DE2301551A1 - Fluorkohlenstoffverbindungen - Google Patents
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Description
Kappe 23083 - Dr.K/hr
Case KD.24642
Case KD.24642
IMPERIAL CHEMICAL EEDUSTRIES LIMI-IED,
London, (xrossbritannien
H ^luorkohlenstoffverbindungen"
Priorität; 13. Januar 1972, Grossbritannien Nr. 1597/72
Die Erfindung besieht sich auf neue Verbindungen, die hochfluorierte
aliphatische Gruppen enthalten.
G-eisäss der Erfindung werden Verbindungen der allgemeinen
Formel
A»-1 (HF)x] (05H4N)0
vorgeschlagen, worin η für eine ganze Zahl von 3 bis 20 steht
und χ für 0 oder 1 3teht, wobei die Gruppe C5H4N ein Pyridinkern
ist und wobei ö ein Sauerstoffatom ist, das !covalent an ein Kohlenstoffatom des Kerns gebunden ist.
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Ia einer allgemeinen Form der Erfindung verbindex da3 Sauerstoff
atos· kovalent den Pyridinkern (Cj-H.K) mit dem. Rest der
Struktur, die der Fluorkohlenstoffteil (CnF2n-^(Η?5χ)—-ist.
Bas Sauerstoffatom ist bei diesen Qxypyridinderivaten vorzugsweise
in der 3-Steilung des Pyridinkerns gebunden, aber es
kann auch, gegebenenfalls in der 2- oder der '4-Stellung gebunden
sein. Alternativ kann das Sauers Ό off atom auch kovalent
durch eine Doppelbindung an den Pyridinkem gebunden sein»
und in dieser Form besitzt der Hing eine cünoide Eons.
ο=/ Λ
Diejenigen Oxypyridinderivate, die eine chinoide Struktur aufweisen,
werden gebildet, wenn das Sauerstoffatom, sich in der
2- oder 4-Stellung des Kerns befindet. In diesen Fällen ist
der Fluorkohlenstoff teil direkt an das Stickstoffatom des Kerns gebunden.
Geniäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
Verbindungen der allgemeinen Formel
ΟΛη-ΓΟ(α5Η4Ν)
vorgeschlagen, worin η für eine ganze Zahl von 3 bis 20 steht,
wobei die Gruppe Ct-H.3J ein Pyridinkern ist, der durch einen ,
Xthersauerstoff an die C F0 ,-Gruppe gebunden ist.
Der Fluorkohlenstoff teil der Struktur kann, wenn χ für 0 steht,
eine Perfluoralkenylstruktur C F0 . mit einem verzweigten
oder geradkettigen Skelett sein, worin die Doppelbindung vorzugsweise sich an einem Kohlenstoffatom befindet, das der
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Bindung zxxz. Pyridinkern benachbart ist. Sie sind bevorzugte
Ausführungsforraen der Erfindung, wobei der Fluorkchlenstoffteil
sich zweckrüäSEigerweise von einem verzvreigten Gligcner
von Tetrafluorethylen ableitet, vorzugsweise von einen- GIigosier,
das 8, 10 oder 12 Kchlenstoffatcne enthält, vas Verbindungen
ergibt, in denen der Wert η 8, 10 oder 12 beträgt.
Alternativ kann 3: für 1 stehen. Die Pluorkohlenstoffetruktur
ist dann eine hoch-fluorierte Alkylstruktur, die 1 Wasserstoffatozn
enthält» Das Kohlenstoffatom, welches das Wasserstoff
atcn trägt, ist vorzugsweise in Verhältnis zur Bindung
ZU21 Pyiridinkern ein beta-Echlenstoffatom. Die bevorzugte
Struktur für diese Fora einer hoch-fluorierten Alkylgruppe
ist soEit -CPgC^HC^^P- _, worin η für 3 bis 20, verzugsweise
3 bis 6, steht und die kürzeste Gruppe -CF2CFHCF., die
besonders bevorzugte Form darstellt.
Die erfindungsgenassen Verbindungen können durch Umsetzungen
zwischen Perfluorkohlenstoffverbindungen, die ungesättigte
Gruppen enthalten, und Eydroxypyridinen hergestellt werden.
