DE2363388C2 - Verfahren zur Herstellung von Dialkylthiophosphaten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Dialkylthiophosphaten

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DE2363388C2 DE2363388A DE2363388A DE2363388C2 DE 2363388 C2 DE2363388 C2 DE 2363388C2 DE 2363388 A DE2363388 A DE 2363388A DE 2363388 A DE2363388 A DE 2363388A DE 2363388 C2 DE2363388 C2 DE 2363388C2
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Description

R1O
RjO
/ X
worin Ri und R2 gleiche oder verschiedene geradkettige und/oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, M ein Metallkation und η die Wertigkeit des betreffenden Metallkations bedeuten, durch Umsetzung von 0,0-Dialkylphosphorigsäureestern der allgemeinen Formel
worin Ri und R2 die obengenannte Bedeutung haben, mit einer das Metallkation M liefernden Verbindung, in Gegenwart von Schwefelpulver und organischer Lösemittel bei erhöhten Temperaturen.
Es ist bekannt, daß Alkali- und Erdalkalidialkylthiophosphate nach einer Reihe verschiedener Darstellungsmethoden hergestellt werden können, so z. B. durch alkalische Hydrolyse von Thiophosphorsäure-O.O-diesterchloriden, durch Umsetzung von Phosphorsäurediesterchloriden mit Hydrogensulfiden und durch doppelte Umsetzung von Ammoniumdialkykhiophosphaten mit löslichen Metallsalzen (vgL Houben-Weyl, Bd. XlI 2. Seiten 599 ff. und 605 ff.).
Der Hauptnachteil dieser Verfahren liegt vor allem darin, daß die so hergestellten Dialkylthiophosphate immer zusammen mit den als Nebenprodukten mit entstehenden Metallsalzen, in der Regel den Alkalichloriden, anfallen und von diesen quantitativ nun durch sehr aufwendige und kostspielige Reinigungsoperationen ab trennbar sind. Darüber hinaus ist die Anwendung dieser Verfahren wegen der begrenzten Verfügbarkeit der Ausgangsprodukte weitgehend auf die Dimethyl- und Diäthylthiophosphate beschränkt.
Es ist weiterhin bekannt, daß man zu Alkali- und Ammoniumdialkylthiophosphaten gelangt, wenn man Ο,Ο-Dialkylphosphorigsäureester gleichzeitig mit Schwefel und Alkalimetallen, Alkalialkoholaten bzw. Aikalicarbonaten oder Ammoniak umsetzt (vgl. DE-PS 10 50330).
Der Nachteil dieser Verfahren liegt einmal darin, daß sie nur zur Herstellung von Alkali- und Ammoniumdialkylthiophosphaten geeignet sind. Zum anderen kommt es bei der Verwendung von starken Alkalien, wie z. B. Alkali-Metallen oder Alkoholaten, zu einer beträchtlichen Spaltung des eingesetzten Ο,Ο-Dialkylphosphorigsäureesters unter Bildung der jeweiligen Alkali- bzw. Ammoniummonoalkylphosphite, wobei sich beim ausschließlichen Einsatz von Aikalicarbonaten das starke Aufschäumen der Reaktionsmischung zusätzlich sehr hindernd auswirkt. Außerdem haben die angeführten Methoden den Nachteil, daß als weitere störende Nebenprodukte beträchtliche Mengen Alkali- oder Ammonium-O,S-dialkylthiophosphate entstehen, die nur unter sehr großem Aufwand und unter großen Ausbeuteverlusten entfernt werden können.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß man bei der Herstellung von Dialkylthiophosphaten der allgemeinen Formel
R1O
R5O
P(O)S
worin Ri und R2 gleiche oder verschiedene geradkettige und/oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, M ein Metallkation und η die Wertigkeit des betreffenden Metallkations bedeuten, durch Umsetzung von Ο,Ο-Dialkylphosphorigsäureestern der allgemeinen Formel .
R1O O
/X
R2O H
worin Ri und R2' die obengenannte Bedeutung haben, mit einer das Metallkation M liefernden Verbindung, in Gegenwart von Schwefelpulver und organischer Lösemittel bei erhöhten Temperaturen, dann hochprozentige und sehr reine Dialkylthiophosphate erhält, wenn man als Verbindung, die das Metallkation M liefert, das
Oxid des entsprechenden ein- bis viei wertigen Metalles einsetzt Hierzu eignen sich insbesondere die Oxide des Kupfers. Calciums, Bariums, Magnesiums, Zinks, Cadmiums, Titans oder Bleis, wobei man die Metalloxide auch im Gemisch mit den entsprechenden Metallcarbonaten mit maximal 50 Gew.-% Metallcarbonat oder basische Metalloxide einsetzen kann.
Als organisches Lösemittel werden Alkohole, Äther, aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe und chlorierte gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe eingesetzt, wobei die erfindungsgemäße Umsetzung zweckmäßigerweise in solchen Lösemitteln erfolgt, in denen der jeweilige OÄDialkylphosphorigsäureester leichtlöslich und das Reaktionsprodukt schwerlöslich sind. Der Schwefel sollte möglichst teilweise in dem verwendeten Lösemittel löslich sein. Vorteilhafterweise setzt man solche Alkohole ein, die den Alkylresten Ri und/oder R2 der eingesetzten Ο,Ο-Dialkylphosphorigsäureester entsprechen.
Zur Bindung des bei der Reaktion gebildeten Reaktionswassers und zur Verkürzung der Reaktionszeiten kann man der Reaktionsmischung eine äquivalente Menge eines wasserbindenden Mittels zusetzen. Bevorzugt gelangt Essigsäureanhydrid zum Einsatz, da die gebildete Essigsäure leicht abtrennbar ist.
