Insbesondere betrifft diese Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren, bei dem die Fluorierung durch eine Halogen-Fluor- Austausch-Reaktion (Halex-Verfahren) in hoher Selektivität und Reinheit erzielt wird.

Fluor enthaltende Verbindungen finden unter anderem in flüssigkristallinen Mischungen Anwendungen (EP-A-0 602 596).

Die Substitution von aromatischen gebundenem Wasserstoff durch Fluor hat auch große Bedeutung für die Synthese von bioaktiven Substanzen respektive für die Herstellung von Vorstufen zu solchen Verbindungen.

Ferner ist es allgemein bekannt, dass Fluor starke und oftmals unerwartete Effekte auf die biologische Aktivität von chemischen Verbindungen hat. Der Austausch von Wasserstoff gegen Fluor in einem biologisch aktiven Molekül führt oft zu einer analogen Verbindung mit erhöhter oder modifizierter biologischer Wirkung.

Neben der Direktfluorierung ist die Herstellung von Fluorverbindungen durch Austausch eines Halogens (Chlor, Brom) gegen Fluor (sogenannter "Halexprozess": haiogen exchange) eine vielfach praktizierte Reaktion, die von größter industrieller Bedeutung ist.

Bei aromatischen Verbindungen, insbesondere bei aktiven aromatischen Verbindungen, verläuft der Halogen-Fluor-Austausch im Sinne einer nukleophilen Substitution.

Zur Durchführung dieser Reaktion werden vergleichsweise hohe Reaktionstemperaturen benötigt, die häufig zwischen 200 und 300°C liegen, wodurch zum Teil erhebliche Anteile an Zersetzungsprodukten entstehen. Im allgemeinen kann auf ein Lösungsmittel nicht verzichtet werden, so dass die Raum/Zeit-Ausbeuten im Vergleich zu lösungsmittelfreien Verfahren deutlich niedriger liegen.

Der Einsatz von Phasentransfer-Katalysatoren gehört bereits zum Stand der Technik, um einige der oben genannten Probleme zu umgehen. Andere Probleme, wie eine schlechte Rührbarkeit der Reaktionssuspension bei lösungsmittelfreien Verfahren, bleiben jedoch weiterhin bestehen.

US-A-4,287, 374 lehrt den Einsatz von quartären Ammonium-oder Alkylphosphoniumsalzen als Phasentransfer-Katalysatoren. Gemäß WO 87/04194 werden Pyridiniumsalze, gemäß Tetrahedron Letters 28 [1987], 11 ff Kronenether oder Tetraphenylphosphoniumsalze als Phasentransfer-Katalysatoren verwendet.

Diese Phasentransfer-Katalysatoren weisen zum Teil vergleichsweise geringe Aktivität auf und sind unter den für die Durchführung der Reaktion erforderlichen Temperatur nur mäßig stabil.

US-A-6,184, 425 (= EP-A-0 923 508, Pasenok et al.) bzw. US-A-5,824, 827 (Fa. Albemarle) lehrt den Einsatz von Aminophosphonium-Katalysatoren in Halex- Reaktionen. Diese Arbeitsweise stellt zwar einen deutlichen Fortschritt dar, wobei allerdings in den Halexreaktionen immer noch vergleichsweise hohe Arbeitstemperaturen benutzt werden müssen, was zwangsläufig zu verringerten chemischen Selektivitäten mit Bildung von Nebenprodukten führt. Insbesondere bedeuten hohe Arbeitstemperaturen in der Produktion, neben einem allgemein erhöhten Sicherheitsrisiko, stets aufwendige Ölkreisläufe zur Beheizung, die mit einem deutlichen finanziellen Aufwand verbunden sind. Auch ist aus diesen

Schriften deutlich erkennbar, dass die eingesetzte Fluoridquelle, nämlich Kaliumfluorid, nur teilweise in den Halexreaktionen ausgenutzt wird. Die damit verbundene geringe KF-Ausbeute stellt aber einen deutlichen wirtschaftlichen Nachteil dar, da Kaliumfluorid aufgrund eines recht hohen Preises einen hohen Anteil der Materialkosten ausmacht.

In Anbetracht dieser Einschränkungen und Nachteile besteht weiterhin ein großes Bedürfnis nach einem Verfahren, das die bekannten Nachteile, insbesondere hohe Reaktionstemperaturen und lange Reaktionszeiten, vermeidet und zudem die gewünschten Fluor enthaltenden Verbindungen in guter bis sehr guter Ausbeute bei niedrigeren Reaktionstemperaturen zugänglich macht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Fluor enthaltenden Verbindungen, durch Umsetzung einer Verbindung, die gegen Fluor austauschbares Halogen enthält, mit einem Fluorid oder einem Gemisch von Fluoriden der allgemeinen Formel I MeF (I) worin Me für ein Erdalkalimetallion, NH4+-lon oder Alkalimetallion steht, in Anwesenheit oder Abwesenheit eines Lösungsmittels bei einer Temperatur von 40 bis 260°C, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in Anwesenheit einer Verbindung oder eines Gemisches von Verbindungen der allgemeinen Formel (Ila) und/oder (Ilb) B-B- Formel II a Formel II b Formel II c

