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DE3338077A1 - Ungesaettigte esterisocyanate, ein verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung bei der herstellung von olefinisch ungesaettigten oligourethanen - Google Patents

Ungesaettigte esterisocyanate, ein verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung bei der herstellung von olefinisch ungesaettigten oligourethanen

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Publication number
DE3338077A1
DE3338077A1 DE19833338077 DE3338077A DE3338077A1 DE 3338077 A1 DE3338077 A1 DE 3338077A1 DE 19833338077 DE19833338077 DE 19833338077 DE 3338077 A DE3338077 A DE 3338077A DE 3338077 A1 DE3338077 A1 DE 3338077A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
compounds
weight
formula
radical
ocn
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19833338077
Other languages
English (en)
Inventor
Dieter Prof. Dr. 5000 Köln Arlt
Gerhard Dr. 4019 Monheim Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
Priority to DE19833338077 priority Critical patent/DE3338077A1/de
Priority to CA000464681A priority patent/CA1234832A/en
Priority to AT84111998T priority patent/ATE24482T1/de
Priority to DE8484111998T priority patent/DE3461789D1/de
Priority to EP84111998A priority patent/EP0141295B1/de
Priority to JP59218781A priority patent/JPS60105655A/ja
Publication of DE3338077A1 publication Critical patent/DE3338077A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C265/00—Derivatives of isocyanic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D265/00—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having one nitrogen atom and one oxygen atom as the only ring hetero atoms
    • C07D265/04—1,3-Oxazines; Hydrogenated 1,3-oxazines
    • C07D265/12—1,3-Oxazines; Hydrogenated 1,3-oxazines condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D265/14—1,3-Oxazines; Hydrogenated 1,3-oxazines condensed with carbocyclic rings or ring systems condensed with one six-membered ring
    • C07D265/16—1,3-Oxazines; Hydrogenated 1,3-oxazines condensed with carbocyclic rings or ring systems condensed with one six-membered ring with only hydrogen or carbon atoms directly attached in positions 2 and 4
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/81—Unsaturated isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/8108—Unsaturated isocyanates or isothiocyanates having only one isocyanate or isothiocyanate group
    • C08G18/8116—Unsaturated isocyanates or isothiocyanates having only one isocyanate or isothiocyanate group esters of acrylic or alkylacrylic acid having only one isocyanate or isothiocyanate group

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  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Nitrogen And Oxygen As The Only Ring Hetero Atoms (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
  • Steroid Compounds (AREA)

Description

3333077
BAYER AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk
Zentralbereich
Patente, Marken und Lizenzen Wr/m-c
Ungesättigte Esterisocyanate, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung bei der Herstellung von olefinisch ungesättigten Oligourethanen
Die vorliegende Erfindung betrifft neue, olefinisch ungesättigte Esterisocyanate, ein Verfahren zu ihrer Herstellung durch Phosgenierung der ihnen zugrunde liegenden Dihydrooxazine, sowie ihre Verwendung als Ausgangsmaterial zur Herstellung von olefinisch ungesättigten Oligourethanen.
Ungesättigte Esterisocyanate und ihre Herstellung durch Phosgenierung der ihnen zugrunde liegenden Oxazoline bzw. Dihydrooxazine sind bereits bekannt. So wird beispielsweise in der DE-AS 1 924 535 bzw. der EP-PS 144 die Herstellung von 2-Isocyanatoethylmethacrylat (IEM) durch Phosgenierung des entsprechenden Oxazolins im Detail beschrieben. In der DE-AS 1 924 535 (= GB-PS 1 252 099) wird darüber hinaus auch beiläufig 2-Vinyl-5,6-dihydro-1,3-oxazin bzw. 2-Isopropenyl-5,6-dihydro-1,3-oxazin als geeignetes Ausgangsmaterial erwähnt, jedoch findet sich keine konkrete Lehre, wie aus diesen Ausgangsmaterialien das entsprechende Isocyanatopropyl-
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acrylat bzw. -methacrylat hergestellt werden kann. Tatsächlich ist das 2-Isocyantoethylmethacrylat das einzige ungesättigte Esterisocyanat, das bislang technische Bedeutung erlangte.
