CN116096727A - 磷化合物的纯化方法及再利用方法 - Google Patents

磷化合物的纯化方法及再利用方法 Download PDF

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Abstract

[课题]提供能够抑制蒸馏中的副产物的产生的磷化合物的纯化方法。[解决手段]本发明的磷化合物的纯化方法包括下述工序:得到包含特定的磷化合物、特定的烯基磷化合物、及过渡金属络合物的混合物的工序;以及,向所得到的混合物中加入路易斯酸后,进行蒸馏而得到包含特定的磷化合物的第1馏出成分的工序。

Description

磷化合物的纯化方法及再利用方法
技术领域
本发明涉及磷化合物的纯化方法。更详细而言,本发明涉及通过蒸馏对磷化合物进行纯化的方法。另外,本发明还涉及将经纯化的磷化合物作为烯基磷化合物的合成原料物质进行再利用的方法。
背景技术
有机磷化合物是在例如阻燃剂、增塑剂、杀虫剂、医农药、金属络合物的配位体等各种制品中被广泛使用的化学物质。近年来,在金属表面处理剂及阻燃性树脂等的构成材料、电子材料领域中,有机磷化合物也作为功能性材料而在工业上受到特别关注。
有机磷化合物之中,膦酸衍生物是上述的各种化学物质的有用的前体物质,因此一直以来研究了各种制造方法。例如,实施了下述操作:使用催化剂,通过膦酸的P(O)-H键向炔烃类的加成反应(以下记为氢磷酰化反应)来制造膦酸衍生物。例如,在专利文献1中,提出了使用预先将一部分水解后的膦酸二酯化合物作为原料来制造膦酸衍生物。另外,在非专利文献1中,提出了使用各种零价镍催化剂来制造膦酸衍生物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2017/043552
非专利文献
非专利文献1:J.AM.CHEM.SOC.2004,126,5080-5081
发明内容
发明所要解决的课题
然而,在专利文献1中记载的反应条件下,在蒸馏纯化时,对包含原料的磷化合物、氢磷酰化反应后的产物的混合物进行减压蒸馏,得到原料的磷化合物、烯基磷化合物。此时,通过将所得到的原料的磷化合物再次用作烯基磷化合物的合成原料物质,能够降低原料成本。但是,发现了由于原料磷化合物在蒸馏纯化过程中发生副反应而产生成为催化毒物的副产物这一新课题。在将包含该副产物的磷化合物作为烯基磷化合物的合成原料物质进行再利用的情况下,烯基磷化合物的收率大大降低,因此需要通过纯化来除去。其结果是,需要追加的纯化工序,导致制造成本的增大。
用于解决课题的手段
本申请的发明人为了解决上述课题而进行了深入研究,结果发现,通过在对包含特定的磷化合物、特定的炔基化合物、及过渡金属络合物的混合物进行蒸馏时向前述混合物中添加路易斯酸,能够抑制成为催化毒物的副产物的产生,从而完成了本发明。
即,根据本发明,可提供以下的发明。
[1]磷化合物的纯化方法,其包括下述工序:
得到下述通式(1)表示的磷化合物、下述通式(2)表示的烯基磷化合物、及过渡金属络合物的混合物的工序;以及
向前述混合物中加入路易斯酸后,进行蒸馏而得到包含上述通式(1)表示的磷化合物的第1馏出成分的工序。
[化学式1]
Figure BDA0004116320870000021
(通式(1)中,R1及R2各自独立地表示取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的芳基、或者取代或未取代的芳基氧基。另外,R1及R2可以彼此键合而形成环状结构)
[化学式2]
Figure BDA0004116320870000031
(通式(2)中,R1及R2与通式(1)中的R1及R2同义)