worin A1 bis A24 unabhängig voneinander, gleich oder verschieden sind und für ein geradkettiges oder verzweigtes Alkyl oder Alkenyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, Cycloalkyl mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, für ein Aryl mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, ein Aralkyl mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen stehen, oder A1-A2, A3-A4, A5-A6 usw. bis A23-A24 unabhängig voneinander, gleich oder verschieden sind und direkt oder über O oder N-A25 miteinander zu einem Ring mit 3 bis 7 Ringgliedern verbunden sind, A25 für ein Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen steht, wobei X1 und/oder X2 und/oder X3 unabhängig voneinander Reste der Formel II c bedeuten, oder die Reste X1 und/oder X2 und/oder X3 ebenfalls für ein geradkettiges oder verzweigtes Alkyl oder Alkenyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatome, Cycloalkyl mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, für ein Aryl mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, ein Aralkyl mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen stehen, oder jeweils die Reste, die sich an einem identisch gebundenen Stickstoffatom befinden, z. B. A1 und A2, A3 und A4, A5 und A5 usw. bis A23 und A24 unabhängig voneinander, gleich oder verschieden sind und direkt oder über O oder N-A25 miteinander zu einem Ring mit 3 bis 7 Ringgliedern verbunden sind, A25 für ein Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen steht und B-einen einwertigen Säurerest oder das Äquivalent eines mehrwertigen Säurerests bedeutet, durchführt.

Es ist als überraschend anzusehen, dass die Verbindungsklasse der Phosphazene, die bislang nur als starke nicht nukleophile Basen eingesetzt wurden (siehe K. Seppelt in Angew. Chem. 104 (1992), 299) als Halex- Katalysatoren zu einer noch stärkeren Beschleunigung der Reaktion führt als die bislang verwendeten einfachen Aminophosphoniumsalze aus US-A-6,184, 425 bzw. US-A-5, 824, 827, wodurch die Halogen-Fluor-Austauschreaktion (Halex- Reaktion) unter noch schonenderen Bedingungen, insbesondere niedrigeren Temperaturen und/oder kürzeren Reaktionszeiten durchgeführt werden kann.

Dadurch kann zugleich auch die Bildung unerwünschter Nebenprodukte weiter zurückgedrängt oder weitestgehend verhindert werden.

Man kann eine Verbindung der Formel (II), worin die Substituenten die vorstehend genannte Bedeutung haben, nach R. Schwesinger et al., Angew. Chem. 103

(1991), 1376 und R. Schwesinger et al. Liebigs Ann. 1996, 1055-1081 beispielsweise in einfacher Weise ausgehend von Phosphorpentachlorid, Ammoniumchlorid und Amin synthetisieren.

So lässt sich z. B. in einfacher Weise das Diphosphazenium-Salz 1,1, 1,3, 3,3- Hexakis (dimethylamino) diphosphazenium-tetrafluoroborat aus Phosphorpentachlorid, Ammoniumchlorid und Dimethylamin herstellen (R. Schwesinger et al, Angew. Chem. 104 (1992) 864) : Man kann eine Verbindung der Formel (II), worin A1 bis A24 unabhängig voneinander, gleich oder verschieden sind und für ein geradkettiges oder verzweigtes Alkyl oder Alkenyl, insbesondere Alkyl, mit 1 bis 12, insbesondere 1 bis 8, bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, oder Cycloalkyl mit 4 bis 8, insbesondere 5 bis 6 Kohlenstoffatomen, stehen, einsetzen. Diese Verbindungen sind von besonderem Interesse, da sie sich auf vergleichsweise einfacher Art ausgehend von den entsprechenden Dialkylaminen, Dialkenylaminen, Dicycloalkylaminen, sekundären Aminen, die einen Alkyl-und Alkenylrest, einen Alkyl-und Cycloalkylrest oder eine Alkenyl-und Cycloalkylrest enthalten, herstellen lassen.

Als Beispiele für Alkyl sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, n-Pentyl, 3-Methylbutyl, n-Hexyl, 2-Ethylhexyl, insbesondere Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, und als Beispiele für Alkenyl sind Allyl, Prop- (2)-enyl, n-But- (2)- enyl, und als Beispiele für Cycloalkyl sind Cyclopentyl, Cyclohexyl, 4-Methylcyclohexyl, 4-tert.-Butylcyclohexyl, zu nennen.

Man kann eine Verbindung der Formel (Ila) und/oder (Ilb), worin ein oder mehrere oder gegebenenfalls alle Substituenten A1 bis A24 die gleiche Bedeutung haben, beispielsweise A'A 2= A 3A4 oder A'A2 = A3A4 = A5A6 oder AA = A3A4 = A A A A oder bis letztendlich A1A2 = A3A4 = A5A6 = A7A8 = ......A23A24 ist, einsetzen.

Diese Verbindungen, in denen zwei oder mehrere Gruppen A1A2, A3A4, A5A6 bis A23A24 einander gleich sind, sind über relativ gut ausgearbeitete Synthesen zugänglich.

Es ist auch möglich eine Verbindung der Formel (Ila) und/oder (IIb), worin ein oder mehrere Substituenten A1 bis A24, beispielsweise AW oder A1A2 und A3A4 oder A'A2 und A3A4 und A5A6 oder letztendlich bis A1A2 und A3A4 und A5A6 ..... A23A24 direkt oder über O oder N-A25 miteinander zu einem gesättigten oder ungesättigten Ring mit 5 oder 6 Ringgliedern verbunden ist, einzusetzen.

Dementsprechend enthalten die Phosphazene einen, zwei, drei, vier oder bis zu zwölf ( : einem P5-Phosphazen entsprechend) der vorstehend erwähnten Ringen.