Obwohl Isocyanatoethylmethacrylat ein vielseitig verwendbares Zwischenprodukt, insbesondere zur Herstellung von polymerisierbaren oder mit anderen olefinisch ungesättigten Monomeren copolymerisierbaren Kunststoff-Vorläufern darstellt - beispielsweise kann IEM mit Verbindungen mit mindestens zwei gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen, wie beispielsweise einfachen mehrwertigen Alkoholen wie Butan-1,4-diol oder Trimethylolpropan zu mindestens zwei olefinische Doppelbindungen aufweisenden Oligourethanen umgesetzt werden, die ihrerseits wertvolle Monomere oder Comonomere bei der Herstellung von Polymerisaten darstellen - weist das Zwischenprodukt auch einige Nachteile auf. In diesem Zusammenhang sind insbesondere der hohe Dampfdruck des Zwischenprodukts, die Tatsache, daß es sich bei vielen der genannten FoI-geprodukte (Umsetzungsprodukte von IEM mit einfachen mehrwertigen Alkoholen) um Festsubstanzen handelt und die oft unzureichende Verträglichkeit der genannten Folgeprodukte mit den bei der Herstellung von Polymerisationskunststoffen mitverwendeten Comonomeren zu nennen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, neue ungesättigte Esterisocyanate zur Verfügung zu stellen, die diese Nachteile nicht mehr aufweisen bzw. in
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denen diese Nachteile in weit weniger ausgeprägter Form vorliegen.
Diese Aufgabe konnte durch die Bereitstellung der neuen, nachstehend näher beschriebenen, ungesättigten Esterisocyanate bzw. des Verfahrens zu ihrer Herstellung gelöst werden.
Gegenstand der Erfindung sind, gegebenenfalls als Isomerengemische vorliegende, ungesättigte Esterisocyanate, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen
zu 0 - 95 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgemisch, aus Verbindungen der Formel
OCN-CH2-R1-O-CO-C=CH-R3 I,
zu 0 bis 70 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgemisch, aus Verbindungen der Formel
OCN-CH2-R^-O-CO-C=CH-R3 II,
und zu 0 - 70 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgemisch, aus Verbindungen der Formel
R2
OCN-CH2-R^-O-CO-C=CH-R3 III
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-r-
bestehen, wobei sich die genannten Prozentsätze jeweils zu 100 ergänzen und wobei
R- ,RI und RL1 entweder für den gleichen Rest stehen und jeweils einen gegebenenfalls Alkyl-substituierten 1,2-Cycloalkylen-Rest mit insgesamt 5 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeuten, oder wobei R1 für einen 2,3-Butylen-Rest, Ri für einen geradkettigen 1,2-Butylen-Rest und RIj für einen 1,2-Isobutylen-Rest stehen,
R2 und R3 für gleiche oder verschiedene Reste stehen und jeweils Wasserstoff oder eine Methylgruppe bedeuten .
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung dieser Esterxsocyanate durch Umsetzung von gegebenenfalls als Säureaddukte vorliegenden Dihydrooxazinen mit Phosgen bei -20 bis +200C in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel in Gegenwart einer wäßrigen Lösung einer Base, dadurch gekennzeichnet, daß man als Dihydrooxazine solche verwendet, die sich im wesentlichen
zu 0 - 95 Gew.-% aus Verbindungen der Formel
-2H R
1 Il *2 iv
\ ^ C-C=CH-R.
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zu O - 70 Gew.-% aus Verbindungen der Formel
CH2-H
*( υ »2
L ,C-C=CH-R,
und zu 0 - 70 Gew.-% aus Verbindungen der Formel
^CH2-N
r; Il ?2
zusammensetzen, wobei sich die Prozentsätze jeweils zu 100 ergänzen, und wobei
R-,RI, R", R2 und R3 die obengenannte Bedeutung haben.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Esterisocyanate als Ausgangsmaterialien bei der Herstellung von olefinisch ungesättigten Oligourethanen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind unter "1,2-Cycloalkylen-Rest" 2-wertige (gegebenenfalls Alkylsubstituierte) cycloaliphatische Kohlenwasserstoffreste zu verstehen, deren cycloaliphatische Ringe in 1,2-Stellung mit der Methylengruppe bzw. dem Sauerstoffatom der Esterisocyanate bzw. der Oxazine verknüpft sind. Dementsprechend sind unter "1,2-Butylen-Rest", "2,3-Butylen-Rest" bzw. "1,2-Isobutylen-Rest" aliphatisehe, 2-wertige Kohlenwasserstoffreste mit 4 Kohlenstoffatomen zu verstehen, die in 1,2- bzw. 2,3-Stellung mit der Methylengruppe bzw. dem Sauerstoff verknüpft sind, wobei, im Falle von asymmetrischen Resten, jeweils
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- 40- -''-■' ' -'■'■■' '-■"■■'
das höher substituierte Kohlenstoffatom mit dem Sauerstoffatom verknüpft ist.