[2]如[1]所述的纯化方法,其中,在前述第1馏出成分中,下述通式(3)表示的化合物的含量相对于前述第1馏出成分的总质量而言为0.1质量%以下。
[化学式3]
Figure BDA0004116320870000032
(通式(3)中,R3及R4与通式(1)中的R1及R2同义,R5表示取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基氧基、或者取代或未取代的烯丙基)
[3]如[1]或[2]所述的纯化方法,其中,前述路易斯酸为金属化合物及/或硼化合物。
[4]如[3]所述的纯化方法,其中,前述金属化合物为选自由锌化合物、铁化合物及铝化合物组成的组中的至少1种。
[5]如[4]所述的纯化方法,其中,前述锌化合物为氯化锌。
[6]如[1]~[5]中任一项所述的纯化方法,其中,通式(1)及(2)中,R1及R2各自独立地为碳原子数为1~10的、取代或未取代的烷氧基或者取代或未取代的芳基。
[7]如[1]~[6]中任一项所述的纯化方法,其中,通式(3)中,R3、R4及R5各自独立地为碳原子数为1~10的、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基氧基、或者取代或未取代的烯丙基。
[8]如[1]~[7]中任一项所述的纯化方法,其中,通式(1)表示的化合物为亚磷酸二甲酯。
[9]如[1]~[8]中任一项所述的纯化方法,其中,通式(2)表示的化合物为乙烯基膦酸二甲酯。
[10]如[2]所述的纯化方法,其中,通式(3)表示的化合物为亚磷酸三甲酯。
[11]将通过[1]~[10]中任一项所述的纯化方法得到的上述通式(1)表示的磷化合物用作上述通式(2)表示的烯基磷化合物的合成原料物质的再利用方法。
发明效果
根据本发明,通过包含特定的磷化合物、特定的烯基磷化合物、及过渡金属络合物的混合物的蒸馏纯化,能够抑制成为催化毒物的副产物的产生,并且回收成为特定炔基化合物的合成原料物质的特定磷化合物。此外,根据本发明,可以将所回收的特定磷化合物作为特定烯基磷化合物的合成原料物质进行再利用。
具体实施方式
[磷化合物的纯化方法]
本发明的磷化合物的纯化方法中,首先,得到包含特定的磷化合物、特定的烯基磷化合物、及过渡金属络合物的混合物。得到混合物的工序优选为下述工序:在作为催化剂的过渡金属络合物的存在下,通过氢磷酰化反应,将特定的磷化合物及乙炔合成为特定的烯基磷化合物,得到上述混合物。
接着,向所得到的混合物中加入路易斯酸后,进行蒸馏,得到主要包含磷化合物的第1馏出成分。在混合物的蒸馏时,能够进一步得到主要包含磷化合物及烯基磷化合物的第2馏出成分、和主要包含烯基磷化合物的第3馏出成分。通过向混合物中加入路易斯酸,能够抑制蒸馏中的磷化合物的脱水缩合反应,从而抑制成为催化毒物的副产物的产生。从第1馏出成分回收的磷化合物可以作为烯基磷化合物的合成原料物质进行再利用。
相对于第1馏出成分的总量而言,第1馏出成分中的磷化合物的含量优选为80质量%以上,更优选为90质量%以上,进一步优选为95质量%以上,进一步更优选为98质量%以上。第1馏出成分中的副产物的含量优选为0.1质量%以下,更优选为0.01质量%以下,进一步优选实质上未被包含。另外,第2馏出成分中的磷化合物及烯基磷化合物的含量的质量比没有特别限定,例如,相对于原料的磷化合物及烯基磷化合物的总量而言,优选原料的磷化合物小于80质量%、烯基磷化合物为20质量%以上,更优选原料的磷化合物小于50质量%、烯基磷化合物为50质量%以上,进一步优选原料的磷化合物小于20质量%、烯基磷化合物为80质量%以上。另外,相对于第3馏出成分的总量而言,第3馏出成分中的烯基磷化合物的含量优选为90质量%以上,更优选为95质量%以上,进一步优选为98质量%以上。