Es ist ferner möglich, eine Verbindung der Formel (IIa) und/oder (alb), worin ein oder mehrere Substituenten A1 bis A24, beispielsweise AW oder A1A2 und A3A4 oder AW und A3A4 bis letztendlich A23A24 zu einem Ring, der das N-Atom, an den jeweiligen A1 bis A24 sitzen, gegebenenfalls O oder N-A25 und CH2-Gruppen als Ringglieder umfasst, verbunden sind, einzusetzen. In dieser Stoffklasse bilden das N-Atom mit den an ihnen jeweils befindlichen Resten A1 bis A24 beispielsweise einen Hexahydropyridinring, Tetrahydropyrrolring, einen Hexahydropyrazinring oder Morpholinring. Dementsprechend enthalten diese Verbindungen einen, zwei, drei, vier oder bis zu zwölf der erwähnten Ringe.

In den Verbindungen der Formeln (Ila) und (IIb) steht B-für einen einwertigen Säurerest oder das Äquivalent eines mehrwertigen Säurerestes, insbesondere den Rest einer anorganischen Mineralsäure, einer organischen Carbonsäure, einer aliphatischen oder aromatischen Sulfonsäure.

Üblicherweise setzt man eine Verbindung der Formel (II) ein, worin B-für F-, Cl-, Br, 1-, HF2-, BF4-, C6H5S03-, p-CH3-C6H5SO3-, HSO4-, PF6-, CF3SO3-, NO2-, insbesondere darunter wieder F-, Cl-, Br, BF4-und PF6.

Man setzt die Verbindung der Formel (II) in einer Menge von 0,5 bis 35, insbesondere 1 bis 30 und bevorzugt 1 bis 10 Gew. -% bezogen auf die Verbindung die gegen Fluor austauschbares Halogen enthält.

Ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben, seien für Verbindungen der Formeln (Ila) und (IIb) genannt : 1,1, 1,3, 3,3-Hexakis (dimethylamino) diphosphazenium-Halogenid

1,1, 1,3, 3, 3-Hexakis (diethylamino) diphosphazenium-Halogenid 1,1, 1,3, 3,3-Hexakis (dipropylamino) diphosphazenium-Halogenid 1,1, 1,3, 3,3-Hexakis (dibutylamino) diphosphazenium-Halogenid 1,1, 1,3, 3,3-Hexakis (dipentylamino) diphosphazenium-Halogenid 1, 1,1, 3,3, 3-Hexakis (piperidino) diphosphazenium-Halogenid 1,1, 1,3, 3, 3-Hexakis (pyrrolidino) diphosphazenium-Halogenid 1,1, 1,3, 3,3-Hexakis (morpholino) diphosphazenium-Halogenid 1- (Diethylamino)-1, 1,3, 3,3-pentakis (dimethylamino) diphosphazenium-Halogenid 1,1, 1,3, 3-Pentakis (dimethylamino)-3-(dipropylamino) diphosphazenium-Halogenid 1- (Dibutylamino)-1, 1,3, 3,3-pentakis (dimethylamino) diphosphazenium-Halogenid 1,1, 1,3, 3-Pentakis (dimethylamino)-3- (piperidino) diphosphazenium-Halogenid 1,1, 1,3, 3-Pentakis (dimethylamino)-3-(pyrrolidino) diphosphazenium-Halogenid 1,1, 1,3, 3-Pentakis (dimethylamino)-3- (morpholino) diphosphazenium-Halogenid Und von den P5-Phosphazenen : Tetrakis {[tris (dimethylamino) phosphoranyliden] amino} phosphonium-Halogenid Tetrakis {[tris (diethylamino) phosphoranyliden] amino} phosphonium-Halogenid Tetrakis { [tris (dipropylamino) phosphoranyliden] amino} phosphonium-Halogenid Tetrakis {[tris (dibutylamino) phosphoranyliden] amino} phosphonium-Halogenid Tetrakis { [tris (piperidino) phosphoranyliden] amino} phosphonium-Halogenid Tetrakis {[tris (pyrrolidino) phosphoranyliden] amino} phosphonium-Halogenid Tetrakis {[tris(morpholino)phosphoranyliden] amino} phosphonium-Halogenid, mit Fluor, Chlor oder Brom als Halogenid oder Tetrafluoroborat bzw.

Hexafluorophosphat als Anion.

Man kann als Katalysator eine Verbindung der Forme ! (Ha) und (llb) oder ein Gemisch zweier oder mehrerer Verbindungen der Formel (ila) und (IIb) verwenden. Besonders einfach gestaltet sich dieses, wenn man Gemische von Verbindungen der Formel (Ila) und (Ilb), wie diese bei der Synthese anfallen, verwendet.

Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Reaktion setzt man ein Fluorid der allgemeinen Formel 1 oder ein Gemisch von Fluoriden der Allgemeinen Formel 1 ein, worin Me für ein Alkalimetallion, NH4+ oder ein Erdalkalimetallion steht.

Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang der Einsatz von Kalziumfluorid, Ammoniumfluorid, Lithiumfluorid, Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Rubidiumfluorid, Cäsiumfluorid, oder ein Gemisch derselben, insbesondere Lithiumfluorid, Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Rubidiumfluorid, Cäsiumfluorid oder ein Gemisch derselben, zweckmäßig Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Cäsiumfluorid oder ein Gemisch derselben, besonders bevorzugt Kaliumfluorid und/oder Cäsiumfluorid.

Häufig genügt es, Kaliumfluorid als alleiniges Fluorid zu verwenden.

