CN116925131A - 一种亚磷酸二乙酯的连续化制备工艺 - Google Patents

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王康乐
王志军
林道兵
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Shanghai Hegno Pharmaceuticals Holding Co ltd
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Shanghai Hegno Pharmaceuticals Holding Co ltd
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F9/00—Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table
    • C07F9/02—Phosphorus compounds
    • C07F9/06—Phosphorus compounds without P—C bonds
    • C07F9/08—Esters of oxyacids of phosphorus
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Abstract

本发明涉及一种亚磷酸二乙酯的连续化制备工艺，所述工艺采用管道反应器直接将无水乙醇和三氯化磷混合进行连续化反应，可低成本、温度可控、安全、高效实现亚磷酸二乙酯的工业化生产。

Description

一种亚磷酸二乙酯的连续化制备工艺
技术领域
本发明涉及化学合成领域，具体地涉及一种亚磷酸二乙酯的连续化制备工艺。
背景技术
亚磷酸二乙酯，又名二乙基亚磷酸酯(Diethylphosphite)，是一种有机化工原料，是制备有机磷化合物的中间体，也作萃取剂、磷酸酯类中间体，在精细化工中有着十分重要的地位。也用于合成农药稻瘟净、三乙磷酸铝。还可用于合成增塑剂、阻燃剂等。此外，还可以制成金属缓蚀剂用于涂料之中，也是重要的磷乙基化试剂广泛用于有机合成之中；还可以做催化剂适用于多种化学反应之中，如用在肽氨酸的合成中；用途十分广泛。
亚磷酸二乙酯在工业上一般是以三氯化磷和乙醇为原料反应制得：
反应过程中的亚磷酸三乙酯极不稳定，只要有HCl存在，就能反应生成亚磷酸二乙酯。而HCl的存在，同时也极易使产物亚磷酸二乙酯继续发生如下的副反应：
(C2H5O)2POH+HCl→C2H5OP(OH)2+C2H5Cl↑
C2H5OP(OH)2+HCl→H3PO3+C2H5Cl↑
反应过程中的温度越高和/或时间越长，副反应越多。由于三氯化磷与乙醇的上述反应是强放热的瞬时反应，因此保证反应顺利进行和完成的关键，是尽量创造使两反应物充分接触的条件，并缩短反应时间，有效地移走反应热，以及尽可能地脱除反应产物中的HCl，以抑制副反应的发生。
在2012年的专利号为CN102827202A的中国专利中，提到了有关亚磷酸二乙酯的合成方法。目前，亚磷酸二乙酯的合成方法虽然很多，但归纳起来主要有以下两种：
由亚磷酸与醇直接发生酯化反应来制备亚磷酸二乙酯；但此方法反应速度受诸多因素的制约，并且该产品收率不高，故其发展受到限制，至今尚未实现工业化生产。
以三氯化磷和无水乙醇为原料进行酯化反应合成亚磷酸二乙酯；此方法又分为溶剂法和非溶剂法，溶剂法是在惰性有机溶剂(如苯及其同系物、卤代烷烃、卤代苯、环烷烃或醚等)中，反应温度一般在30～40℃，在无或有缚酸剂的条件下由三氯化磷与无水乙醇直接进行反应制得，溶剂法的优点是反应不需要低温环境；缺点是工艺较复杂，产品的收率低。非溶剂法是在无溶剂的条件下由三氯化磷与无水乙醇进行负压下的液相或加压下的气相反应制得。非溶剂法的优点是反应速度快、产品收率高；缺点是对三氯化磷的纯度要求高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可低成本、温度可控、安全、高效实现亚磷酸二乙酯的工业化生产的方法。
本发明的第一方面，提供了一种亚磷酸二乙酯的连续化制备方法，
所述方法采用管道反应器进行；
所述方法采用三氯化磷和无水乙醇为反应原料；
所述方法包括步骤：
1)将三氯化磷以第一流速和无水乙醇以第二流速注入所述管道反应器中，在第一温度下反应第一时间，收集反应液；
2)水洗步骤1)所得反应液；
3)减压蒸馏步骤2)所得产物，得到亚磷酸二乙酯。
在另一优选例中，所述第一流速为30-80ml/min(较佳地35-70ml/min，更佳地40-60ml/min)。
在另一优选例中，所述第二流速为10-40ml/min(较佳地15-30ml/min，更佳地18-25ml/min)。
在另一优选例中，所述管道反应器中，三氯化磷和无水乙醇的摩尔比为2.5-10(较佳地3-7，更佳地3.5-5)。
在另一优选例中，所述第一温度为20-70℃(较佳地25-60℃，更佳地30-55℃)。
在另一优选例中，所述第一时间为30-500s(较佳地45-400s，更佳地60-300s)。
在另一优选例中，所述减压蒸馏在50pa-1kpa压力下进行。
在另一优选例中，所述管道反应器的长度为1m-10m(较佳地0.2m-3m，更佳地0.6m-2m)。
在另一优选例中，所述管道反应器的直径为1/16″-2″(较佳地1/16″-1″，更佳地1/16″-1/2″)。
在另一优选例中，所述管道反应器的体积为0.5ml-15L(较佳地1ml-10L，更佳地20ml-1L)。
在另一优选例中，所述方法采用导热油作为换热介质。
在另一优选例中，所述导热油选自下组：硅油、石蜡油、豆油、或其组合。
