DE1668589B2 - Perfluorierte aether und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Perfluorierte aether und verfahren zu deren herstellung

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DE1668589B2 DE1968P0044170 DEP0044170A DE1668589B2 DE 1668589 B2 DE1668589 B2 DE 1668589B2 DE 1968P0044170 DE1968P0044170 DE 1968P0044170 DE P0044170 A DEP0044170 A DE P0044170A DE 1668589 B2 DE1668589 B2 DE 1668589B2
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    • C08F16/14Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical
    • C08F16/24Monomers containing halogen

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.
Beispiel 1
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:
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.
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
Beispiel 2
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.
Berechnet für CnF15O2H C 29,3, H 0,22;
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:
C 28,2, H 0,0;
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.
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)

'-Γ Patentansprüche:
1. Perfluorierte Äther der allgemeinen Formel
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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