RU2809284C1 - Method for producing polyfluoralkylmethyl ketones - Google Patents

Abstract

FIELD: organic chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to a method for producing polyfluoroalkylmethyl ketones. The method for producing polyfluoroalkylmethyl ketones of the formula R_fCOCH₃, where R_f = C_nF_2n+1, where n = 2-8 or R_f = CF₂Cl, involves the interaction of diketones of the formula R_f(CO)CH₂(CO)CH₃ with concentrated sulfuric acid, in which the diketone of the formula R_f(CO)CH₂(CO)CH₃ is added to concentrated sulfuric acid preheated to 100-140°C and at the same time the resulting target product is distilled off.

EFFECT: developing a method for producing polyfluoroalkylmethyl ketones with high yield from available reagents, which does not require special equipment.

3 cl, 1 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к органической химии, а именно к способам получения полифторалкилметилкетонов.The invention relates to organic chemistry, namely to methods for producing polyfluoroalkylmethyl ketones.

Полифторалкилметилкетоны находят применение сами по себе, например, в качестве основы композиций для пожаротушения, не разрушающих озоновый слой и легко разлагаемых [JP2893038(B1) (1999)], однако гораздо более важно их применение в качестве полупродуктов для химической и фармацевтической промышленности, в том числе для получения разнообразных лигандов [V. О. М. J. A. and J. Dalton Transactions (2015), 44(45), 19663-19673], в особенности перфторалкилдикетонов, хелаты которых с металлами обладают высокой летучестью, позволяющей использовать их в микроэлектронике в процессе осаждения металлоорганических соединений из паровой фазы [В. Croxtall,; J. Fawcett, Е. G. Hope, A. M. Stuart, Journal of Fluorine Chemistry (2003), 119(1), 65-73], а также в качестве катализаторов полимеризации [F. Benvenuti, С.Carlini, F. Marchetti, M. Marchionna, A.M.R. Galletti, G. Sbrana, J. Organomet. Chem., 622 (2001), p.286] и окисления [I. Klement, H. Lutjens, P. Knochel, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 36 (1997), p.14543].Polyfluoroalkylmethyl ketones have applications in their own right, for example as the basis of fire extinguishing compositions that are non-ozone depleting and easily degradable [JP2893038(B1) (1999)], but much more important are their use as intermediates for the chemical and pharmaceutical industries, including including for obtaining a variety of ligands [V. ABOUT. M. J. A. andJ. Dalton Transactions (2015), 44(45), 19663-19673], especially perfluoroalkyldiketones, the chelates of which with metals have high volatility, allowing their use in microelectronics in the process of deposition of organometallic compounds from the vapor phase [V. Croxtall; J. Fawcett, E. G. Hope, A. M. Stuart, Journal of Fluorine Chemistry (2003), 119(1), 65-73], and also as polymerization catalysts [F. Benvenuti, S. Carlini, F. Marchetti, M. Marchionna, AMR Galletti, G. Sbrana, J. Organomet. Chem., 622 (2001), p.286] and oxidation [I. Klement, H. Lutjens, P. Knochel, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 36 (1997), p.14543].

Общими методами получения полифторалкилметилкетонов является реакция алкильных реактивов Гриньяра с перфторкислотами или их эфирами [К.Т. Dishart and Robert Levine J. Am. Chem. Soc. 1956, 78, 10, 2268-2270, Haszeldine, Journal of the Chemical Society, 1953, p.1748 - 1757], а также окисление соответствующих спиртов [Е.Т. МсВее, J.F. Higgins, and О.R. Pierce J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 6, 1387-1390]. Первые члены ряда - трифторацетон, пентафторэтилметилкетон и гептафторпропилметилкетон были получены расщеплением кетоэфиров формулы R_fCOCH₂COOEt под действием кислот [J.Burdon and V.С.R. Mcloughlin, Tetrahedron. 1964. Vol.20, 2163 - 2166]. Исходные кетоэфиры получают конденсацией Кляйзена из эфиров перфторкислот и этилацетата. При этом выходы кетоэфиров, кроме трифторацетоуксусного, невелики (порядка 30-40%).Common methods for the preparation of polyfluoroalkylmethyl ketones are the reaction of alkyl Grignard reagents with perfluoroacids or their esters [K.T. Dishart and Robert Levine J. Am. Chem. Soc. 1956, 78, 10, 2268-2270, Haszeldine, Journal of the Chemical Society, 1953, p.1748 - 1757], as well as the oxidation of the corresponding alcohols [E.T. McVee, J.F. Higgins, and O.R. Pierce J. Am. Chem. Soc. 1952, 74, 6, 1387-1390]. The first members of the series - trifluoroacetone, pentafluoroethyl methyl ketone and heptafluoropropyl methyl ketone were obtained by splitting keto esters of the formula R _f COCH ₂ COOEt under the action of acids [J. Burdon and V.C.R. Mcloughlin, Tetrahedron. 1964. Vol.20, 2163 - 2166]. The starting keto esters are obtained by Claisen condensation from perfluoroacid esters and ethyl acetate. At the same time, the yields of keto esters, except for trifluoroacetoacetic acid, are low (about 30-40%).