在另一优选例中，所述方法的收率为99-99.9％(较佳地99.1-99.6％，更佳地99.1-99.4％)。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1是本发明所使用的连续流管式反应器装置图：A、B—原料罐，1、2—计量泵，3、4—流量计，5—混合器，6管道反应器，7薄膜蒸发器，8接受罐。
具体实施方式
本发明人经过长期而深入的研究，通过采用管道反应器直接将无水乙醇和三氯化磷混合进行连续化反应，可低成本、温度可控、安全、高效实现亚磷酸二乙酯的工业化生产。在此基础上，发明人完成了本发明。
目前对亚磷酸二乙酯的工业生产一直沿用的是单锅反应和单釜精馏的间歇法，其反应物料经由高位槽送入，计量控制难度大，且需控制反应在55℃以下的进行，操作频繁，劳动强度大，且生产周期长、设备能力低。同时，在反应过程中需要以冷冻方式移出反应的热量，而脱酸时又需要对物料进行加热，生产过程中的能量利用率低。
姬学仪、朱德湘对三氯化磷和无水乙醇在特制的玻璃仪器内采用无溶剂法连续合成亚磷酸二乙酯的反应进行了研究。该特制玻璃反应器主要由含有冷却的球形混合室、由直形冷凝管和硬质玻璃管连接而成的反应器、凸形液体分散盘以及减压蒸馏系统四大部分构成。通过实验条件的不断摸索，最终取得了以三氯化磷计的产品收率为95％、产品纯度达98.3％的结果。该特制的玻璃仪器在对处理副产物的方面有所创新，因此，生产速度以及产品的收率和纯度有所提高。但是副产物脱析过程如果操作不当，很容易将亚磷酸二乙酯带入到副产物当中，导致亚磷酸二乙酯的产率下降。
上述方法在生产过程中，反应温度很难控制，如有超温可能发生分解爆炸的危险并且反应温度高，难以保证产品的质量。此外，反应条件太过苛刻，难以在工业上实施。而利用特定结构的连续流通道反应器进行三氯化磷和无水乙醇连续酯化合成亚磷酸二乙酯，可多方面解决现有工艺技术的诸多不足。
通道反应器(或管式反应器)与常规反应器相比，具有体积小，比表面积大，易放大，过程连续，快速混合效果好，传热效果好，耐高温高压等特点，采用特定结构的连续流管式反应器可对反应物料的混合以及传质、传热过程进行有效控制。通过对管式反应器的长度及反应停留时间的控制，可进一步使原料和产物的分布更加优化可控；通过调节原料泵的流速可实现底物无水乙醇与三氯化磷按比例进入管式反应器进行反应大大减少了返混，进一步减少了副反应的发生。本发明采用特定结构的管式反应器进行三氯化磷和无水乙醇连续酯化合成亚磷酸二乙酯的方法相对于传统间歇式生产方法具有无可比拟的优势，而且可为其工业化连续生产的改进提供一条重要的途径。
本发明提供一种亚磷酸二乙酯的制备方法，具体地，包括步骤：以氯化磷、乙醇为原料，连续流管道反应器中连续反应生成亚磷酸二乙酯的方法。其中，三氯化磷为物料A，无水乙醇溶液为物料B，通过计量泵同时进入管道进行连续化的酯化反应，通过后续处理得到亚磷酸二乙酯成品。本发明的方法显著降低反应剧烈放热的危险性，使得工艺更加安全、可控，易于实现规模化生产。
应理解，本发明为无溶剂反应，直接反应原料混合；配比n(无水乙醇)：n(三氯化磷)＝1:3～10。
应理解，本发明流程采用管式连续反应器，为独创发明。
应理解，本发明所用管道反应器(或管式反应器)可以使用如下代替：微通道反应器、釜串联连续反应器。
相比专利CN102827202A，其使用亚磷酸三乙酯副产物间歇反应制备亚磷酸二乙酯；使用亚磷酸、亚磷酸三乙酯为原料，该方法工艺产出反复套用并首先生产亚磷酸三乙酯，产出1T亚磷酸二乙酯，需要亚磷酸196.1Kg(10.5元/kg)，亚磷酸三乙酯818.3kg(20～22元/kg)，成本按照低价原料18.32元/kg；而本发明使用氯化磷和乙醇法，993.12kg氯化磷(6元/kg)，乙醇333.09kg(7.1元/kg)，成本8.3元/kG。
应理解，本发明采用连续化及无溶剂法制备产品，反应温度易控制。
应理解，本发明管道反应器以管道为主，间隔30～60cm连接一个心型加强器，从进口到出口至少加5道心型加强器；一个密闭反应器内可多管束集结，以增加产能。
与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：
(1)本发明采用一种连续化的生产方式，反应时间短，温度以及安全可控性好，生产效率高。
(2)本发明采用不同结构的管式反应器，对过程中传热、传质的强化大幅度提高了其反应速率及原料的利用率。
(3)本发明采用通道连续反应器，改善了间歇反应釜原料堆积产生的问题，提高生产效率。
(4)本发明操作简单，生产灵活，可通过反应装置的并联扩大生产规模，利于工业化。
(5)本发明方法收率高，选择性好。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
实施例1
(1)参照图1确定管式反应器连接方式，通道类型为管道或直流型结构，管道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。
将三氯化磷视为原料A；把无水乙醇溶液视为原料B，将两股物料分别以48ml/min和19ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(无水乙醇)：n(三氯化磷)＝1:3.5，采用图1通道反应器，控制温度30℃，停留时间60s，定量收集反应液经水洗然后减压蒸馏，最后称重并计算得到产物亚磷酸二乙酯的收率为99.2％。经GC分析亚磷酸二乙酯的选择性99.4％。
实施例2
(1)参照图1确定管式反应器连接方式，通道类型为管道或直流型结构，管道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。
