DE2007535A1

DE2007535A1 - Verfahren zur Herstellung von Triarylphosphinen

Info

Publication number: DE2007535A1
Application number: DE19702007535
Authority: DE
Inventors: Adolf Dr.; Müller Herbert Dr.; 6710 Frankenthal Stübinger
Original assignee: Badische Anilin and Sodafabrik AG
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1970-02-19
Filing date: 1970-02-19
Publication date: 1971-09-16
Also published as: DE2007535C3; DE2007535B2; CH553828A; US3723536A; CA939683A

Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG

Unser Zeichen: 0.Z.26 617 Vo/AR 6700 Ludwigshafen, 17· 2. 197O

Verfahren zur Herstellung von Triarylphosphinen

Die Synthese von Triarylphosphinen durch Umsetzung eines Arylhalogenids mit PCI, und einem Alkalimetall hat gegenüber anderen Synthesen den Vorteil einer einfachen Arbeitsweise und wohlfeiler Ausgangsstoffe (vgl. Houben-Weyl-Müller, Methoden der Organ. Chemie, 4. Auflage, Band 12/1 (1963), Seiten 42 - 43). Nachteile, die einer Übertragung der Reaktion in die Technik entgegenstehen, sind jedoch die geringe Ausbeute, die Bildung · großer Mengen an übelriechenden Nebenprodukten sowie die mangelnde Kontrollierbarkeit der Reaktion. Die Umsetzung springt schlecht an, um anschließend mit großer Heftigkeit abzulaufen.

Es ist aus der deutschen Patentschrift 508 667 bekannt, fein verteiltes Alkalimetall zu verwenden, um bessere Ausbeuten für die genannte Umsetzung zu erhalten. Gleichzeitig wird empfohlen Katalysatoren, wie Jodbenzol, Äthyljodid oder AlCl, zu verwenden, damit mit Sicherheit "nach einiger Zeit" ein Anspringen der Reaktion gewährleistet ist.

In DAS 1 150 981 wird ferner empfohlen, die genannte Umsetzung in Gegenwart eines Dialkyläthers mit 6 bis 12 C-Atomen im Molekül als organischem Lösungsmittel durchzuführen, um die Ausbeute zu verbessern. Nach dieser Arbeitsweise wird z.B. Triphenylphosphin jedoch nur in 73 $iger Ausbeute erhalten und keine Lehre vermittelt, wie ein gefahrloser Reaktionsablauf gewährleistet werden kann.

In der englischen Patentschrift 1 128 896 wird beschrieben, daß man Wurtz-Fittig-Reaktionen zur Synthese polymerer Moleküle benutzen kann, wobei speziell mehrfach halogenierte Kohlenwasserstoffe mit metallischem Natrium umgesetzt werden. Diese Umsetzung wird in Gegenwart von Katalysatoren durchgeführt, die als Natriumüberträger fungieren. Als Katalysatoren werden genannt leicht enolisierbare Verbindungen, wie Acetessigester oder Malonester oder Verbindungen mit aktiven Wasserstoffatomen, wie

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Pyrrol, Cyclopentadien, Phthalimid oder Verbindungen mit labilen Halogenatomen, wie jodhaltige Verbindungen. Diese Katalysatoren sollen eine andere Konstitution haben als die für die Umsetzung gewählten Ausgangsstoffe oder Reaktionsprodukte. Durch die Verwendung dieser Katalysatoren wird zwar die Umsetzung leichter kontrollierbar, die Endprodukte müssen jedoch mehrfach gereinigt werden, weswegen die Ausbeuten beispielsweise meist nur zwischen 40 und 65 # betragen.

Somit ist in dem bisher zitierten Stand der Technik keine Lehre offenbart, unter den Bedingungen einer technischen Synthese ein Triarylphosphin in störungsfreiem und kontrollierbarem Ablauf gefahrlos darzustellen, in Ausbeuten von über 90 % und der für die Weiterverarbeitung zur Herstellung pharmazeutischer Präparate nötigen Reinheit.