Die ungesättigten Gruppen in den Perfluorkohlensxoffverbindungen
können endständige (beispielsweise Perfluorvinyl) oder innenstandige Gruppen sein. Sie umfassen sowohl solche, die
an der Dcppelbinaung ein Fluoratom enthalten (beispielsweise in T-etrafluoräthylenpentamer) wie auch solche mit inneren
Doppelbindungen, die vollständig mit Perfiuoralkylgruppen
substituiert wira (beispielsweise in ietrafluoräthylentetraiser),
Die Reaktion kann in Gegenwart eines Prctonenakzeptors ausgeführt
werden, wobei es sich beispielsweise um eine Base handelt, die organisch sein kajji (vorzugsweise ein tertiäres
Amin) oder die anorganisch sein kann (verzugsweise ein
Carbonat oder Silikat eines Alkalinetails. Alternativ kann
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der Protonenakzeptor vor der Zugabe der Perfluorkchlenstoffverbindung
mit dem Hydroxypyridin umgesetzt werden. Beispielsweise kann ein Alkalimetallderivat des Hydroxypyridine
hergestellt und anschliessend mit der Perfluorkohlenstoffverbindung
umgesetzt werden, um die erfindungsgeinäßsen Verbindungen
herzustellen.
Die Reaktion kann in einem geeigneten inerten, vorzugsweise
einem polaren aprotischen, Lösungsmittel ausgeführt verden, wie z.B. in einem Keton, einem ΪΓ,Ιί-Dimethylcarbonsäureamia
oder einem Dialkylsulfoxid. Dime thy lsulf oxid, Methyl-äthylketon
und Dimethylformamid sind die bevorzugten Lösungsmittel,
Die Verbindungen
I20-I (HP)
Jj
die eine Perfluoralkenylgruppe enthalten, sind brauchbare oberflächenaktive Verbindungen für die Behandlung von Oberflächen,
wie z.B. von porösen Oberflächen und insbesondere Papier— oder Textiloberflächen. Die Perfluoralkenylgruppe
verleiht solchen Oberflächen eine Änderung der Eigenschaften, beispielsweise eine Erniedrigung der freien Oberflächenenergie,
wodurch der Oberfläche eine Abstossung für organische Moleküle erteilt wird. Die mit den erfindungsgeaässen
Verbindungen behandelten Oberflächen besitzen eine höhere Ölabweisung als vor der Behandlung.
Zusätzlich zu den allgemeinen oberflächenaktiven Eigenschaften,
die oben beschrieben wurden, ist eine Hasse von erfindungsgemässen
Verbindungen, nämlich diejenigen der Struktur
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brauchbar als Zwischenprodukte bei der Herstellung von Verbindungen,
die eine Reihe weiterer nützlicher Eigenschaften aufweisen, d.h. Verbindungen die ein Kation der allgemeinen
Formel
worin R für eine Alkylgruppe steht, gemeinsam mit einem Anion
aufweisen.
Das Anion kann irgendein Anion sein, welches nicht die oberflächenaktiven
Eigenschaften des Kations in abträglicher Weise beeinflusst. Beispiele hierfür sind Halogenid-, Sulfat- und
Phosphatanionen und organische Säureanionen (beispielsweise Alkylsulfatanionen) oder Gemische daraus.
Diese Verbindungen können durch Quaternisierurg der Stickstoffatome
des Pyridinkerns mit üblichen Reagenzien, wie z.B. axt Bialkylsulfaten, Alkylhalogeniden, vorzugsweise Jodiden,
oder Alkylestern von Arylsulfonsäuren, insbesondere solchen,
worin die Alkylgruppe eine niedrige Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen ist, hergestellt werden.
Solche Salze sind wasserlösliche Verbindungen, die sich als kationische oberflächenaktive Mittel in wässrigen Systemen und
als biozide Verbindungen eignen, beispielsweise als antibakterielle Verbindungen oder Potentiatoren für andere bekannte
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antibakterielle Verbindungen, wie ζ,ΰ, phenolische Verbindungen,
Hypochlorite, Biguanide und quäternäre Kohlenwasserstoffverbindungeit,
vie sie in der "britischen Patentanmeldung 15 7S0/71 (= belgisches Patent 783 630) beschrieben sind.
