CN101305015A - 借助非极性胺从化学反应混合物中分离酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种借助至少一种非极性胺作为辅助碱，从包含至少一种微溶于水的有价值产物的反应混合物中分离酸的方法，其包括如下步骤：a)使辅助碱与酸反应并形成盐；b)使步骤a)中形成的盐与接受酸并释放辅助碱的另一碱反应；c)用水或含水介质萃取步骤b)中获得的混合物，其中另一碱的盐溶于水相且有价值产物或有价值产物在合适溶剂中的溶液和辅助碱形成至少一种分离的非水相；和d)通过蒸馏从步骤c)中获得的所述至少一种非水相中除去辅助碱和/或至少部分存在的溶剂，其中可形成两种不溶混的液相。本发明进一步涉及一种制备硫代磷酸酰胺的方法、可通过该方法得到的硫代磷酸酰胺以及这些硫代磷酸酰胺作为含尿素的无机和/或有机/无机肥料的添加剂的用途。
Description
本发明涉及一种借助非极性胺而改进从极性反应混合物中除去酸的方法。此外，本发明涉及一种制备硫代磷酸三酰胺的方法，可通过该方法获得的硫代磷酸三酰胺，以及这些硫代磷酸三酰胺作为含尿素的无机和/或有机-无机肥料的添加剂的用途。
熟练技术人员经常面对捕捉在化学反应过程中释放的酸或从反应混合物中除去酸的问题。其中在反应过程中释放酸的反应的实例为醇或胺与卤代硅烷的甲硅烷化、胺或醇与卤化磷的磷酸化、由醇或胺与磺酰氯或磺酸酐形成磺酸酯或磺酰胺以及由酰基卤或酐与醇或胺形成酰基化合物。
通常而言，必须将这些释放的酸与碱结合并形成盐，以防止有价值产物的次级反应和后续反应，或仅从所需反应产物中除去酸。
从化学反应混合物中除去酸的方法描述在WO 03/062171中。该借助离子液体除去酸的方法通常允许化学反应混合物中有价值的非极性产物与酸分离。为此使有价值的非极性产物与极性离子液体间相分离，得到酸和加入的碱。然而，如果有价值产物在性质上太极性，则有价值产物和离子液体间的相分离被阻止或变得不可能。有价值的极性产物不能通过描述在WO 03/062171中的方法分离。
本发明的目的为提供一种从具有微溶于水的有价值产物的化学反应混合物中除去酸的方法，其允许技术上简单的液-液相分离。
根据本发明，该目的通过将为非极性胺的辅助碱用于除去酸而实现。
本发明涉及一种借助至少一种非极性胺作为辅助碱，从包含至少一种微溶于水的有价值产物的反应混合物中除去酸的方法，其包括如下步骤：
a)使辅助碱与酸反应并形成盐；
b)使步骤a)中形成的盐与另一碱反应，该碱接受酸并释放辅助碱；
c)用水或含水介质萃取步骤b)中获得的混合物，其中另一碱的盐溶于水相且有价值产物或有价值产物在合适溶剂中的溶液和辅助碱形成至少一种分离的非水相；和
d)通过蒸馏从步骤c)中获得的所述至少一种非水相中除去辅助碱和/或至少部分任选存在的溶剂，其中可形成两种不溶混的液相。
本发明进一步涉及一种通过借助至少一种非极性胺作为辅助碱使硫代磷酰氯与至少一种伯胺或仲胺在惰性溶剂中反应，根据本发明方法从反应混合物中除去酸而制备硫代磷酸三酰胺的方法，以及涉及可使用该方法获得的硫代磷酸三酰胺以及这些硫代磷酸三酰胺作为含尿素的无机和/或有机/无机肥料的添加剂的用途。
当混合物的两种组分极性足够不同时，即当一种组分较为极性，而另一种组分较为非极性时，在液体混合物中总出现相分离。评价其中满足该要求的体系的定量方法为一种组分在各自的另一种组分中无限稀释的各自的活性系数γ∞。如文献(H.R.Null“Phase Equilibrium in Process Design”，Wiley Interscience，1970)中所述，相分离仅当γ∞＞7.39时出现。为此，其中满足上述要求的所有体系应允许相分离且因此应适合所涉及的方法。
由于易于水解的原料优选在辅助碱(碱1)存在下和合适的话在溶剂存在下无水反应，本发明得到了有价值产物和形成或存在的碱1和酸的盐(碱1·酸)的均相或非均相混合物。辅助碱可包含在反应混合物中或可随后加入。有利的是，辅助碱在有价值产物不进行明显分解的温度下为液体。