Способ получения полифторалкилметилкетонов расщеплением β-перфторацилвиниловых эфиров серной кислотой был предложен М.А. Курыкиным [Патент РФ 2143420 (1998)], выходы кетонов составили 60-80%.A method for producing polyfluoroalkylmethyl ketones by splitting β-perfluoroacyl vinyl ethers with sulfuric acid was proposed by M.A. Kurykin [RF Patent 2143420 (1998)], the yields of ketones were 60-80%.

Этот способ позволяет получать полифторалкилметилкетоны с различной длиной полифторалкильной цепи. Сама процедура получения кетонов проста и может быть масштабирована в промышленности. Исходные β-перфторацилвиниловые эфиры получают ацилированием диметилацеталя ацетона ангидридом перфторкислоты по методу [Hojo М., Masuda R., Okada Е., Synthesis, 1986(12), 1013].This method makes it possible to obtain polyfluoroalkyl methyl ketones with different polyfluoroalkyl chain lengths. The procedure for obtaining ketones is simple and can be scaled up in industry. The original β-perfluoroacyl vinyl ethers are obtained by acylation of acetone dimethyl acetal with perfluoroacid anhydride according to the method of [Hojo M., Masuda R., Okada E., Synthesis, 1986(12), 1013].

Недостатком этого способа является то, что в получении исходных β-перфторацилвиниловых эфиров используются ангидриды перфторкислот, довольно дорогостоящие соединения, а также не достаточно высокий выход получаемых кетонов (60-80%).The disadvantage of this method is that in the production of the initial β-perfluoroacyl vinyl ethers, perfluoroacid anhydrides are used, quite expensive compounds, and the yield of the resulting ketones is not high enough (60-80%).

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения метилполифторалкилкетонов с различной длиной полифторалкильной цепи с высоким выходом простого в осуществлении и использующего доступные исходные вещества.The objective of the present invention is to develop a method for producing methyl polyfluoroalkyl ketones with different polyfluoroalkyl chain lengths in high yield, easy to implement and using available starting materials.

Задача решается предложенным способом получения полифторалкилметилкетонов взаимодействием дикетонов формулы R_f(CO)CH₂(CO)CH₃, где R_f=C_nF_2n+1, где n=2-8 и R_f=CF₂Cl с концентрированной серной кислотой.The problem is solved by the proposed method for producing polyfluoroalkylmethyl ketones by reacting diketones of the formula R _f (CO)CH ₂ (CO)CH ₃ , where R _f = C _n F _2n+1 , where n = 2-8 and R _f = CF ₂ Cl with concentrated sulfuric acid .

