DE19723524A1 - Verfahren zur Herstellung von Phosphoniumphenolaten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von PhosphoniumphenolatenInfo
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
Phosphoniumphenolaten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Phospho
niumhalogenide mit Phenolen in einem Gemisch aus Wasser, wäßriger Alkalilauge
und inertem Lösungsmittel zwischen 2 Minuten und 4 Stunden, vorzugsweise
zwischen 20 Minuten und 2 Stunden bei Temperaturen von 0°C bis 40°C,
vorzugsweise von 15°C bis 30°C, und bei Drücken von 1 bar bis 20 bar, vor
zugsweise von 1 bar bis 10 bar im Molverhältnis von 0,5 mol bis 2 mol,
vorzugsweise von 0,7 mol bis 1,3 mol Phenol, pro Mol Phosphoniumhalogenid,
umsetzt.
Die Molverhältnisse Phenol/Alkali sind von 10 : 8 bis 10 : 10, bevorzugt 10 : 9,5 bis
10 : 10, besonders bevorzugt von 10 : 9,9.
Phosphoniumphenolate eignen sich besonders als Katalysatoren zur Veresterung
und zur Umesterung, insbesondere zur Herstellung von Polycarbonaten nach dem
Schmelzumesterungsverfahren (siehe US-PS 3 442 854).
Bevorzugte Phosphoniumhalogenide sind solche der Formel (I)
worin
R₁ bis R₄ unabhängig voneinander C₁-C₁₂-Alkyl, C₅-C₆-Cycloalkyl, C₇-C₁₂-Aralkyl und C₆-C₁₄-Aryl sind und worin
X⊖ Halogen, vorzugsweise F⊖, Cl⊖ oder Br⊖ ist.
R₁ bis R₄ unabhängig voneinander C₁-C₁₂-Alkyl, C₅-C₆-Cycloalkyl, C₇-C₁₂-Aralkyl und C₆-C₁₄-Aryl sind und worin
X⊖ Halogen, vorzugsweise F⊖, Cl⊖ oder Br⊖ ist.
Bevorzugte Reste R₁ bis R₄ sind C₆-C₁₄-Aryl-Reste.
Derartige Phosphoniumhalogenide und ihre Herstellung sind bekannt (siehe
beispielsweise "Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie" Band XII/1,
Seiten 79ff. und Worrall, J. Amer. Chem. Soc. 52 (1930), Seiten 293ff.).
Diese Verbindungen (I) entstehen bei der Umsetzung von Trialkyl- oder Triaryl
phosphinen, beispielsweise von Triphenylphosphin mit Halogenarylen oder Halo
genalkylen, z. B. Benzylbromid in Gegenwart von Metallsalzen (Friedel-Crafts-Alky
lierung) oder in Gegenwart von Grignard-Verbindungen und
Kobalt(II)chlorid.
Bevorzugte Phenole sind die der Formel (II)
worin
R₅ bis R₇ unabhängig voneinander H, C₁-C₁₂-Alkyl, C₅-C₆-Cycloalkyl, C₇-C₁₂-Arylalkyl und C₆-C₁₄-Aryl sind; vorzugsweise sind R₅ bis R₇ H.
R₅ bis R₇ unabhängig voneinander H, C₁-C₁₂-Alkyl, C₅-C₆-Cycloalkyl, C₇-C₁₂-Arylalkyl und C₆-C₁₄-Aryl sind; vorzugsweise sind R₅ bis R₇ H.
Derartige Phenole sind literaturbekannt.
Bevorzugte Phosphoniumphenolate sind somit solche der Formel (III)
worin die Reste R₁ bis R₇ denen der Formeln (I) und (II) entsprechen.
Bevorzugtes Wasser ist 3E-Wasser bzw. destilliertes Wasser. Bevorzugte Alkali
laugen sind Natronlauge und Kalilauge.
Die Konzentration der Alkalilaugen liegt zwischen 3 und 20, besonders bevorzugt
zwischen 8 und 12 Gew.-%, bezogen auf die wäßrige Phase.
Bevorzugte inerte Lösungsmittel sind CH₂Cl₂, und Cl-C₆H₅.
Die Volumenverhältnisse von wäßriger Phase zu inertem Lösungsmittel liegen
zwischen 2 : 1 und 1 : 1 Volumenteile.
Die Konzentration an Phosphoniumhalogeniden in der flüssigen Phase liegt vor der
Umsetzung zwischen 10 und 20 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 12 und
15 Gew.-%.
Die Konzentration an Phenol liegt vor der Umsetzung zwischen 20 und
30 Gew.-%, bezogen auf Gewicht wäßrige Phase und inertes Lösungsmittel.
Die Reaktion kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen, vorzugsweise
erfolgt sie diskontinuierlich.
Die Isolierung der erfindungsgemäßen Phosphoniumphenolate erfolgt durch
3maliges Waschen mit 3E- bzw. destilliertem Wasser, anschließender Eindampfung
der organischen Phase am Rotationsverdampfer und Trocknung bei 80°C im
Vakuum-Trockenschrank.
