DE2302523A1 - Verfahren zur herstellung von aethan1,2-diphosphinsaeurediestern - Google Patents
Verfahren zur herstellung von aethan1,2-diphosphinsaeurediesternInfo
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Classifications
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Description
- Verfahren zur Herstellung von Aethan-1,2--diphosphinsäurediestern Aethan-1,2-diphosphinsäurediester sind bereits bekannt.
- Sie lassen sich in guten Ausbeuten aus Phosphonigsaurediestern und 1,2-Dibromäthan mit hilfe der Arbuzov-Reaktion darstellen (p. Mastalerz, Roczniki Chem. 33, g85 <1959); Roczniki Chem. 38, 61 (1964); K. Issleib et al. B 101, 2197 (1968); T. Bratkowski et al., Roczniki Chem. 41, 471 (1967». Auch aus den Natriumsalzen der Phosphonigsäuremonoester, die technisch einfacher zugänglich sind als die Phosphonigsäurediester, können nach dem Verfahren der Michaelis-Becker Reaktion diese Diphosphinsäurediester in etwa 40 zeiger Ausbeute hergestellt werden (V. S. Abramov et al., Z. obsc. Chim. 38, 179 (1968)).
- Es wurde nun gefunden, daß Aethan-1,2-diphosphinsäurediester der allgemeinen Formel in welcher R1 Alkyl-, Phenyl- und/oder Phenalkylgruppen mit 1 bis 18 C-Atomen und R2 Alkylgruppen mit 1 bis 18 C-Atomen die gegebenenfalls durch Halogenatome, vorzugsweise Chlor substituiert sein können, bedeuten, in guten Ausbeuten dadurch hergestellt werden können, daß man Phosphonigsäureester der allgemeinen Formel in welcher R1 und R2 die vorgenannten Bedeutungen besitzen, mit Acetylen in Gegenwart von katalytischen Mengen an Radikalbildnern und/oder unter Bestrahlung mit W-Licht umsetzt.
- Die erfindungsgemäß als Ausgangsmaterialien verwendeten Phosphonigsäuremonoester können nach bekannten Verfahren leicht hergestellt werden. Als Verbindung der Formel II können insbesondere verwendet werden: Methanphosphonigsauremethyl-, -äthyl-, -propyl-, n-butyl-, -isobutylester, Methanphosphonigsäure -2-ch loräthyles t er, Aethanphosphonig -säuredodecylester, Propanphosphonigsäurehexadecylester, Benzolphosphonigsäureisobutylester, Aethylbenzolphosphonigsäureisobutylester, Benzylphosphonigsäureisobutylester, Phenäthylphosphonigsäureisobutylester, Naphthalinphosphonigsäureisobutylester, Bevorzugt als Verbindungen der Formel II sind solche, in denen R1 = Methyl- oder Aethyl- und R2 = (C1-C4)-Alkyl sind.
- Die Umsetzung wird bei einer Temperatur von etwa +500 bis 23000, vorzugsweise von etwa 900 bis 2000C durchgeführt.
- Die Reaktion verläuft exotherm. Bei der Verwendung von W-Licht werden Reaktionstemperaturen von etwa 1400 bis 2300C, vorzugsweise 1700 bis 2000 benötigt. Es ist vorteilhaft, die Umsetzung in Gegenwart von Inertgasen durchzuführe. Als solche kommen vor allem Argon und Stickstoff, aber auch Kohlendioxyd in Betracht.
- Die Radikalbildner werden in katalytischen Mengen von 0,05 bis zu etwa 5 Mol%, vorzugsweise etwa 0,1 bis 1 Mol%, bezogen auf die Verbindung der Formel lI eingesetzt.
- Zweckmäßig werden sie in einem Teil des eingesetten Phosphonigsäureesters gelöst, gegebenenfalls unter Mithilfe von inertenibsungsmitteln, und im Laufe der Reaktion langsam zugegeben.
- Als Radikalbildner kommen beispielsweise in Betracht: Di-tert. -butylperoxyd, tert.-Butylperoxybenzoat, 2,5-Dimethylhexan-bis-2,5"(peroxybenzoat),tert.-Butylhydroxyperoxyd, Dicumylperoxyd, Azobisisobutanoldiacetat, Azobisisobutyronitril, tert.-Butylperox.ySthannitril-(2), tert.,ButylperoxySthansulfonsaure-n-butylester, Dibenzoylperoxyd, tert.-8utylperoxypivalat. Die Auswahl der Radikalbildner wird im Hinblick auf die fUr die Umsetzung gewählte Reaktionstemperatur vorgenommen. Die Radikalbildner sollen in diesem Temperaturbereich eine Halbwertszeit ihres Zerfalls zwischen wenigen Minuten und einigen Sekunden besitzen.