Дикетоны формулы R_f(CO)CH₂(CO)CH₃, содержащие полифторалкильный и метальный заместитель, являющиеся исходными соединениями в предложенном способе получают конденсацией ацетона с эфирами перфторкислот, катализируемой метилатом натрия, с выходами 70-85%. [J.D. Park, Н.A. Brown, J.R. Lacher, J. Am. Chem. Soc. 1953, 75, 19, 4753-4756, Büttner S., Lubbe M., Reinke H., Fischer C., Langer P., Tetrahedron 64 (2008), 7968-7976, Синтезы фторорганических соединений, ч.2, Москва 2011, изд-во "Тровант", ISBN 978-5-89513-238-8].Diketones of the formula R _f (CO)CH ₂ (CO)CH ₃ containing a polyfluoroalkyl and methyl substituent, which are the starting compounds in the proposed method, are obtained by condensation of acetone with perfluoroacid esters, catalyzed by sodium methoxide, with yields of 70-85%. [JD Park, N.A. Brown, J. R. Lacher, J. Am. Chem. Soc. 1953, 75, 19, 4753-4756, Büttner S., Lubbe M., Reinke H., Fischer C., Langer P., Tetrahedron 64 (2008), 7968-7976, Syntheses of organofluorine compounds, part 2, Moscow 2011 , Trovant Publishing House, ISBN 978-5-89513-238-8].

При этом эфиры перфторкислот существенно доступнее ангидридов кислот, их получают реакцией этерификации из соответствующих кислот и спирта при катализе серной кислотой или же если фторангидрид перфторкислоты получен электролизом, взаимодействием его непосредственно со спиртом.At the same time, esters of perfluoroacids are much more accessible than acid anhydrides; they are obtained by an esterification reaction from the corresponding acids and alcohol catalyzed by sulfuric acid or, if perfluoroacid fluoride is obtained by electrolysis, by reacting it directly with alcohol.

Способ осуществляется следующим образом: β-дикетоны формулы R_f(CO)CH₂(CO)CH₃ добавляют по каплям при перемешивании в продажную концентрированную серную кислоту (93-98% (масс.)), предварительно нагретую до 100-140°С, с одновременной отгонкой целевого кетона при атмосферном давлении или в вакууме в зависимости от температуры его кипения. Таким образом, непосредственно из реакции получают кетоны формулы R_fCOCH₃ не менее 97% чистоты. Выходы кетонов при этом 85-95%. Этот метод особенно актуален для кетонов с длиной полифторалкильной цепочки более С3, которые не получают разложением кетоэфиров.The method is carried out as follows: β-diketones of the formula R _f (CO)CH ₂ (CO)CH ₃ are added dropwise with stirring to commercial concentrated sulfuric acid (93-98% (wt.)), preheated to 100-140°C , with simultaneous distillation of the target ketone at atmospheric pressure or in vacuum, depending on its boiling point. Thus, ketones of the formula R _f COCH ₃ of at least 97% purity are obtained directly from the reaction. The yield of ketones is 85-95%. This method is especially relevant for ketones with a polyfluoroalkyl chain length longer than C3, which are not obtained by the decomposition of ketoesters.

Технический результат изобретения - способ получения полифторалкилметилкетонов с высоким выходом из доступных реагентов, не требующий специального оборудования. Выходы кетонов и их физические характеристики приведены в таблице 1.The technical result of the invention is a method for producing polyfluoroalkylmethyl ketones with high yield from available reagents, which does not require special equipment. The yields of ketones and their physical characteristics are given in Table 1.

Осуществление способа иллюстрируется примерами 1-4.The implementation of the method is illustrated by examples 1-4.

Пример 1. Получение перфторпропилметилкетонаExample 1. Preparation of perfluoropropyl methyl ketone

В трехгорлую колбу объемом 150 мл, снабженную термометром, капельной воронкой и дефлегматором длиной 25 см, соединенным через нисходящий холодильник и алонж с отводом для холодильника глубокого охлаждения, охлаждаемого смесью сухого льда с ацетоном, с приемной колбой, к 70 г конц. серной кислоты, нагретой до 100°С при перемешивании по каплям добавляют 70 г (0,28 моль) 5,5,6,6,7,7,7-пентафторгептан-2,4-диона, одновременно отгоняя перфторпропилметилкетон, кипящий 63-64°С. Процесс ведут до прекращения отгонки продукта, нагревая куб до 130°С. Получают 51 г перфторпропилметилкетона в виде бесцветной жидкости с температурой кипения 63-64°С чистотой 97% по ГХ и ЯМР. Выход 86%.In a 150 ml three-neck flask, equipped with a thermometer, a dropping funnel and a reflux condenser 25 cm long, connected through a downward condenser and downstream to an outlet for a deep-cooling condenser, cooled by a mixture of dry ice and acetone, with a receiving flask, to 70 g of conc. sulfuric acid heated to 100°C with stirring, add 70 g (0.28 mol) 5,5,6,6,7,7,7-pentafluoroheptane-2,4-dione dropwise, while simultaneously distilling off perfluoropropyl methyl ketone, boiling 63- 64°C. The process is carried out until the distillation of the product stops, heating the cube to 130°C. 51 g of perfluoropropylmethyl ketone are obtained in the form of a colorless liquid with a boiling point of 63-64°C with a purity of 97% by GC and NMR. Yield 86%.