可以对上文中得到的第2馏出成分进行再蒸馏,从而得到主要包含磷化合物的第4馏出成分、主要包含磷化合物及烯基磷化合物的第5馏出成分、和主要包含烯基磷化合物的第6馏出成分。从第4馏出成分回收的磷化合物可以作为烯基磷化合物的合成原料物质进行再利用。相对于第4馏出成分的总量而言,第4馏出成分中的磷化合物的含量优选为80质量%以上,更优选为90质量%以上,进一步优选为95质量%以上,进一步更优选为98质量%以上。第4馏出成分中的副产物的含量优选为0.1质量%以下,更优选为0.01质量%以下,进一步优选实质上未被包含。另外,第5馏出成分中的磷化合物及烯基磷化合物的含量的质量比没有特别限定,例如,相对于原料的磷化合物及烯基磷化合物的总量而言,优选原料的磷化合物小于80质量%、烯基磷化合物为20质量%以上,更优选原料的磷化合物小于50质量%、烯基磷化合物为50质量%以上,进一步优选原料的磷化合物小于20质量%、烯基磷化合物为80质量%以上。另外,相对于第6馏出成分的总量而言,第6馏出成分中的烯基磷化合物的含量优选为90质量%以上,更优选为95质量%以上,进一步优选为98质量%以上。需要说明的是,本发明中,所谓“主要包含”,是指被主要包含的化合物的含量为80质量%以上。
可以将上文中得到的第5馏出成分单独进行再蒸馏,或者与上文中得到的第2馏出成分混合之后进行再蒸馏,由此回收磷化合物,作为烯基磷化合物的合成原料物质进行再利用。
对于上述的蒸馏及再蒸馏的条件而言,只要目标化合物能够馏出即可,没有特别限定,例如,蒸馏中的馏出温度优选为40~150℃,更优选为60~120℃。另外,蒸馏时间优选为1~60小时,更优选为8~24小时。蒸馏装置可以使用以往已知的市售的蒸馏设备。以下,对磷化合物、烯基磷化合物及路易斯酸进行详细说明。
(磷化合物)
混合物中包含的磷化合物由下述通式(1)表示。
[化学式4]
Figure BDA0004116320870000061
(通式(1)中,R1及R2各自独立地表示取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的芳基、或者取代或未取代的芳基氧基。另外,R1及R2可以彼此键合而形成环状结构)
通式(1)中,R1及R2的烷基、烷氧基、环烷基、芳烷基、芳基、芳基氧基的碳原子数优选为1~10。需要说明的是,上述碳原子数中不包含取代基的碳原子数。例如,作为R1及R2,可举出甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、戊基、己基等烷基、甲氧基、乙氧基、丁氧基等烷氧基、环己基等环烷基、苄基、苯乙基等芳烷基、苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等芳基、苯氧基等芳基氧基。它们之中,R1及R2各自独立地优选为取代或未取代的烷氧基。
通式(1)中,作为R1及R2可具有的取代基,例如,可举出烷基、环烷基、烷氧基、环烷氧基、杂环基、环烷叉基、甲硅烷基、酰基、酰基氧基、羧基、氰基、硝基、羟基、巯基及氧代基等。另外,取代基中包含的碳原子数优选为1~6,更优选为1~4,进一步优选为1~3。
(烯基磷化合物)
混合物中包含的烯基磷化合物由下述通式(2)表示。
[化学式5]
Figure BDA0004116320870000071
(通式(2)中,R1及R2与通式(1)中的R1及R2同义)
另外,关于R1及R2的优选方式,如上所述。
(氢磷酰化反应)