Bei den für das erfindungsgemäße Verfahren"als Ausgangsmaterialien geeigneten Dihydrooxazinen der oben genannten allgemeinen Formel kann es sich entweder um definierte Verbindungen (R^ = RjJ = RL1 = gegebenenfalls Alkyl-substituierter 1/2-Cycloalkylen-Rest mit insgesamt 5 bis 10 Kohlenstoffatomen) oder um,den obigen Ausführungen entsprechende, Isomerengemische (R1, Rl und R'-J stehen für verschiedene Butylen- bzw. Isobutylen-Reste) handeln. Die Zusammensetzung der Esterisocyanate entspricht bezüglich der Isomerenverteilung der Zusammen setzung der zu ihrer Herstellung eingesetzten Dihydrooxazine. Vorzugsweise werden folgende Dihydrooxazine als Ausgangsmaterialien beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt:
a) Verbindungen der Formel
CH2-N
1 ?2 IV
\C—C—CH""R->
/ 3
O
in welcher
R1 für einen 1,2-Cyclohexylen-, einen 3- (und/oder
4-)Isopropyl-1,2-cyclohexylen- oder einen 1-Methyl-4-isopropyl-1,2-cyclohexylen-Rest steht, und
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und R3 die oben genannte Bedeutung haben, wobei R3 besonders bevorzugt für Wasserstoff steht.
Typische Beispiele für derartige Ausgangsmaterialien sind beispielsweise die Verbindungen der Formeln
CH0-N
Il
O - C-CH=CH
VII
- C-C=CH
CH-,-CH
3
CH0-N 2
<TH3
O - C-C=CH
b) Isomerengemische, die sich
zu 85 - 95 Gew.-% aus 2-Vinyl- bzw. 2-Isopropenyl-5,6-dimethyl-5,6-dihydrooxazin und
zu 5 - 15 Gew.-% aus 2-Vinyl- bzw. 2-Isopropenyl-6-ethyl-5,6-dihydrooxazin
zusammensetzen.
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In diesen zuletzt genannten Isomerengemischen stellen die 2-Vinyl- bzw. 2-Propenyl-5,6-dimethyl-5,6-dihydrooxazine ihrerseits vorzugsweise cis/trans-I sortier engemische im Gewichtsverhältnis eis: trans = (33^10):(66^O) dar.
Neben diesen bevorzugten Ausgangsverbindungen können beim erfindungsgemäßen Verfahren beliebige andere, der obigen breiten Definition entsprechende Dihydrooxazine bzw. Dihydrooxazin-Isomerengemische eingesetzt werden. Beispielsweise kommen auch sehr gut auch solche Dihydrooxazin-Isomerengemische in Betracht, die bis zu 70 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 50 Gew.-% aus 2-Vinyl- bzw. 2-Isopropenyl-6,6-dimethyl-5,6-dihydrooxazin und im übrigen aus 2-Vinyl- bzw. 2-Isopropenyl-5,6-dimethyl-5,6-dihydrooxazin und/oder 2-Vinyl- bzw. 2-lsopropenyl-6-ethyl-5,6-dihydrooxazin bestehen, wobei auch hier vorzugsweise die 5,6-Dimethyl-substituierten Dihydrooxazine ihrerseits cis/trans-Isomerengemische im oben genannten Verhältnis darstellen. Weiterhin sind beim erfindungsgemäßen Verfahren solche Dihydrooxazine bzw. Dihydrooxazin-Isomerengemische der beispielhaft genannten Art verwendbar, die in 2-Stellung am Dihydrooxazin-Ring anstelle eines Vinyl- bzw. Isopropenyl-Substituenten einen n-Propenyl-Substituenten der Formel
-CH=CH-CH3 X
aufweisen.
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Die Herstellung der als Ausgangsmaterxalien einzusetzenden Dihydrooxazine bzw. Dihydrooxazin-Isomerengemische erfolgt in Analogie zu den bekannten Verfahren des Standes der Technik. So können die Ausgangsverbindungen beispielsweise aus N-Hydroxy-methylamiden der allgemeinen Formel
HO-CH2-NH-CO-C=CH-R3 XI
und einem, dem Rest R1 entsprechenden Olefin bzw. einem den Resten R.-R1J entsprechenden Olef ingemisch nach dem in Liebigs Annalen 697, Seiten 171-180 (1966) beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Vorteilhafter gewinnt man sie aus Formaldehyd, einem Nitril der allgemeinen Formel
NC-C=CH-R3 XII
und einem, dem Rest R1 entsprechenden Olefin bzw. den Resten R1-R1J entsprechenden Olef ingemisch analog dem in Synthesis (1971), Seiten 92-95 beschriebenen Verfahren .
Bei diesem Verfahren wird Formaldehyd in einem Lösungs- =20' --mittel in Gegenwart äquimolarer Mengen einer starken Säure in einem Temperaturbereich zwischen 30 und 1000C, vorzugsweise bei 50 - 60°C mit dem Nitril der allgemeinen Formel XII umgesetzt.