ЯМР ¹Н, δ.: 2,9 (с, 3Н, СН₃), ЯМР ¹⁹F, δ.: -128,23 (м, 2F, CF₂), -122,51(м, 2F, CF₂), -82,51 (c, 3F, CF₃).NMR ¹ H, δ.: 2.9 (s, 3H, CH ₃ ), NMR ¹⁹ F, δ.: -128.23 (m, 2F, CF ₂ ), -122.51 (m, 2F, CF ₂ ), -82.51 (c, 3F, CF ₃ ).

Здесь и далее ¹Н, ^l9F ЯМР спектры записаны на спектрометре «Bruker AVANCE-400» при 400 и 376,50 MHz соответственно, внешний стандарт - CDCl3. Химические сдвиги для ¹Н ЯМР спектров приведены в м.д. относительно ТМС. Химические сдвиги спектров ¹⁹F ЯМР приведены в м.д. относительно CFCl₃.Here and below, ¹ H, ^l9 F NMR spectra were recorded on a Bruker AVANCE-400 spectrometer at 400 and 376.50 MHz, respectively, with CDCl3 as the external standard. Chemical shifts for ¹ H NMR spectra are given in ppm. relative to TMS. Chemical shifts of ¹⁹ F NMR spectra are given in ppm. relative to CFCl ₃ .

Пример 2. Получение перфторбутилметилкетонаExample 2. Preparation of perfluorobutyl methyl ketone

В трехгорлую колбу объемом 150 мл, снабженную термометром, капельной воронкой и дефлегматором длиной 25 см, соединенным через нисходящий холодильник и алонж с отводом для холодильника глубокого охлаждения, охлаждаемого смесью сухого льда с ацетоном, с приемной колбой, к 80 г конц. серной кислоты, нагретой до 100°С при перемешивании по каплям добавляют 79 г (0,26 моль) 5,5,6,6,7,7,8,8,8-нонафтороктан-2,4-диона, одновременно отгоняя перфторбутилметилкетон, кипящий 85-87°С. Процесс ведут до прекращения отгонки продукта, нагревая куб до 140°С. Получают 60 г перфторбутилметилкетона в виде бесцветной жидкости с температурой кипения 85-87°С чистотой 97% по ГХ и ЯМР. Выход 88%.In a 150 ml three-neck flask, equipped with a thermometer, a dropping funnel and a reflux condenser 25 cm long, connected through a downward condenser and downstream to an outlet for a deep-cooling condenser, cooled by a mixture of dry ice and acetone, with a receiving flask, to 80 g of conc. sulfuric acid heated to 100°C with stirring, add 79 g (0.26 mol) 5,5,6,6,7,7,8,8,8-nonafluorooctane-2,4-dione drop by drop, while distilling off perfluorobutylmethyl ketone , boiling 85-87°C. The process is carried out until the distillation of the product stops, heating the cube to 140°C. 60 g of perfluorobutylmethyl ketone are obtained in the form of a colorless liquid with a boiling point of 85-87°C with a purity of 97% by GC and NMR. Yield 88%.

ЯМР ¹Н, δ.: 2,8 (с, 3Н, СН₃), ЯМР ¹⁹F, δ.: -127,10 (м, 2F, CF₂), -124,57 (м, 2F, CF₂), -121,82 (м, 2F, CF₂), -82,82 (с, 3F, CF₃).NMR ¹ H, δ.: 2.8 (s, 3H, CH ₃ ), NMR ¹⁹ F, δ.: -127.10 (m, 2F, CF ₂ ), -124.57 (m, 2F, CF ₂ ), -121.82 (m, 2F, CF ₂ ), -82.82 (s, 3F, CF ₃ ).