- Die Umsetzung kann in Gegenwart von inertenl .Lösungsmitteln durchgeführt werden. Beispiele sind hierfür Alkohole, Ester und Kohlenwasserstoffe, insbesondere auch Verbindungen der Formel I. Vorzugsweise wird jedoch in Abwesenheit von Lösungsmitteln gearbeitet, Geringere Mengen der zur Herstellung der Phosphonigsäureester verwendeten Alkohole wie z.B. Isobutanol, die beim Einsatz roher, nicht gereinigter Phosphonigsäureester während der Reaktion anwesend sind, stören somit nicht.
- Das bedeutet eine Vereinfachung der Umsetzungsbedingungen.
- Die erfindungsgemaBe Umsetzung wird zweckmäßig in der Weise durchgeführt, daß zunächst die Phosphonigsäureester, vorteilhaft unter Ausschluß von Luftsauerstoff1 bei Atmosphärendruck auf die gewünschte Umsetzungstemperatur gebracht werden. Unter lebhafter Rührung bzw. Durchmischung wird ansciitießend Acetylen in dem Maße eingeleitet, in dem es sich anlagert, während gleichzeitig die Katalysatorlösung langsam zugegeben wird. Natürlich kann die Reaktion auch unter höherem Druck durchgeführt werden. Man kann auch in einem ersten Ansatz hergestellten Phosphinsäureester als Lösungsvermittler in das Reaktionsgefäß geben und den Phosphonigsäureester, vermischt mit dem Katalysator, zulaufen lassen, während Acetylen eingeleitet wird. Diese Arbeitsweise kann dazu benutzt werden, das Verfahren kontinuier lich zu gestalten. Dabei wird der Phosphinsäureester in dem Maße abgezogen, in dem er sich bildet.
- Die Anlagerung des Acetylens an die Phosphonigsäureester erfolgt leicht und weitgehend vollständig. Überschüsse huber die stöchiometrischen Mengen sind möglich, vorzugsweise bis zu 10 %. Im allgemeinen kommt man jedoch mit etwa stöchiometrischen Mengen aus. Insbesondere kann man durch geeignete Reaktionsführung bei kontinuierlichem Verfahren - Acetylen und Phosphonigsäureester im Gegenstrom - nicht verbrauchtes Acetylen noch umsetzen. Die Reaktionszeiten betragen nach Reaktionstemperatur und Reaktionsdurchführung etwa 0,5 bis 10 Stunden, wobei eine kontinuierliche Arbeitsweise naturgemäß auch geringere Reaktionszeiten ermöglicht.
- Die nach dem vorliegenden Verfahren gewonnenen Phosphinsäureester fallen in hohen Ausbeuten an. Es ist überraschend, daß praktisch keine Telomerisate und Polymerisate gebildet werden, obwohl Vinylphosphinsäureester als Zwischenprodukte vermutet werden müssen.
- Die rohen Aethan-t,2-diphosphinsäurediester können nach an sich bekannten Verfahren durch Destillation oder Kristallisation gereinigt werden. Sie können als Extraktionsmittel für Metallsalze aus sauren Lösungen eiiigesetzt werden. Die langkettigen Ester besitzen Weichmachereigenschaften fUr Kunststoffe.
- Besonderes Interesse haben die Verbindungen der Formel I weiterhin als Zwischenprodukte für die Herstellung der Aethan-1,2-diphosp'iinsäuren, die in an sich bekannter preise aus ihnen durch Verseifung oder Säurespaltung leicht in hervorragender Reinheit und Ausbeute hergestellt werden können, Diese Aethan-1,2-diphosphinsäuren können nach den deutschen Patentanmeldungen P 22 36 036.7, P 22 36 037.8, P 22 36 038.9 und P 22 36 039.0 zur Herstellung von schwerentflammbaren oligomeren und polymeren Estern verwendet werden. Weiterhin können Aethan-1,9-diphosphinsauren zur Herstellung flammabweisender oder flammfester Polyurethane eingesetzt werden (Schweizer Patent 437 784). Schließlich können die Alkalisalze derartiger Phosphinsäuren nach der deutschen Patentanmeldung P 22 52 258.3 zur flammwidrigen Ausrüstung von Polyalkylenterephthalaten Verwendung finden.