Die Ausbeuten liegen zwischen 70 und 80 Gew.-%.
Erfindungsgemäß hergestellte quartäre Phosphoniumphenolate sind beispielsweise
Das erfindungsgemäße Verfahren war deshalb nicht naheliegend, weil der
Austausch der Halogenide gegen andere Anionen, wie Hydroxid, Phenolat in
wäßriger Lösung durch Umsetzung mit dem entsprechenden Salz nicht gelingt, da
die Phosphoniumsalze durch Basen in das entsprechende Phosphinoxid überführt
werden.
So entsteht bei der Umsetzung von Tetraphenylphosphoniumbromid mit Phenol in
wäßriger Natronlauge Triphenylphosphinoxid (siehe Beispiel A). Auch die Umset
zung von Tetraphenylphosphoniumbromid mit Silberoxid in Wasser zur freien
Base (Hydroxid) geht weiter bis zum Triphenylphosphinoxid und Benzol.
Es bestand daher die Aufgabe, eine gute Methode zur Herstellung von quartären
Phosphoniumphenolaten zu finden, um sie beispielsweise als Umesterungskataly
satoren zur Herstellung von thermoplastischen, aromatischen Polycarbonaten ein
zusetzen, denn sie sind zum einen besser einsetzbar und enthalten zum anderen
weniger Fremdatome (z. B. kein Bor) als andere Phosphoniumkatalysatoren, bei
spielsweise als Tetraphenylphosphonium-tetraphenylboranat, und sind besser als
beispielsweise Natriumphenolat.
Daß zudem nach dem erfindungsgemäßen Zweiphasengrenzflächenverfahren die
Herstellung der Phosphoniumphenolate mit guter Ausbeute erfolgt, war nicht zu
erwarten.
Die Verwendung der erfindungsgemäß erhältlichen Phosphoniumphenolate zur
Herstellung von aromatischen Polycarbonaten kann in an sich bekannter Weise
erfolgen (siehe US-PS 3 442 854 loc. cit.).
Das Schmelzumesterungsverfahren geht bekanntlich beispielsweise aus von aroma
tischen Diphenolen, Kohlensäurediarylestern und gegebenenfalls Verzweigern
und/oder Monophenolen.
Die erfindungsgemäß erhältlichen Phosphoniumphenolate werden hierbei als Kata
lysatoren in Mengen von 10-1 mol bis 10-8 mol, vorzugsweise in Mengen von
10-3 mol bis 10-7 mol, pro mol Diphenol eingesetzt.
Weitere Einzelheiten des Schmelzumesterungsverfahrens sind in der Literatur be
schrieben (siehe beispielsweise Hermann Schnell, Chemistry and Physics of Poly
carbonates, Polymer Reviews, Vol. 9, 1964, Seiten 44 bis 51, DE-AS 10 31 512,
US-PS 3 022 272, US-PS 5 340 905 und US-PS 5 399 659).
Die mit den erfindungsgemäß erhältlichen Phosphoniumphenolaten hergestellten
thermoplastischen Polycarbonate sind lösungsmittelfrei, mit heller Eigenfarbe
ausgestattet und weitgehend frei von unerwünschten Fehlstellen im Polycarbonat.
Der technische Einsatz dieser so hergestellten Polycarbonate in Form der verschie
densten Formteile ist überall dort möglich, wo bislang bereits thermoplastische
Polycarbonate eingesetzt wurden, etwa in der Elektrotechnik, als Lampenab
deckungen, als Sicherheitsscheiben oder als CD-Material.
In einem 2,5 l-Rundkolben mit Rührer, Thermometer, Rückflußkühler und Tropf
trichter werden 94,0 g (1,0 mol) Phenol, 88,0 g (0,99 mol) 45%ige Natronlauge
und 1,5 l 3E-Wasser vorgelegt und bei 20°C bis 25°C gerührt. Der pH-Wert dieser
Lösung ist etwa 14. Zu dieser Lösung werden 41,93 g (0,10 mol) Tetraphenyl
phosphoniumbromid zugegeben. Anschließend wird mindestens 0,5 h gerührt. Die
phenolische Lösung wird 3 mal mit 3E-Wasser gewaschen und anschließend
eingedampft. Der kristalline Rückstand wird bei 100°C im Vakuum getrocknet.
In einem 2,5 l-Rundkolben mit Rührer, Thermometer und Tropftrichter werden
94,0 g (1,0 mol) Phenol, 88,0 g (0,99 mol) 45%ige Natronlauge und 1,5 l
3E-Wasser vorgelegt und bei 20°C bis 25°C gerührt. Zu dieser Lösung werden
41,93 g (0,10 mol) Tetraphenylphosphoniumbromid, gelöst in 100 ml Methylen
chlorid, zugegeben. Anschließend wird mindestens 0,5 h gerührt. Nach der Phasen
trennung wird die organische Phase 3 mal mit 3E-Wasser gewaschen und
anschließend eingedampft. Der kristalline Rückstand wird bei 100°C im Vakuum
getrocknet.