为分离该混合物，加入接受酸的另一碱(碱2)。这又释放了非极性碱1。此外，加入的碱2例如通过亲核反应(例如卤化磷与氨形成磷酰胺)的碱而参与形成有价值产物或其它转变。
适合作为碱2的碱尤其为比用作辅助碱的碱1强的那些。然而，当质子转移受次级作用如盐在无水体系中沉淀的影响时，同样适合作为碱2的为基于pK值形式上比所用辅助碱弱的那些碱。这里，如用于完全化的驱动力，质子转移通过其为释放的氯化物的盐的晶格能驱动。例如当将氨用作碱2时就是这样的，且形成固体氯化铵，因为pKB值为4.77的氨是例如比三乙胺(pKB＝3.25)弱的碱。在任何情况下，碱2与待从碱1接受的酸一起必须形成非常易溶于水的盐。
在优选实施方案中，在本发明方法的步骤c)中获得的有价值产物和辅助碱(碱1)的非水性混合物与任选存在的溶剂一起形成均相。例如当有价值产物和辅助碱相互溶混时就是这样的(方案1)。在该情况下，有价值产物通过蒸馏除去所有辅助碱和任选存在的溶剂而分离。
然而，在合适溶剂存在下，甚至当有价值产物和辅助碱不相互溶混时，均匀的非水相也可在本发明方法的步骤c)中形成(方案2)。在该情况下，有价值产物可通过蒸馏部分或所有溶剂除去而分离，这导致了可以分离且其中一个包含有价值产物，而另一个包含辅助碱的两种液相。作为替换，辅助碱还可通过与溶剂一起蒸馏而除去，其中有价值产物作为残余物而保留。
在另一优选实施方案中，在本发明方法的步骤c)中获得的有价值产物和辅助碱(碱1)的非水性混合物与任选存在的溶剂一起呈两相形式(方案3)。例如当有价值产物和所用溶剂较为极性以使它们不与根据本发明用作辅助碱的非极性胺混合时，就是这样的(方案1)。这里，有价值产物和辅助碱可通过相分离而立即分离；需要的话，任选存在的溶剂可通过蒸馏从有价值产物中随后除去。作为替换，辅助碱还可通过与溶剂一起蒸馏而除去，其中有价值产物作为残余物而保留。
在本发明方法的步骤c)中，反应混合物用水或含水介质萃取，以使易溶于水的另一碱的盐(碱2·酸)溶解。因为根据本发明辅助碱为非极性的且有价值产物也仅微溶于水，另一碱的盐(碱2·酸)的水溶液形成可易于除去的分离相。需要的话，可将惰性盐如碱金属卤化物或碱金属硫酸盐，优选氯化钠加入用于萃取的水或含水介质中以改进相分离。在所述条件下，有价值产物对水解稳定。
有价值产物在碱2·酸水溶液中的溶解度有利地小于10重量％，优选小于2重量％，非常特别优选小于0.5重量％。
在上述方案3中形成分离相的有价值产物可通过相分离不仅与盐水溶液，而且与作为另一分离相存在的碱1分离。如果在上述方案2中，有价值产物在溶剂存在下存在，则有价值产物和碱1间的相分离仅在除去至少部分挥发性溶剂之后进行。
除去碱1并有利地将其再循环入方法中。
如下路线说明上述方案1和2与方案3相比的方法之间的主要差别：方案1和2)：
说明：
原料1或2：易于水解；
碱1：非极性胺(辅助碱)，不溶于水，将其再循环入方法中；
碱1·酸：盐；
碱2：极性(例如NaOH或NH3)；
碱2·酸：盐，易溶于水，将其溶解。
通常而言，有价值产物呈极性有机或无机化合物的形式，其经由下文举例列出的反应产生。
有价值产物可以以合适溶剂中的溶液存在。合适溶剂为其本身不与原料反应的那些，其对原料和有价值产物具有良好的溶解能力，优选为极性且同时微溶于水。合适溶剂的实例为乙酸乙酯。然而，所有其它已知的，优选为极性的微溶于水的溶剂如酯和酮也是合适的。溶剂在水中的溶解度有利地小于20重量％，优选小于10重量％，最优选小于5重量％。
在可以进行或可以不进行的通过蒸馏从有价值产物中除去溶剂的过程中，重要的是溶剂和有价值产物的沸点足够不同。通常而言，有价值产物和溶剂的沸点应相差至少5℃，甚至更好的是相差至少10℃。优选溶剂具有比有价值产物低的沸点。
可以用本发明方法进行的合适的化学反应为其中释放酸的所有反应。
其中可应用本发明方法的反应的实例为：
