DE1285988B - Process for the preparation of phosphoryl tri-isocyanate - Google Patents
Process for the preparation of phosphoryl tri-isocyanateInfo
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Description
G.S.Forbes und H.H.Anderson beschreiben in Journ. Am. Chem. Soc., Bd. 62 (1940), S. 762, die Herstellung von Phosphor-tri-isoeyanat aus Phosphortrichlorid und 3 Mol Silbercyanat in Benzol. In der USA.-Patentschrift 2 835 652 Xvird die Herstellung von an organische Reste gebundenem Phosphor enthaltenden Isoeyanaten, z. B. C,H5P (NCO)" aus den entsprechenden Halogeniden und Silbercyanat in Acetonitril erwähnt. In der USA.-Patentschrift2 873 171 wird angegeben, daß Kaliumcyanat bei der Umsetzung mit Phosphortrichlorid wenig oder kein Phosphortri-isocyanat liefert, auch nicht in verschiedenartigen inerten Lösungsmitteln, z. B. Tetrachlorkohlenstoff, und unter Zusatz von katalytischen Mengen von Kupferchlorür und Süberisocyanat, und daß erst bei Einsatz von Lithium-isocyanat gute Ausbeuten von Phosphor-tri-isocyanat erhalten werden können. Jedoch fällt hierbei Lithium-chlorid an, woraus in umständlicher Weise durch doppelte Umsetzung mit Soda zu Li-carbonat und daraus mittels Harnstoff-Schmelze das Li-cyanat regeneriert werden muß. Dementsprechend wird in der britischen Patentschrift 907 029 ein verbessertes Herstellungsverfahren von Phosphor-tri-isocyanat aus Phosphortrichlorid und Alkali-cyanaten angegeben, wobei das Arbeiten in polaren Lösungsmitteln, wie organischen Nitrilen, insbesondere Acetonitril, Ketonen, Nitroverbindungen und Estern gute Ausbeuten ermöglicht. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß diese Lösungsmittel sehr feuergefährlich sind und besondere Vorsichtsmaßnahmen bedingen. Daher wird in der deutschen Patentschrift 1161 541 ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Phosphor-tri-isoeyanat geschildert, wo die Umsetzung von Alkalicyanat und Pkosphortrichlorid in - vorzugsweise flüssigem - Schwefeldioxyd vorgenommen wird. Beim Arbeiten mit flüssigem Schwefeldioxyd werden aber umfangreiche Kühlmaßnahmen erforderlich, zumal das gebildete Alkalichlorid nach dem Abfiltrieren mit Schwefeldioxyd ausgewaschen werden muß.GSForbes and HHAnderson describe in Journ. At the. Chem. Soc., Vol. 62 (1940), p. 762, the preparation of phosphorus tri-isoeyanate from phosphorus trichloride and 3 mol of silver cyanate in benzene. In the USA. Patent 2,835,652 Xvird the production of organic radicals bound to phosphorus-containing Isoeyanaten, z. B. C, H5P (NCO) "mentioned from the corresponding halides and silver cyanate in acetonitrile. In the USA. Patentschrift2-873,171 it is indicated that potassium cyanate in the reaction with phosphorus trichloride little or no Phosphortri isocyanate yields, even in various inert Solvents, for example carbon tetrachloride, and with the addition of catalytic amounts of copper chloride and silver isocyanate, and that good yields of phosphorus tri-isocyanate can only be obtained when lithium isocyanate is used cumbersome manner carbonate Li-by double decomposition with sodium carbonate to and from it by means of urea-melt, the Li-cyanate must be regenerated. Accordingly, there is provided an improved manufacturing process of phosphorus tri-isocyanate from phosphorus trichloride and alkali cyanates in British Patent 907,029, working in polar solvents such as organic nitriles, especially acetonitrile , Ketones, nitro compounds and esters enables good yields. However, this process has the disadvantage that these solvents are very flammable and require special precautionary measures. Therefore, it is described an improved process for the preparation of phosphorus-tri-isoeyanat in German patent 1,161,541, where the reaction of alkali cyanate and in Pkosphortrichlorid - preferably liquid - sulfur dioxide is carried out. When working with liquid sulfur dioxide, however, extensive cooling measures are necessary, especially since the alkali metal chloride formed must be washed out with sulfur dioxide after being filtered off.
