CN102351900A - 一种单烷基次膦酸酯的合成方法 - Google Patents

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王东朝
孔勇
王宝林
蒋贤梅
杨凡
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Abstract

本发明提供一种烷基次膦酸酯的合成方法，它是以烷基二卤化膦为原料，通过水解反应得到烷基次膦酸，然后烷基次膦酸再与结构为R2-OH的化合物进行脱水酯化反应得到烷基次膦酸酯，其中R2为烷基、不饱和烯烃基或芳烃基。该工艺路线产生的副产物卤化氢或其水溶液可应作为用于正常的工业化生产过程，酯化过程反应条件温和，对反应设备要求低。不仅降低了生产成本，同时几乎无三废物质的产生。

Description

一种单烷基次膦酸酯的合成方法
技术领域
本发明属于烷基次膦酸及其酯的合成方法。具体来说该方法通过将烷基二卤化膦水解得到烷基次膦酸，然后再酯化得到烷基次膦酸酯。该工艺路线产生的副产物主要为卤化氢或其水溶液可应用于正常的工业化生产过程，酯化过程反应条件温和，对反应设备要求低。不仅降低了生产成本，同时几乎无三废物质的产生。具有环境友好及降低生产成本等优点。
背景技术
近年来，有机磷化学的发展不仅大大丰富了化学学科的内容，同时开拓了有机化学的新领域。有机磷化合物不只是很好的杀虫剂，也是有机合成中重要的试剂、新型的浮选药剂、阻燃剂等。烷基次膦酸及其衍生物主要用于溶剂萃取分离金属离子、阻燃剂、合成生物活性制剂及手性药物的中间体等几个方面。其酸主要应用于溶剂萃取分离方面，而其衍生物(盐类)主要应用于阻燃剂方面。用于生物制剂中间体方面的，主要是指单烷基次膦酸。
目前单烷基次膦酸酯的合成方法较多，但相对有竞争力的方法主要有以下几种：
1、以元素黄磷或白磷进行催化剂烷基化反应：如US6770779报道的方法
Figure BDA0000084347420000011
该方法收率仅为60％左右，且反应过程有副产物烷基磷化氢或二烷基磷化氢，这两种物质极易自燃，存在安全隐患。
2、以烷基二氯化膦与2mol醇进行反应生成烷基膦酸酯和氯代烷烃：如US4549995报道的方法
Figure BDA0000084347420000012
该路线进行合成时条件相对较苛刻：反应温度需达到180～200℃，如长时间高温停留，烷基次膦酸本身容易产生歧化反应生成烷基磷化氢、烷基磷酸酯等较为复杂的物质，二烷基磷化氢为极易自燃物质，存在安全隐患。
另外，反应过程中有强腐蚀性的氯化氢产生，一旦控制不稳定，将有较多副反应发生，副反应如下：
Figure BDA0000084347420000021
为了有效降低工业化过程中的危险性同时降低生产成本，特此进行如下发明。
发明内容
本发明提供一种单烷基次膦酸酯的合成方法，不仅能有效降低生产中的危险性，而且能显著降低生产成本。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
提供一种烷基次膦酸酯的合成方法，以烷基二卤化膦为原料，通过水解反应得到烷基次膦酸，然后烷基次膦酸再与结构为R2-OH的有机化合物进行脱水酯化反应得到烷基次膦酸酯；其中R2为烷基、不饱和烯烃基或芳烃基。具体步骤如下：
①以烷基二卤化膦为原料合成烷基次膦酸，烷基二卤化膦与水的投料摩尔比例为1/2～1/20，反应温度为0～100℃，反应式如下：
Figure BDA0000084347420000022
其中R1可为：C1～C4的烷基或取代烷基；X可为：F、Cl、Br或I原子；
②步骤①得到的烷基次膦酸与结构为R2-OH的有机化合物进行脱水酯化反应，烷基次膦酸与醇摩尔比例为1/1～1/20，反应的温度为60～150℃，反应的压力为-0.095MPa～1MPa，最终得到烷基次磷酸酯，反应式如下：
Figure BDA0000084347420000023
其中R2为烷基、不饱和烯烃基或芳烃基。；
步骤①中烷基二卤化膦水解过程烷基二卤化膦与水的投料摩尔比例更优为1/3～1/6。
步骤①中烷基二卤化膦水解过程反应温度更优为40～70℃。
步骤②所述的烷基优选C1～C10的烷基或取代的烷基；
步骤②所述的不饱和烯烃基优选C1～C10的烯烃基或取代的烯烃基；
步骤②所述的芳烃基优选C1～C10的芳烃基或取代的芳烃基。
步骤②中烷基次膦酸与醇进行酯化反应的温度更优为65～130℃，并根据不同的醇有特定的变化。烷基次膦酸与醇进行酯化反应的压力为-0.095MPa～1MPa，并根据不同的醇有特定的变化。
步骤②中合成的烷基次膦酸酯可与丙烯类物质进行缩合反应，也可以用于草铵膦及其类似物的合成。
本发明产生的技术效果是：该方法采用比较温和的反应条件及其普通的反应设备即可进行烷基次膦酸酯的合成。反应收率高，副产物为卤化氢或其水溶液可应用于正常的工业化生产过程。不仅降低工业化的危险性，降低了生产成本，同时几乎无三废物质的产生。具有安全、环境友好及降低生产成本等优点。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明进行详细说明，以便更好的理解本发明的内容，具体如下：烷基次膦酸水溶液合成：
实施例1：间歇水解法
500ml四口烧瓶内，加入180g 20％盐酸，采用氮气进行置换，升温至50～60℃，开始滴加甲基二氯化膦235g(2mol)，滴加时间控制1～1.5hr。滴加过程产生的副产物氯化氢采用去离子水进行吸收。滴加毕于该温度下保温15min，然后采用负压脱除体系内的氯化氢并采用去离子水进行吸收，吸收总共得到30％盐酸600g。四口瓶内残余物料即为甲基次磷酸水溶液，收料267g，分析含量59.06％(TP＝228876.1)，收率98.57％。
实施例2：连续法
按照实施例1间隙制备甲基次磷酸水溶液。
500ml溢流烧瓶内，加入制备好的甲基次磷酸水溶液250g(含量59.75％)，氮气进行置换，升温至50～60℃，同时按比例向溢流瓶内滴加入甲基二氯化膦和去离子水。滴加速度控制甲基二氯化膦235g/hr，去离子水144g/hr。进料同时开始溢流至第二级反应瓶内进行保温，反应产生的氯化氢采用去离子水进行吸收。连续进料5hr，总进甲基二氯化膦1175g，然后将两级物料合并采用负压脱除体系内的氯化氢并采用去离子水进行吸收，吸收总共得到30％盐酸2415g。余物料即为甲基次磷酸水溶液，收料1584g，分析含量59.46％(TP＝230407.5)，收率99.06％。
实施例3：
按照实施例1间隙制备乙基次膦酸水溶液：合成得乙基次膦酸收率97.65％。
实施例4：
按照实施例2连续化制备乙基次膦酸水溶液：合成得乙基次膦酸收率98.03％。
烷基次膦酸酯合成：
实施例5：
取上述实施例2中制备的甲基次磷酸水溶液250g(含量59.46％)，加入300g丁醇进行共沸除水至至气相回流温度达到117℃结束。
将酯化反应好的物料进行负压脱除过量的丁醇，然后进行负压精馏，收集70～75℃/100pa下的馏分，得到甲基次磷酸丁酯248.7g(含量99.45％)，收率97.86％。
实施例6：
取上述实施例4中制备的乙基次磷酸水溶液按照实施例5的方法进行合成，得到乙基次膦酸丁酯收率96.98％。
实施例7：
取上述实施例2中制备的甲基次磷酸水溶液按照实施例5的方法以辛醇进行酯化合成，得到甲基次膦酸辛酯收率97.58％。