-与烷基或芳烷基卤化物如氯甲烷、碘甲烷、苄基氯、1，2-二氯乙烷或2-氯乙醇的烷基化反应，
-酰化反应，即酰基卤和羧酸酐与任何底物如与醇或胺的反应，
-甲硅烷化反应，即与包含至少一个硅-卤键的化合物如四氯化硅(SiCl4)、二甲基二氯硅烷((H3C)2SiCl2)或三甲基氯硅烷((H3C)3SiCl)的反应，
-磷酸化和硫代磷酸化反应，即与包含至少一个磷-卤键的化合物如三氯化磷(PCl3)、五氯化磷(PCl5)、磷酰氯(POCl3)、硫代磷酰氯(PSCl3)、磷酰溴(POBr3)、二氯苯基膦或二苯基氯膦的反应，
-硫化反应，即例如与磺酰氯(SO2Cl2)，亚硫酰二氯(SOCl2)，氯磺酸(ClSO3H)，磺酰卤化物如对甲苯磺酰氯、甲烷磺酰氯或三氟甲烷磺酰氯，或磺酸酐的硫化、硫化作用(sulfuration)、磺化和硫酸盐化(sulfatization)反应，
-消除反应，其中形成C＝C双键并消除酸如氯化氢(HCl)、溴化氢(HBr)、乙酸或对甲苯磺酸，或
-脱质子反应，其中酸性氢原子由辅助碱夺去。
在上述类型反应中优选磷酸化、硫代磷酸化、硫化和甲硅烷化反应，其中特别优选磷酸化和硫代磷酸化反应。
待根据本发明除去的酸例如可为布朗斯台德酸。称作布朗斯台德酸的酸描述在Hollemann-Wiberg，Lehrbuch der Anorganischen Chemie[无机化学教科书]，第91-100版，Walter de Gruyter，Berlin New York 1985，第235和239页。
通常而言，在甲硅烷化、磷酸化、硫代磷酸化或硫化下转化的化合物通常为合适的话在通过辅助碱脱质子之后，具有至少一个游离O-H、S-H或N-H键的那些。
碱可与其形成盐的酸例如为碘化氢(HI)、氟化氢(HF)、氯化氢(HCl)、硝酸(HNO3)、亚硝酸(HNO2)、溴化氢(HBr)、碳酸(H2CO3)、碳酸氢根(HCO3 -)、甲基碳酸(HO(CO)OCH3)、乙基碳酸(HO(CO)OC2H5)、正丁基碳酸、硫酸(H2SO4)、硫酸氢根(HSO4 -)、甲基硫酸(HO(SO2)OCH3)、乙基硫酸(HO(SO2)OC2H5)、磷酸(H3PO4)、磷酸二氢根(H2PO4 -)、甲酸(HCOOH)、乙酸(CH3COOH)、丙酸、正丁酸、异丁酸、新戊酸、对甲苯磺酸、苯磺酸、苯甲酸、2，4，6-三甲基苯甲酸、扁桃酸、甲烷磺酸、乙烷磺酸或三氟甲烷磺酸，其中优选氯化氢、乙酸、对甲苯磺酸、甲烷磺酸、2，4，6-三甲基苯甲酸和三氟甲烷磺酸，其中特别优选氯化氢。
根据本发明，所用辅助碱为非极性胺，尤其是不具有游离O-H、S-H或N-H键的那些。优选不作为反应物参加反应的辅助碱。
合适的辅助碱例如为式(I)的叔胺：
NRaRbRc (I)，
其中Ra、Rb和Rc在每种情况下相互独立地为C1-C18烷基，或为任选由一个或多个氧和/或硫原子和/或一个或多个取代或未取代的亚氨基插入的C2-C18烷基、C6-C12芳基或C5-C12环烷基，或为含有氧、氮和/或硫原子的五至六元杂环的基团，或它们中的两个与连接它们的氮原子一起形成任选由一个或多个氧和/或硫原子和/或一个或多个取代或未取代的亚氨基插入的不饱和、饱和或5-7元芳族环，其中在每种情况下上述基团也可由其它芳基、烷基、芳氧基和烷氧基、卤原子和/或杂环基团取代，且可包含其它杂原子和/或官能团。这里，术语芳基代表具有6-12个C原子的芳族烃基，烷基代表具有1-18个C原子的支化或未支化的饱和烃基，芳氧基代表源自具有6-12个C原子的芳族酚的基团，烷氧基代表源自具有1-18个C原子的脂族一元醇的基团，卤素代表元素氟、氯、溴和碘。杂环为吡咯烷、哌啶、吗啉、呋喃、噻吩、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、异噁唑、噻唑、异噻唑、噁二唑、噻二唑、三唑、喹啉、异喹啉、吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪或均三嗪。其它杂原子为氮、氧、硫或磷，官能团为羰基、羧基、酯基、氰基或硝基。