Die Verbindungen, die wie oben beschrieben als Zwischenprodukte
brauchbar sind, besitzen gegenüber vielen anderen Verbindungen, die aus Perfluorverbindungen und eines aromatischen Hing gebildet
sind, Vorteile, weil nämlich nur eine chemische Stufe erforderlich ist, um sie in ein Material zu überführen, das
eine hydrophile G-ruppe aufweist und das eine bemerkenswerte
Oberflächenaktivität und oftmals auch eine Löslichkeit in Wasser besitzt.
Als Alternative zur Quaternisierungsstufe kann der Stickstoff
oxidiert werden, wobei Aminoxide entstehen. Diese Materialien besitzen ebenfalls in wässrigen Lösungen nützliche Eigenschaften,
insbesondere als Zusätze für Dexergenzien, Hypochloritbleichen,
oder andere Reinigungszusammensetzungen.
Me Verbindungen, die einen chinoiden Pyridinkern aufweisen,
besitzen aueh eine gewisse biochemische Reaktivität, weshalb diese Verbindungen auch als Insektizide, Fungizide oder Herbizid<
brauchbar sind, ohne dass sie irgendwie noch weiter chemisch umgewandelt werdan.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert·
Zu eines gerührten Gemisch aus 1 KoI (500 g) Tetrafluoräthylenpentamer
und. 1 Hol (138 g) wasserfreiem Kaliumcarbonat in 1 1
309833/1116
DiE.ethylsulfoxid wurde während 12 2<äinuten 1 KoI (95 g) 3-
in Dinetr.ylsulfoxid
Eydrcxypyridin/zugegeben. Die Reaktion wurde dadurch ausgeführt,
dass das Genasen 4 Stunden bei 25°C gerührt wurde. Beim. Stehen trennte sich das Gemisch in zwei Schichten. Die
■untere Schicht wurde entfernt, mit Wasser gewaschen, getrocknet
und unter Vakuum destilliert, wobei 506 g einer farblosen Plus ι
ma Es siedete.
ma Es siedete.
farblosen Plüssigkeit erhalten wurden, die bei 75 C und 2,5
Die Infrarctanalyse zeigte Absorptionsspitzen bei 1570, 1470,
und 1430 cm"" (C»*C-und C^Ii-Schwingungen) sowie bei 1237 vucä
1180 en"" (C-F-Schwingungen).
Das Kassenspektrum des Produkts zeigte ein Kolekularion bei
tt/e 575» was der erwarteten Kolekularforniel C11-H^P10OIi entspricht.
Die magnetischen Pluorkernresonanz- und Prot-onenkemrescnanzspektren
stinmiten vollständig cit der Struktur
überein. Durch Elementaranalyse des Produkts wurde festgestellt,
dass es 31,43 % Kohlenstoff, 61,33 % Fluor, 0,75 J*
"tfassersxoff und 2,67 ΐ° Stickstoff enthielt. (Die theoretischen
vierte für C15P19H4KO sind 31,35 1° Kohlenstoff, 62,8 >
F-luor, 0,76 τ* Wasserstoff und 2,44 0A Stickstoff).
Sine ätherische lösung von 0,2 Mol (115 g) des in Beispiel 1
hergestellten Pyridyläthers, die mit 0,2 KoI (26 g) Dimethylsulfat
behandelt worden war, schied beim Stehen weisse Kristalle
309833/111b
des auaternären Methosulfatsalzes
, CH-SO ~ 3 3 4
at. Das quateraäre Salz besass einen Schmelzpunkt von 95 "ei
10G0C. Wässrige Lösungen ergaben Oberflächenspannungswerte
von 23»1» 36,2, 52,8 und 61,3 Dyn/cm bei Konzentrationen von
1 %, 0,1 £, 0,01 £ bzw. 0,001 #.
