DE19522876C1 - Verfahren zur Herstellung eines DOP-haltigen Gemisches und dessen Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines DOP-haltigen Gemisches und dessen VerwendungInfo
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Description
Die tautomeren Verbindungen (6H)-Dibenz-(c,e)(1,2)-oxaphos
phorin-6-on (= 9, 10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-
oxid), das in der Technik im allgemeinen als "DOP" bezeich
net wird, und 6-Hydroxy-(6H)-dibenz-(c, e)(1,2)-oxaphosphorin
sind bekannte Verbindungen, deren Umsetzungsprodukte mit
Itaconsäure, Itaconsäureester oder Itaconsäureanhydrid als
copolykondensierbare Flammschutzmittel für Polyesterfasern
in großem Umfang verwendet werden. Copolykondensierbare
Flammschutzmittel für Polyesterfasern sind solche, die bei
der Polymerisation des Polyesters direkt in die Polyester
kette eingebaut werden und damit integraler Bestandteil der
Polyesterkette werden. Die in die Polyesterfasern fest ein
gebauten Flammschutzmittel sind naturgemäß solchen Flamm
schutzmitteln weit überlegen, mit denen Polyesterfasern
nachträglich ausgerüstet werden. Die Herstellung der genann
ten DOP-Itaconsäure-Derivate und ihre Verwendung ist bei
spielsweise in der DE-PS 26 46 218 beschrieben.
Aus der DE-PS 20 34 887 ist ein Verfahren zur Herstellung
von DOP und zur Herstellung von 2′-Hydroxydiphenyl-2-phos
phinsäure, einem Hydrolyseprodukt von DOP, bekannt, bei dem
o-Phenylphenol mit Phosphortrichlorid in Gegenwart einer
Lewissäure als Katalysator unter Rückfluß und unter Austritt
von Chlorwasserstoff umgesetzt wird und die jeweils entstan
denen Reaktionsgemische hydrolysiert werden, wonach letzt
lich kristalline Produkte erhalten werden. Bei der DOP-Her
stellung im technischen Maßstab konnte jedoch keine der in
dem genannten Patent offenbarten Verfahrensvarianten über
zeugen, und zwar insbesondere aus Gründen der Arbeitsplatz
sicherheit, des Umweltschutzes und der Kosten für die zur
Durchführung des Verfahrens notwendigen Apparaturen.
Bei einer Variante des bekannten Verfahrens (Beispiel 1)
wird Phosphortrichlorid zusammen mit o-Phenylphenol vorge
legt und in einer ersten Stufe allmählich auf 140°C erhitzt.
Nach Beendigung der Chlorwasserstoffentwicklung wird Zink
chlorid als Katalysator zugefügt und in einer zweiten Stufe
allmählich auf 210°C erhitzt. Dann muß das Reaktionsprodukt
in einer dritten Stufe im Hochvakuum (195°C, 20 Torr) de
stilliert werden. Bei der Produktion im technischen Maßstab
muß deshalb die gesamte Produktionsanlage den für Hochva
kuumbetrieb vorgeschriebenen sicherheitstechnischen Anforde
rungen entsprechen.
Bei einer anderen Variante des bekannten Verfahrens (Bei
spiele 2 und 3) wird zwar die erste Stufe des Verfahrens als
Eintopfreaktion durchgeführt, jedoch muß dann in der zweiten
Stufe ein Überschuß an Phosphortrichlorid nachträglich über
einen Zeitraum von 15 Stunden hinweg zugegeben werden, was
angesichts der Gefährlichkeit dieser Chemikalie mit einem
hohen sicherheitstechnischen Aufwand verbunden ist. Danach
muß auf 200 bis 230°C erhitzt und anschließend wieder im
Hochvakuum destilliert werden.
Die Hydrolyse des zunächst entstehenden 6-Chlor-(6H)-dibenz-
(c,e) (1,2)-oxaphosphorins erfolgt nach dem bekannten Verfah
ren entweder dadurch, daß man den öligen Rückstand der Hoch
vakuumdestillation direkt auf Eis gießt oder in eine Natri
umcarbonatlösung, welcher Aktivkohle zugesetzt worden ist.
Beide Hydrolysevarianten sind unbefriedigend, sowohl was die
Ausbeute betrifft als auch was die notwendigen Aufarbei
tungsschritte (Umkristallisation, Filtration) betrifft.