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Das dabei gebildete Amidomethyliumion der Formel
CH2=NH-CO-C=CH-R3 XIII
reagiert mit dem Olefin bzw. Olefingemisch in einer polaren Cycloaddition zu dem Säureaddukt des Dihydrooxazine, aus welchem das als erfindungsgemäßes Ausgangsmaterial geeignete Dihydrooxazin durch an sich bekannte Behandlung mit einer Base (vgl. nachstehende Ausführungsbeispiele) gewonnen werden kann.
Formaldehyd kann dabei entweder durch Depolymerisation aus Paraformaldehyd oder aus 1,3,5-Trioxan gewonnen werden. Als Lösungsmittel können Carbonsäuren, Carbonsäureanhydride, Ether wie z.B. Tetrahydrofuran, Dioxan, Glyme, Diglyme, Amide wie z.B. N-Methylpyrrolidon, Harnstoff, wie z.B. 1,3-Dimethylpyrrolidon-2 oder SuIfolan verwen-•J5 det werden. Bevorzugt sind Carbonsäuren, insbesondere Essigsäure.
Als starke Säuren kommen Schwefelsäure, Phosphorsäure, Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Borfluorwasserstoffsäure und Sulfonsäuren in Betracht. Am vorteilhaftesten wird Schwefelsäure benutzt. In jedem Falle ist auf Wasserausschluß zu achten.
Das Nitril wird in äguimolaren Mengen in einem Temperaturbereich zwischen 30 und 1000C, vorzugsweise bei 50 6O0C, zu einer Lösung von Formaldehyd und der starken
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Säure in dem Lösungsmittel gegeben. Als Olefin bzw. Olefingeitiisch kommen dem Rest R1 bzw. den Resten R1-Ri1 entsprechende Verbindungen in Betracht. Dies bedeutet, daß beispielsweise die Verwendung von Cyclohexen zu Dihydrooxazinen der obengenannten allgemeinen Formel IV führt, für welche R,. für einen 1,2-Cyclohexylen-Rest steht. Die oben unter b) genannten, als erfindungsgemäße Ausgangsmaterialien bevorzugt geeigneten Dihydrooxaζin-Isomerengemische werden beispielsweise dann erhalten, wenn als Olefingemisch ein Buten-Gemisch der ungefähren Zusammensetzung 20 Gew.-% cis-Buten-2, 37 Gew.-% trans-Buten-2, 12 Gew.-I 1-Buten, 7 Gew.-% iso-Butan und 23 Gew.-% η-Butan verwendet wird. Derartige und ähnliche technische Buten-Gemische, die neben reaktionsfähigen Butenen inerte Butane enthalten, fallen beispielsweise bei der destillativen Auftrennung der Spaltprodukte von Benzincrackern als C,-Fraktion an. Andere großtechnische C^-Fraktionen von Benzincrackern mit einem hohen Gehalt an iso-Buten gestatten die Her-Stellung von Dihydrooxazin-Gexnischen mit einem hohen Gehalt an 6,6-Dimethyl-substituierten Isomeren. Da das in den genannten Fraktionen enthaltene 1-Buten im Vergleich zu eis- und trans-Buten-2 reaktionsträger ist, ist der Gehalt an 6-Ethyl-2-vinyl-5,6-dihydrooxazin in den Dihydrooxazin-Gemischen im allgemeinen geringer als der Gehalt der eingesetzten C«-Fraktion an 1-Buten.
Die Reaktion zwischen dem Säureaddukt des Dihydrooxazins und dem Olefin bzw. Olefingemisch kann in einem offenen
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Gefäß unter Durchleiten oder Zutropfen des Olefins, bei gasförmigen Olefinen auch unter Druck durchgeführt werden.
Die Bildung des Dihydrooxazins aus dem Amidomethyliumion XIII und dem Olefin erfolgt in einer stereospezifischen cis-Addition (siehe Chem. Ber. 103, 3242 (1970). Aus einem cis-/trans-Olefin-Gemisch bildet sich deshalb ein entsprechendes cis-/trans-Gemisch des 5,6-Dimethydihydrooxazins.
Wie bereits erwähnt, kann das freie Dihydrooxazin aus dem erhaltenen Säureaddukt in an sich bekannter Weise mittels einer Base wie z.B. Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid freigesetzt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Dihydrooxazine beim erfindungsgemäßen Verfahren in Form ihrer Säureaddukte einzusetzen, d.h. die bei der Umsetzung der Amidomethyliumionen mit dem Olefin anfallenden Säureaddukte des Dihydrooxazins stellen nach Entfernung des Hilfslösungsmittels unmittelbar beim erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbare Ausgangsmaterialien dar.
