DE1668589B2 - Perfluorierte aether und verfahren zu deren herstellung - Google Patents
Perfluorierte aether und verfahren zu deren herstellungInfo
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Description
—CF2-Of-CF-COF
in der π die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung hat, bei einer Temperatur von 100 bis 2500C
pyrolisiert oder Caesium- oder Kaliumperfluorphenolat mit Hexafluorpropylenepoxid in einem inerten,
polaren, aprotischen, organischen Lösungsmittel in Berührung bringt und umsetzt und den sich
ergebenden perfluorierten Äther bei einer Tempera tür von 100 bis 250° C pyrolisiert.
Gegenstand der Erfindung sind perfluorierte Äther der allgemeinen Formel
CF = CF,
in der π die Bedeutung 1 oder 2 hat.
Besonders wertvolle Verbindungen sind Hexafluor-2-(pentafluorphenoxy)-1
-(trifluorvinyloxy)-propan und Hexafluor-2-(pentafluorphenoxy)-propyl-trifluor-l-trifluor-methyl-2-(trifluorvinyloxy)-äthyläther.
Die vorgenannten Verbindungen können erfindungsgemäß hergestellt werden, indem man eine Verbindung
der allgemeinen Formel
-O
CF CF2-Of:—CF CC)F
4S
in der η die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung hat, bei einer Temperatur von 100 bis 250° C pyrolsiert oder
Caesium- oder Kaliumperfluorphenolat mit Hexafluorpropylenepoxid in einem inerten, polaren,
aprotischen, organischen Lösungsmittel in Berührung bringt und umsetzt und den sich ergebenden perfluorierten
Äther bei einer Temperatur von 100 bis 250° C pyrolisiert.
Die neuen Monomeren können nach herkömmlichen Methoden mit fluorhaltigen Vinylmonomeren, wie
Vinylidenfluorid, Hexafluorpropen, Tetrafluoräthylen <,o oder Perfluoralkylvinyläthern mischpolymerisiert werden,
wobei man vulkanisierbare Kunststoffe und Elastomere erhält.
Die Eigenschaften von fluorhaltigen Kunststoffen sind bekannt. Diese Kunststoffe zeichnen sich durch ihre fis
große Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen aus. Von besonderer Bedeutung sind auch fluorhaltige
Kunststoffe zum Beschichten von Gebrauchsgegenständen, denen sie die Haftung vermindernde Eigenschaften
verleihen. Perfluorierte Polymere sind wegen ihrer guten Gebrauchseigenschaften besonders wertvolle
Polymere. Oftmals besteht das Bedürfnis, solche perfluorierten Polymeren zu vulkanisieren bzw. zu
vernetzen und dadurch eine Härtung zu bewirken Dafür ist es erforderlich, daß in dem perfluorierten
Polymeren vernetzungsfähige Stellen vorhanden sind. Solche vernetzungsfähige Stellen können durch übliche
Comonomere zur Verfügung gestellt werden. Besonders vorteilhaft wäre es aber, wenn ein solches,
vernetzungsfähige Stellen aufweisendes Comonomeres selbst perfluoriert ist, weil dann bei dessen Verwendung
als Comonomeres zusammen mit perfluorierten Monomeren ein vulkanisierbares bzw. vernetzbares Copolymeres
zur Verfügung steht, welches keine schwachen, angreifbaren Stellen aufweist. Durch die erfindungsgemäßen
perfluorierten Comonomeren werden solche vernetzungsfähige Verbindung zur Verfügung gestellt.
Perfluorphzuol und seine Alkalimetallsalze sind bekannte Verbindungen, die beispielsweise im Journal
of Research of the National Bureau of Standards A. Physics and Chemistry, Band 67 A, Seite 481 bis 497
(1963), beschrieben sind. Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind die Caesiumsalze bevorzugt, jedoch sind
auch Kaliumsalze geeignet.
Hexafluorpropylenepoxid ist ebenfalls eine bekannte Verbindung und kann durch Einwirkung von alkalischem
Wasserstoffperoxid auf Perfluorpropylen bei einer Temperatur von etwa 300C hergestellt werden.
Beispiele von aprotischen Lösungsmitteln, die bei der
Umsetzung des Caesiumperfluorphenolats und des Hexafluorpropylenepoxids verwendet werden können,
sind die Niedrigalkyläther von Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol und Tetraäthylenglykol, die
bevorzugt sind, und Furan, Dioxan, Benzonitril, Acetonitril oder Dimethylacetamid. Andere geeignete
aprotische polare Lösungsmittel liegen für den Fachmann auf der Hand.
