DE1229527B - Verfahren zur Herstellung von tertiaeren Phosphinen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von tertiaeren Phosphinen

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DE1229527B
DE1229527B DEZ11322A DEZ0011322A DE1229527B DE 1229527 B DE1229527 B DE 1229527B DE Z11322 A DEZ11322 A DE Z11322A DE Z0011322 A DEZ0011322 A DE Z0011322A DE 1229527 B DE1229527 B DE 1229527B
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Dr Hermann Zorn
Dr Helmut Schindlbauer
Dipl-Ing Helmut Hagen
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    • C07F9/02Phosphorus compounds
    • C07F9/28Phosphorus compounds with one or more P—C bonds
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
C07f
Deutsche Kl.: 12 ο-26/01 ..
Nummer: 1229 527
Aktenzeichen: Z11322IVb/12o
. Anmeldetag: .9. Februar: 1965
Auslegetag: !.Dezember i960
-.Die vorliegende Erfindung betrifft ein-Verfahren -zur Herstellung von tertiären Phosphinen.
Dieiisher bekannten Verfahren zur Synthese von tertiären Phosphinen gründen sich vorwiegend auf die '.Synthesenach Gr'ignardTdie Umsetzung von Alkalimetallphosphiden mit Alkyl- bzw. Arylhalogeniden oder Umsetzungen von Phosphorhälogeniden mit „metallorganischen Verbindungen, insbesondere Aryldithiumverbindungen. Die Grenzen der Grignardierung sind jedoch bekannt; die Anzahl der verfügbaren Aryl- ίο 'alkalimetallverbindungen ist beschränkt. Auch ist die Darstellung reiner Isomerer von mehrfach halogenierten Aromaten oft schwierig und gelingt nur auf zeit-
■räubenden Umwegen. '.:: '"■ ■
~ Rein aromatische-tertiäre Phosphine sind auch nach rder in der deutschen Patentschrift 1114190 angegebenen kathodischen Reduktion" von' quartären Phosphinumsalzen nicht zugänglich, da Arylhalogenide nicht mit tertiären Phosphinen zu Phosphinumsalzen .au reagieren vermögen. ' ao
-- Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung tertiärer Phosphine, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Alkalimetallphosphide der allgemeinen Formel
R'.
R"'
:PMe
worin R' und R" unabhängig voneinander einen Alkyl- oder Arylrest bedeuten und Me ein Alkalimetall darstellen, mit Alkalisalzen von aromatischen Sulfonsäuren unter Ausschluß von Sauerstoff umgesetzt werden.
Die Herstellung von Alkalisalzen aromatischer Sulfonsäuren, die als Ausgangsstoffe benötigt werden, ist einfach und billig. Im Gegensatz zu der nach den bekannten Verfahren ungünstigen Ausbeute erfolgt die erfindungsgemäße Umsetzung beinahe quantitativ.
Die Herstellung der ebenfalls als Ausgangsstoffe benötigten Alkalimetallphosphide und die erfindungsgemäße Umsetzung der Phosphide mit arylsulfonsauren Salzen kann in ein und demselben Reaktionsgefäß durchgeführt werden.
Die Herstellung der Alkalimetallphosphide kann -nach drei bekannten Verfahren erfolgen, je nachdem, welche Ausgangsverbindungen leichter zugänglich sind. Diese drei Verfahren sind:
1. die direkte Metallierung sekundärer Phosphine mit Hilfe der elementaren Alkalimetalle (Li, Na, K) oder gebrächlicher Metallierungsmittel, insbeson-Verfahren zur Herstellung Von tertiären
Phosphinen , ; .
Anmelder: . -. - . ·...'.,',, .
Dr. Hermann Zorn, Wien :, ':
Vertreter: - '.".."': V-.
Dr.-Ing. E. Hoffmann, Dipl:-Ing. W, Eitle
und Dr. rer. nat. K. Hoffmann, Patentanwälte,
München 8, Maria-Theresiä-Str. 6 .