Пример 3. Получение перфторгексилметилкетонаExample 3. Preparation of perfluorohexylmethyl ketone

В трехгорлую колбу объемом 100 мл, снабженную термометром, капельной воронкой и дефлегматором длиной 25 см, соединенным через нисходящий холодильник и алонж с отводом для холодильника глубокого охлаждения, охлаждаемого смесью сухого льда с ацетоном, с охлаждаемой водой со льдом приемной колбой, к 66 г (0,67 моль) конц. серной кислоты, нагревают до 100°С и по каплям добавляют 66 г (0,16 моль) (перфторгептаноил)ацетона, одновременно отгоняя в вакууме продукт, кипящий 51-52°С/39 мм рт.ст. После окончания добавления дикетона процесс ведут до прекращения отгонки продукта, нагревая куб до 100-110°С. Получают 56 г перфторгексилметилкетона в виде бесцветной жидкости с температурой кипения 51-52°С/39 мм рт.ст. чистотой 96% по ГХ и ЯМР. Выход 95%.In a 100 ml three-neck flask equipped with a thermometer, a dropping funnel and a reflux condenser 25 cm long, connected through a downward condenser and downstream to an outlet for a deep-cooling condenser cooled by a mixture of dry ice and acetone, with an ice-cooled receiving flask, to 66 g ( 0.67 mol) conc. sulfuric acid, heated to 100°C and 66 g (0.16 mol) of (perfluoroheptanoyl)acetone are added dropwise, while the product boiling at 51-52°C/39 mmHg is distilled off in vacuo. After the addition of diketone is completed, the process is carried out until the distillation of the product stops, heating the cube to 100-110°C. 56 g of perfluorohexylmethylketone are obtained in the form of a colorless liquid with a boiling point of 51-52°C/39 mm Hg. purity 96% by GC and NMR. Yield 95%.

ЯМР ¹Н, δ.: 2,73 (с, 3Н, СН₃), ЯМР ¹⁹F, δ.: 127,41(м., 2F, CF₂)-122,57-123,84 (м, 6F, (CF₂)₃), -121,54(м, 2F, CF₂), -82,62 (с, 3F, CF₃).NMR ¹ H, δ.: 2.73 (s, 3H, CH ₃ ), NMR ¹⁹ F, δ.: 127.41 (m., 2F, CF ₂ )-122.57-123.84 (m, 6F , (CF ₂ ) ₃ ), -121.54(m, 2F, CF ₂ ), -82.62 (s, 3F, CF ₃ ).

Пример 4. Получение перфтороктилметилкетонаExample 4. Preparation of perfluorooctyl methyl ketone

В трехгорлую колбу объемом 100 мл, снабженную термометром, капельной воронкой с противодавлением и дефлегматором длиной 25 см, соединенным через нисходящий холодильник и алонж с отводом для холодильника глубокого охлаждения, охлаждаемого смесью сухого льда с ацетоном, с приемной колбой, к 60 г (0,61 моль) конц. серной кислоты, нагретой до 100°С при перемешивании по каплям добавляют 60 г (0,12 моль) (перфторнонаноил)ацетона, одновременно отгоняя перфтороктилметилкетон, кипящий 52-53°С/ 13 мм рт.ст. После окончания добавления дикетона процесс ведут до прекращения отгонки продукта, нагревая куб до 100-110°С. Получают 51 г перфтороктилметилкетона в виде бесцветной жидкости с температурой кипения 52-53°С/13 мм рт.ст. чистотой 96% по ГХ и ЯМР. Выход 93%.In a 100 ml three-neck flask equipped with a thermometer, a dropping funnel with back pressure and a reflux condenser 25 cm long, connected through a downward condenser and downstream to an outlet for a deep-cooling condenser cooled by a mixture of dry ice and acetone, with a receiving flask, to 60 g (0. 61 mol) conc. sulfuric acid heated to 100°C with stirring, add 60 g (0.12 mol) (perfluorononanoyl)acetone drop by drop, while distilling off perfluorooctyl methyl ketone, boiling 52-53°C/ 13 mm Hg. After the addition of diketone is completed, the process is carried out until the distillation of the product stops, heating the cube to 100-110°C. 51 g of perfluorooctylmethylketone are obtained in the form of a colorless liquid with a boiling point of 52-53°C/13 mmHg. purity 96% by GC and NMR. Yield 93%.