Die Reaktionstemperatur kann von nur -80° C bis 200°C variiert werden, was von den physikalischen
Konstanten des Lösungsmittels abhängt. Der bevorzugte Temperaturbereich ist 30 bis 1000C. Der Druck kann
von unterhalb Atmosphärendruck bis zu mehreren 100 Atmosphären reichen und ist nicht kritisch.
Das Produkt der Reaktion ist im allgemeinen eine Mischung, die Verbindungen der Formel
\ CF3 O
i !!
-CF2-O^-CF-C-F
enthält, worin π 1 oder 2 bedeutet. Diese Verbindungen
können von dem Lösungsmittel und untereinander durch Destillation getrennt werden und können bei 100
bis 2500C pyrolisiert werden, um Fluorkohlenstoff äthermonomere
zu ergeben.
Die Säurefluoride oder deren Derivate, wie die freie Säure oder ihre Alkalimetallsalze, können allein oder in
Gegenwart von hochsiedenden polaren oder nichtpolaren aprotischen Lösungsmitteln, wie Tetraäthylenglylcoldimethyläther
oder Diphenyl, zur Durchführung der Wärmeübertragung, pyrolisiert werden.
Herstellung von Hexafluor-2-(pentafluorphenoxy)-1 -(trifluorvinyloxy)-propan
8,) Caesiumperfluorphenolat wird durch Umsetzung von Pentafluorphenol und Caesiumcarbonat nach der
folgenden Arbeitsweise hergestellt:
In einen lOO-ml-4-Halskolben, der mit einem mechanischen
Rührer, einem Rückflußkühler und einem Tropftrichter ausgerüstet ist, werden unter Stickstoff
178 g Caesiumcarbonat und 330 ml Bis-(2-methoxygthyl)-äther eingebracht. Die Mischung wird unter
Rühren auf 90° C erhitzt und im Verlauf von 30 Minuten wird tropfenweise eine Lösung von 74,8 g Pentafluorphenol
in 80 ml Bis-(2-methoxyäthyl)-äther zugegeben. Die Mischung wird 3 Stunden auf 90 bis 1000C erhitzt
und auf Raumtemperatur abgekühlt. Feststoffe werden durch Filtrieren unter Stickstoff abgetrennt und mit
100 ml Bis-(2-methoxyäthyl)-äther gespült. Die vereinigten
Filtrate werden in einem Wirbelkolben zur Trockene eingedampft, wobei nach einer halben Stunde
bei 15O0C und 0,5 mm Druck zu Ende gearbeitet wird.
Die Ausbeute an Caesiumperfluorphenolat beträgt 118 g (92% der theoretischen Ausbeute).
b) Tetrafluor-2-(pentafluorphenoxy)-propionylfluorid wird durch Umsetzung des Caesiumperfluorphenolats
mit Hexafluorpropylenoxyd hergestellt.
In einen stickstoffgefüllten 500-ml-Dreihalskolben,
der mit einem mit Trockeneis gekühlten Rückflußkühler, Tropftrichter, mechanischem Rührer und
Thermometer ausgerüstet und mit einer gewogenen Bombe, die Hexafluorpropylenoxyd enthält, verbunden
ist, werden 118 g Caesiumperfluorphenolat und 150 ml
2,5,8,11,14Pentaoxapentadecan eingebracht, das durch
Redestillation bei 1 mm Druck von Lithiumaluminiumhydrid gereinigt worden ist. Die Mischung wird auf etwa
5O0C erhitzt, bis sich alle Feststoffe auflösen, und dann
auf 100C gekühlt. Unter Rühren werden bei 10±2°Cim
Verlauf von 2,2 Stunden 89,2 g Hexafluorpropylenoxydgas (1,45 Mol pro Mol Caesium) kontinuierlich zugegeben,
mit einer Geschwindigkeit, daß mäßiger Rückfluß aufrechterhalten wird. Nach halbstündigem Stehen wird
die Mischung bei vermindertem Druck destilliert. Die Ausbeute beträgt 136 g (90% der theoretischen
Ausbeute), wobei die Hauptmenge bei 3 mm Druck bei 48 bis 55° C siedet, wobei jedoch auch etwas höher
siedendes Material erhalten ist Die Destillation wird unterbrochen, wenn 2^,8,11,14-Pentaoxapentadecan als
eine obere Schicht überkommt, die sich von dem Produkt abtrennt Die theoretische Ausbeute wird auf
der Basis berechnet, daß das Produkt aus 55% Tetrafluor-2-(pentafluorphenoxy)-propionylfluorid und
45% Tetrafluor-2-[hexafluor-2-{pentafIuorphenoxy)-propoxy]-propionylfluorid
besteht auf der Basis der Verwendung von 1,45 Mol Hexafluorpropyienoxyd.