Das erfindungsgemäße Verfahren, d.h. die Phosgenierung der Dihydrooxazine bzw. Dihydrooxazin-Gemische erfolgt vorzugsweise nach der bekannten Zweiphasen-Phosgenierung, wie sie beispielsweise in DE-AS 1 924 535 für die Phosgenierung von Oxazolinen oder von Dihydrooxazinen beschrieben ist. Dabei werden pro Mol Dihydrooxazin bzw.
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pro Mol Säureaddukt des Dihydrooxazins bzw. Dihydrooxazin-Gemischs im allgemeinen 1 bis 2 Mol Phosgen und pro Mol Phosgen mindestens 2 Mol einer wäßrigen Base eingesetzt. Falls Säureaddukte der Dihydrooxazine eingesetzt werden, benötigt man zusätzlich noch eine der Säure äquivalente Menge an Base.
Als Basen können wäßrige Lösung von Alkalihydroxiden und -carbonaten verwendet werden. Bevorzugt ist wäßrige Natronlauge. Das Dihydrooxazin und das Phosgen werden im allgemeinen als Lösungen in einem unpolaren, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel eingesetzt. Dafür kommen Kohlenwasserstoffe, Halogenkohlenwasserstoffe wie z.B. Methylenchlorid, Chloroform, 1,2-Dichlorpropan, Chlorbenzol und Dichlorbenzol, Ester wie z.B. Ethylacetat oder Ether wie Diethyl- oder Dibutylether in Frage. Am vorteilhaftesten ist die Verwendung von Halogenkohlenwasserstoffen, insbesondere von Methylenchlorid.
Die Lösungen des Dihydrooxazins, des Phosgens und der Base werden gleichzeitig und gleichmäßig dem Reaktionsgefäß zugeführt. Dabei ist für eine intensive Durchmischung zu sorgen. Die Temperatur wird bei -20 bis +200C, vorzugsweise zwischen 0 und 50C gehalten. Da die Reaktion sehr schnell abläuft, ist eine kontinuierliche Reaktionsführung zweckmäßig.
Da bei der Phosgenierungsreaktxon die Stereochemie der Kohlenstoffatome 4-6 des Dihydrooxazinrings nicht geändert wird, weisen die aus den oben unter b) genannten,
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bevorzugten Dihydrooxazin-Gemischen hergestellten Esterisocyanate im allgemeinen folgende Zusammensetzung auf:
60 _+ 10 Gew.-% threo-i-Isocyanato-2-methyl-but-3-yl-(meth)acrylat 30 ^ 10 Gew.-% erythro-i-Isocyanato-2-methyl-but-
3-yl-(meth)acrylat 10 +_ 5 Gew.-% i-Isocyanatopent-3-yl-(meth)acrylat.
Die erfindungsgemäßen/ ungesättigten Esterisocyanate stellen u.a. wertvolle Zwischenprodukte zur Herstellung von mehrere olefinische Doppelbindungen aufweisenden Oligourethanen dar, die ihrerseits als Monomere, bzw. Comonomere, insbesondere bei der Herstellung von vernetzten Polymerisationskunststoffen verwendet werden können. Zur Herstellung derartiger, mehrfach olefinisch ungesättigter Oligourethane werden die erfindungsgemäßen Esterisocyanate mit beliebigen Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen im Sinne einer Isocyanat-Additionsreaktion zur Reaktion gebracht. Die Umsetzung kann durch die üblichen Urethanisierungskatalysatoren, d.h. durch tertiäre Amine, wie z.B. Triethylendiamin, oder durch Dibutylzinndilaurat bzw. Zinndioctat beschleunigt werden.
Die Umsetzung kann in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels, vorzugsweise jedoch ohne Lösungsmittel, in einem Temperaturbereich zwischen 20 und 12O0C, vorzugsweise zwischen 50 und 800C, vorgenommen werden.
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■ „ 19- ■
Bei der Umsetzung werden die Esterisocyanate im allgemeinen in, bezogen auf die gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen, mindestens äquivalenten Mengen eingesetzt, wobei ein gegebenenfalls zum Einsatz gelangter Isocyanat-Überschuß nach erfolgter Umsetzung destillativ aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden kann. Auch die Verwendung eines Isocyanat-Unterschußes ist im Prinzip möglich, um auf diese Weise olefinische Doppelbindungen und gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähige Gruppen aufweisende Verbindungen herzustellen, die ihrerseits die Herstellung von Polymerisationskunststoffen mit eingebauten, gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen gestatten»
Geeignete Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen sind insbesondere mehrwertige aliphatische Alkohole, die gegebenenfalls Ether- oder Estergruppierungen aufweisen. Auch Hydroxylgruppen aufweisende Polyurethane können bei der Umsetzung als Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen eingesetzt werden. Die Verbindungen mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen weisen im allgemeinen ein Molekulargewicht von 62 10.000, vorzugsweise 62 - 4.000 und insbesondere 62 400 auf.