将三氯化磷视为原料A；把无水乙醇溶液视为原料B，将两股物料分别以50ml/min和22ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(无水乙醇)：n(三氯化磷)＝1:4，采用图1通道反应器，控制温度55℃，停留时间300s，定量收集反应液经水洗然后减压蒸馏，最后称重并计算得到产物亚磷酸二乙酯的收率为99.4％。经GC分析亚磷酸二乙酯的选择性99.3％。
实施例3
(1)参照图1确定管式反应器连接方式，通道类型为管道或直流型结构，管道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。
将三氯化磷视为原料A；把无水乙醇溶液视为原料B，将两股物料分别以58ml/min和25ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(无水乙醇)：n(三氯化磷)＝1:4，采用图1通道反应器，控制温度55℃，停留时间60s，定量收集反应液水洗然后减压蒸馏，最后称重并计算得到产物亚磷酸二乙酯的收率为99.1％。经GC分析亚磷酸二乙酯的选择性99.5％。
实施例4
(1)参照图1确定管式反应器连接方式，通道类型为管道或直流型结构，管道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。
将三氯化磷视为原料A；把无水乙醇溶液视为原料B，将两股物料分别以48ml/min和20ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(无水乙醇)：n(三氯化磷)＝1:3.9，采用图1通道反应器，控制温度40℃，停留时间300s，定量收集反应液水经洗然后减压蒸馏，最后称重并计算得到产物亚磷酸二乙酯的收率为99.3％。经GC分析亚磷酸二乙酯的选择性99.5％。
实施例5
(1)参照图1确定管式反应器连接方式，通道类型为管道或直流型结构，管道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。
将三氯化磷视为原料A；把无水乙醇溶液视为原料B，将两股物料分别以48ml/min和19ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(无水乙醇)：n(三氯化磷)＝1:3.8，采用图1微通道反应器，控制温度40℃，停留时间180s，定量收集反应液经水洗然后减压蒸馏，最后称重并计算得到产物亚磷酸二乙酯的收率为99.3％。经GC分析亚磷酸二乙酯的选择性99.4％。
实施例6
(1)参照图1确定管式反应器连接方式，通道类型为管道或直流型结构，管道体积和流速确定反应摩尔比，换热介质为导热油。
将三氯化磷视为原料A；把无水乙醇溶液视为原料B，将两股物料分别以58ml/min和24ml/min的流速通过计量泵注入反应器中，此时n(无水乙醇)：n(三氯化磷)＝1:4，采用图1微通道反应器，控制温度45℃，停留时间240s，定量收集反应液水洗然后减压蒸馏，最后称重并计算得到产物亚磷酸二乙酯的收率为99.2％。经GC分析亚磷酸二乙酯的选择性99.5％。
对比例1
同实施例1，区别在于：控制温度10℃，停留时间2min。
产物亚磷酸二乙酯的收率为79.2％。经GC分析亚磷酸二乙酯的选择性69.1％。
对比例2
同实施例5，区别在于：n(无水乙醇)：n(三氯化磷)＝1:1。
产物亚磷酸二乙酯的收率为39.2％。经GC分析亚磷酸二乙酯的选择性49.1％。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种亚磷酸二乙酯的连续化制备方法，其特征在于，
所述方法采用管道反应器进行；
所述方法采用三氯化磷和无水乙醇为反应原料；
所述方法包括步骤：
1)将三氯化磷以第一流速和无水乙醇以第二流速注入所述管道反应器中，在第一温度下反应第一时间，收集反应液；
2)水洗步骤1)所得反应液；
3)减压蒸馏步骤2)所得产物，得到亚磷酸二乙酯。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述第一流速为30-80ml/min。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述第二流速为10-40ml/min。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述管道反应器中，三氯化磷和无水乙醇的摩尔比为2.5-10。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述第一温度为20-70℃。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述第一时间为30-500s。
7.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述减压蒸馏在50pa-1kpa压力下进行。
8.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述管道反应器的长度为1m-10m。
9.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法采用导热油作为换热介质。
10.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法的收率为99-99.9％。
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