Ee wurde nun gefunden, da 13 man Arylhalogenide mit Phosphortrichlorid zu Triarylphosphinen in technischem Maßstabe völlig störungefrei in Gegenwart von in einem organischen Lösungsmittel dispergierten Alkalimetall bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 85⁰C umsetzen kann und dabei sehr reines Triarylphosphin mit sehr guter Ausbeute erhält, wenn man eine Alkalimetalldispersion verwendet, die hergestellt worden ist durch Dispergieren von Alkalimetall in flüssigem Zustand in dem organischen Lösungsmittel in Gegenwart von 0,005 bis 10 Gew.$, bezogen auf das organische Lösungsmittel, Triarylphosphin, dessen Arylreste mit denen des für die Umsetzung verwendeten Arylhalogenids identisch sind und/oder in Gegenwart von 0,005 bis 5 Gew.$, bezogen auf das organische Lösungsmittel, des für die Umsetzung verwendeten Arylhalogenids.

Als geeignete Ausgangsstoffe für die Umsetzung kommen vor allem Arylmonohalogenide in Betracht. Im allgemeinen werden Arylchloride und Arylbromide verwendet, wobei die Arylchloride bevorzugt werden. Man verwendet bevorzugt Verbindungen der Benzoloder Naphthalinreihe. An den aromatischen Kern können unter den Reaktionsbedingungen inerte Substituenten gebunden sein, wie Alkylgruppen oder Alkoxygruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder aromatische Kohlenwasserstoffreste oder Aryloxyreste mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen. Beispielsweise seien Chlorbenzol,

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Brombenzol, Chlortoluole, Chlorxylole, Ot-Bromnaphthalin, Chlordiphenyle, Chloranisole und Chlordiphenyläther genannt.

Als Phoaphortrihalogenid wird "bevorzugt das Phosphortrichlorid verwendet. Phosphortribromid und -trijodid sind jedoch ebenfalls geeignet.

Als Alkalimetalle für die Umsetzung kommen beispielsweise Lithium, Kalium, Natrium und deren Verbindungen untereinander in Betracht.

Das Alkalimetall wird beim erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen in einer Korngröße zwischen 0,01 und 5 mm angewandt. Die Bereitung dieses feinverteilten Metalls erfolgt in üblicher Weise, beispielsweise im Dispergator mit einem organischen Lösungsmittel.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun, daß die Dispersion der Alkalimetalle in Gegenwart von Triarylphosphin und/oder Arylhalogenid erfolgt, das dem zur Bereitung der Dispersion vorgesehenen organischen Lösungsmittel zugegeben worden ist. Diese Zusätze wird man dabei bevorzugt so wählen, daß die Arylreste der genannten Zusätze mit denen des für die Umsetzung verwendeten Arylhalogenids identisch sind.

Triarylphosphin wird im allgemeinen in Mengen von 0,005 bis 10 Gew.^, bezogen auf das organische Lösungsmittel, zugesetzt; größere Mengen können ebenfalls angewendet werden, jedoch steigern diese die Reaktionsgeschwindigkeit erheblich und führen außerdem zu unerwünschten Nebenprodukten. Aus diesen vorgenannten Gründen werden vorzugsweise 0,05 bis 1,0 Gew.# Triarylphoephin, bezogen auf das organische Lösungsmittel, verwendet.

Anstelle von Triarylphosphinen und zusätzlich kann jedoch auch ein Arylhalogenid bei der Bereitung der Alkalimetalldispersion zugegen sein. Man verwendet in der Regel Mengen von 0,005 bis 5 Gew.# Arylhalogenid, bezogen auf das organische Lösungsmittel. Bei Zusatz größerer Mengen an Arylhalogenid ist mit zu starker Reaktion und mit der Bildung von unerwünschten Nebenprodukten zu rechnen. Vorzugsweise wendet man das Arylhalogenid in Mengen von 0,05 bis 1,0 Gew.^, bezogen auf das organische Lösungsmittel an.

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Werden Gemische aus Triarylphosphin und Arylhalogenid für die Bereitung der Dispersion gewählt, so werden Gesamtmengen von maximal 5 $, vorzugsweise von 0,05 bis 1,0 Gew.^, bezogen auf das organische Lösungsmittel, angewendet.