Setzt man beispielsweise einfache Diole des Molekulargewichtsbereichs 62 - 400 wie z.B. Ethylenglykol, Propan- 1 , 2-diol, Butan-1,3-diol, Butan-1,4-diol oder Neopentylglykol mit den erfindungsgemäßen
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Esterisocyanaten unter Einhaltung eines NCO/OH-Äquivalentverhältnisses von 1:1 um, so erhält man Urethane,
die im Unterschied zu den analog aus 2-Isocyanatoethylmethacrylat hergestellten Verbindungen bei Raumtemperatür flüssig sind und/oder eine verbesserte Verträglichkeit mit anderen olefinisch ungesättigten Monomeren
aufweisen. So stellen beispielsweise die Umsetzungsprodukte der oben zuletzt genannten Esterisocyanat-Gemische mit Butan-1,3-diol, Butan-1,4-diol oder Neopentylglykol bei Raumtemperatur Flüssigkeiten dar. Die Umsetzungsprodukte der gleichen Esterisocyanat-Gemische mit mehrwertigen Alkoholen wie z.B. Glycerin oder Trimethylolpropan weisen eine deutlich niedrigere Schmelzviskosität als
die analog aus 2-Isocyanatoethylmethacrylat hergestellten Urethane auf.
In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Prozentangaben auf Gewichtsprozente.
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-Yt-
In den nachfolgenden Beispielen 1-3 wurden folgende Dihydrooxazine bzw. Dihydrooxazin-Gemische eingesetzt:
Dihydrooxazin I
122 g Paraformaldehyd, 1600 ml Essigsäure und 392 g 100 % Schwefelsäure werden 20 Min. auf 6O0C erwärmt. Bei 500C gibt man in 10 Min. eine Lösung von 0,5 g Phenothiazin in 212 g Acrylnitril hinzu und rührt 30 Min. bei 500C nach. Bei 700C sättigt man 2 Std. mit einem Gemisch aus 20 % cis-Buten-2f 37 % trans-Buten, 12 % 1-Buten, 7 % iso-Butan, 23 % η-Butan und 1 % nicht identifizierter Kohlenwasserstoffe. Die klare Lösung wird auf Raumtemperatur gekühlt. Das Lösungsmittel wird im Vakuum abdestilliert. Der Rückstand wird unter Kühlung in 6,5 1 15 % Natronlauge und 2 1 Methylenchlorid eingerührt, abgesaugt, die organische Phase wird abgetrennt, die wäßrige Phase wird noch zweimal mit Methylenchlorid extrahiert und über Natriumsulfat getrocknet. Die Destillation im Vakuum ergibt 250 g (45 % der Theorie) eines Gemischs aus (i) 90 Gew.-teilen 5,6~Dimethyl-2-vinyl-5,6-dihydrooxazin (cis/trans-Gemisch) und (ii) 10 Gew.-Teilen 6-Ethyl-2-vinyl-5,6-dihydrooxazin. Das Gemisch weist bei 10 mbar einen Siedebereich von 75 - 780C auf.
Dihydrooxazin II
24 g 1,3,5-Trioxan, 320 g Essigsäure und 78 g 100 % Schwefelsäure werden 20 Min. bei 700C gerührt. Bei 500C
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tropft man 53,6 g Methacrylnitril zu, rührt 30 Min. bei 5O0C, sättigt 2 Stunden lang bei 7O0C mit dem oben genannten Olefingemisch und kühlt auf Raumtemperatur, entfernt das Lösungsmittel im Vakuum und rührt den Rückstand unter Kühlung in 2 1 15 % Natronlauge und 500 ml Methylenchlorid ein. Die Phasen werden getrennt, die wäßrige Phase wird zweimal mit Methylenchlorid extrahiert. Man trocknet über Natriumsulfat und destilliert im Vakuum. Man erhält 50 g (41 % der Theorie) einer Mischung aus (i) 90 Gew.-teilen 5,6-Dimethyl-2-isopropenyl-5,6-dihydrooxazin (cis-/trans-Gemisch) und (ii) 10 Gew.-teilen 6-Ethyl-2-isopropenyl-5,6-dihydrooxazin. Das Gemisch weist bei 20 mbar einen Siedebereich von 85 - 900C auf.