Ra、Rb和Rc优选在每种情况下相互独立地为C1-C18烷基、C6-C12芳基或C5-C12环烷基，特别优选C1-C18烷基，其中在每种情况下上述基团也可由其它芳基、烷基、芳氧基和/或烷氧基、卤原子和/或杂环基团取代，且可包含其它杂原子和/或官能团。
基团Ra、Rb和Rc的优选含义为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、2-戊基(仲戊基)、3-戊基、2，2-二甲基丙-1-基(新戊基)、正己基、正庚基、正辛基、异辛基、2-乙基己基、1，1-二甲基丙基、1，1-二甲基丁基、苄基、1-苯基乙基、2-苯基乙基、α，α-二甲基苄基、苯基、甲苯基、二甲苯基、α-萘基、β-萘基、环戊基或环己基。
如果基团Ra、Rb和Rc中的两个形成链，则其例如可为1，4-亚丁基或1，5-亚戊基，其中这两个基团与连接它们的氮原子一起形成吡咯烷基或哌啶基。
叔胺的实例为三甲胺、三乙胺、二乙基甲基胺、二乙基正丙基胺、二乙基正丁基胺、二乙基叔丁基胺、二乙基正戊基胺、二乙基己基胺、二乙基辛基胺、二乙基-(2-乙基己基)胺、三正丙基胺、二正丙基甲基胺、二正丙基乙基胺、二正丙基丁基胺、二正丙基正戊基胺、二正丙基己基胺、二正丙基辛基胺、二正丙基-(2-乙基己基)胺、二异丙基甲基胺、二异丙基乙基胺、二异丙基正丙基胺、二异丙基丁基胺、二异丙基戊基胺、二异丙基己基胺、二异丙基辛基胺、二异丙基-(2-乙基己基)胺、三正丁基胺、二正丁基甲基胺、二正丁基乙基胺、二正丁基正丙基胺、二正丁基正戊基胺、二正丁基己基胺、二正丁基辛基胺、二正丁基-(2-乙基己基)胺、N-甲基吡咯烷、N-乙基吡咯烷、N-正丙基吡咯烷、N-异丙基吡咯烷、N-正丁基吡咯烷、N-仲丁基吡咯烷、N-叔丁基吡咯烷、N-正戊基吡咯烷、N，N-二甲基环己基胺、N，N-二乙基环己基胺、N，N-二正丁基环己基胺、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N-正丙基哌啶、N-异丙基哌啶、N-正丁基哌啶、N-仲丁基哌啶、N-叔丁基哌啶、N-正戊基哌啶、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N-正丙基吗啉、N-异丙基吗啉、N-正丁基吗啉、N-仲丁基吗啉、N-叔丁基吗啉、N-正戊基吗啉、N-苄基-N-甲基苯胺、N-苄基-N-乙基苯胺、N-苄基-N-正丙基苯胺、N-苄基-N-异丙基苯胺、N-苄基-N-正丁基苯胺、N，N-二甲基-对甲苯胺、N，N-二乙基-对甲苯胺、N，N-二正丁基-对甲苯胺、二甲基苄基胺、二乙基苄基胺、二正丙基苄基胺、二正丁基苄基胺、二甲基苯基胺、二乙基苯基胺、二正丙基苯基胺和二正丁基苯基胺。
辅助碱优选为叔胺，尤其是三烷基胺。
优选如下物质：三甲基胺、三乙基胺、二乙基甲基胺、二乙基-正丙基胺、二乙基-正丁基胺、三正丙基胺、二正丙基甲基胺、二正丙基乙基胺、三正丁基胺、二正丁基甲基胺、二正丁基乙基胺。
特别优选的叔胺为三乙基胺、三正丙基胺和三正丁基胺。
上述辅助碱可单独或以相互的混合物使用，以解决本发明的问题。
有利的是，辅助碱在有价值产物不显著进行分解的温度下为液体。
对本发明而言，“有价值产物没有显著分解”指小于10摩尔％/小时，优选小于5摩尔％/小时，特别优选小于2摩尔％/小时，非常特别优选小于1摩尔％/小时的有价值产物进行分解。
通常而言，特别优选的辅助碱的熔点为小于50℃，特别优选小于25℃，非常特别优选小于10℃。
在可以进行或可以不进行的通过蒸馏从有价值产物中除去辅助碱的过程中，重要的是辅助碱和有价值产物的沸点足够不同。通常而言，有价值产物和辅助碱的沸点应相差至少5℃，甚至更好的是相差至少10℃。优选辅助碱具有比有价值产物低的沸点。