Ein 300 ml fassender Autoklav, der mit 7,1 g 3-Eydroxypyridin,
15g Kaliumcarbonat und 80 ml Kethyl-äthyl-keton beschickt
war, wurde mit Stickstoff gespült ,verschlossen und mit Kexafluorpropen
unter Druck versetzt. Ss entstand eine exotherme ■Reaktion, und der Druck fiel. Der Behälter wurde fortlaufend
unter Druck versetzt, bis kein Druckabfall mehr eintrat. Das ßeaktionsgemisch wurde filtriert und destilliert. Eine bei
bis 66 C und 7 maa siedende Fraktion mit einem Gewicht von 12g
wurde gesammelt. Durch Massenspektrometrie wurde gezeigt, dass
sie Kuttermolekularionen von K^ 245 und 225 besass.
Infrarot- und magnetische Kemresonanzspektroskopie zeigte,
dass das Produkt ein Gemisch aus
(1) CP3CFHCP2O(G5H4Ii)
(2) trans-CP3CP=CPO(C5H4N) und
(3) CiS-CP3CP=CPO(C5E4Ii)
war.
war.
Das Gewichtsverhältnis dieser Komponenten 1:2:3 im Produkt wurde zu 20:2:1 bestimmt· Bedeutende Absorptionsspitzen im
30983 3/1 Π &
Imfraroxspektrum des gemischten Produkts traten, bei »'eilenlängen
von 6,80, 7,00, 7,23, 7,77, 8,4 (breit), 8,97, 9,7ö,
9,88, 10,86, 11,14, 11,41, 11,70, 12,12, 12,37, 13,1**, 13,3C3
14,10 Dzv. 14,27 μ auf.
Ein Zolben, der mit einem Vibrationsrührer ausgerüstet war,
wurde über einen Kühler an einen Manometer, eine Hexailuorpropenquelle
und eine Vakuumpumpe angeschlossen. Der Kolben
wurde mit 200 ml Methyl-äthyl-keton, 22 g Kaliumcarbonat und
10 g 4-Kydroxypyridin beschickt, auf -200G abgekühlt, ausgepumpt
und dann mit Hexafluorpropen wieder auf atmosphärischen Druck gebracht. Der Rührer wurde angeschaltet. Wenn der
Druck abfiel, wurde Hexafluorpropen in das System eingelassen, un. einen Druck von etwa 1 at aufrechtzuerhalten. Die Behältertenperatur
stieg während der Reaktion auf ungefähr -15°C. Wenn kein weiteres Hexafluorpropen mehr aufgenommen wurde,
wurde das Reaktionsgemisch filtriert und das Lösungsmittel bei atmosphärischen Druck abdestilliert. Der Rückstand wurde
bei vermindertem Druck destilliert.'11,6 g einer Hauptfraktion
mit einen Zp von 130 bis 134 C/20 Em wurde gesammelt. Durch
Infrarot-, magnetische Kernresonanz- und Kassenspektrometrie
(Kuttermolekularionen M/£r 245 und 225) wurde gezeigt, dass es
sieh um ein Gemisch aus
C=C
\=r
309833/11
II
CF, CFECFJi F=O III
handelte.
Das Verhältnis dieser drei Komponenten I:IIsill im Produkt
wurde zu 3,7:3»2:1 bestimmt. Bedeutende Absorptionsspitzen im Infrarotspektrum traten bei einer Wellenlänge von 3,25»
5,66, 5,99, 6,18, 7,26, 7,59, 8,26, 8,41, 8,62, 9,12, 9,44,
10,77, 11,70 bzw. 13,42^u auf.