Als Erfinder benannt:
Dr. Hermann Zorn, *,,
Dr. Helmut Schindlbauer, Wien;
Dipl.-Ing. Helmut Hagen, Ludwigshafen/Rhein
Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 21. Februar 1964 (A 1518/64)
dere n-Butyllithium, Phenyllithium oder Phenylnatrium;
2. die Umsetzung von Halogenphosphinen mit den elementaren Alkalimetallen nach den allgemeinen Gleichungen
R'R"PHal + 2Me
> R'R"P —PR"R' + 2MeHaI
R'R'T — PR"R' + 2Me > 2 R'R"PMe
Hierbei ist es vorteilhaft, das Metall über seinem Schmelzpunkt im Lösungsmittel mit Hilfe eines Vibrationsmischers zu dispergieren und das HaIogenphosphin zuzutropfen. Die exotherme Reaktion genügt dann, um das Reaktionsgemisch über der Schmelztemperatur des Alkalimetalls zu halten;
3. die Spaltung tertiärer Aryl- oder Aralkylphosphine mit elementaren Alkalimetallen nach der allgemeinen Gleichung:
R'
P + 2Me
R'R"PMe + R'Me
609 729/432
Die erfindungsgemäße Umsetzung der so erhaltenen Alkah'metäUphosph'ide mit den Alkalisalzen- der aromatischen Sulfonsäuren erfolgt nach der Gleichung
R's
R'"
R'"SO3Me'
worin R' und R" die oben angegebene Bedeutung haben, Me und Me' unabhängig voneinander je ein Alkalimetall, insbesondere Natrium, Kalium oder Lithium, darstellen und R'" für einen Arylrest steht. Es handelt sich bei dieser Reaktion um eine nucleophile Substitution der Sulfonsäuregruppe durch die R'(R")P-Gruppe. Das Gelingen des Verfahrens wird in besonderem Maße von zwei Faktoren beeinflußt, nämlich von der Art des verwendeten Lösungsmittels und der Reaktiönstemperatur. Durch Wahl des Lösungsmittels und der Temperatur können die Unterschiede in der Reaktionsfähigkeit der umgesetzten Arylsulfonate ausgeglichen und auch weniger reaktionsfähige Sulfonate in relativ kurzer Zeit fast quantitativ umgesetzt werden. Es hat sich gezeigt, daß nicht nur die Metallierungsreaktion, sondern auch die erfindungsgemäße Umsetzung des Phosphide mit den arylsulfonsauren Salzen in polaien Lösungsmitteln wesentlich rascher vor sich geht als in unpolaren.
Als Lösungsmittel eignen sich geradkettige oder cyclische Äther, wie Di-n-butyläther, Tetrahydrofuran und Dioxan, femer Dimethylformamid und Dekalin. In besonderem Maße geeignet sind die höhersiedenden Äther des Di- und des Triäthylenglykols. In Tetrahydrofuran, Dimethylformamid und den Glykoläthern sind die Alkalimetällphosphide löslich.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Temperatteren von 65 bis 3000C durchgeführt und ist nach Wahl der jeweils günstigen Bedingungen, vorzugsweise in 2 bis 3 Stunden, beendet. Die Reaktion muß unter vollkommenem Ausschluß von Sauerstoff durchgeführt werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkte werden als Katalysatoren, Additive in Schmierölen und als Zwischenprodukte verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
a) Zu einer Suspension von 0,1 Mol Lithiumdiphenylphosphid (hergestellt aus 18,6 Gewichtsteüen Diphenylphosphin und 0,1 Mol n-ButyUithium) in 300 Volumteilen trockenem Di-n-butyläther wurden bei Raumtemperatur 23,1 Gewichtsteile a-naphthalinsulfonsaures Natrium eingebracht und das Reaktionsgemisch anschließend 18 Stunden unter kräftigem Rühren und Durchleiten von O2-feinem getrocknetem Stickstoff auf 140° C erhitzt. Nach dem Erkalten wurde das Reaktionsgemisch mit 200 Volumteilen Wasser versetzt, um das gebildete Sulfit zu entfernen, die ätherische Phase abgetrennt, getrocknet und das Lösungsmittel im Wasserstrahlpumpenvakuum abdestilliert. Der breiige Destillationsrückstand wird zur Reinigung aus Methanol umkristalrisiert und ergibt 16 Gewichtsteile ■ rein weißes a-Naphthyldiphenylphosphin. Ausbeute: 51,5% der Theorie. Fp. 124°C.