根据本发明，所用辅助碱为非极性且因此在室温下微溶于水，其在水中溶解度为小于10重量％，优选小于2重量％，非常特别优选小于0.5重量％。
辅助碱应以使得其对有价值产物不具有分解作用的方式选择，其呈盐的形式或呈游离碱(加入碱2后)的形式。
为从盐，即碱1·酸中接受酸，根据本发明使用另一碱(碱2)。
这类碱可包含任何所需基团如OH、NH2或醇盐基。如上所进一步详述，它们可强于碱1。与之相反，如果它们为比碱1弱的碱如氨相对于叔胺，则碱2与碱1的盐的产生碱2的盐并释放碱1的反应必须具有显著的负反应焓。
加入的另一碱(碱2)的实例为氨、无机氢氧化物、醇盐、无机酰胺、无机碳酸盐、有机脒碱如1，8-二氮杂二环[5.4.0]十一-7-烯(DBU)和1，5-二氮杂二环[4.3.0]壬-5-烯(DBN)，或易溶于水的极性胺如低聚氮丙啶(BASF Aktiengesellschaft)。
优选使用如下物质：氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、石灰水、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸钾(K2CO3)、氨(NH3)、甲醇钠。特别优选使用氢氧化钠和氨。
这里，根据本发明在开始时不可将碱2加入反应混合物，因为碱2将与原料反应。
水或含水介质用于将盐，即碱2·酸转化为水溶液。含水介质可为任何类型的含水混合物，其中水以超过1重量％，优选超过50重量％，特别优选超过90重量％的量存在。
在本发明的另一实施方案中，碱2以水溶液加入本发明方法的步骤b)中。
用于本发明方法的化合物有利地以如下摩尔比例使用：
在每种情况下，辅助碱(碱1)基于以较小摩尔量存在的原料例如以0.5-3摩尔当量，优选0.8-1.5摩尔当量的量使用。
在每种情况下，辅助碱(碱2)基于以较小摩尔量存在的原料例如以0.5-10摩尔当量，优选1.0-3摩尔当量的量使用。
在每种情况下，水应基于另一碱的盐以50-5000重量％，优选100-1000重量％的量使用。
反应的程序不受限制且根据本发明可分批或连续地在空气中或在保护气体气氛下进行并捕捉已经释放或加入的酸。
在辅助碱存在下原料间的反应通常在-70℃至+150℃，优选-30℃至+50℃的温度下进行。与另一碱(碱2)的反应通常同样在-70℃至+150℃，优选-30℃至+50℃的温度下进行。用水或含水介质萃取盐，即碱2·酸优选通过在-10℃至+100℃，特别优选-5℃至+50℃的温度下溶解盐而进行。在上述方案2和3中的两种分离的非水液相在大于有价值产物的熔点下形成，其中一个为辅助碱，另一个为有价值产物。相分离的温度范围优选为0-150℃，特别优选15-100℃。
所有方法步骤可在大气压力下，在加压下或在减压下进行。在气态反应物或气态碱存在下，压力优选小于50巴。
可以以熟练技术人员已知的方式将已从方法中除去的辅助碱再循环入方法中。
需要的话，辅助碱可用水或氯化钠或硫酸钠水溶液洗涤，然后例如通过借助使用苯、甲苯、二甲苯、丁醇或环己烷共沸蒸馏而除去任何可能存在的水来干燥。
需要的话，辅助碱可在再使用之前蒸馏。
本发明方法允许从具有微溶于水的有价值产物的化学反应混合物中成功除去酸。通过与另一碱(碱2)反应，使非极性辅助碱(碱1)的盐反应产生碱2的盐并释放辅助碱，该盐明显比非极性辅助碱的盐易溶于水。因为有价值产物也仅微溶于水，碱2的盐可通过首先用水或含水介质萃取，然后液-液相分离的技术上简单的方法而分离。从而可省略技术复杂的固体处理。辅助物可在有价值产物不存在下后处理，以使有价值产物较少被污染。
本发明方法可成功用于上文进一步描述的所有反应，尤其用于制备(碱代)磷酸衍生物如酰胺、酯和混合物质。
因此，本发明进一步涉及通过使用上述方法使硫代磷酰氯与至少一种伯胺或仲胺反应而制备硫代磷酸三酰胺。