3s wurde eine Reaktion zwischen 2-Hydroxypyridin und Hexafluorpropen
ausgeführt, wie es für die Reaktion zwischen
Eexafluorpropen und 4-Hydroxypyriain beschrieben wurde.
wurden 19,4 'g eines Produkts mit einem Kp von 69 bis 700C/
2 "bis 3 ms erhalten. Es wurde durch magnetische Kernresonanz-,
Infrarot- und Kassenspektrometrie (Muttermolekularionen bei
225 und 245) als Gemisch aus
CF3CFHCP -
3 0 9 8 3 3/1115
C=C
CP, ■ N
3 ^ ,
identifiziert. I, II und III waren im Verhältnis von 21:12:10
vorhanden. "Wesentliche Absorptionsspitzen im Infrarotspektrum
traten bei Wellenlängen von 5,90, 6,19» 6,48, 7,30, 7,66,
7,82, 8,35, 8,60, 8,79, 9,50, 10,12, 10,63, 11,09, 11,50, 11,70, 11,86, 12,20, 13,16, 13,44, 13,60, 13,70 bzw. 14,2Ou
auf,
0,3 KoI (120 g) fetrafluoräthylentetramer wurden tropfenweise
unter Sühren zu einer lösung von 0,33 Hol (31,3 g) 3-Hydrcxy—
pyrioin in 300 ml Eiiaethylsulfoxid, die 0,3 Mol (41,4 ml)
'iriäthylamin enthielt, während 1 Stunde zugegeben. Das Gemisch
wurde weitere 3 Stunden bei
Schichten trennen gelassen.
wurde weitere 3 Stunden bei 25 C gerührt und dann in zwei
Die untere Schicht wurde mit ¥asser gewaschen, getrocknet und
destilliert, wobei eine farblose Flüssigkeit mit einec Siedepunkt von 70 bis 72°C/5 mm Hg erhalten wurde.
Spektroskopische Kessungen der Verbindung stimmten vollständig
309833/111&
mit der Pormel
überein.
Durch Elementaranalyse des Produkts wurde festgestellt, dass
es 33,17 56 Kohlenstoff, 0,79 £ Wasserstoff, 2,96 ^ Stickstoff
und 56,88 % Fluor enthielt. (Die theoretischen Werte für
C13P15H4KO sind Kohlenstoff 32,85 $>* Wasserstoff 0,84- %,
Stickstoff 2,95 # und Fluor 60 %).
Das aus dem quaternären Methosulfat CCF. r-OCr-E.itCE,(CH^SO ~)
S15P4 33 4-
bestehende oberflächenaktive Mittel konnte leicht in quantitativer
Ausbeute als weisser vrachsartiger Feststoff (Schmelzpunkt
87°C) hergestellt werden, indem eine ätherische lösung des 3-£etrameräthers von Pyridin mit Dimethylsulfat behandelt
wurde.
Wässrige Lösungen dieser Verbindung besassen Oberflächenspannungen
von 21,8, 39,0, 57,8 und 63,7 Dyn/em bei Konzentrationen von 1 #, 0,1 £, 0,01 $>
bzw. 0,001 >.
(a) Zu einem gerührten Gemisch aus 0r2 Hol (IOO g) Tetrafluoräthylenpentamer,
0,21 Mol (20 g) 3-Hydroxypyridin und 100 ml trockenem Diicethylf ormami d wurde langsam unter Rühren
eine Lösung von 0,21 Mol (22 g) Methylamin in 100 ml Dimethylformamid
zugegeben. Das Rühren wurde 48 Stunden bei EaumteiEperatur
fortgesetzt, worauf das Reaktionsgemisch in eine verdünnte Säure eingegossen wurde. Die untere Schicht, die
sich beim Stehen während einiger Minuten bildete, wurde ab-
309833/1116
laufen gelassen. Diese untere Schicht wurde in Methylen-Chlorid
aufgelöst, mit Wasser gewaschen und getrocknet, und hierauf wurde das lösungsmittel durch Destillation entfernt·
Der Bückstand wog 95 g. Br wurde unter vermindertem Druck bei 98 Ms 110°C/3 H3 destilliert. Das Destillat wurde durch Gas/
Flüssigkeitε-Chromatographie geprüft. Es wurde festgestellt,
dass es aus drei Komponenten bestand. Eine weitere Prüfung durch Hassenspektrometrie und magnetische Kernresonanz-19pspektrosfetrie
ergab, dass diese Komponenten Isomere des Pyridyläthers C.qP.qOCC^H.N) waren. Die Isomeren besassen
die Strukturen
(C2F5)2C?3CC -C- 0(C5H4K) I
(C2F5)2C?3CC -C- 0(C5H4K) I
CP2
0(C5H4N)
(C2P5)2CP3CC - CPCP3O(C5H4Ir) III .