Während der Dispergierung des flüssigen Alkalimetalls, beispielsweise des Natriums bei Temperaturen um 10O⁰C in Gegenwart der vorgenannten Zusätze, bildet sich die erfindungswesentliche Dispersion, die eine gefahrlose und kontrollierte Umsetzung von Arylhalogenid mit Phosphortrichlorid zu Triarylphosphinen bei Reaktionstemperaturen im Bereich von 30 bis 85°C erlaubt.

Nach der Stöchiometrie der Reaktion werden pro Mol Phosphortri-Chlorid 6 Grammatom Alkalimetall benötigt. Es empfiehlt sich, mindestens diese stöchiometrische Menge an Alkalimetall anzuwenden. Vorteilhaft wird jedoch eine etwas größere als die stöchiometrische Menge, nämlich zusätzlich 0,01 bis 8,0 Gew.$ an Alkalimetall verwendet.

Die Umsetzung wird in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels durchgeführt. Beispielsweise seien genannt gesättigte aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Octan, Cyclohexan, Benzol, Toluol oder Fraktionen aus Erdöl, die im Bereich zwischen 70 und 140⁰C sieden (Petroläther). Als Lösungsmittel sind ferner geeignet Äther, wie Diäthyläther, Dibutyläther, Anisol und Tetrahydrofuran. Auch Gemische der genannten Lösungsmittel sind anwendbar. Von diesen Lösungsmitteln hat sich für die Umsetzung Toluol als besonders geeignet erwiesen.

Das organische Lösungsmittel wird im allgemeinen in der 1,5-bis 5fachen Gewichtsmenge, insbesondere in der 2- bis 3fachen Menge, bezogen auf die nach der Stöchiometrie der Reaktionen benötigten Ausgangsstoffe verwendet.

Die Umsetzung wird im allgemeinen bei einer Temperatur zwischen 20 und 100⁰C durchgeführt, vorzugsweise zwischen 30 und 85⁰C. Bei tiefen Temperaturen ist die Reaktionsgeschwindigkeit gering, bei höheren Temperaturen treten in zunehmendem Maße Nebenreaktionen auf.

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Man arbeitet im allgemeinen bei Atmosphärendruck, kann aber auch die Umsetzung unter erhöhtem oder vermindertem Druck ausführen. Die Reaktionswärme kann durch Siedekühlung oder durch indirekte Kühlung abgeführt werden.

Bei diskontinuierlicher Reaktionsführung wird beispielsweise die erfindungsgemäße Alkalimetalldispersion in dem eigentlichen Reaktionsgefäß zubereitet, anschließend auf ungefähr Reaktionstemperatur abgekühlt und dazu die beiden Reaktionspartner Triarylhalogenid und Phosphortrichlorid gegeben. Durch gute Kühlung wird für die Einhaltung der vorgewählten Reaktionstemperatur gesorgt.

Bei der kontinuierlichen Reaktionsführung wird die Alkalimetalldispersion zusammen mit den Reaktionsausgangsstoffen dem Reaktionsgefäß zugeführt, wobei im Reaktionsgefäß die vorgewählte Reaktionstemperatür aufrecht erhalten wird. Als Reaktionsgefäß kann im allgemeinen ein Rührbehälter verwendet werden, wobei die mittlere Verweilzeit des Gemisches innerhalb weiter Grenzen schwanken kann; sie liegt im allgemeinen zwischen 10 und 500 Minuten, vorzugsweise Jedoch zwischen 10 und 100 Minuten.

Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches erfolgt in üblicher Weise. Man filtriert vom enstandenen Alkal!halogenid und gegebenenfalls restlichem Alkalimetall ab, wäscht gegebenenfalls mit Lösungsmittel nach und destilliert die Reaktionslösung. Das nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels verbleibende Triarylphosphin ist bereits ohne weitere Reinigung für viele Zwecke unmittelbar verwendbar. Es ist praktisch frei von übelriechenden Verunreinigungen und hat ohne Umkristallisation bereits eine Reinheit von mindestens 99 #. Die Ausbeute beträgt dabei über 90 io der Theorie, bezogen auf das eingesetzte Phosphortrichlorid. Anhand der nachfolgend aufgeführten Beispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren mit kontinuierlicher bzw. diskontinuierlicher Reaktionsführung näher erläutert.