Die gemischten Fluoride zeigen folgende Analysen:
Die gemischten Fluoride zeigen folgende Analysen:
C | H | F | MoI.- | |
Gew. | ||||
Ber. für C9F10O2: | 323 | 0,0 | 57,6 | 330 |
Ben für CnFieO: | 29,0 | 0,0 | 61,3 | 496 |
Gefunden: | 31,9 | 02 | 57,2 | 400 |
(durch | ||||
IR-Spek- | ||||
trum) |
c) Perfluorphenylperfluorvinyläther wirJ durch Um-Setzung
dei- Tetrafluor-2-(pentafluorphenoxy)-propionylfluorids
mit Natriumcarbonat hergestellt
In einen 1000-ml-Vierhalskolben, der mit einem
mechanischen Rührer, einem Tropftrichter mit einer Spitze, die sich bis nahe zur Mitte des Kolbens erstreckt,
einem Destillationskopf und Thermometern zur Messung der Dampftemperatur und der Flüssigkeitstemperatur
versehen ist, werden 125 g Natriumcarbonat eingebracht. Dieses wird zur Entferung von Wasser
erhitzt, während mit Stickstoff gespült wird. Nach dem Abkühlen werden 300 ml Bis-(2-äthoxyäthyl)-äther
zugegeben, die Mischung wird erhitzt und es werden etwa 100 ml Destillat gesammelt und verworfen.
Danach werden 130,6 g der nach b) erhaltenen gemischter Perfluorphenylpropionylfluoride tropfenweise
im Verlauf von 70 Minuten zugegeben, wobei eine Sumpf temperatur von 175 bis 1800C und eine
Kopf temperatur von 165 bis 170° C aufrechterhalten wird. Das Erhitzen wird dann eine halbe Stunde länger
fortgesetzt, bis die Sumpf temperatur 1900C und die Kopf temperatur 187° C betragen.
Zu dem Rohprodukt werden 150 ml Wasser gegeben und die Mischung wird bei Atmosphärendruck destillert,
wobei die obere Wasserschicht in die Blase zurückgeführt wird und die untere Schicht als Produkt gesammelt
wird. Es werden zwei Fraktionen erhalten, Fraktion 1 mit einem Kp=90 bis 95° C und einem Gewicht von 42 g
und Fraktion 2 mit einem Kp=95 bis 1000C und einem
Gewicht von 37 g. Gemäß der Dampfphasenchromatographie (VPC) besteht Fraktion 1 aus etwa 93,8%
Perfluorphenylperfluorvinyläther und 1,6% Bis-(2-äthoxyäthyl)-äther. Fraktion 2 ist eine Mischung von etwa
54,6% Perfluorphenylperfluorvinyläther, etwa 37,2%
des nächst höheren Homologen, des Hexafluor-2-(pentafluorphenoxy)-l-(trifluorvinyloxy)-propans,
und etwa 6,9% Bis-(2-äthoxyäthyl)-äther.
Fraktion 1 zeigt die folgende Analyse:
Berechnet für C8F8O: C 36,3. H 0,0, F 57,6;
gefunden: C 36,1, H 0,2, F 583.
gefunden: C 36,1, H 0,2, F 583.
d) Hexafluor-2-(pentafluorphenoxy)-l-trinuorvinyloxy)-propan
wird durch fraktionierte Destillation von Fraktion 2 des vorstehenden Verfahrensschrittes
hergestellt Die Fraktionen von zwei Ansätzen werden vereinigt und fünfmal mit einem Überschuß Wasser
durch eine 61 cm (2 foot)-Vigreux-Kolonne destilliert
Das bei 98° C als Wasserazeotrop siedende Produkt ist nach der Bestimmung durch Dampfphasenchromatographie
in der Hauptsache Hexafluor-2-(pentafluorphenoxy)-l-(trifluorvinyloxy)-propan.
In dieser Stufe ist gemäß der Dampfphasenchromatographie der Bis-(2-äthoxyäthyl)-äthergehalt
0,4%. Redestillation von 20,9 g des Äthers (ohne Wasser) und Analyse durch Dampfphasenchromatographie
ergibt:
Berechnet für | Fraktion 1 | Fraktion 2 | Fraktion 3 | |
C14F20O3 | (verworfen) | |||
Kp. (0C), !6 mm Druck | 73-76 | 76 | 76 | |
Gewicht, g | 1,3 | 9,2 | 8,6 | |
%C | 28,2 | 30,6 | 30,5 | 30,3 |
% H | 0 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
%F | 63,8 | 62,2 | 63,4 | 633 |
% C6F5OC3F6OCF2CF2H | 19,5 | 21,8 | ||
% CeFsOC3FeOCF = CF2 | 77,2 | 77,2 | ||
% unidentifizierte Produkte | 3,4 | 1,0 |
Die Fraktionen 2 und 3 sind in der Hauptsache Hexafluor-2-(pentafluorphenoxy)-1 -(trifluorvinyloxy)-propan
mit Hexafluor-2-(pentafluorphenoxy)-l-(2H-tetrafluoräthoxy)-propan als Hauptverunreinigung.