Die Fluorierungsmittel der Formel (I) werden im Rahmen der Erfindung in einer Menge eingesetzt, die ausreicht, das gewünschte Maß des Halogenaustausches zu erreichen. Bevorzugt ist ihr stöchiometrischer Einsatz bezogen auf die Menge der Ausgangsverbindung. Bevorzugt ist aber auch ein Einsatz im Überschuss, besonders bevorzugt die 1,1 bis 2,0-fache molare Menge bezogen auf die Mol der zu ersetzenden Halogenatome in der oder den Ausgangsverbindungen.

Was das Mengenverhältnis betrifft, so ist jedoch zu berücksichtigen, dass es Fälle geben kann, wo die Fluoride der Formel (I) aufgrund von Rührproblemen, undefinierten Nebenreaktionen o. ä. auch im Unterschuss eingesetzt werden.

Man setzt üblicherweise das Fluorid der Formel (I) : Äquivalent auszutauschende Halogenatome im Verhältnis (0,5 bis 10) pro Äquivalent, insbesondere (0,8 bis 5) pro Äquivalent, besonders bevorzugt (1 bis 1,5) pro Äquivalent, ein.

Wie eingangs bereits erwähnt, führt man die Umsetzung in Anwesenheit einer Verbindung der Formel (Ila) und/oder (Ilb), die als Katalysator dient, durch.

Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass man eine Vielzahl von Verbindungen als Ausgangsmaterial einsetzen kann.

So ist es möglich, als Verbindung, die gegen Fluor austauschbares Halogen enthält, eine am Kern einen gegen Fluor austauschbaren Chlor-oder Bromsubstituenten, insbesondere Chlorsubstituenten, besitzende aromatische Verbindung mit 0 bis 3 Stickstoffatomen im Kern, die gegebenenfalls wenigstens einen weiteren, eine nucleophile Substitution an der aromatischen Verbindung begünstigenden Substituenten aufweist, einzusetzen.

Ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben, kommen als Ausgangsverbindungen für das erfindungsgemäße Verfahren aromatische Verbindungen vom Benzol-, Naphthalin-, Pyridin-, Anthracen-, Phenanthren-, Pyrimidin-und Pyrazin-Typ sowie vom Typ benzoanellierter Ringsysteme des Pyridins (Chinolin-, Isochinolin-, Acridin-, Acridon-Typ), des Pyrimidins, Pyrazins und Piperazins (Benzodiazine des Cinnolin-, Phtalazin-, Chinazolin-, Chinoxalin-, Phenazin-, Phenoxazin-Typs) und deren Derivate in Betracht, die gegebenenfalls wenigstens einen weiteren, die nucleophile Substitution an der aromatischen Verbindung begünstigenden Substituenten aufweisen. Dieser weitere, die nucleophile Substitution an der aromatischen Verbindung begünstigende Substituent führt üblicherweise zu einer Aktivierung der aromatischen Verbindung, die dadurch einer Halogen-Fluor-Austauschreaktion leichter zugänglich wird.

Bei dem weiteren, die nucleophile Substitution an der aromatischen Verbindung begünstigenden Substituenten handelt es sich um-I-und-M-Substituenten, die die Elektronendichte respektive die Nucleophilie das Aromaten herabsetzen und dadurch eine elektrophile Substitution erschweren. Der Aromat wird dadurch jedoch gegenüber einer nucleophilen Substitution aktiviert. Die aktivierende Wirkung dieser Substituenten ist besonders groß, wenn sie in ortho-oder para- Stellung zu dem gegen Fluor auszutauschenden Halogen, insbesondere Chlor oder Brom, bevorzugt Chlor, stehen.

Ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben, seien als weitere, die nucleophile Substitution und damit die Halogen-Fluor-Austauschreaktion, insbesondere die Chlor-Fluor-Austauschreaktion begünstigende Substituenten F, CI, Br, J, NO2, NO, CF3, CN, CHO, COF, COCI, SO2F, S02C1, OCF3, SCF3, SOCF3, S02CF3, COOR,

CONRR', S02R, COR, OR oder ein Rest-CO-O-CO-,-CO-NR-CO-, der zwei ortho-Stellungen verknüpft, insbesondere F, Cl, N02, CF3, CN, CHO, COCI, COF, S02F, S02C1, COOR, S02CF, CONRR', S02R, OR bevorzugt F, Ci, N02, CF3, CN, CHO, COCI, wobei R und R'jeweils unabhängig voneinander, gleich oder verschieden sind, und für H ein geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 6, insbesondere 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, ein Aryl mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Aralkyl mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen und die Alkyle und Aralkyl gegebenenfalls einfach bis dreifach halogensubstituiert, insbesondere fluoriert oder chloriert sind, genannt.

Man kann eine am Kern einen gegen Fluor austauschbaren Chlor-oder Bromsubstituenten, insbesondere Chlorsubstituenten besitzende aromatische Verbindung einsetzen, die wenigstens einen weiteren Substituenten aus der Reihe F, Cl, Br, J, N02, CF3, CN, CHO, COF, COCI, SO2F, S02C1, OCF3, SCF3, SOCF3, S02CF3, COOR, CONRR', S02R, COR oder OR oder einen Rest-CO-O-CO-, der zwei ortho-Stellungen verknüpft, aufweist, wobei R und R'jeweils unabhängig voneinander, gleich oder verschieden sind, und für H, ein geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, ein Aryl mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Aralkyl mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen stehen und die Alkyle und Aralkyl gegebenenfalls einfach bis dreifach halogensubstituiert sind.

Die vorstehend erwähnten aromatischen Verbindungen können auch zusätzliche Substituenten enthalten, beispielsweise Alkylreste, Aminogruppen, Alkylaminogruppen, Hydroxygruppen, Nitrogruppen oder Alkoxygruppen.