Aus der EP-A-0 582 957 ist ein Verfahren zur Herstellung von
6-Chlor-(6H)-dibenz-(c, e)(1,2)-oxaphosphorin bekannt, bei
dem o-Phenylphenol und der Katalysator vorgelegt und unter
Rühren auf 180°C erhitzt werden. Anschließend wird dem Ge
misch bei einer Temperatur zwischen 170 und 220°C das Phos
phortrichlorid innerhalb von 8 bis 20 Stunden zudosiert. Das
dabei anfallende Rohprodukt kann z. B. als 50%ige Lösung in
Toluol oder Xylol direkt weiterverarbeitet werden. Da jedoch
Phosphortrichlorid im allgemeinen im Überschuß eingesetzt
wird, um die Ausbeuten zu optimieren, muß auch bei diesem
bekannten Verfahren eine Vakuumdestillation (165°C, 0,17
kPa) durchgeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Herstellung von 2′-Hydroxydiphenyl-2-phosphinsäure in Form
eines technischen Gemisches mit 6-Hydroxy-(6H)-dibenz-
(c,e) (1,2)-oxaphosphorin, bei dem o-Phenylphenol mit Phos
phortrichlorid in Gegenwart einer Lewissäure als Katalysator
unter Rückfluß und unter Austritt von Chlorwasserstoff umge
setzt und das entstandene Reaktionsgemisch hydrolysiert
wird, wonach das Produkt auskristallisiert und anschließend
abgetrennt wird, dahingehend zu verbessern, daß es auch im
technischen Maßstab keine Destillationsstufe, insbesondere
keine Hochvakuumdestillationsstufe, erfordert, mit geringem
apparativem Aufwand verbunden ist, aber gleichwohl mit hoher
Ausbeute zu einem kristallinen Produkt ausreichender Rein
heit führt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in
einem mit Rückflußkühler und Rührer ausgestatteten Reaktor
eine Eintopfreaktion ohne Isolierung von Zwischenprodukten
durchgeführt wird, indem man
- (a) PCl₃ zusammen mit dem Katalysator vorlegt und o-Phenyl phenol unter gleichzeitiger Erwärmung der Reaktionsmischung zugibt und die Reaktionsmischung anschließend zum Rückfluß erhitzt;
- (b) die entstandene Reaktionsmischung abkühlen läßt und un ter ständigem Rühren zuerst mit Wasser und dann mit einem Niederalkanol versetzt;
- (c) anschließend unter weiterem Rühren das Produkt auskri stallisieren läßt und
- (d) das erhaltene kristalline Produkt absaugt, wäscht und trocknet.
Durch die Kombination der genannten Maßnahmen wird überra
schenderweise erreicht, daß das technische Gemisch in hoher
Ausbeute und für die weitere Verarbeitung, insbesondere die
direkte Umsetzung zu Itaconsäure-Derivaten für die Herstel
lung copolykondensierbarer Flammschutzmittel für Polyesterfa
sern, ausreichender Reinheit ohne eine Destillationsstufe,
ohne den mit Hochvakuumapparaturen verbundenen Aufwand, ohne
Notwendigkeit einer Erhitzung auf über 200°C und ohne Si
cherheitsschleusen für das nachträgliche Zutropfen von Phos
phortrichlorid hergestellt werden kann.
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfah
rens bestehen darin, daß das PCl₃ bei einer Temperatur zwi
schen 60°C und der Siedetemperatur der Reaktionsmischung
(reines Phosphortrichlorid siedet bei 74,5°C unter Normalbe
dingungen) vorgelegt wird, daß die Reaktionsmischung in der
Stufe (a) auf eine Temperatur zwischen 80°C und 160°C er
hitzt wird und daß die Reaktionsmischung nach vollständiger
Zugabe des o-Phenylphenols noch mindestens weitere 3 Stunden
lang unter Rückfluß gehalten wird.
Vorzugsweise wird die Reaktionsmischung nach vollständiger
Zugabe des o-Phenylphenols mindestens weitere 3 Stunden lang
bei einer Temperatur zwischen 140°C und 160°C unter Rückfluß
gehalten.