Dihydrooxazin III
31 g Paraformaldehyd, 60 g Essigsäure, 98 g 100 % Schwefelsäure und 300 ml Tetrahydrofuran werden 30 Min. am Rückfluß erhitzt. Bei 500C gibt man 53 g Acrylnitril zu, rührt 30 Min. bei 5O0C nach und sättigt 2 Stunden unter Rückfluß mit dem oben genannten Olefingemisch. Das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt. Der Rückstand wird unter Kühlung in 1,2 1 15 % Natronlauge und 800 ml Methylenchlorid eingerührt und wie oben beschrieben aufgearbeitet. Die Destillation im Vakuum ergibt 57 g (41 % der Theorie) eines Dihydrooxazin-Gemischs, das bezüglich seiner Zusammensetzung und seinem Siedepunkt dem Dihydrooxazin I entspricht.
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Dihydrooxazin IV
31 g Paraformaldehyd, 98 g 100 % Schwefelsäure und 250 ml Essigsäure werden 30 Min. auf 700C erwärmt. Bei 500C gibt man 53 g Acrylnitril hinzu, rührt 30 Min. bei 500C nach. Bei 700C tropft man 82 g Cyclohexen zu, rührt 2 Stunden bei 700C, rührt unter Kühlung in 4 1 10 % Natronlauge und 1,5 1 Methylenchlorid ein und arbeitet wie oben beschrieben weiter auf. Man erhält 59 g (36 % der Theorie) eines Dihydrooxazins der Formel
0 - C-CH=CH2
mit einem Siedebereich bei 0,1 mbar von 55 - 57°C.
Beispiel 1
Pro Stunde werden unter starkem Rühren gleichzeitig Lösungen von 226 g Dihydrooxazin I (bzw. III) in 300 ml Methylenchlorid, von 238 g Phosgen in 800 ml Methylenchlorid und von 217 g Natriumhydroxid in 1200 ml Wasser in ein Reaktionsgefäß mit Überlauf eingepumpt. Die Temperatur wird bei 0 - 50C gehalten. Die Phasen der überlaufenden Lösung werden getrennt. Man extrahiert die wäßrige Phase noch zweimal mit Methylenchlorid, trocknet die vereinigten organischen Phasen über Natriumsulfat und destilliert im Vakuum. Man erhält pro Stunde 232 g (78 % der Theorie) eines Gemischs aus
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1-Isocyanato-2-methyl-but-3-yl-acrylat und 1-Isocyanatopent-3-yl-acrylat im Gewichtsverhältnis 90:10 des Siedebereichs bei 0/1 mbar von 75 - 77°C.
Beispiel 2
Innerhalb 10 Min. tropft man gleichzeitig Lösungen von 30 g Phosgen in 80 ml Methylenchlorid, von 29 g eines Dihydrooxazins II in 70 ml Methylenchlorid und von 26 g Natriumhydroxid in 170 ml Wasser unter starkem Rühren in ein Reaktionsgefäß. Die Temperatur wird dabei zwischen 0 und 100C gehalten. Die Phasen werden getrennt, die wäßrige Phase wird zweimal mit Methylenchlorid nachextrahiert. Man trocknet die vereinigten organischen Phasen über Natriumsulfat und destilliert im Vakuum. Man erhält 30 g (81 %) eines Gemische aus 1-Isocyanato-2-methyl-but-3-yl-methacrylat und 1-Isocyanatopent-3-yl-methacrylat im Gewichtsverhältnis 90 : 10 mit einem Siedebereich bei 0,1 mbar von 80 - 850C.
Beispiel 3
Inn erhalb von 10 Minuten tropft man gleichzeitig Lösungen von 18 g Phosgen in 50 ml Methylenchlorid/ von 20 g des Dihydrooxazins IV in 50 ml Methylenchlorid und von 18 g Natriumhydroxid in 130 ml Wasser unter kräftigem R(thren bei 0 bis 50C in ein Reaktionsgefäß ein. Wenn die Zugabe beendet ist, trennt man die Phasen, extrahiert die wäßrige Phase noch zweimal mit Methylenchlorid. Die vereinigten organischen Phasen werden über Natriumsulfat getrocknet und im Vakuum destilliert. Man erhält 17,5 g (70 %) 2-Isocyanatomethylcyclohexylacrylat, Kp. 95-97°.
U / ι Le A 22 617
Beispiel 4
122 g Paraformaldehyd, 212 g Acrylnitril, 392 g 100 % Schwefelsäure werden wie bei der Herstellung von Dihydrooxazin I beschrieben mit dem dort genannten Olefingemisch zur Reaktion gebracht. Nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels wird der Rückstand in 800 ml Methylenchlorid gelöst. Diese Lösung wird innerhalb 3 Stunden bei 0 - 50C unter guter Durchmischung gleichzeitig mit Lösungen von 594 g Phosgen in 2.000 ml Methylenchlorid und von 1.000 g Natriumhydroxid in 6.000 ml Wasser in ein Reaktionsgefäß (600 ml) mit überlauf eingepumpt. Die Phasen der überlaufenden Lösung werden getrennt. Man extrahiert die wäßrige Phase noch zweimal mit Methylenchlorid und trocknet die vereinigten organischen Phasen über Natriumsulfat. Die Destillation im Vakuum ergibt 329 g (45 %, bezogen auf Acrylnitril) des in Beispiel 1 beschriebenen Isocyanatoacrylat-Gemischs.