Man kann als Ausgangsmaterial eine am Kern einen gegen Fluor austauschbaren Chlor-oder Bromsubstituenten, insbesondere Chlorsubstituenten, besitzende aromatische Verbindung, die wenigstens ein gegen Fluor austauschbares Chlor oder Brom, insbesondere Chlor, als weiteren Substituenten und gegebenenfalls wenigstens einen weiteren Substituenten aus der Reihe F, NO2, CF3, CN, CHO, COF, COCI, SO2F, S02CI, OCF3, SCF3, S02CF3, COOR, CONRR', S02R, COR, OR, -CO-O-CO-oder-CO-NR-CO-besitzt, einsetzen. Diese Ausgangsverbindungen besitzen demzufolge wenigstens zwei gegen Fluor

austauschbare Halogensubstituenten, die unabhängig voneinander für Chlor oder Brom, insbesondere Chlor, stehen können, Diese Verbindungen sind üblicherweise einem einfachen oder zweifachen Halogen-Fluor-Austausch zugänglich, ohne dass sie einen weiteren Substituenten aus der vorstehend genannten Reihe besitzen müssen. Sie können aber auch einen weiteren, die nucleophile Substitution der aromatischen Verbindung begünstigenden Substituenten aus der Reihe der zuvor genannten Reste besitzen. Die Anwesenheit der Substituenten erhöht die Reaktivität der aromatischen Verbindung hinsichtlich der Halogen-Fluor-Austauschreaktion.

Mit gutem Erfolg kann man in das erfindungsgemäße Verfahren eine Verbindung der allgemeinen Formel (III) worin W für N oder C-R3, X für N oder C-R4, Y für N oder C-R5, Z für N oder C-R6 steht, W, X und Y nicht zugleich N sind, R', R2, R3, R4, R5, R5 gleich oder verschieden sind und H, F, Cl, Br, J, NO2, NO, CF3, CN, CHO, COF, COCI, SO2F, SO2CI, OCF3, SCF3, S02CF3, COOR, CONRR', SO2R, COR, OR, einen Rest -CO-O-CO-,-CO-NR-CO-oder-CR"=CR"-CR"=CR"-, der zwei ortho-Stellungen verknüpft, bedeuten, R und R'die vorstehende Bedeutung besitzen und R" unabhängig voneinander, gleich oder verschieden sind und dieselbe Bedeutung wie R1 bis R6 haben, und wenigstens einer der Reste R1 bis R6 Chlor oder Brom, insbesondere Chlor ist, einsetzen.

In einer bevorzugten Ausführungsform setzt man eine Verbindung der Formel (III), worin Rl, R2, R3, R4, R5, R5 gleich oder verschieden sind und insbesondere H, F, Cl, Br, NO2, CF3, CN, CHO, COCI, bevorzugt H, F, Cl, NO2, CN, CHO bedeuten, ein.

Man kann auch eine Verbindung der Formel (III), worin nur einer der Reste R1 bis R6 Chlor oder Brom, insbesondere Chlor, ist, keiner der Reste W, X, Y, Z für ein Stickstoffatom steht und wenigstens einer der verbleibenden Reste aus der Gruppe R1 bis R6 NO2, CF3, CN, CHO, COF, COCI, SO2F, SO2CI, SCF3, SOzCFs, COOR, CONRR', S02R, COR, OR,-CO-O-CO-,-CO-NR-CO-oder-CR"=CR"- CR"=CR"-ist, einsetzen.

Ebenfalls bevorzugt ist die Verwendung einer Verbindung der Formel (III), worin zwei oder mehrere der Reste R1 bis R6 Chlor oder Brom, insbesondere Chlor, sind, die Reste W, X, Y, Z für 0 bis 3 Stickstoffatome stehen und die verbleibenden Reste aus der Gruppe R1 bis R6 gegebenenfalls alle für Wasserstoff stehen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Verbindung der Formel (III), worin nur einer der Reste R1 bis R6 Chlor oder Brom, insbesondere Chlor, ist, wenigstens einer der Reste W, X, Y, Z für ein Stickstoffatom steht und die verbleibenden Reste aus der Gruppe R1 bis R6 alle Wasserstoff sein können, eingesetzt.

Der Einbau wenigstens eines Stickstoffatoms in den aromatischen Ring erhöht die Reaktivität der aromatischen Verbindung derart, dass gegebenenfalls auch ohne Anwesenheit eines weiteren, die nucleophile Substitution der aromatischen Verbindung begünstigenden Substituenten ein Halogen-Fluor-Austausch stattfinden kann.

Ebenfalls mit gutem Erfolg kann man eine Verbindung der allgemeinen Formel (IV) einsetzen,

worin W für N oder C-R3 steht, einer der Reste Rl, R2, R4, R5, R6 und gegebenenfalls R3C1, F, NO2, CF3, CN, CHO, COF, COCI, S02F, SO2Cl, OCF3, SCF3, S02CF3, COOR, CONRR', SO2R, COR oder OR ist oder zwei der Reste, die in ortho-Stellung zueinander stehen,-CO-O-CO-oder-CO-NR-CO-bedeuten, wobei R und R'jeweils unabhängig voneinander, gleich oder verschieden sind und für H, ein geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, ein Aryl mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Aralkyl mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen stehen, ein weiterer der Reste Rl, R2, R4, R5, R6 und gegebenenfalls R3 Cl ist und die übrigen Reste für H, F oder Cl stehen.