Claims (9)

1.一种烷基次膦酸酯的合成方法，其特征在于：它是以烷基二卤化膦为原料，通过水解反应得到烷基次膦酸，然后烷基次膦酸再与结构为R2-OH的化合物进行脱水酯化反应得到烷基次膦酸酯，其中R2为烷基、不饱和烯烃基或芳烃基。
2.权利要求1所述的合成方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
①以烷基二卤化膦为原料合成烷基次膦酸，烷基二卤化膦与水的投料摩尔比例为1/2～1/20，反应温度为0～100℃，反应式如下：
Figure FDA0000084347410000011
其中R1为C1～C4的烷基或取代烷基；X为F、Cl、Br或I原子；
②将步骤①得到的烷基次膦酸与结构为R2-OH的有机化合物进行脱水酯化反应，烷基次膦酸与醇摩尔比例为1/1～1/20，反应的温度为60～150℃，反应的压力为-0.095MPa～1MPa，最终得到烷基次磷酸酯，反应式如下：
Figure FDA0000084347410000012
其中R2为烷基、不饱和烯烃基或芳烃基。
3.权利要求2所述的合成方法，其特征在于：步骤①中烷基二卤化膦水解过程烷基二卤化膦与水的投料摩尔比例为1/3～1/6。
4.权利要求2所述的合成方法，其特征在于：步骤①中烷基二卤化膦水解过程反应温度为40～70℃。
5.权利要求2所述的合成方法，其特征在于：步骤②所述的烷基为C1～C10的烷基或取代的烷基。
6.权利要求2所述的合成方法，其特征在于：步骤②所述的不饱和烯烃基为C1～C10的烯烃基或取代的烯烃基。
7.权利要求2所述的合成方法，其特征在于：步骤②所述的芳烃基为C1～C10的芳烃基或取代的芳烃基。
8.权利要求2所述的合成方法，其特征在于：步骤②中烷基次膦酸与醇进行酯化温度为65～130℃。
9.权利要求2所述的合成方法，其特征在于：步骤②中烷基次膦酸与醇进行酯化反应的压力为-0.095MPa～1MPa。
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