65 Kennzeichnung und Analyse: C22H17P (MG: 312) Berechnet-.v. P 9,95 %, C 84,6 %, H 5,45 %;
gefunden ... P 9,8 %, C 84,3 %, H 5,41 %.
MeMe7SO3
Die Substanz ist löslich in Äther, Benzol, Chloroform und Methylacetat, schlechter löslich in Alkohol.
b) In 300 ml Tetrahydrofuran wurden 7,8 Gewichtsteile Kalium bei 6O0C mit einem Vibrator dispergiert und 21,5 Gewichtsteile Diphenylchlorphosphin in dem Maße zugetropft, daß das Reaktionsgemisch am Rückfluß siedend erhalten wurde. Nach ungefähr einer Stunde ist alles Kalium verschwunden und eine tiefrote Lösung von Kaliumdiphenylphosphid in Tetrahydrofuran entstanden. Schließlich wurden 23 Gewichtsteile scharf getrocknetes oc-naphthalinsulfonsaures Natrium zugegeben und das Reaktionsgemisch 30 Stunden auf 67° C erhitzt. Nach dieser Zeit war eine deutliche Aufhellung des Reaktionsgemisches wahrzunehmen. Nach der Hydrolyse mit 100 ml einer wäßrigen Ammonchloridlösung wurden die Phasen im Scheidetrichter getrennt und die ätherische Phase destilliert. Nach der Reinigung des Destillationsrück.-standes mit Methanol resultierten 14 Gewichtsteile Ä-Naphthyldiphenylphosphin mit einem Fp. von 124 bis 125°C. Ausbeute: 45% der Theorie.
c) Ein analoger Versuch mit /?,j8'-Diäthoxydiäthyläther als Lösungsmittel, einer Reaktionstemperatur von 18O0C und einer Reaktionszeit von 3 Stunden ergab eine Ausbeute von 75% an reinem Produkt.
Beispiel 2
Zu einer Dispersion von 7,8. Gewichtsteüen Kalium in /Ϊ,/S'-Diäthoxydiäthyläther wurden 21,5 Gewichtsteile Diphenylchlorphosphin bei 70° C zugetropft. Nach beendeter Umsetzung-(Verschwinden des Kaliums und Entstehen einer tiefroten Lösung) wurden 23 Gewichtsteile trockenes ß-naphthalinsulfonsaures Natrium zugegeben und das Reaktionsgemisch unter Rühren 3 Stunden auf 180° C erhitzt. Nach dieser Zeit hatte das Reaktionsgemisch eine hellbraune Farbe angenommen. Nach Hydrolyse und Aufarbeitung gemäß Beispiel 1, b) wurde jS-Naphthyldiphenylphosphin in 68%iger Ausbeute erhalten mit dem. Fp. 1170C
Beispiel3 '
a) In 250 ml trockenem Dekalin wurden 16 Gewichtsteile Kalium bei 65 0C mit einem Vibrationsmischer dispergiert und nach Steigern der Temperatur auf 1200C 46 Gewichtsteile Diphenylchlorphosphin zu.-getropft. Das Kaliumsalz des Phosphins fällt als braunroter flockiger Niederschlag aus.