Beispiel 1

Triphenylpho sphin

In einem Rührgefäß mit 4000 Liter Reaktionsvolumen werden 205 kg Natrium, 1400 Liter Toluol und 1,5 kg Triphenylphosphin auf

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110⁰C erhitzt, wobei das geschmolzene Natrium unter Rühren fein verteilt wird. Dabei bildet sich die für den störungsfreien Reaktionsablauf wichtige Natriumdispersion. Nach dem Abkühlen der Dispersion auf die Reaktionstemperatur von 50⁰C führt man dem Fsaktionsgefäß mit langsam steigender Zulaufgeschwindigkeit ein Gemisch aus 200 kg Phosphortrichlorid und 490 kg Chlorbenzol im laufe von 2 bis 3 Stunden zu, wobei durch gute Kühlung die Reaktionstemperatür auf ca. 5O⁰C eingestellt wird. Anschließend wird das Reaktionsgemisch noch 1 bis 2 Stunden bei Temperaturen im Bereich von 50 bis 55⁰C - eventuell unter Kühlung - belassen. Die Reaktionsmischung wird anschließend filtriert, der entstandene Natriumchlorid-Filterrückstand mit 1000 Liter Toluol mehrfach nachgewaschen und die vereinigten Filtrate eingedampft.

Man erhält 345 kg Triphenylphosphin vom Fp 81⁰C, das eine Reinheit von 99,2 <fo aufweist. Die Ausbeute beträgt 91 $> der Theorie, bezogen auf eingesetztes Fhosphortrichlorid.

Beispiel 2

Tr i s-/4"-me thoxy-phenyl7- pho s phin

Unter intensivem Rühren werden in ein Rührgefäß mit 2000 Liter Reaktionsvolumen kontinuierlich in der Stunde 1150 Liter einer toluolischen Natriumdispersion und 1000 Liter einer Toluollösung, die 207 kg Phosphortrichlorid und 642 kg p-Chloranisol enthält, eingebracht. Zur Bereitung der obengenannten Natriumdispersion werden stündlich 220 kg Natrium in 930 Liter Toluol, das 0,1 bis 0,5 $> Tris-/4"-methoxy-phenyl7-phoephin enthält, in einem Dispergatorgefäß bei 105⁰C fein verteilt und durch einen Überlauf in das vorgenannte Reaktionsgefäß eingeführt. Durch gute Kühlung wird die Reaktionstemperatur auf 50 bis 55⁰C eingestellt. Die Reaktionsmischung fließt durch einen Überlauf in ein weiteres Reaktionsgefäß, in dem die Umsetzung vervollständigt wird. Nach Verlassen des zweiten Reaktionsgefäßes wird die Reaktionsmischung abgekühlt und vom entstandenen NaCl durch Filtrieren befreit. Aus dem so erhaltenen Filtrat wird durch Eindampfen das Lösungsmittel entfernt, wobei stündlich 478 kg Tris-/4"-methoxy-phenyl7~ phoephin vom Fp 129⁰C anfallen, entsprechend einer Ausbeute von 91 $> der Theorie.

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Claims

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Patentansprüche

erfahren zur Herstellung von Triarylphosphinen durch Umsetzung von Arylhalogeniden und Phosphortrichlorid in Gegenwart von in einem organischen Lösungsmittel dispergierten Alkalimetall bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 85⁰C, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Alkalimetalldispersion verwendet, die hergestellt worden ist durch Dispergieren von Alkalimetall in flüssigem Zustand in dem organischen Lösungsmittel in Gegenwart von 0,005 bis 10 Gew.^, bezogen auf das organische Lösungsmittel, Triarylphosphin, dessen Arylreste mit denen des für die Umsetzung verwendeten Arylhalogenids identisch sind, und/oder in Gegenwart von 0,005 bis 5 Gew.^, bezogen auf das organische Lösungsmittel, des für die Umsetzung verwendeten Arylhalogenids.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Alkalimetalldispersion in Gegenwart von 0,05 bis 1 Gew.^, bezogen auf das organische Lösungsmittel, Triarylphosphin und/oder 0,05 bis 1 Gew.$, bezogen auf das organische Lösungsmittel, Arylhalogenid erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der Alkalimetalldispersion Toluol als organisches Lösungsmittel verwendet.

r Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG

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