25
I lerstellung von Hexafluor-2-(pentafluorphrnoxy)-propyltrifluor-1-trifluormethyl-2-(trifluorvinyloxy)-äthyläther
w
Diese Herstellung folgt den Arbeitsweisen des Beispiels 1, abgesehen von den nachfolgend gezeigten
Ausnahmen.
Caesiumpentafluorphenolat wird in einem 2-Liter- χ
Kolben, der 518 g Caesiumcarbonat und 940 ml 2,5,8,11,14-Pentaoxapentadecan enthält, hergestellt, indem
im Verlauf von 30 Minuten eine Lösung von 240 g Penttafluorphenol in 150 ml 2,5,8,11,14-Pentaoxapentadecan
bei 900C tropfenweise zugegeben wird. Die Mischung wird 3 Stunden auf 90 bis 100°C erhitzt, auf
Raumtemperatur abkühlen gelassen und filtriert. Das Filtrat, 1504 g, wird unter Stickstoff aufbewahrt.
Zur Herstellung einer Mischung der Säurefluoride der Formel QF5(OC3Fe)nOC(CFi)FCO, worin η wie in
Beispiel 1 einen Durchschnittswert von 1,45 hat, wird ein Fünftel der obigen Caesiumpentafluorphenolatlösung
bei 1 mm Druck destilliert, bis 138 ml 2,5,8,11,14-Pentaoxapentadecan
überdestillieren. Für den Rückstand wird berechnet, daß er 78,2 g QF5OCf (0,247 Mol) und
82,4 g 2,5,8,11,14-Pentaoxapentadecan enthält. Diese
Lösung wird in einen 500-ml-Vierhalskolben gebracht,
der mit einem mechanischen Rührer, einem mit Trockeneis gekühlten Rückflußkühler und einer Stickstoff-
und Vakuumquelle versehen ist Eine gewogene Hexafluorpropylenoxydbombe wird mit dem Kolben
verbunden, die zweimal evakuiert und mit Stickstoff gespült wird. Während die Temperatur bei 0 bis 2° C
gehalten wird, werden 48 g Hexafluorpropylenoxyd im Verlauf von 1 Stunde zugegeben, wonach die Temperatür
auf 15°C erhöht wird. Nach insgesamt 5,5 Stunden sind 97 g Hexafluorpropylenoxyd (2,36 Mol pro Mol
QF5OCs) zugegeben.
Die Mischung wird schnell durch eine 61-cm-(2-foot)-Vigreux-Kolonne
destilliert, wobei 128 g rohes Perflu- <,5
orphenoxypropoxypropionylfluorid mit einer oberen Schicht von 20 ml 2,5,8,11,14-Pentaoxapentadecan erhalten
werden.
Vinyläther werden durch Umsetzung des obigen rohen Perfluorphenoxypropoxypropionylfluorids mit
Natriumcarbonat folgendermaßen hergestellt.
In einen 500-ml-Kolben, der wie in Beispiel Ic
ausgerüstet ist, werden 50 g Natriumcarbonat und 120 ml 2,5,8,11-Tetraoxadodecan eingebracht. Die Mischung
wird erhitzt, bis 20 ml Destillat erhalten worden sind. Dieses Destillat wird verworfen. Dann werden die
oben beschriebenen 128 g rohes Perfluorphenoxypropoxypropionylfluorid
im Verlauf von 40 Minuten bei einer Kolbentemperatur von 195±2°C tropfenweise
zugegeben, wobei gleichzeitig etwa 50 ml Destillat aus gemischten Perfluorphenoxyalkoxyvinyläthern gesammelt
werden. Die Mischung wird weitere 1,5 Stunden erhitzt, bis das Destillatgesamtvolumen etwa 100 ml
beträgt und ein Gewicht von 132 g hat. Das Rohprodukt wird mit 150 ml Wasser gemischt und unter Verwendung
eines Wasserabscheiders destilliert, wobei die obere Wasserschicht zum Destillationskolben zurückgeführt
wird. Die Ausbeute beträgt 77 g gemischte Perfluorphenoxyalkoxyvinyläther (63% Gesamtausbeute,
bezogen auf Perfluorphenol, für drei Reaktionen).