已知硫代磷酸三酰胺较易水解产生对应的磷酸三酰胺。在水分存在下，硫代磷酸三酰胺和其对应的磷酸三酰胺通常以相互的混合物存在。因此，这里术语“硫代磷酸三酰胺”不仅指纯的硫代磷酸三酰胺，而且也指其与对应的磷酸三酰胺的混合物。
根据本发明，硫代磷酸三酰胺通过借助至少一种非极性胺作为辅助碱使硫代磷酰氯与至少一种伯胺或仲胺在惰性溶剂中反应而制备，其包括如下步骤：
a)使辅助碱与反应过程中形成的氯化氢反应并形成氯化物盐；
b)使在步骤a)中形成的氯化物盐与氨反应，氨接受氯化氢并释放辅助碱；
c)用水或含水介质萃取步骤b)中获得的混合物，其中形成的氯化铵在水相中溶解且有价值产物在惰性溶剂中的溶液和辅助碱形成至少一种分离的非水相；和
d)通过蒸馏从步骤c)中获得的所述至少一种非水相中除去辅助碱和/或至少部分惰性溶剂，其中可形成两种不溶混的液相。
将至少一种伯胺或仲胺用于使硫代磷酰氯反应。
这些化合物有利地为通式(II)的化合物：
在该式中，R1和R2相互独立地为氢、烷基、链烯基、环烷基、芳基或杂芳基。
烷基优选具有1-20个C原子，特别优选3-5个C原子，链烯基优选具有2-20个C原子，特别优选3-6个C原子，环烷基优选具有3-20个C原子，特别优选5-7个C原子，以及芳基优选具有6-10个C原子。芳基优选为苯基或萘基。
杂芳基为例如衍生自呋喃、噻吩、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、异噁唑、噻唑、异噻唑、噁二唑、噻二唑、三唑、喹啉、异喹啉、吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪或均三嗪的基团。特别优选的杂芳基衍生自呋喃、噻吩和咪唑。
在有利的实施方案中，氨基的两个基团一起形成亚烷基或亚链烯基链，其与连接它们的氮原子一起形成3-6元，优选5元环体系，合适的话所述环体系包含一个或多个选自氧、氮和硫的其它杂原子。
取代基R1和R2可额外连接有一个或多个基团，如卤素、氰基、C1-C6烷硫基、C1-C6烷氧基、C6-C12芳基、C1-C6(二)烷基氨基、C1-C6烷氧基羰基、芳氧基羰基、氨基甲酰基、羟基、氨基、磺基或硝基。取代基R1和R2尤其优选包含卤素或氨基。
优选使用烷基胺，特别优选正丁基胺和/或正丙基胺。
伯胺或仲胺可单独使用或以相互的混合物如两种或更多种烷基胺的混合物、两种或更多种芳基胺的混合物或在每种情况下一种或多种烷基胺和芳基胺的混合物使用。有利的混合物为正丁基胺和正丙基胺，其中正丁基胺含量为40-99重量％。优选60-80重量％的正丁基胺含量，特别优选72-78重量％的含量。
胺优选基于每摩尔硫代磷酰氯以0.9-1.1摩尔，特别优选0.95-1.05摩尔的摩尔比例使用。在有利的实施方案中，每摩尔硫代磷酰氯使用约1摩尔胺。
根据本发明，使硫代磷酰氯在惰性极性溶剂中反应。
根据本发明可使用的溶剂为所有已知的惰性极性溶剂。可使用溶剂的实例为：丙酮，甲基乙基酮，异丁基甲基酮，二乙基酮，二乙基醚，二正丁基醚，叔丁基甲基醚，叔丁基乙基醚，四氢呋喃，二噁烷，乙酸酯如乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯或乙酸2-乙基己酯，二甲基甲酰胺、二甲亚砜、乙腈、邻苯二甲酸二乙酯、己二酸二辛酯、氯仿、二氯甲烷、甲基氯仿或其混合物。优选使用乙酸乙酯。
惰性极性溶剂可单独或以其两种或更多种的混合物使用。
本发明方法优选用于制备N-烷基硫代磷酸三酰胺，例如N-正丁基硫代磷酸三酰胺或N-正丙基硫代磷酸三酰胺。
为此，使硫代磷酰氯和伯烷基胺如正丁基胺以优选每摩尔硫代磷酰氯0.9-1.1摩尔胺的摩尔比例在惰性溶剂如乙酸乙酯中反应。所用辅助碱为三烷基胺如三正丁基胺，使其反应生成三正丁基胺盐酸盐。在第二个反应步骤中，使已经在第一个反应中形成的N-烷基硫代磷酰二氯与氨在优选-20℃至50℃的温度下反应，产生所需产物N-烷基硫代磷酸三酰胺。与第二个反应步骤平行并与之独立，氨用作碱2且从三烷基胺盐酸盐接受氯化氢并形成氯化铵。
