c) Erhitzen des Gemisches zum Sieden und Abtrennung
des Methanols mittels Durchleiten durch eine mit
dem Molekularsieb gefüllte Kolonne.
5. Verwendung der bei Einsatz des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 4 erhaltenen Produkte für die
Substitution von Polydichlorphosphazenen.
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FR8804086 | 1988-03-29 |
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