CP2
Das Holverhältnis dieser drei Komponenten war annähernd 2:1:1·
(b) Der Versuch von Beispiel 7(a) wurde wiederholt, ausser dass das Reaktionsgemisch nur bei Baumtemperatur 4 Stunden gerührt
wurde und das Produkt in der gleichen Weise wie in Beispiel 7(a) unnittelbar nach der 4 Stunden dauernden Reaktion
isoliert wurde. Das Verhältnis der Isomeren I:IIsill war in
diesem Pail 8:1:1.
Sei3Piel 8
Der in Beispiel 7(b) beschriebene Versuch wurde wiederholt, wobei Acetonitril als Lösungsmittel verwendet wurde. Das Produkt
war in diesen Pail nahezu ausschliesslich das Isomer I,
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wobei nur eine Spur von II und III vorhanden var· *
aienn ein Gemisch aus 1,27 Mol (730 g) der Isomeren von
C10P15OG5H N, das durch Beispiel 7(a) oder 7(b) hergestellt
worden war, und 1,56 Mol (197 g) Dimethylsulfat in 1,2 1 Methylenchlorid 5 Stunden lang auf massigen Rückfluss gehalten
wurde, dann fielen 791 g der isomeren Methosulf ate
aus» Es wurde gezeigt, dass sie alle die Formel C10P19O(C5H ScH3) (CH'SO.) aufwiesen, und dass das Verhältnis
eines jeden anwesenden Isomers der C10F1Q-(JrUpPe vor und
nach der Quaternisierung des Stickstoffs unverändert blieb·
Patentansprüche;
309833/1115
Claims (1)
- PAgSNfEANSPSuCKS i1. Verbindungen der allgemeinen Formel■worin η für eine ganze Zahl von 3 bis 20 steht, χ für O oder 1 steht, die Gruppe (Ο^Η,ίί) für einen Pyridinkern steht und O für ein Sauerstoffatom, das kovalent an ein Eohlenstoffaton des Eerns gebunden ist, steht.2. Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sauerstoff at on eine Ätherbindung zwischen der Gruppe /ß Pp 1 (EF) Jf und dem Pyridinkern bildet.3. Verbindungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sauerstoffatom an die 3-Stellung des Pyridinkeras gebunden ist.4. Verbindungen'nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass χ für O steht und die Formel wie folgt ist:5. Verbindungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe C ^2n-1 eine ver~ zweigte Perfluoralkenylgruppe ist, die sich von einem Oligoicer von letraflucräthylen ableitet.6. Verbindungen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass in der GruoDe C F0 . η für 8, 10 oder 12 steht.η 2n—17. Kationisches oberflächer-sktives Kittel, dadurch gekenn309833/11Uzeichnet, dass es sich von einer Verbindung nach einem, der Ansprüche 2 bis 6 durch Quateraisierung des Pyridinkerns ableitet.8. Eationisches oberflächenaktives Kittel, dadurch gekenn zeichnet, dass es ein Kation der Strukturworin η für eine ganze Zahl von 3 bis 20 steht, χ für Q oder 1 steht und E für eine Alkylgruppe steht, und ein Anion aufweist.9. Zationisches oberflächenaktives Kittel,nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylgruppe R bis zu 5 Kohlenstoff atome enthält.1 Ο,- Aminoxi'd der Formelworin η für eine ganze Zahl von 3 bis 20 steht und χ für 0 oder 1 steht..11. Verfahren zur Herstellung von Oxypyridinderivaten von Perfluorolefinen, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Perfluorolefin mit einem Kydroxypyridin in Gegenwart eines Protonenakzeptors und eines, polaren aprotischen Lösungsmittels zusaianenb ringt." 309833/-1 11b. .12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Protonenakzeptor eine Ease verwendet wird.13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Base ein organisches tertiäres Amin verwendet wird«14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Base ein Carbonat oder Silikat eines Alkalimetalle verwendet wird.ΡΑΤΓΜ-O«. !NC '309833/1115
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