氨优选基于每摩尔硫代磷酰氯以2-15摩尔，尤其优选2.1-10摩尔，特别优选2.2-7摩尔的摩尔比例使用。在有利的实施方案中，每摩尔硫代磷酰氯使用约4-6摩尔氨。
在本发明方法的步骤c)中用足够量水萃取反应混合物，产生氯化铵的水溶液和包含惰性溶剂、三烷基胺和N-烷基硫代磷酸三酰胺的有机相。通常而言，用于萃取的水的量基于每摩尔N-烷基硫代磷酸三酰胺为约10至约100摩尔，优选15-50摩尔。
萃取可在一个或多个步骤内进行且可连续和分批进行。优选进行多步骤萃取，例如在熟练技术人员已知且由分散步骤和相分离器构成的混合器-沉降器装置内进行或在脉冲-搅拌萃取塔内进行。理论塔板的数量应为1-10，优选3-5。为了损失尽可能少的有价值产物，有利的是使来自用溶剂乙酸乙酯萃取的水相在相同设备中经受反萃取。有利的是，甚至在实际的萃取设备之前，可将部分用于萃取的水加入分离反应器或混合装置中的反应混合物中，以留出足够时间将氯化铵溶解在水相中。
在惰性溶剂通过蒸馏除去之后，三烷基胺相和N-烷基硫代磷酸三酰胺相的两相液-液混合物(见上述方案2)在15-100℃的温度范围内形成。
作为替代，还可使几乎全部的三烷基胺与惰性溶剂一起蒸发，其中有价值产物N-烷基硫代磷酸三酰胺作为残余物保留。该蒸发可在萃取之后例如使用停留时间短的薄膜蒸发器、多相盘管蒸发器、升膜蒸发器或短程蒸发器立即进行，由此使有价值产物的热应力保持在最小值。如果可接受较长的停留时间，则还可使用降膜蒸发器或还可使用长管蒸发器。在优选实施方案中， 两步蒸发在薄膜蒸发器中进行，在这两个步骤中的总停留时间小于2分钟。在第一个薄膜蒸发器步骤中的压力为50-150毫巴，优选60-90毫巴。在第一个薄膜蒸发器步骤中的温度为80-150℃，优选100-130℃。在第二个蒸发器步骤中的压力为0.1-20毫巴，优选小于2毫巴，且温度为80-140℃，优选90-100℃。因为氯化铵已经根据本发明在先萃取，该蒸发无论如何不会造成使设备操作更为困难的沉淀或固体的形成。
可使蒸发过程中形成的蒸气冷凝，随后在溶剂塔如分隔壁塔中处理并循环入方法中。
本发明进一步涉及可通过上述方法获得的硫代磷酸三酰胺。
可通过本发明方法获得的硫代磷酸三酰胺优选具有低的残余氯化铵含量。在特别优选的本发明实施方案中，可通过本发明方法获得的硫代磷酸三酰胺的氯化铵含量在每种情况下基于硫代磷酸三酰胺为＜500重量ppm，非常特别优选＜100重量ppm。
在本发明的另一优选实施方案中，可通过本发明方法获得的硫代磷酸三酰胺的惰性溶剂和辅助碱的合并残余含量在每种情况下基于硫代磷酸三酰胺为＜1重量％，特别优选＜0.5重量％。
硫代磷酸三酰胺，特别是N-正丁基硫代磷酸三酰胺(NBPT)或N-正丙基硫代磷酸三酰胺为用于基于尿素的肥料组合物中的有效的脲酶抑制剂。这类脲酶抑制剂可用于改进尿素肥料的效力，因为在土壤中降低了由脲酶催化尿素降解引起的损失。(Trenkel，M.E.，“Controlled-Release andStabilized Fertilizers in Agriculture”，IFA 1997，ISBN：2-9506299-0-3)。
本发明进一步涉及根据本发明方法制备的硫代磷酸三酰胺作为含尿素的无机和/或有机/无机肥料的添加剂的用途。
本发明通过如下实施例进一步说明。
实施例：
实施例1：根据方案2制备N-正丁基硫代磷酸三酰胺(NBPT)
首先引入423.5g(2.5摩尔)硫代磷酰氯和937.5g乙酸乙酯。将193.7g(2.65摩尔)正丁基胺、440.2g(2.375摩尔)三丁基胺和316.6g乙酸乙酯的混合物在不超过30℃下逐滴加入该混合物中。温度通过冷却保持在30℃。这产生了清澈的溶液。在室温下持续搅拌混合物3小时。
随后，在0℃下输入氨，直至吸收完成。氨吸收总计5-6摩尔当量。这产生了沉淀的氯化铵的液体悬浮液和溶解在乙酸乙酯中的作为有价值产物的N-正丁基硫代磷酸三酰胺。将混合物温热至室温。加入1406g水并在室温下持续搅拌。在该过程中，所有氯化铵溶解。