上述通式(2)表示的烯基磷化合物例如可以通过上述通式(1)表示的磷化合物的氢磷酰化反应而得到。具体而言,可以在作为催化剂的过渡金属络合物的存在下,通过氢磷酰化反应,将作为原料物质的磷化合物和乙炔合成为烯基磷化合物。
关于氢磷酰化反应的原料物质的通式(1)表示的磷化合物与通式(3)表示的炔基化合物的物质的量之比,将原料磷化合物的物质的量作为1时的炔基化合物的物质的量之比优选为0.01~1000,更优选为0.1~100,进一步优选为1~15。
(过渡金属络合物(催化剂))
作为氢磷酰化反应中使用的催化剂,可以使用过渡金属络合物。作为过渡金属络合物,可举出镍的络合物,优选为零价镍络合物。
上述的镍络合物优选为镍与膦类形成的镍络合物。作为膦类,优选为具有脂肪族取代基、芳香族取代基的膦。作为具有脂肪族取代基的膦,可举出三甲基膦、三丁基膦、三辛基膦等。作为具有芳香族取代基的膦,例如,可举出三苯基膦、1,2-双(二苯基膦基)乙烷、1,3-双(二苯基膦基)丙烷、1,4-双(二苯基膦基)丁烷、二苯基甲基膦、三(2-甲基苯基)膦、三(3-甲基苯基)膦、三(4-甲基苯基)膦、三(4-甲氧基苯基)膦等。具有脂肪族取代基的膦能够使原料的磷化合物与烯基化合物的反应速度大大提高。具有芳香族取代基的膦便宜,另外,在空气中的操作容易,因此能够降低制造成本,提高制造效率。
(反应条件)
对于氢磷酰化反应中的过渡金属络合物(催化剂)的使用量而言,只要反应充分地进行即可,没有特别限定,相对于作为原料物质的磷化合物1mol而言,优选为0.01~10mol,更优选为~0.1~5.0mol,进一步优选为0.5~2.0mol。
氢磷酰化反应的反应温度没有特别限定,但考虑到反应效率、反应速度、副产物,优选为-20~60℃,更优选为-15~40℃,进一步优选为-10~10℃。若反应温度为上述范围,则能够提高氢磷酰化反应的反应速度,提高原料的磷化合物向烯基磷化合物的转化率。
氢磷酰化反应的反应时间没有特别限定,但考虑到反应效率、反应速度、副产物,优选为30分钟~1000分钟,更优选为60分钟~900分钟,进一步优选为120分钟~800分钟。若反应时间为上述范围,则能够使氢磷酰化反应充分地进行,提高原料的磷化合物向烯基磷化合物的转化率。
在氢磷酰化反应中,在有机溶剂条件下及无溶剂条件下中的任意条件下进行均可,但优选在无溶剂条件下进行。可以利用无溶剂法,进行温和的加热,由此使氢磷酰化反应进行。由于无溶剂,因此可以省略反应结束后的溶剂除去工序,降低制造成本。需要说明的是,有机溶剂没有特别限定,例如,可举出芳香族烃、其他烃、醇类、醚类、酮类、酯类等。
考虑到反应效率、反应速度、副产物,氢磷酰化反应优选在非活性气体气氛下实施。作为非活性气体,优选使用氮、氩等。
氢磷酰化反应中的从磷化合物向烯基磷化合物的转化率优选为60%以上,更优选为70%以上,进一步优选为75%以上,进一步更优选为80%以上。需要说明的是,本发明中所谓的“转化率(%)”可以通过以反应开始时的原料磷化合物的物质的量为基准算出反应结束时的原料磷化合物的减少比例而求出。此处,对于反应的转化率而言,可以利用GC-FID对各成分进行鉴定并测定。若从磷化合物向烯基磷化合物的转化率为上述数值以上,则能够高效地利用原料,能够降低制造成本,提高制造效率。
(路易斯酸)
作为混合物中包含的路易斯酸,可以使用金属化合物及/或硼化合物。作为金属化合物,例如,可举出锌化合物、铁化合物及铝化合物等,优选为氯化锌、溴化锌、氯化铁(II)等,更优选为氯化锌。另外,作为硼化合物,例如,可举出硼烷、硼烷·四氢呋喃络合物、硼烷·二甲基硫醚络合物、硼烷·二乙基醚络合物、三氟硼烷、三氟硼烷·二乙基醚络合物、三氟硼烷·四氢呋喃络合物、及三苯基硼烷等,优选为硼烷·四氢络合物、硼烷·二乙基醚络合物、及三氟硼烷等。这些路易斯酸可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。通过向混合物中添加了路易斯酸之后进行蒸馏,能够抑制上述通式(1)表示的磷化合物的分解,从而抑制副产物的产生。