ЯМР ¹Н, δ.: 2,51 (с, 3Н, СН₃), ЯМР ¹⁹F, δ.: -127,71 (м., 2F, CF₂), -123,13-124,02 (м., 8F, (CF₂)₄, -122,64 (м., 2F, CF2), -82,95 (с, 3F, CF₃).NMR ¹ H, δ.: 2.51 (s, 3H, CH ₃ ), NMR ¹⁹ F, δ.: -127.71 (m., 2F, CF ₂ ), -123.13-124.02 (m ., 8F, (CF ₂ ) ₄ , -122.64 (m., 2F, CF2), -82.95 (s, 3F, CF ₃ ).

Пример 5. Получение хлордифторметилметилкетонаExample 5: Preparation of chlorodifluoromethyl methyl ketone

В трехгорлую колбу объемом 100 мл, снабженную термометром, капельной воронкой с противодавлением и дефлегматором длиной 25 см, соединенным через нисходящий холодильник и алонж с отводом для холодильника глубокого охлаждения, охлаждаемого смесью сухого льда с ацетоном, с приемной колбой, к 100 г (1 моль) конц. серной кислоты, нагретой до 100°С при перемешивании по каплям добавляют 100 г (0,59 моль) 1-хлор-1,1-дифторпентан-2,4-диона, с одновременной отгонкой хлордифторметилметилкетона, с температурой кипения 56-60°С. После окончания добавления дикетона процесс ведут до прекращения отгонки продукта, Таким образом получают 72 г хлордифторметилметилкетона чистотой 98% по ГХ и ЯМР в виде бесцветной жидкости. Выход 95%.In a 100 ml three-neck flask equipped with a thermometer, a counter-pressure dropping funnel and a reflux condenser 25 cm long, connected through a downward condenser and downstream to an outlet for a deep-cooling condenser cooled by a mixture of dry ice and acetone, with a receiving flask, to 100 g (1 mol ) conc. sulfuric acid heated to 100°C with stirring, add 100 g (0.59 mol) 1-chloro-1,1-difluoropentane-2,4-dione drop by drop, with simultaneous distillation of chlorodifluoromethyl methyl ketone, with a boiling point of 56-60°C . After the addition of the diketone is completed, the process is carried out until the distillation of the product stops. Thus, 72 g of chlorodifluoromethyl methyl ketone with a purity of 98% by GC and NMR are obtained in the form of a colorless liquid. Yield 95%.

ЯМР ¹H, δ.: 2,93 (с, 3Н, СН₃), ЯМР ¹⁹F, δ.: -69,22 (м., 2F, CF₂). ¹ H NMR, δ.: 2.93 (s, 3H, CH ₃ ), ¹⁹ F NMR, δ.: -69.22 (m., 2F, CF ₂ ).

Claims (3)

1. Способ получения полифторалкилметилкетонов формулы R_fCOCH₃, где R_f=C_nF_2n+1, где n=2-8 или R_f=CF₂Cl, включающий взаимодействие дикетонов формулы R_f(CO)CH₂(CO)CH₃ с концентрированной серной кислотой, в котором дикетон формулы R_f(CO)CH₂(CO)CH₃ добавляют в предварительно нагретую до 100-140°С концентрированную серную кислоту и одновременно отгоняют образующийся целевой продукт.1. A method for producing polyfluoroalkylmethyl ketones of the formula R _f COCH ₃ , where R _f =C _n F _2n+1 , where n=2-8 or R _f =CF ₂ Cl, including the interaction of diketones of the formula R _f (CO)CH ₂ (CO) CH ₃ with concentrated sulfuric acid, in which the diketone of the formula R _f (CO)CH ₂ (CO)CH ₃ is added to concentrated sulfuric acid preheated to 100-140°C and at the same time the resulting target product is distilled off. 2. Способ по п. 1, в котором отгонку целевого продукта производят при атмосферном давлении.2. The method according to claim 1, in which the distillation of the target product is carried out at atmospheric pressure. 3. Способ по п. 1, в котором отгонку целевого продукта производят в вакууме.3. The method according to claim 1, in which the distillation of the target product is carried out in a vacuum.