Im Hinblick auf eine gute Kristallisation des Produkts ist
es ferner bevorzugt, daß man die Reaktionsmischung in der
Stufe (b) auf eine Temperatur zwischen 30 und 50°C abkühlen
läßt.
Als Katalysator verwendet man vorzugsweise Zinkchlorid, als
Niederalkanol vorzugsweise Methanol, Ethanol, n-Propanol
oder Isopropanol.
In bezug auf die bevorzugte Weiterverarbeitung des techni
schen Gemisches zu copolykondensierbaren Flammschutzmitteln
für Polyesterfasern ist es vorteilhaft, in der Stufe (d) das
abgesaugte kristalline Produkt mit Wasser chloridfrei zu
waschen und danach zu trocknen.
Optimale Ausbeuten werden dann erhalten, wenn PCl₃ und o-
Phenylphenol in einem molaren Verhältnis von 1 : 1 bis
1 : 1,5 und vorzugsweise von 1 : 1,25 bis 1 : 1,35 miteinan
der umgesetzt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung des nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten technischen
Gemisches zur Herstellung von copolykondensierbaren Flamm
schutzmitteln für Polyesterfasern durch direkte Umsetzung
dieses Gemisches mit Itaconsäure, einem Itaconsäureester
oder Itaconsäureanhydrid, gegebenenfalls zusammen mit einem
oder mehreren Diolen.
Anhand des nachfolgenden Reaktionsschemas wird der Reakti
onsablauf beim erfindungsgemäßen Verfahren näher erläutert:
o-Phenylphenol (1) reagiert zunächst mit PCl₃ unter Elimi nierung von 1 Mol Chlorwasserstoff (HCl). Der intermediär gebildete Ester (2) zyklisiert unter Mitwirkung des als Ka talysator verwendeten Zinkchlorids zum 6-Chlor-(6H)-dibenz- (c,e)(1,2)-oxaphosphorin (3), und zwar unter Austritt eines weiteren Mols Chlorwasserstoff. Die Hydrolyse des Dihydro phenanthren-Derivats (3) führt zunächst unter Eliminierung eines dritten Mols Chlorwasserstoff zum 6-Hydroxy-(6H)-di benz-(c, e) (1,2)-oxaphosphorin (4), welches in tautomerem Gleichgewicht mit (6H)-Dibenz-(c, e)(1,2)-oxaphosphorin-6-on (4′) steht. Die weitere Hydrolyse dieser Verbindung (4) bzw. (4′), die auch "DOP" genannt wird, führt in Gegenwart eines Niederalkanols schließlich zur Ringspaltung und damit zur 2′-Hydroxydiphenyl-2-phosphinsäure (5).
o-Phenylphenol (1) reagiert zunächst mit PCl₃ unter Elimi nierung von 1 Mol Chlorwasserstoff (HCl). Der intermediär gebildete Ester (2) zyklisiert unter Mitwirkung des als Ka talysator verwendeten Zinkchlorids zum 6-Chlor-(6H)-dibenz- (c,e)(1,2)-oxaphosphorin (3), und zwar unter Austritt eines weiteren Mols Chlorwasserstoff. Die Hydrolyse des Dihydro phenanthren-Derivats (3) führt zunächst unter Eliminierung eines dritten Mols Chlorwasserstoff zum 6-Hydroxy-(6H)-di benz-(c, e) (1,2)-oxaphosphorin (4), welches in tautomerem Gleichgewicht mit (6H)-Dibenz-(c, e)(1,2)-oxaphosphorin-6-on (4′) steht. Die weitere Hydrolyse dieser Verbindung (4) bzw. (4′), die auch "DOP" genannt wird, führt in Gegenwart eines Niederalkanols schließlich zur Ringspaltung und damit zur 2′-Hydroxydiphenyl-2-phosphinsäure (5).
In einem mit Rückflußkühler und Rührer ausgestatteten Reak
tor werden 102,6 1 (161,5 kg; 1176,47 Mol) PCl₃ und 1,635 kg
(12 Mol) ZnCl₂ bei einer Temperatur von 70°C vorgelegt. Zu
dieser Mischung werden unter Wärmezufuhr 200 kg (1176,47
Mol) o-Phenylphenol gegeben, und die Reaktionsmischung wird
zum Rückfluß erhitzt. Die Reaktionslösung erreicht dabei
eine Temperatur von etwa 150°C. Dabei wird Chlorwasserstoff
gas frei, das in einem mit Wasser gefüllten Absorber aufge
fangen wird. Nach 5 bis 6 Stunden hat sich das o-Phenyl
phenol weitgehend umgesetzt, wobei sich die Reaktionslösung
allmählich gelb gefärbt hat.