Beispiel 5
Zu 27 g Butan-1,4-diol, 25 mg lonol und 50 mg Dibutylzinndilaurat werden bei 700C 109,8 g des Esterisocyanatgemischs aus Beispiel 1 zugetropft. Man rührt 2 Stunden bei 700C nach. Man erhält eine quantitative Ausbeute des entsprechenden Diurethans mit einer Viskosität von 11.100 mPas bei 230C.
Beispiel 6
Aus 27 g Butan-1,4-diol, 90 g 2-Isocyanatoethylmethacry-
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lat werden in Gegenwart von 25 mg Ionol und 50 mg Dibutylzinndilaurat wie in Beispiel 5 beschrieben in quantitativer Ausbeute das entsprechende Diurethan hergestellt. Das Umsetzungsprodukt weist einen Schmelzpunkt von 500C auf.
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Claims (5)

Patentansprüche;
1.J Gegebenenfalls als Isomerengemische vorliegende, ungesättigte Esterisocyanate, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen
zu 0 - 95 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgemisch, aus Verbindungen der Formel
OCN-CH2-R1-O-CO-C=CH-R3 I,
zu 0 bis 70 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgemisch, aus Verbindungen der Formel
OCN-CH2-R"-0-CO-C=CH-R3 II,
und zu 0 - 70 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgemisch, aus Verbindungen der Formel
?2
OCN-CH2-RIj-0-CO-C=CH-R3 III
bestehen, wobei sich die genannten Prozentsätze jeweils zu 100 ergänzen und wobei
, R' und R" entweder für den gleichen Rest stehen
und jeweils einen gegebenenfalls Alkyl-substituierten 1,2-Cycloalkylen-Rest mit insgesamt 5 bis
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10 Kohlenstoffatomen bedeuten, oder wobei R1 für einen 2,3-Butylen-Rest, R' für einen geradkettigen 1,2-Butylen-Rest und R" für einen 1/2-Isobutylen-Rest stehen,
R~ und R3 für gleiche oder verschiedene Reste stehen und jeweils Wasserstoff oder eine Methylgruppe bedeuten.
2. Ungesättigte Esterisocyanate gemäß Anspruch 1 der Formel
?2
OCN-CH2-R1-O-CO-C=CH-R3 I,
wobei
für einen gegebenenfalls Alkyl-substituierten 1,2-Cycloalkylen-Rest mit insgesamt 5 bis 10 Kohlenstoffatomen steht,
R- für Wasserstoff oder eine Methylgruppe steht
und
R3 für Wasserstoff steht.
3. Isomerengemische darstellende, ungesättigte Esterisocyanate gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen
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zu 85 - 95 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgemisch, aus Verbindungen der Formel
OCN-CH0-R1-O-CO-C=CH-R, I
und zu 5 - 15 Gew.-%, bezogen auf Gesamtgemisch, aus Verbindungen der Formel
?2
OCN-CH2-R^-O-CO-C=CH-R3 II
bestehen, wobei sich die genannten Prozentsätze zu 100 ergänzen, und wobei
Rw Rl, R2 und R3 die in Anspruch 1 genannte Bedeutung haben.
4. Verfahren zur Herstellung von, gegebenenfalls als Isomerengemische vorliegenden, ungesättigten Esterisocyanate gemäß Anspruch 1 durch Umsetzung von gegebenenfalls als Säureaddukte vorliegenden Dihydrooxazinen mit Phosgen bei -20 bis +200C in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel in Gegenwart einer wäßrigen Lösung einer Base, dadurch gekennzeichnet, daß man als Dihydrooxazine solche verwendet, die sich im wesentlichen
zu 0 - 95 Gew.-% aus Verbindungen der Formel
CH2-N
V-
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zu O - 70 Gew.-% aus Verbindungen der Formel
.CH9-N
«J Il «2
Ν. ^,C-C=CH-R3 V
und zu 0 - 70 Gew.-% aus Verbindungen der Formel
Ü ?2 VI
ν .C-C=CH-R
zusammensetzen/ wobei sich die Prozentsätze jeweils zu 100 ergänzen, und wobei
Rw R], R1J, R2 und R3 die in Anspruch 1 genannte Bedeutung haben.
5. Verwendung der ungesättigten Esterisocyanate gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 als Ausgangsmaterialien bei der Herstellung von olefinisch ungesättigten Oligourethanen.
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