Die Reste-CO-O-CO-und-CO-NR-CO-betreffen allgemein zwei der Reste R bis R6, die in ortho-Stellung zueinander stehen, insbesondere zwei in ortho- Stellung zueinander stehende Reste aus der Gruppe Rl, R2, R4, R5 und R6, falls W für N steht, oder zwei in ortho-Stellung zueinander stehende Reste aus der Gruppe R2, R3 und R4, falls W für C-R3 steht.

In der Verbindung der Formel (IV) steht einer der Reste Rl, R, R4, R5, R6 und gegebenenfalls R3 oder der Rest R3 insbesondere für Ci, F, NO2, CF3, CN, CHO, COF, COCI, OCF3, COOR, COONRR', COR, OR, -CO-O-CO- oder -CO-NR-CO-, bevorzugt für Cl, F, NO2, CF3, CN, CHO, COOR oder COCI, R und R'bedeuten insbesondere H, ein geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Aryl mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, bevorzugt H oder ein geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt Methyl oder Ethyl, einer oder zwei der Reste Rl, R2, R4, R5, R6 und gegebenenfalls R3 stehen für Cl und die übrigen Reste sind gleich oder verschieden und stehen für H oder Cl.

Die vorstehend aufgeführte Formel (IV) umfasst nicht aktivierte Verbindungen, in denen einer der Reste Rl, R2, R4, R5, R6 und gegebenenfalls R3 für Cl oder F steht und zusätzlich einer, zwei oder mehrere der Reste Rl, R2, R4, R5, R6 und gegebenenfalls R3 für Cl stehen und die daraus resultierenden Verbindungen ein, zwei oder mehr Cl enthalten, falls der eine der vorstehend genannten Reste F ist, oder zwei, drei oder mehr Ci enthalten, falls der eine der vorstehend genannten Reste nicht F sondern Cl Ist.

Beispiele für derartige nichtaktivierte Derivate des Pyridins, wobei in Formel (IV) W für N steht, sind 2, 3-Dichlorpyridin, 2, 4-Dichlorpyridin, 2, 5-Dichlorpyridin, 2, 6-Dichlorpyridin, 3, 4-Dichlorpyridin, 3, 5-Dichlorpyridin, 2,3, 4-Trichlorpyridin, 2,3, 5-Trichlorpyridin, 2,3, 6-Trichlorpyridin, 2,4, 6-Trichlorpyridin, Tetrachlorpyridin und Pentachlorpyridin sowie fluorierte Chlorpyridine, die sich infolge Teilfluorierung aus den vorstehend genannten Chlorpyridinen bilden.

Beispiele für derartige nicht aktivierte Derivate des Benzols, wobei in Formel (IV) W für C-R3 steht, sind 1, 2-Dichlorbenzol, 1, 3-Dichlorbenzol, 1, 4-Dichlorbenzol, 1,2, 3-Trichlorbenzol, 1,2, 4-Trichlorbenzol, 1,3, 5-Trichlorbenzol, 1,2, 3,4- Tetrachlorbenzol, 1,2, 3, 5-Tetrachlorbenzol, 1,2, 4, 5-Tetrachlorbenzol, aber auch fluorierte Chlorbenzole, die sich infolge Teilfluorierung aus den vorstehend genannten Chlorbenzolen bilden.

Die vorstehend aufgeführte Formel (IV) umfasst auch Verbindungen, die einen aktivierenden Rest enthalten. Als aktivierender Rest kommen NO2, CF3, CN, CHO, COF, COCI, SO2F, S02C1, OCF3, SCF3, SO2CF3, COOR, COONRR', S02R, COR, OR,-CO-O-CO-oder-CO-NR-CO-, insbesondere NO2, CF3, CN, CHO, COF, COCI, OCF3, COOR, CONRR', COR, OR,-CO-O-CO-oder-CO-NR-CO-, bevorzugt NO2, CF3, CN, CHO, COCI, COOR, COR in Betracht.

Bei den Verbindungen, die einen aktivierenden Rest enthalten, ist einer der Reste R1 bis R6 in Formel (IV), insbesondere einer der Reste aus der Gruppe R1, R2, R4, R5, R6, falls W für N steht, oder insbesondere der Rest R3, falls W für C-R3 steht, der aktivierende Rest. Der aktivierende Rest entfaltet eine besonders große Wirkung, wenn das gegen F auszutauschende Cl in ortho-oder para-Stellung zu dem aktivierenden Rest steht. In diesem Zusammenhang sei nochmals erwähnt, dass das N-Atom im Pyridinring ebenfalls im Sinne eines Chlor-Fluor-Austausches aktivierend wirkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft nicht nur den Austausch von Cl in ortho- Stellung und/oder para-Stellung zu einem aktivierenden Rest, sondern auch den Austausch von Cl In den weniger begünstigten meta-Stellungen. So kann man auch Verbindungen der allgemeinen Formel (V) einsetzen,

worin W für N oder C-R3 steht, wobei R3 N02, CF3, CN, CHO, COF, COCI, S02F, S02C1, OCF3, SCF3, SOzCFs, COOR, COONRR', SOaR, COR, OR ist oder zwei in ortho-Stellung stehende Reste aus der Gruppe R2, R3, R4-CO-O-CO-oder -CO-NR-CO- sind, insbesondere NO2, CF3, CN, CHO, COF, COCI, OCF3, COOR, CONRR', COR, OR ist oder zwei in ortho-Stellung stehende Reste aus der Gruppe R2, R3, R4 sind, bevorzugt NO2, CF3, CN, CHO, COCI und R1, R2, R4 für H, F oder Cl stehen.