Eine Probe von 74 g wird mit Wasser durch eine 61-cm-(2-foot)-Vigreux-Kolonne destilliert. Die Fraktion
1 mit einem Kp = 89 bis 97°C ist in der Hauptsache Perfluorphenylperfluorvinyläther. Fraktion 2 mit einem
Kp = 97 bis 98°C und einem Gewicht von 22,0 g und Fraktion 3 mit einem Kp = 98 bis 99°C und einem
Gewicht von 19,8 g werden vereinigt und durch präparative Dampfphasenchromatographie getrennt.
Aus 34 g werden bei Anwendung von zwei Durchläufen durch die präparative Dampfphasenchromatographieeinheit
4,5 g 97%ig reines Hexafluor-2-(pentafiuorphenoxy)-1 -(trifluorvinyloxy)-propan ChF5OC3F6OCF = CF2
erhalten
Berechnet für Ci ,F14O2: C 30,7, HO1O;
gefunden: C 30,7, H0,0.
Der reine Äther hat starke Infrarot-Absorptionsbanden bei 7,00 und 11,13 μ. Eine starke Infrarotabsorption
bei 5,45 μ ist für diese Perfluorvinyläther, wozu Perfluormethylvinyläther, Perfluorpropylvinyläther und
Perfluorphenylperfluorvinyläther gehören, charakteristisch.
Aus der Trennung durch präparative Dampfphasenchromatographie werden 1,8 g Hexafluor-2-
(pentafluorphenoxy) 1-(2H-tetrafluorälhoxy)-propan
ZbF5OC3FbOCF2CF2H erhalten.
ZbF5OC3FbOCF2CF2H erhalten.
Berechnet für CnF15O2H C 29,3, H 0,22;
gefunden: C 29,6 H 0,3.
gefunden: C 29,6 H 0,3.
Die Reinheit beträft gemäß Dampfphasenchromatographie
95,5%. Diese Verbindung zeigt keine Infrarot-Absorptionsbande bei 5,45 μ, sondern hat starke
lnfrarot-Absorptionsipeaks bei 7,00 μ und 11,13 μ. Diese
Infrarot-Absorptionsstruktur ist der von anderen Fluorwasserstoff addukten von perforierten Vinyläthern
ähnlich.
Aus der Trennung durch präparative Dampfphasenchromatographie werden 1,8 g Hexafluor-2-(penta-
fluorphenoxy)-propyl-trifluor-1 -trifluormethyl-2-(trifluorvinyloxy)-äthyläther
QF5(OCiFb)2OCF = CF2 erhalten.
Berechnet
gefunden:
gefunden:
C 28,2, H 0,0;
C 28,2, HO1I.
C 28,2, HO1I.
Die Reinheit beträgt gemäß der Damphphasenchromatographie
100%. Wie erwartet, hat dieser Äther eine starke Infrarot-Absorptionsbande bei 5,45 μ und zeigt
keine Infrarot-Absorptionsbanden bei 7,00 und 11,13 μ.
Eine andere Komponente aus der Trennung durch präparative Damphphasenchromatographie sind 0,7 g
HF-Addukt dieses Äthers,
Ci1F5OC3FeOCjFbOCF2CF2H
Berechnet für C14F2IO3H: C 27,3, H 0,16;
gefunden: C 28,1, H 0,3.
gefunden: C 28,1, H 0,3.
Gemäß der Dampfphasenchromatographie beträgt die Reinheit 96%. Diese Verbindung wird nach der
Trennung durch präparative Dampfphasenchromatographie nicht der Destillation von Falle zu Falle
unterworfen, weshalb die Kohlenstoff- und Wasserstoffanalysen nicht exakt sind. Wie erwartet hat diese
Verbindung starke Infrarot-Absorptionsbanden bei 7.0C und 11,13 μ, jedoch keine Infrarot-Absorption bei 5,45 μ
Claims (4)
1. Perfluorierte Äther der allgemeinen Formel
F F
F F
O-\CF-CF2-O-£rCF=CF,
in der η die Bedeutung 1 oder 2 hat
2. Hexafluor-2-(pentafluorphenoxy)-1 -(trifluorvinyloxy)-propan.
3. Hexafluor-2-(pentafluorphenoxy)-propyl-trifluor-1
-trifluormethyl^-^trifluorvinyloxyj-äthyläther.
4. Verfahren zur Herstellung der perfluorierten Äther nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Verbindung der allgemeinen Formel
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FR (1) | FR1555360A (de) |
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