(副产物)
在混合物的蒸馏时,有可能作为副产物而产生下述通式(3)表示的化合物。
[化学式6]
Figure BDA0004116320870000091
(通式(3)中,R3及R4与通式(1)中的R1及R2同义,R5表示取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基氧基、或者取代或未取代的烯丙基)
另外,关于R3及R4的优选方式,与上述的R1及R2的优选方式同样。
通式(3)中,R5的烷氧基、芳基氧基的碳原子数优选为1~10。需要说明的是,上述碳原子数中不包含取代基的碳原子数。例如,作为R3及R4,可举出甲氧基、乙氧基、丁氧基等烷氧基、苯氧基等芳基氧基。它们之中,R1及R2各自独立地优选为取代或未取代的烷氧基。
通式(1)中,作为R5可具有的取代基,例如、可举出烷基、环烷基、烷氧基、环烷氧基、杂环基、环烷叉基、甲硅烷基、酰基、酰基氧基、羧基、氰基、硝基、羟基、巯基及氧代基等。另外,取代基中包含的碳原子数优选为1~6,更优选为1~4,进一步优选为1~3。
关于在蒸馏时产生副产物的机理,利用下述化学式对使用了亚磷酸二甲酯((MeO)2P(O)H)作为上述通式(1)表示的磷化合物的情况进行说明。在蒸馏中,通过亚磷酸二甲酯的分解而生成甲醇。所生成的甲醇、与亚磷酸二甲酯的互变异构体((MeO)2POH)进行脱水缩合反应,作为副产物而产生亚磷酸三甲酯。认为在本发明中,通过在添加了路易斯酸之后进行蒸馏,能够阻碍脱水缩合反应。但是,下述机理是推断,本发明并不受下述机理的限制。
[化学式7]
Figure BDA0004116320870000101
(再利用方法)
根据本发明的再利用方法,通过上述纯化方法得到的上述通式(1)表示的磷化合物可以用作上述通式(2)表示的烯基磷化合物的氢磷酰化反应的合成原料物质。在通过上述纯化方法得到的上述通式(1)表示的磷化合物中,成为催化毒物的上述副产物的含量非常低,因此,能够使氢磷酰化反应不受阻碍而高效地进行,从而提高烯基磷化合物的收率。
实施例
以下举出实施例及比较例,对本发明进行具体说明,但本发明并不限定于这些实施例。
[实施例1]
向1L高压釜反应装置中投入亚磷酸二甲酯420g,冷却至0℃,进行减压脱气。
接着,加入Ni(PMe3)4的THF溶液(浓度为0.25mol/L)7.25mL,搅拌15分钟。以0.02MPa的供给压力将乙炔供给至反应体系内,在维持内部温度及搅拌条件的状态下进行反应,直至观察不到乙炔的吸收。进行9小时反应,以71.3%的转化率、91.2%的选择率得到包含乙烯基膦酸二甲酯的反应混合物。
接着,向所得到的反应混合物中添加相对于反应混合物的总质量而言为4.0质量%的氯化锌作为路易斯酸。然后,在减压度为1.0kPa的条件下进行减压蒸馏,得到主要包含亚磷酸二甲酯的第1馏出成分、主要包含亚磷酸二甲酯及乙烯基膦酸二甲酯的第2馏出成分、及主要包含乙烯基膦酸二甲酯的第3馏出成分。相对于第1馏出成分的总量而言,亚磷酸二甲酯的含量为98.6质量%,亚磷酸三甲酯的含量为检测限以下(0.1质量%以下)。另外,相对于第2馏出成分中的亚磷酸二甲酯及乙烯基膦酸二甲酯的总量而言,亚磷酸二甲酯的含量为30质量%,乙烯基膦酸二甲酯的含量为70质量%。需要说明的是,亚磷酸二甲酯的含量利用GC-FID进行了测定。