Nach Zugabe von 33 Gewichtsteüen 1,5-naphthalindisulfonsaurem Natrium wurde das Reaktionsgemisch 24 Stunden auf 175°C erhitzt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur und Hydrolyse mit 100 ml Wasser wird vom Ungelösten abfütriert, das Fütrat im Scheidetrichter getrennt und die Dekalinphase im Vakuum destilliert. Das Ungelöste wurde mit Chloroform ausr gezogen, .das Chloroform abdestilh'ert und der verbleibende Rest mit dem Rückstand aus der Dekaliniphase vereinigt. Nach Behandeln der vereinigten Rückstände mit Methanol, um Diphenylphosphinsäure. zu lösen, wird in Benzol gelöst und mit Petroläther (Siedeinteryall unter Atmosphärendruck 50, bis. 70°C)
versetzt. Nach dem Abkühlen fällt ein weißer pulveriger Niederschlag von 1,5-Naphthylen-bis-diphenylphosphin aus. Ausbeute: 4,8 Gewichtsteile, das sind 9,6% der Theorie.
Diese Substanz hat einen Schmelzpunkt von 261° C.
Kennzeichnung und Analyse: C34H28P2 (MG: 496) Berechnet ... 82,3%. H 5,25%, P 12,45%;
gefunden ... C 82,4%, H 5,15%. P 12,4%.
b) 15,8 Gewichtsteile Kalium wurden in 250 Teilen trockenem Tetrahydrofuran bei 65° C dispergiert und 46 Gewichtsteile Diphenylchlorphosphin zugetropft. Nach beendeter Umsetzung wurden 33 Gewichtsteile 1,5-naphthalindisulfonsaures Natrium zugegeben und 45 Stunden auf 67° C erhitzt. Nach der Aufarbeitung resultierten 16 Gewichtsteile an reinem 1,5-Naphthylen-bis-diphenylphosphin, das sind 31% der Theorie.
c) in einem analogen Versuch unter Verwendung von Triäthylenglykoldiäthyläther als Lösungsmittel, einer Reaktionstemperatur von 205° C und einer Reaktionszeit von 21I2 Stunden konnte das 1,5-Naphthylen-bis-diphenylphosphin in 90%iger Ausbeute erhalten werden.
Beispiel 4
2S
16 Gewichtsteile Kalium wurden bei 650C in 250 Volumteilen trockenem Tetrahydrofuran mit Hilfe eines Vibrationsmischers dispergiert und 46 Gewichtsteile Diphenylchlorphosphin zugetropft; nach Zugabe von 33 Gewichtsteilen 2,7-naphthalindisulfonsaurem Natrium wurde 45 Stunden auf 670C erhitzt.
Nach der Aufarbeitung gemäß Beispiel 1, b) wurden 24 Gewichtsteile eines festen weißen Produkts erhalten. Ausbeute: 48,5% der Theorie. Das 2,7-NaphthyJenbis-diphenylphosphin hat einen Schmelzpunkt^ von 1410C. Es ist löslich in Benzol, Chloroform, Äther und Methylacetat.
Kennzeichnung und Analyse: C34H26P2 (MG: 496)
SundeT ''' P 12 30/ C 811 <V H 530°/
gefunden ... P 12,3 /0, C 81,1 /0, H 5,30 /0.
Beisoiel 5
a) In 400 Volumteilen trockenem Dioxan wurden 52 Gewichtsteile Triphenylphosphin gelöst, 12 Gewichtsteile Kalium in kleinen Stücken dazugegeben und die Temperatur unter Rühren gesteigert. Bei 6O0C schmilzt das Kalium, und es setzt eine heftige Reaktion ein, die das Reaktionsgemisch in kurzer Zeit auf die Siedetemperatur des Dioxans bringt. Es wurde dann noch 2 Stunden unter Rühren am Rückfluß gekocht. Nach dem Abkühlen fiel der Dioxankomplex des Kaliumdiphenylphosphids
on- ι
L(.C6HS)2 FK · 2 Dioxanj
als orangerote Kristalle aus. Das Lösungsmittel, das nicht umgesetztes Triphenylphosphin und Phenylkalium gelöst enthielt, wurde mit einer Tauchnutsche abgezogen. Der zurückbleibende Kaliumdiphenylphosphidkomplex löste sich in 250 Volumteüen Dimethylformamid mit tief roter Farbe auf. Nach Zugabe von 23 Gewichtsteilen 2,6-naphthalindisulfonsaurem Natrium wurde das Reaktionsgemisch 15 Stunden auf 130° C erhitzt. Nach dieser Zeit hatte sich das Gemisch entfärbt. Nach dem Erkalten wurde der Kolbeninhalt abgenutscht, der Filterkuchen erst mit Wasser ausgekocht, der Rückstand in Benzol gelöst und mit Petroläther ausgefällt. Auf diese Weise konnten 20 Gewichtsteile eines festen weißen Produkts vom Schmelzpunkt 219 bis 220°C erhalten werden. Diese Verbindung wurde als 2,6-Naphthylen-bisdiphenylphosphin identifiziert.