C1) In einem 500 ml Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer und
Vigreuxkolonne (30 cm, verspiegelt) mit Brücke werden 114,15 g
(0,500 mol) Bisphenol A und 113,54 g (0,530 mol) Diphenylcarbonat einge
wogen. Die Apparatur wird durch Anlegen von Vakuum und Spülen mit
Stickstoff (3 mal) vom Luftsauerstoff befreit und das Gemisch auf 150°C
aufgeheizt. Jetzt werden 0,00216 g (1*10-3 mol-%) Tetraphenyl
phosphoniumphenolat (TPP-P), bezogen auf Bisphenol A, als 1%ige
wäßrige Lösung zugegeben und das entstehende Phenol bei 100 mbar
abdestilliert. Gleichzeitig wird die Temperatur bis auf 250°C gesteigert.
Nun wird das Vakuum stufenweise bis auf 1 mbar verbessert und die
Temperatur auf 260°C erhöht. Anschließend wird die Temperatur auf
280°C erhöht und bei 0,1 mbar 1,5 Stunden gerührt. Man erhält ein
farbhelles, lösungsmittelfreies Polycarbonat mit einer relativen Lösungsvis
kosität von 1,250 (Dichlormethan, 25°C, 5 g/l).
Der Gehalt an Verzweiger der Formel (IV) im hergestellten Polycarbonat
beträgt 25 ppm. Der phenolische OH-Wert des Polycarbonats beträgt
70 ppm.
C2) Wie Beispiel C1), nur wird die Temperatur von 260°C auf 300°C erhöht
und bei 0,1 mbar 1,5 Stunden gerührt. Man erhält ein farbhelles,
lösungsmittelfreies Polycarbonat mit einer relativen Lösungsviskosität von
1,300 (Dichlormethan, 25°C, 5 g/l). Der Gehalt an Verzweiger der Formel
(IV) im hergestellten Polycarbonat beträgt 18 ppm. Der phenolische
OH-Wert des Polycarbonats beträgt 55 ppm.
C3) Wie Beispiel C1), nur wird die Temperatur von 260°C auf 320°C erhöht
und bei 0,1 mbar 1,5 Stunden gerührt. Man erhält ein farbhelles,
lösungsmittelfreies Polycarbonat mit einer relativen Lösungsviskosität von
1,392 (Dichlormethan, 25°C, 5 g/l). Der Gehalt an Verzweiger der Formel
(IV) im hergestellten Polycarbonat beträgt 23 ppm. Der phenolische
OH-Wert des Polycarbonats beträgt 60 ppm.
In einem 500 ml Dreihalskolben mit Rührer, Innenthermometer und Vigreux
kolonne (30 cm, verspiegelt) mit Brücke werden 114,15 g (0,500 mol) Bisphenol
A und 113,54 g (0,530 mol) Diphenylcarbonat eingewogen. Die Apparatur wird
durch Anlegen von Vakuum und Spülen mit Stickstoff (3 mal) vom Luftsauerstoff
befreit und das Gemisch auf 150°C aufgeheizt. Jetzt werden 0,00029 g
(5*10-4 mol-%) Natriumphenolat, bezogen auf Bisphenol A, als 1%ige wäßrige
Lösung zugegeben und das entstehende Phenol bei 100 mbar abdestilliert. Gleich
zeitig wird die Temperatur bis auf 250°C gesteigert. Nach 1 Stunde wird das
Vakuum auf 10 mbar verbessert. Durch Absenken des Vakuums auf 0,5 mbar und
Temperaturerhöhung auf 280°C wird die Polykondensation erreicht. Man erhält ein
lösungsmittelfreies Polycarbonat mit einer relativen Lösungsviskosität von 1,288
(Dichlormethan, 25°C, 5 g/l). Der Gehalt an Verzweiger der Formel (IV) im
hergestellten Polycarbonat beträgt 358 ppm. Der phenolische OH-Wert des Poly
carbonats beträgt 95 ppm.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Phosphoniumphenolaten, dadurch gekenn
zeichnet, daß man Phosphoniumhalogenide mit Phenolen in einem Gemisch
aus Wasser, wäßriger Alkalilauge und inertem Lösungsmittel zwischen 2
Minuten und 4 Stunden bei Temperaturen von 0°C bis 40°C und bei
Drücken von 1 bar bis 20 bar im Molverhältnis von 0,5 mol bis 2 mol
Phenol, pro Mol Phosphoniumhalogenid, umsetzt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Mol
verhältnis von 0,7 mol bis 1,3 mol Phenol pro Mol Phosphoniumhalogenid,
umsetzt.
Priority Applications (2)
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1997
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DE19810745C2 (de) * | 1998-03-12 | 2000-05-04 | Bayer Ag | Flüssige Katalysatorformulierung aus Tetraphenylphosphoniumphenolat und Phenol und deren Verwendung |
CN113307827A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-08-27 | 山东师范大学实验厂 | 一种四苯基膦苯酚盐的水相合成方法 |
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