接下来,向所得到的第2馏出成分的混合物中添加4%的氯化锌,在减压度为1.0kPa的条件下进行再蒸馏,得到包含亚磷酸二甲酯的第4馏出成分、和主要包含亚磷酸二甲酯及乙烯基膦酸二甲酯的第5馏出成分、包含乙烯基膦酸二甲酯的第6馏出成分。通过以上的蒸馏及再蒸馏的操作,从第1及第4馏出成分中回收亚磷酸二甲酯。所回收的亚磷酸二甲酯可以再次用作乙烯基膦酸二甲酯的合成原料物质。通过进一步对第5馏出成分进行再蒸馏,能够回收亚磷酸二甲酯及乙烯基膦酸二甲酯。从第5馏出成分回收的亚磷酸二甲酯也可以作为乙烯基膦酸二甲酯的合成原料物质进行再利用。
[比较例1]
不向上述的反应混合物中添加氯化锌作为路易斯酸,除此以外,与实施例1同样地操作,进行蒸馏及再蒸馏。相对于第1馏出成分的总量而言,亚磷酸二甲酯的含量为95.3质量%,亚磷酸三甲酯的含量为3.3质量%。
将上述的实施例1及比较例1的结果的一览表示于表1。
[表1]
Figure BDA0004116320870000121

Claims (11)

1.磷化合物的纯化方法,其包括下述工序:
得到下述通式(1)表示的磷化合物、下述通式(2)表示的烯基磷化合物、及过渡金属络合物的混合物的工序;以及
向所述混合物中加入路易斯酸后,进行蒸馏而得到包含所述通式(1)表示的磷化合物的第1馏出成分的工序,
[化学式1]
Figure FDA0004116320860000011
通式(1)中,R1及R2各自独立地表示取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳烷基、取代或未取代的芳基、或者取代或未取代的芳基氧基;另外,R1及R2可以彼此键合而形
成环状结构;
[化学式2]
Figure FDA0004116320860000012
通式(2)中,R1及R2与通式(1)中的R1及R2同义。
2.如权利要求1所述的纯化方法,其中,在所述第1馏出成分中,下述通式(3)表示的化合物的含量相对于所述第1馏出成分的总质量而言为0.1质量%以下,
[化学式3]
Figure FDA0004116320860000021
通式(3)中,R3及R4与通式(1)中的R1及R2同义,R5表示取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基氧基、或者取代或未取代的烯丙基。
3.如权利要求1或2所述的纯化方法,其中,所述路易斯酸为金属化合物及/或硼化合物。
4.如权利要求3所述的纯化方法,其中,所述金属化合物为选自由锌化合物、铁化合物及铝化合物组成的组中的至少1种。
5.如权利要求4所述的纯化方法,其中,所述锌化合物为氯化锌。
6.如权利要求1~5中任一项所述的纯化方法,其中,通式(1)及(2)中,R1及R2各自独立地为碳原子数为1~10的、取代或未取代的烷氧基或者取代或未取代的芳基。
7.如权利要求1~6中任一项所述的纯化方法,其中,通式(3)中,R3、R4及R5各自独立地为碳原子数为1~10的、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的芳基氧基、或者取代或未取代的烯丙基。
8.如权利要求1~7中任一项所述的纯化方法,其中,通式(1)表示的化合物为亚磷酸二甲酯。
9.如权利要求1~8中任一项所述的纯化方法,其中,通式(2)表示的化合物为乙烯基膦酸二甲酯。
10.如权利要求2所述的纯化方法,其中,通式(3)表示的化合物为亚磷酸三甲酯。
11.将通过权利要求1~10中任一项所述的纯化方法得到的所述通式(1)表示的磷化合物用作所述通式(2)表示的烯基磷化合物的合成原料物质的再利用方法。
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