Analyse: C34H26P2 (MG: 496)
Berechnet ... P 12,5%;
gefunden ... P 12,6%.
Aus dem beim Abnutschen des erkalteten entfärbten Reaktionsgemisches erhaltenen Filtrat konnten nach dem Abdestillieren des Dimethylformamids im Wasserstrahlpumpenvakuum 5 g einer Substanz von Fp. 140° C isoliert werden, bei der es sich um l,2-Bis-(diphenylphosphin)-äthan handelt. Die Verbindung entsteht infolge einer Nebenreaktion bei der Spaltung von Triphenylphosphin mit Kalium in Dioxan.
b) 16 Gewichtsteile Kalium wurden in 250 ml jÖ,/3'-Diäthoxydiäthyläther dispergiert und 46 Gewichtsteile Diphenylchlorphosphin bei einer Temperatur von 100° C zugetropft. Nach Zugabe von 34 Gewichtsteilen 2,6-naphthalindisulfonsaurem Natrium auf 190°C erhitzt, entfärbte sich das ursprünglich dunkelrote Reakti°nsSemisch binnen 2 Stunden. Nach der Aufarbeitung gemäß Beispiel 1, a) resultierten 35 Ge* wichtsteile = 71 % der Theorie 2,6-Naphthylen-bisdiphenylphosphin vom Fp. 2210C. Die Substanz ist etwas schwerer löslich als die anderen diteriären Naphthylenphosphine, löst sich jedoch in der Wärme in Benzol, Chloroform und in Butylacetat.
Beispiel 6
Eine aus 16 Gewichtsteilen Kalium und 46 Gewichtsteilen Diphenylchlorphosphin in 100 ml trokkenem Tetrahydrofuran hergestellte Lösung von Kaliumdiphenylphosphid wurde mit 60 Gewichtsteilen 1-anthracensulfonsaurem Kalium umgesetzt.
Bei einer Reaktionstemperatur von 670C und einer Reaktionszeit von 5 Stunden entstand das 1-Anthracendiphenylphosphin in 80<>/0iger Ausbeute.
Die SubjjtajJZ gtdlt dn hellgelbeS; feinkristallines
Pulver mit einem Schmelzpunkt von 194°C dar. Sie ist löslich in Benzol, Chloroform, Äther und Butylacetat.
Analyse: C26H19F (MOr:
Berechnet... P 8,55%, C 86,2%, H 5,25%;
gefunden ... P 8,4%, C 86,1%, H 5,35 %·
Beispiel/
Die Darstellung erfolgte analog, wie unter Beispiel 6 angegeben, unter Beibehaltung der MengenVerhältnisse und ergab das gewünschte tertiäre Phosphin in 68 %iger Ausbeute.
Das 2-Anthracendiphenylphosphin ist eine nur schwachgelblichgefärbte Substanz mit einem Fp. von 157° C. Sie ist löslich in Benzol, Äther, Chloroform und Butylacetat.
Analyse: C28H19F (.MCr: Zbi)
Berechnet ... P 8,6%;
gefunden ... P 8,5%.