分离所得清澈相并使有机相浓缩。在除去绝大多数乙酸乙酯之后，三丁基胺顶部相和液体NBPT底部相在约60℃下形成。分离这些相，获得NBPT熔体并在50℃下用1200g温度为50℃的水处理。在冷却下搅拌混合物，在该过程中NBPT作为固体分离出来。固体通过过滤取出并干燥。
这产生了364.8g产物，其中NBPT含量为76重量％(产率66％)。
实施例2：根据方案3制备N-正丁基硫代磷酸三酰胺(NBPT)
在反应比例泵中，将68ml/h硫代磷酰氯的料流与876ml/h正丁基胺和三正丁基胺(0.079∶1 w/w)的混合物的料流合并，停留时间为13s，同时用冰水冷却。将泵的排出物经1小时输入已引入三丁基胺(约10∶1的进料∶Bu3N体积比)的反应器，同时在0℃下连续输入过量的氨气体。所得乳白色的悬浮液用306g水处理并加热至40℃。形成了含水底部相、有价值产物的中间相和顶部的三丁基胺相的三相体系。
Claims (13)
1.一种借助至少一种非极性胺作为辅助碱，从包含至少一种微溶于水的有价值产物的反应混合物中除去酸的方法，其包括如下步骤：
a)使辅助碱与酸反应并形成盐；
b)使步骤a)中形成的盐与另一碱反应，该碱接受酸并释放辅助碱；
c)用水或含水介质萃取步骤b)中获得的混合物，其中另一碱的盐溶于水相且有价值产物或有价值产物在合适溶剂中的溶液和辅助碱形成至少一种分离的非水相；和
d)通过蒸馏从步骤c)中获得的所述至少一种非水相中除去辅助碱和/或至少部分任选存在的溶剂，其中可形成两种不溶混的液相。
2.根据权利要求1的方法，其中将所述辅助碱分离出来并再循环入方法中。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述辅助碱为叔胺。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中所述辅助碱为三乙基胺、三正丙基胺或三正丁基胺。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中将氨用作另一碱。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述酸在磷酸化或硫代磷酸化反应中释放。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中制备磷酸二酯酰胺、磷酸酯二酰胺、磷酸三酰胺、亚磷酸二酯酰胺、亚磷酸酯二酰胺、亚磷酸三酰胺、硫代磷酸二酯酰胺、硫代磷酸酯二酰胺或硫代磷酸三酰胺作为有价值产物。
8.一种通过借助至少一种非极性胺作为辅助碱使硫代磷酰氯与至少一种伯胺或仲胺在惰性溶剂中反应而制备硫代磷酸三酰胺的方法，其包括如下步骤：
a)使辅助碱与反应过程中形成的氯化氢反应并形成氯化物盐；
b)使在步骤a)中形成的氯化物盐与氨反应，氨接受氯化氢并释放辅助碱；
c)用水或含水介质萃取步骤b)中获得的混合物，其中形成的氯化铵在水相中溶解且有价值产物在惰性溶剂中的溶液和辅助碱形成至少一种分离的非水相；和
d)通过蒸馏从步骤c)中获得的所述至少一种非水相中除去辅助碱和/或至少部分惰性溶剂，其中可形成两种不溶混的液相。
9.可通过根据权利要求8的方法获得的硫代磷酸三酰胺。
10.根据权利要求9的硫代磷酸三酰胺，其中氯化铵含量基于硫代磷酸三酰胺为＜500重量ppm。
11.根据权利要求9或10的硫代磷酸三酰胺，其中惰性溶剂和辅助碱的合并残余含量基于硫代磷酸三酰胺为＜1重量％。
12.根据权利要求8的方法制备的硫代磷酸三酰胺作为含尿素的无机和/或有机/无机肥料的添加剂的用途。
13.根据权利要求9-11中任一项的硫代磷酸三酰胺作为含尿素的无机和/或有机/无机肥料的添加剂的用途。
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