- Beispiel 1 1,7 kg Methanphosphonigsäureisobutylester werden unter::Stick stoffatmosphäre auf 1900C erhitzt. Dann wird unter lebhaftem Rühren während 5 Stunden Acetylen eingeleitet, während ein Gemisch von 100 g Methanphosplionigsäureisobutylester und 9 g Di-tert.-butylperoxyd eingetropft wird. Nach Beendigung der Reaktion wird das Realçtionsgel,lisch auf 900C gekühlt und unter vermindertem Druck, zuletzt bei 1 - 2 Torr, bis zu einer Übergangstemperatur von 1300 - 140°C andestilliert. Der Destillationsrückstand erstarrt. Er beträgt 1,885 kg und stellt 95 zeigen Aethan-1,2-di-(methylphosphinsäureisobutylester) dar. Bezogen auf 100 %iges Produkt entspricht das einer Ausbeute von 95,5 % d. Th. Eine weitergehende Reinigung kann durch Destillation bei 2 Torr und einer Übergangstemperatur von 1980C erfolgen. Der Schmelzpunkt beträgt dann 10r300.
- Beispiel 2 2,6 kg 92 %iger Methanphosphonigsäureisobutylester werden unter Stickstoffatmosphäre auf 150°C erhitzt. Dann wird unter lebhaftem Rühren während 6 Stunden Acetylen eingeleitet, während ein Gemisch von 400 g 92 obigem hIethanphosphonigsäureisobutylester und 20 g Azobisisobutyronitril eingetropft wird.
- Da die Reaktion exotherm verläuft, ist während der Dauer dieser Reaktion zeitweise Kühlung erforderlich. Die Aufarbeitung erfolgt wie in Beispiel (1), Man erhält als Rückstand 2,88 kg 94 %iger Aethan-1,2-di-( methylphosphinsäure-isobutylester).
- Das entspricht einer Ausbeute von 89 % d. Th.
- Beispiel 3 2,6 kg 92 %iger Methanphosphonigsäureisobutylester werden unter Stickstoffatmosphäre auf 800C erhitzt. Dann wird unter lebhaftem Rühren Acetylen eingeleitet, während ein Gemisch von 400 g 92 %igem Methanphosphonigsäureisobutylester und 27 g tert.-Butylperoxypivalat eingetropft wird. Langsam wird die Temperatur auf 1200 " 1300C gesteigert, wobei die Aufnahme von Acetylen rasch ansteigt, Zeitweise Kühlung ist nun erforderlich, da die Reaktion exotherm verläuft. Nach 4 Stunden wird das Reaktionsgemisch dstilliert, Man erhält 2,71 kg Aethan-1,2-di-(methylphosphinsäureisobutylester). Das entspricht einer Ausbeute von 89 % d. Th.
- Beispiel 4 a) Herstellung des Aethan-1,2-di-(methylphosphinsäureisobutylesters) 2 kg eines Gemisches von 75 Gew.-% Methanphosphonigsäureiso butylester und 25 Gew.-% Isobutanol werden unter Stickstoffatmosphäre auf 140°C erhitzt und dann unter lebhaftem Rühren Acetylen eingeleitet, während ein Gemisch von 370 g Mischung und 16,5 g tert. -Butylperoxybenzoat eingetropft wird.
- Es werden etwa 95 g Katalysatorlosung/h und 30 - 40 1 Acetylen/h zudosiert. Nach der Aufarbeitung gemäß Beispiel (1) erhält man 1,99 kg 93 %iger Aethan-1,2-di-(methylphosphinsäureisobutylester). Das entspricht einer Ausbeute von 95 % d. Th.