Überraschenderweise konnten die vorstehend aufgeführten Nachteile und Schwierigkeiten in einem neuen Verfahren zur Herstellung von Phosphoryltri-isoeyanat aus Phosphortrichlorid und anorganischen Cyanaten dadurch vermieden werden, daß man Phosphortrichlorid und Natriumcyanat in der Wärme in mittelsiedenden unbrennbaren Chlorkohlenwasserstoffen unter Zusatz von katalytischen Mengen von organischen Nitrilen umsetzt und danach das erhaltene Phosphor-tri-isoeyanat mit SO, in perchlorierten flüssigen Kohlenwasserstoffen in der Kälte oxydiert.Surprisingly, the above-mentioned disadvantages and difficulties in a new process for the preparation of phosphoryl tri-isoeyanate from phosphorus trichloride and inorganic cyanates could be avoided by converting phosphorus trichloride and sodium cyanate at high temperature in medium-boiling, non-flammable chlorohydrocarbons with the addition of catalytic amounts of organic nitriles and then the phosphorus tri-isoeyanate obtained is oxidized with SO in perchlorinated liquid hydrocarbons in the cold.
Als Chlorkohlenwasserstoffe, in denen, wie festgestellt wurde, P(NCO), löslich ist, werden solche mit Flanimpunkt über 30'C, möglichst oberhalb 54'C, eingesetzt. Dementsprechend eignen sich 1,2,3-Trichlorpropan, 1,1,2-Trichloräthan, Trichloräthylen, Chloroform, Methylenchlorid, Tetrachloräthan, Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, Dichlorpentan-Gemische, 1,4-Dichlorbutan, Dichlorcyclohexan, insbesondere Tetrachlorkohlenstoff und Perchloräthylen. Ein Zusatz brennbarer indifferenter Lösungsmittel ist insoweit möglich, als die Bedingung hinsichtlich des Flamm- punktes eingehalten wird. Dementsprechend werden Phosphortrichlorid und 3 Mol Natriumeyanat in diesen Lösungsmitteln mehrere Stunden unter Rückflußkühlung gekocht, zweckmäßig unter kräftigem Rühren. Die Reaktionstemperatur soll üblicherweise zwischen etwa 40 und etwa 180'C liegen, vorzugsweise 70 bis 120'C betragen. Zur Beschleunigung der Umsetzung werden dem Reaktionsgemisch etwa 0,1 bis etwa 2 Gewichtsprozent eines organischen Nitrils, vorzugsweise eines niedermolekularen aliphatischen Nitrils, z. B. Acetonitril, Propionitril, Acrylnitril, Glutarsäure-di-nitril, Cyanessigester zugesetzt. Das Ende der Reaktion ist daran erkennbar, daß eine filtrierte Probe der Reaktionssuspension im Filtrat chlorfrei wird. Dann wird das gebildete Natriumchlorid abgetrennt, zweckmäßig durch Filtrieren oder Abschleudern, oder durch Abdestillieren von Lösungsmitteln und Phosphor-tri-isocyanat, zuletzt zweckmäßigerweise im Vakuum.The chlorinated hydrocarbons in which, as has been found, P (NCO) is soluble, are those with a flaming point above 30 ° C, if possible above 54 ° C. Accordingly, 1,2,3-trichloropropane, 1,1,2-trichloroethane, trichlorethylene, chloroform, methylene chloride, tetrachloroethane, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, dichloropentane mixtures, 1,4-dichlorobutane, dichlorocyclohexane, especially carbon tetrachloride and perchlorethylene are suitable. An auxiliary combustible solvent is indifferent to the extent possible, is maintained as the condition with respect to the flame point. Accordingly, phosphorus trichloride and 3 moles of sodium yanate are refluxed for several hours in these solvents, advantageously with vigorous stirring. The reaction temperature should usually be between about 40 and about 180.degree. C. , preferably between 70 and 120.degree . To accelerate the reaction, about 0.1 to about 2 percent by weight of an organic nitrile, preferably a low molecular weight aliphatic nitrile, e.g. B. acetonitrile, propionitrile, acrylonitrile, glutaric acid di-nitrile, cyanoacetic ester are added. The end of the reaction can be recognized by the fact that a filtered sample of the reaction suspension becomes chlorine-free in the filtrate. The sodium chloride formed is then separated off, expediently by filtering or centrifuging, or by distilling off solvents and phosphorus tri-isocyanate, finally expediently in vacuo.