_ . . . „
Beispiel»
In 150 Volumteüen trockenem /?,/S'-Diäthoxydiäthyläther werden 15,6 Gewichtsteile Kalium bei 70° C mit einem Vibrationsmischer dispergiert und 45 Ge-
iwichtsteile Diphenylchlorphospnin zugetropft. Das aresultierende Kaliumdiphenylphosphid wurde mit 29 Gewichtsteilen 1,3-benzoldisulfonsaurem Natrium bei einer Temperatur von 185° C umgesetzt. Nach 3 Stunden hatte das Reaktionsgemisch eine hellgelbe Farbe angenommen. Nach der Hydrolyse mit wäßriger Ammonchloridlösung und Trennen der Phasen wurde die organische Phase im Vakuum destilliert, der Rückstand in Benzol gelöst, mit Natronlauge ausgeschüttelt und erneut destilliert.
Das. resultierende 1,3-Phenylen-bis-diphenylphos-.phin stellt bei Raumtemperatur ein zähes, farbloses ;Ö1 dar. Ausbeute: 30,5 Gewichtsteile = 69% der Theorie.
Analyse: C30H81P2 (MG: 446) ,
. Berechnet ... P 13,9%;
gefunden ... P 14,0%.
. Beispiel 9 ao
32 Gewichtsteile n-Hexadecyl-n-butylphosphin wurden mit einer Dispersion von 3,9 Gewichtsteilen Kalium in 200 Volumteilen Tetrahydrofuran bei 670C während 16 Stunden metalliert.
■; Die Zugabe von 22 Gewichtsteilen a-naphthalinsulfonsäuren! Natrium löste eine exotherme Reaktion aus. Das Reaktionsgemisch wurde noch mehrere Stunden auf einer temperatur von 670C gehalten. Die hydrolytische Aufarbeitung gemäß Beispiel 1; b) ■lieferte in 84 °/oiger Ausbeute ein schwachgrünlichgelbgefärbtes Öl, das als a-Naphthyl-n-hexandecyln-butylphosphin identifiziert wurde.
Analyse:· C30H49P (MG: 440)
■Berechnet... P 7,05%; , gefunden ... P 7,2%.
. Beispiel 10
■ Zu einer Suspension von 7,8 Gewichtsteilen Kalium in 200 Volumteilen Diäthoxydiäthyläther wurden 18 Gewichtsteile Tolylisobutylphosphin langsam zugefügt und das Reaktionsgemisch 4 Stunden auf 160° C erhitzt.- Nach Zugabe von 56 Gewichtsteilen 2-anthracensulfonsaurem Natrium wurde die Tem-peratur zur Entfärbung weiter auf 16O0C. gehalten (rund 10 Stunden). Nach Zugabe von 100 Volumteilen Wasser zum Reaktionsgemisch wurde die ätherische Phase abgetrennt, getrocknet und der Äther abdestilliert. Es hinterblieben 23,5 Gewichtsteile 2-Anthracentolylisobütylphosphin als gelbbrau-
nes ÖL Ausbeute: 66% der Theorie.
Analyse: C21H23P (MG: 356)
Berechnet ... P 8,71%;
gefunden ... P 8,67%.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von tertiären Phosphinen, dadurch gekennzeichnet, daß Alkalimetallphosphide der allgemeinen Formel
R',
R"
;PMe
worin R' und R" unabhängig voneinander einen Alkyl- oder Arylrest bedeuten und Me ein Alkalimetall darstellt, mit Alkalisalzen von aromatischen Sulfonsäuren unter Ausschluß von Sauer^ stoff umgesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart inerter Lösungsmittel durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß- die Umsetzung in einem hochsiedenden Äther als inertem Lösungsmittel durchgeführt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
J. am. ehem. Soc, 85 (1963), S. 1093 bis 1096.
609 729/432 11.66 © Bundesdruckerei Berlin
DEZ11322A 1964-02-21 1965-02-09 Verfahren zur Herstellung von tertiaeren Phosphinen Pending DE1229527B (de)

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