Man läßt die Reaktionslösung auf 40 bis 50°C abkühlen und
gibt dann unter ständigem Rühren 21,17 1 Wasser zu. Dabei
entsteht erneut Chlorwasserstoffgas, das in einem Absorber
aufgefangen wird. Dann werden weitere 78 1 Wasser und
156 l Ethanol unter weiterem Rühren und unter Wärmezufuhr,
die die Aufrechterhaltung einer Temperatur von etwa 50°C
gewährleistet, unter Rühren zugegeben. Beim Abkühlen kri
stallisiert das Produkt aus. Es wird über eine Filternutsche
abfiltriert, mit Wasser chloridfrei gewaschen und getrocknet.
Man erhält ein technisches Gemisch aus 2′-Hydroxydiphenyl-2-
phosphinsäure und 6-Hydroxy-(6H)-dibenz-(c, e)(1,2)-oxaphos
phorin in Form eines weißen kristallinen Pulvers.
Ausbeute: 85%.
Ausbeute: 85%.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung von 2′-Hydroxydiphenyl-2-phos
phinsäure in Form eines technischen Gemisches mit 6-Hydroxy-
(6H)-dibenz-(c, e)(1,2)-oxaphosphorin, bei dem o-Phenylphenol
mit Phosphortrichlorid in Gegenwart einer Lewissäure als
Katalysator unter Rückfluß und unter Austritt von Chlorwas
serstoff umgesetzt und das entstandene Reaktionsgemisch hy
drolysiert wird, wonach das Produkt auskristallisiert und
anschließend abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in
einem mit Rückflußkühler und Rührer ausgestatteten Reaktor
eine Eintopfreaktion ohne Isolierung von Zwischenprodukten
durchgeführt wird, indem man
- (a) PCl₃ zusammen mit dem Katalysator vorlegt und o-Phenyl phenol unter gleichzeitiger Erwärmung der Reaktionsmischung zugibt und die Reaktionsmischung anschließend zum Rückfluß erhitzt;
- (b) die entstandene Reaktionsmischung abkühlen läßt und un ter ständigem Rühren zuerst mit Wasser und dann mit einem Niederalkanol versetzt;
- (c) anschließend unter weiterem Rühren das Produkt auskri stallisieren läßt und
- (d) das erhaltene kristalline Produkt absaugt, wäscht und trocknet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das PCl₃ bei einer Temperatur zwischen 60°C und der Siede
temperatur der Reaktionsmischung vorgelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Reaktionsmischung in der Stufe (a) auf
eine Temperatur zwischen 80° und 160°C erhitzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Reaktionsmischung nach vollständiger
Zugabe des o-Phenylphenols noch mindestens weitere 3 Stunden
lang unter Rückfluß gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Reaktionsmischung nach vollständiger Zugabe des o-Phe
nylphenols noch mindestens weitere 3 Stunden lang bei einer
Temperatur zwischen 140°C und 160°C unter Rückfluß gehalten
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß man die Reaktionsmischung in der Stufe (b)
auf eine Temperatur zwischen 30 und 50°C abkühlen läßt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Katalysator Zinkchlorid verwendet
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Niederalkanol Methanol, Ethanol, n-
Propanol oder Isopropanol verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Stufe (d) das abgesaugte kristalli
ne Produkt mit Wasser chloridfrei gewaschen und dann ge
trocknet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß PCl₃ und o-Phenylphenol in einem molaren
Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 1,5 miteinander umgesetzt wer
den.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
PCl₃ und o-Phenylphenol in einem molaren Verhältnis von
1 : 1,25 bis 1 : 1,35 miteinander umgesetzt werden.
12. Verwendung des gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 her
gestellten technischen Gemisches zur Herstellung von copoly
kondensierbaren Flammschutzmitteln für Polyesterfasern durch
direkte Umsetzung des Gemisches mit Itaconsäure, einem
Itaconsäureester oder Itaconsäureanhydrid, gegebenenfalls
zusammen mit einem oder mehreren Diolen.
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