Das Phosphor-tri-isoeyanat kann direkt mit Schwefeltrioxyd zu Phosphoryl-tri-isoeyanat in der Kälte oxydiert werden, wobei vorteilhaft ist, daß die für die Herstellung des Phosphor-tri-isoeyanats benötigten perchlorierten Lösungsmittel in der Kälte, d. h. im Temperaturbereich zwischen etwa -30 und +IO'C, gegen Schwefeltrioxyd ausreichend beständig sind. Die Oxydation wird vorzugsweise in dem genannten Temperaturbereich, vorteilhafterweise unter O'C vorgenommen, wobei tiefere Temperaturen als -30'C wegen des Erstarrens der Lösungsmittel und des Absinkens der Reaktionsgeschwindigkeit unzweckmäßig sind. Üblicherweise wird die Oxydation im Bereich zwischen etwa 0 und -20'C durchgeführt. Es ist zweckmäßig, die theoretisch notwendige Menge an Schwefeltrioxyd oder nur einen sehr geringen Überschuß desselben einzusetzen, um Nebenreaktionen mit dem Lösungsmittel beim anschließenden Erwärmen nach der Oxydation zu vermeiden. Das Erwärmen auf Temperaturen um etwa 70'C ist zweckmäßig, -um das entstandene Schwefeldioxyd auszutreiben. Nach dem Ausgasen des Schwefeldioxyds wird das Lösungsmittel aus dem Oxydationsgemisch bei Normaldruck oder geringem Unterdruck abdestilliert, wobei das Phosphoryl-tri-isoeyanat in öliger Form zurückbleibt. Das Phosphoryl-tri-isocyanat läßt sich im Vakuum destillieren und wird dann als farbloses Öl in sehr guter Ausbeute erhalten.The phosphorus tri-isoeyanate can be oxidized directly with sulfur trioxide to phosphoryl tri-isoeyanate in the cold, it being advantageous that the perchlorinated solvents required for the preparation of the phosphorus tri-isoeyanate in the cold, i.e. H. in the temperature range between about -30 and + 10'C, are sufficiently resistant to sulfur trioxide. The oxidation is preferably carried out in the temperature range mentioned, advantageously below O'C, temperatures lower than −30 ° C. being unsuitable because of the solidification of the solvents and the decrease in the reaction rate. The oxidation is usually carried out in the range between about 0 and -20 ° C. It is advisable to use the theoretically necessary amount of sulfur trioxide or only a very small excess of it in order to avoid side reactions with the solvent during the subsequent heating after the oxidation. Heating to temperatures around 70 ° C is advisable to drive off the sulfur dioxide that has formed. After the sulfur dioxide has been degassed, the solvent is distilled off from the oxidation mixture at normal pressure or slightly reduced pressure, the phosphoryl tri-isoeyanate remaining in oily form. The phosphoryl tri-isocyanate can be distilled in vacuo and is then obtained as a colorless oil in very good yield.
Phosphoryl-tri-isoeyanat.dient direkt oder als Vorprodukt zur Herstellung von Flammschutzraitteln für Textilien, Schädlingsbekämpfungsmitteln und Zusatz zu Schmiermitteln. Beispiel a) 208 g Natriumcyanat werden mit 800 g Tetrachlorkohlenstoff angerührt, 137 g Phosphortrichlorid sowie 10 g Acetonitril zugesetzt und die Suspension zum Kochen am Rückflußkühler erhitzt. Nach zweistündigem Kochen hat eine filtrierte Probe der Suspension im Filtrat nur noch 0,6 0/, ionogenes Chlor, nach weiteren etwa 3 Stunden Kochen nur noch 0,3 0/" was etwa 3 0/, der eingesetzten Menge entspricht, also einem 970/jgen Umsatz. Sodann wird die Reaktionssuspension abgesaugt und der Rückstand mit Tetrachlorkohlenstoff ausgewaschen. Der Niederschlag wiegt nach dem Trocknen 205 g, mit einer Ausbeute an Natriumehlorid von 97 l)/, der Theorie.Phosphoryl-tri-isoeyanate. Is used directly or as a preliminary product for the production of flame retardants for textiles, pesticides and additives for lubricants. Example a) 208 g of sodium cyanate are mixed with 800 g of carbon tetrachloride, 137 g of phosphorus trichloride and 10 g of acetonitrile are added and the suspension is heated to the boil on the reflux condenser. After two hours of boiling a filtered sample of the suspension in the filtrate was only 0.6 0 /, ionogenic chlorine, other about 3 hours boiling "which corresponds to only 0.3 0 / about 3 0 /, the amount employed, therefore, a 970 The reaction suspension is then filtered off with suction and the residue is washed out with carbon tetrachloride. After drying, the precipitate weighs 205 g, with a yield of sodium chloride of 97 l) /, theoretically.