Die Formeln (III), (IV) und (V), die nachfolgend einander gegenüber gestellt werden, (III) (IV) (V) stehen zueinander in einem klaren Zusammenhang. Ersetzt man in Formel (III) X durch C-R4, Y durch C-R5 und Z durch C-R6, so gelangt man zu Formel (IV).

Ersetzt man in Formel (IV) R5 und R6 durch Cl so erhält man Formel (V). Somit lässt sich auch die Formel (V) von Formel (III) ableiten. Auf diesen Zusammenhang sei an dieser Stelle aufmerksam gemacht, um mögliche Missverständnisse zu vermeiden.

Ohne Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben, seien folgende Stoffe, die gegen Fluor austauschbares Halogen enthalten, als kleine Auswahl genannt : 2-Chlornitrobenzol, 2, 4-Dichlornitrobenzol, 2-Chlorbenzaldeyd,

4-Chlorbenzaldehyd, 2-Chlorbenzonitril, 4-Chlorbenzonitril, 2-Chlorbenzoylchlorid, 4-Chlorbenzoylchlorid, 2, 4-Dichlor-benzaldehyd, 2, 6-Dichlorbenzaldehyd, 2, 4-Dichlorbenzonitril, 2, 6-Dichlorbenzonitril, 2, 4-Dichlorbenzoylchlorid 2, 6-Dichlorbenzoylchlorid, 2,3, 4,5, 6,-Pentachlorpyridin und 3, 5-Dichlor-2, 4,6- trifluorpyridin.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in Anwesenheit oder Abwesenheit eines Lösungsmittels durchführen. Werden Lösungsmittel verwendet, so sind sowohl dipolar aprotische und aprotische als auch protische Lösungsmittel, diese aber nur bedingt, geeignet.

Geeignete dipolar aprotische Lösungsmittel sind beispielsweise Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimethylsulfon, Sulfolan, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, 1, 3-Dimethylimidazolin-2-on, N-Methylpyrrolidon, Hexamethylphosphorsäuretriamid, Acetonitril und/oder Benzonitril. Diese Lösungsmittel finden allein oder als Mischung von zwei oder mehreren Anwendungen.

Zu geeigneten aprotischen Lösungsmitteln ohne ausgeprägten dipolaren Charakter gehören unter anderem Kohlenwasserstoffe oder chlorierte Kohlenwasserstoffe, z. B. Benzol, Toluol, ortho-Xylol, meta-Xylol, para-Xylol, technische Gemische isomerer Xylole, Ethylbenzol, Mesitylen, ortho-Chlortoluol, meta-Chlortoluol, para-Chlortoluol, ortho-Dichlorbenzol, meta-Dichlorbenzol, para- Dichlorbenzol oder Gemische eines oder mehrerer dieser Lösungsmittel.

Das aprotische oder dipolar aprotische Lösungsmittel kann in beliebigen Mengen, beispielsweise 5 bis 500 Gew. -% bezogen auf das Substrat, verwendet werden.

Bevorzugt werden allerdings gering Mengen im Bereich von 5 bis 30 Gew.-% bezogen auf die Verbindung, die gegen Fluor auszutauschendes Halogen enthält.

Bei der Verwendung von protischen Lösungsmitteln liegen die eingesetzten Mengen im Bereich von 0,1 bis 5, bevorzugt 0,1 bis 2 Gew. -%, bezogen auf das Substrat, das gegen Fluor austauschbares Halogen enthält. Besonders bevorzugte Ausführungsform ist die Reaktion unter Verzicht eines Lösungsmittels

zu führen, wobei das Edukt selbst bzw. das Produkt die Funktion eines zusätzlichen Lösungsmittels übernehmen können.

Weiterhin bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung, dass die Fluorierung durch Halogenaustausch bei Temperaturen im Bereich von etwa Raumtemperatur bis zur Siedetemperatur des Reaktionsgemisches, in vielen Fällen also des Lösungsmittels, oder der Edukte, welche umgesetzt werden sollen bzw. der Produkte durchgeführt wird, je nachdem, welche Siedetemperatur niedriger ist.

Auch die Durchführung dieser Verfahren oberhalb der Siedepunkte ist eine bevorzugte Ausführungsform, wobei diese Reaktion dann als Druckreaktion geführt werden.

In einer Vielzahl von Fällen genügt es, das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Temperatur von 60 bis 300, insbesondere 90 bis 250, bevorzugt 120 bis 220°C durchzuführen.

Sowohl Reaktionstemperaturen als auch Reaktionszeiten hängen im Einzelfall von der Art des Substrates ab, wobei sich vergleichsweise reaktive Ausgangsverbindungen bei relativ niedrigen Temperaturen umsetzten lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl unter reduziertem Druck als auch unter Atmosphärendruck oder Überdruck ausgeübt werden. Diese Möglichkeit wird beispielsweise genutzt, indem geringe Mengen eines leicht siedenden aprotischen Lösungsmittels, das mit Wasser ein Azeotrop bildet, z. B. Xylole, Chlortoluole, Cyclohexan oder Toluol, vor Beginn der Reaktion in das Reaktionsgemisch gegeben wird. Anschließend wird ein Teil des Lösungsmittels durch Anlegen eines reduzierten Druckes zusammen mit Wasser aus der Reaktionssuspension azeotrop entfernt. Durch diese Verfahrensweise lässt sich die Reaktionsgeschwindigkeit und die Ausbeute steigern und darüber hinaus die Bildung von Nebenprodukten, wie z. B. Phenole oder Phenylether, die sich aus den Produkten und/oder Edukten mit Wasser bilden, minimieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Abwesenheit oder Anwesenheit von Luftsauerstoff durchgeführt werden. Bevorzugt wird aber unter Schutzgas gearbeitet, beispielsweise Argon oder Stickstoff.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner zu gewährleisten, dass während der gesamten Reaktion das Reaktionsgemisch gut durchmischt wird. Schließlich ist auch die Möglichkeit der kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Verfahrensweise bemerkenswert.

Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches kann wie bereits angedeutet vorteilig durch destillative Auftrennung des Reaktionsgemisches erfolgen und ermöglicht es die Lösemittel zu isolieren und zu recyclieren. Zur wässrigen Aufarbeitung kann ein Reaktionsgemisch in einen Überschuss Wasser gegossen und die angefallenen Produkte abfiltriert oder mit organischen Lösemitteln extrahiert, wobei die anorganischen Abfallsalze mit der wässrigen Phase aus dem Prozess ausgekreist werden.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Veranschaulichung des Gegenstandes der Erfindung, ohne dass die Erfindung auf diese Beispiele beschränkt sein soll.

Beispiele Die im weiteren beschriebenen und zu den Versuchen eingesetzten Phosphazene wie z. B. 1,1, 1,3, 3,3-Hexakis (piperidino) diphosphazeniumchlorid und 1,1, 1,3, 3,3- Hexakis (pyrrolidino) diphosphazeniumchlorid werden in Analogie zur Literatur R.

Schwesinger et al. Liebigs Ann. 1996,1055-1081 bzw. R. Schwesinger et al., Chem. Ber. 1994,127, 2435-2454 hergestellt.

Austestung der katalytischen Aktivität Allgemeine Darstellung von 2, 6-Difluorbenzaldehyd (DFBAL) aus 2-Chlor-6- fluorbenzaldehyd (CFBAL) mittels Chlor-Fluor-Austauschreaktion H, O H, O F Cl A/KF/Katalysator F F - KCl a

158,09 g/mol 142,1 g/mol Zu 277,5 g 2-Chlor-6-fluorbenzaldehyd (1,75 mol) werden nacheinander 9,5 mmoi des entsprechenden Katalysators, 92,1 g Kaliumfluorid (1,57 mol) und 39,5 Chlorbenzol zugegeben. Durch Destillation bei verminderten Druck wird die Reaktionsmischung azeotrop getrocknet. Danach wird auf 190°C gebracht und 24 Stunden gehalten. Die Menge an gebildeten 2, 6-Difluorbenzaldehyd wird gaschromatographisch bestimmt.

Tabelle 1 : Ausbeuten an 2, 6-Difluorbenzaldehyd (DFBAL) aus der HALEX- Reaktion von 2-Chlor-6-fluorbenzaldehyd (CFBAL) in GC-Flächenprozent Katalysator Relative DFBAL-Konzentration unkatalysiert 0,3 N (CH3) 4Ci 14, 6 P(Ph)4Br 19,2 P1EtBr 59,8 P1PipCl 61,6 P2PyrCl 88,7 P2PipCI 88, 5 N (CH3) 4CI : Tetramethylammoniumchlorid P (Ph) 4Br : Tetraphenylphosphoniumbromid P1EtBr : Tetrakis (diethylammino) phosphoniumbromid P1pIpCl : Tetrakis (piperidino) phosphoniumchlorid P2PyrCI : 1,1, 1,3, 3,3-Hexakis (pyrrolidino) diphosphazeniumchlorid

P2PiPCI : 1,1, 1,3, 3,3-Hexakis (piperidino) diphosphazeniumchlorid Allgemeine Darstellung von Pentafluorpyridin (PFPy) aus 3, 5-Dichlor-2, 4,6- fluorpyridin (DCTFPy) mittels Chlor-Fluor-Austauschreaktion F F F ci ci F ci F F 215°C/KF/Katalysator f \ + 1 1 F NF KC F N F F N F

201,962 g/mol 185,507 g/mol 169,052 g/mol In 135 g geschmoizenen Sulfolan (1,12 mol) werden nacheinander 11 mmol des jeweiligen Katalysators, 38,3 g Kaliumfluorid (0,66 mol) und 50 g Chlorbenzol vorgelegt. Durch Destillation bei verminderten Druck wird die Mischung azeotrop getrocknet. Man kühlt auf 40°C ab, überführt in einen Autoklaven und gibt zu der warmen Reaktionsmischung 44,4 g 3, 5-Dichlor-2, 4, 6-fluorpyridin (0,22 mol). Man erhitzt auf 215°C, nach 22 Stunden wird auf Raumtemperatur abgekühlt und der Gehalt an Pentafluorpyridin (PFPy) gaschromatographisch bestimmt.

Tabelle 2 : Ausbeuten an Pentafluorpyridin (PFPy) aus der Halex-Reaktion von 3, 5-Dichlor-2, 4, 6-fluoropyridin (DCTFPy) in GC-Flächenprozent

Katalysator DCTFPy CTFPy PFPy unkatalysiert 55 45 0, 2 P (Ph) 4Br 38 59 3 P1 PipCI 75 P2PyrC 0 45 55 P (Ph) 4Br : Tetraphenylphosphoniumbromid P1 PipCI : Tetrakis (piperidino) phosphoniumchlorid P2PyrCI : 1,1, 1,3, 3, 3-Hexakis (pyrrolidino) diphosphazeniumch lorid