- b) Herstellung der Aethan-1 , 2-di- (methylphosphinsäure) 1,85 kg 93 %iger Aethan-1,2-di-(methylphosphinsäureisobutylester) werden in einem Kolben mit RUhrer, absteigendem Kühler, Vorlage und anschließender Tiefkühlfalle auf 1600C erhitzt und unter lebhaftem Rühren trockener Chlorwasserstoff eingeleitet. Nach kurzer Zeit beginnt Isobutylchlorid abzudestillieren. Nebenbei entsteht in zunächst geringer Menge Isobuten, das in der Tiefkühlfalle kondensiert wird. Im Verlaufe von 5 Stunden wird die Temperatur bis auf 2000C gesteigert. Dabei wird der Chlorwasserstoff auch bei starkem Einleiten vollständig aufgenommen. Insgesamt haben sich zum Ende der Reaktion etwa 830 g Isobutylchlorid und 150 g Isobuten abgespalten. Im Kolben befinden sich schließlich etwa 1,1 kg geschmolzene rohe Aethan- ,2-di-(niethylphosphinsäure).
- Sie wird ausgegossen und nach dem Erstarren zerkleinert. Anschließend wird sie in 2,3 1 Isopropanol gekocht, bis sie in pulvriger kristalliner Form vorliegt. Man erhält nach dem Abkühlen und Absaugen 0,995 kg Aethan-1,2-di-(methylphosphinsäure), Fp.: 1900 - 1920C, nach Umkristallisation aus Eisessig Fp.: 1940 - 19600. Das entspricht einer Ausbeute von 92,5 % d.Th.
- Beispiel 5 600 g eines Gemisches von 75 % Methanphosphonigsäureisobutylester und 25 % Isobutanol werden auf lso°c unter Stickstoffatmosphäre erhitzt. Dann wird unter lebhaftem Rühren Acetylen bei gleichzeitiger Bestrahlung mit dem UV-Licht einer Quecksilberlampe während 7 Stunden eingeleitet. Im Laufe der Reaktion wird die Temperatur auf 2000C gesteigert. In einem hinter dem Reaktionsgefäß befindlichen gekühlten Auffanggefäß kann sich abdestillierendes Isobutanol ansammeln. Nach beendeter Reaktion wird destilliert. Man erhält 400 g Aethan-1,2-di- (methylph9sphinsäureisobutylester). Das entspricht einer Ausbeute von 81 % d. Th.
- Beispiel 6 432 g Benzolphosphonigsäureisobutylester werden unter Stickstoffatmosphäre auf 1800 - 190C erhitzt. Dann wird unter lebhaftem Rühren Acetylen eingeleitet, während ein Gemisch von 48 g Benzolphosphonigsäureisobutylester mit 4 g Di-tert.-butylperoxyd eingetropft wird. Nach 1 Stunde und 35 Minuten ist die Reaktion beendet. Man erhält nach Abdestillieren bei 0,5 Torr bei einer Innentemperatur von 11500 433 g Aethan-1,2-di-(phenylphosphinsäureisobutylester) als Rückstand, der beim Abkühlen kristallisiert. Das entspricht einer Ausbeute von 94 % d. Th.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von Dethan-1,2-diphosphinssiurediestern
der allgemeinen Formel
in welcher R1 Alkyl-, Phenyl- und,/oder Phenalkylgruppen mit 1 bis 18 C-Atomen und
R2 Alkylgruppen mit 1 - 18 C-Atomen, die gegebenenfalls durch Halogenatome substituiert
sein können, bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß man Phosphonigsäureester der
allgemeinen Formel
in welcher Rt und R2 die vorgenannten Bedeutungen besitzen, mit Acetylen in Gegenwart
von katalytischen Mengen an Radikalbildnern und/oder unter Bestrahlung mit W-Licht
umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß man im
Temperaturbereich von 500 bis 2300C, insbesondere von 1200C bis 2000C arbeitet.
3. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß in Gegenwart
eines Lösungsmittels gearbeitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch (1) - (3), dadurch gekennzeichnet, daß
für R2 = Isobutyl- in Gegenwart von Isobutanol als Lösungsmittel gearbeitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch (1) - (4), dadurch gekennzeichnet, daß
im Temperaturbereich von 1300 - 1600C in Gegenwart von tert.-Butylperoxyhezoat gearbeitet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch (1) und (2), dadurch gekennzeichnet, daß
unter Bestrahlung mit UV-Licht im Temperaturbereich von 0 170 bis 200 C gearbeitet
wird.
7. Verfahren nach Anspruch (1) - (6), dadurch gekennzeichnet daß unter
einer Schutzgasatmosphäre aus Stickstoff gearbeitet wird.
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