Aus dem gesamten Filtrat wird zuerst der Tetrachlorkohlenstoff bei Normaldruck abdestilliert; er kann als solcher wieder verwendet werden.The carbon tetrachloride is formed first from the entire filtrate Normal pressure distilled off; it can be reused as such.
Der ölige Rückstand liefert bei Destillation im Vakuum 135 g Phosphor-tri-isocyanat vom Siedepunkt 70'C/12 mm als farbloses Öl (Ausbeute. 88 der Theorie). Verwendet man an Stelle von Tetrachlorkohlenstoff die gleiche Menge Chloroform oder Perchloräthylen und arbeitet in gleicher Weise, so kommt man in doppelter bzw. halber Reaktionszeit zum gleichen Ergebnis.On distillation in vacuo, the oily residue gives 135 g of phosphorus tri-isocyanate with a boiling point of 70 ° C./12 mm as a colorless oil (yield: 88 % of theory). If you use the same amount of chloroform or perchlorethylene instead of carbon tetrachloride and work in the same way, you get the same result in twice or half the reaction time.
Man kann auch an Stelle des Acetonitrils mit gleichem Erfolg die gleiche Menge Propionitril einsetzen.One can also use the same in place of acetonitrile with the same success Use amount of propionitrile.
b) Das Arbeiten in Tetrachlorkohlenstoff und Perchloräthylen ist deswegen vorteilhaft, weil sie, wie festgestellt wurde, gegen Schwefeltrioxyd bei etwa -30 bis +lO'C ausreichend beständig sind, um darin sogleich die Oxydation des Phosphor-tri-isoeyanates zu Phosphoryl-tri-isoeyanat in der Kälte durchzuführen. Dann kann man zum vorstehend erhaltenen Gesamtfiltrat von 0,9 Mol Phosphor-tri-isocyanat in Tetrachlorkohlenstoff bei etwa -25'C unter Rühren 0,9 Mol Schwefeltrioxyd im Verlaufe von einer Stunde zutropfen lassen. Die starke Reaktionswärme wird durch Außenkühlung abgeführt, so daß die Innentemperatur nicht über etwa -9'C ansteigt. Anschließend wird die Reaktionslösung unter Rühren auf 70'C erwärmt, wobei das gebildete Schwefeldioxyd entweicht. Dann wird das Lösungsmittel bei Normaldruck oder geringem Unterdruck abdestilliert. Aus dem öligen Rückstand destilliert bei 66'C/1 mm bzw. 80'C/3 mm mit 90 % Ausbeute der Theorie reines Phosphoryl-tri-isoeyanat als farbloses 01. b) Working in carbon tetrachloride and perchlorethylene is advantageous because, as has been found, they are sufficiently resistant to sulfur trioxide at about -30 to + 10'C to immediately oxidize the phosphorus tri-isoeyanate to phosphoryl tri- to perform isoeyanat in the cold. Then 0.9 mol of sulfur trioxide can be added dropwise to the total filtrate obtained above of 0.9 mol of phosphorus tri-isocyanate in carbon tetrachloride at about -25 ° C. with stirring over the course of one hour. The strong heat of reaction is dissipated by external cooling so that the internal temperature does not rise above about -9'C. The reaction solution is then heated to 70 ° C. with stirring, the sulfur dioxide formed escaping. The solvent is then distilled off at normal pressure or slightly reduced pressure. Pure phosphoryl tri-isoeyanate as colorless oil is distilled from the oily residue at 66 ° C./1 mm or 80 ° C./3 mm with a theoretical yield of 90% .
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