In einer anderen Ausführungsform wird als Lösemittel Toluol verwendet, welches gleichzeitig als Schleppmittel für das entstandene Wasser dient, welches am Wasserabscheider kontinuierlich abgetrennt wird.
Die Korngröße des verwendeten Schwefelpulvers sollte im Mittel < 1 mm sein. Zur Verkürzung der Reaktionszeiten wird bevorzugt Schwefel <0,01 mm eingesetzt.
Als Metalloxide kommen solche in Frage, die bei den jeweiligen Reaktionsbedingungen eine genügend große Reaktivität besitzen. Bevorzugt werden Oxide von zwei- bis vierwertigen Metallen eingesetzt, wie Kupferoxid, Calciumoxid, Bariumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Cadmiumoxid, Bleioxid und Titandioxid. In einigen Fällen haben sich Gemische von Me.'alloxiden mit bis zu 50 Gew.-% der entsprechenden Metallcarbonate bzw. basische Metalloxide gut bewährt.
Bei der ausschließlichen Verwendung von Metallcarbonaten bzw. -hydroxiden tritt dagegen die Verseifung des jeweiligen Phosphorigsäurediesters in den Vordergrund, so daß nur stark verunreinigte Thiophosphate in schlechten Ausbeuten erhalten werden.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist vor allem darin begründet, daß es sich um eine technisch leicht durchführbare Reaktion handelt und hochprozentige, von Fremdstoffen freie Produkte erhalten werden, die direkt oder nachdem man das Lösemittel ganz oder teilweise entfernt hat, aus dem Reaktionsgemisch ausfallen und abfiltriert, gewaschen und getrocknet werden können. Außerdem gelangen mit den Metalloxiden billige Rohstoffe zum Einsatz.
Ein weiterer bedeutender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Tatsache, daß es im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren, die nur relativ stark verunreinigte Alkali- und Ammoniumdialkylthiophosphate liefern, bei entsprechender Wahl der Ausgangsverbindungen sehr gut zur Herstellung einer Vielzahl von Dialkylthiophosphaten anderer Metalle geeignet ist.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Verbindungen stellen hochreine, sowohl in Lösung als auch in fester Form beständige Salze dar, die ohne weitere Reinigung für die verschiedenen Zwecke in der Industrie verwendet werden können, z. B. als Zwischenprodukte für die Herstellung von Schädlingsbekämpfungsmitteln und Heilmitteln. Darüber hinaus können diese Produkte wegen ihrer hohen Reinheit auf Gebieten, wie Kunststoffstabilisierung, Korrosionsschutz und der Anstrichfarben, zum Einsatz gelangen. Allein und in Kombination mit den aus Phosphorpentasulfid und Alkoholen hergestellten Metall-O,O-dialkyl(aryl)dithiophosphaten können sie als Zusätze zu ölen und Schmiermitteln verwendet werden. Außerdem können sie als Hilfsstoffe in der Textil-, Leder- oder Papierindustrie benutzt werden.
Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern:
Beispiel !
1 MoI (HOg) Dimethylphosphorigsäureester wurde mit 400 ml Methanol verdünnt. Zu dieser Lösung wurde 1 Mol (32 g) pulverisierter Schwefel (Korngröße < 0,1 mm) gegeben. Innerhalb von 2 Stunden wurden 0,5 Mol (40,7 g) Zinkoxid bei 65 bis 67°C zudosiert. Anschließend wurde noch 8 h bei dieser Temperatur gerühri, bis der Schwefel quantitativ umgesetzt war. Zur Isolierung des Zinkdimethylthiophosphats, ein zähflüssiges bis wachsartiges Produkt, welches nicht zur Kristallisation zu bringen war, wurde das Lösungsmittel im Vakuum entfernt. Die Ausbeute an Zinkdimethylthiosphosphat betrug 124 g (90%). Die Reinheit des
Produktes lag bei 99%. Beispiel 2
1 Mol (32 g) pulverisierter Schwefel (Korngröße < 1 mm) und 0,5 Mol (40,7 g) Zinkoxid wurden in 600 ml Äthanol verteilt. Bei 79°C wurden 1,1 Mol (151,8 g) Diäthylphosphorigsäureester innerhalb von 1,5 Stunden zugetropft. Während der Phosphit-Zugabe hielt sich die Temperatur ohne zusätzliche Heizung auf 79 bis 8O0C. Zur Vervollständigung der Reaktion wurde noch 6 Stunden unter intensiver Durchmischung auf 80°C gehalten. Beim Abkühlen schieden sich 198,5 g eines farblosen, kristallinen Produktes ab, das abfiltriert und getrocknet wurde. Eventuelle anhaftende Schwefelspuren konnten mit wenig Schwefelkohlenstoff entfernt werden. Nach einmaligem Waschen mit CS2 und nach der Trocknung wurden 192,5 g Zinkdiäthykhiophosphat von einer Reinheit von 99,8% erhalten. Fp. 163 bis 164° C.
Beispiel 3
0,5 Mol (62,2 g) Cadmiumoxid und 1 Mol (34 g) Schwefelpulver (Korngröße <0,l mm) wurden in 350 ml Isobutanoi gegeben. Nach Zusatz von 1 Mol (102,1 g) Essigsäureanhydrid wurden unter intensiver Durchmischung bei 1000C 1,1 Mol (204 g) Di-isobutylphosphorigsäureester innerhalb von 2 h bei einer Temperatur von 100 bis 1080C zugegeben. Nach einer Nachreaktion von 4 Stunden bei gleicher Temperatur wurde abgekühlt, wobei das Cadmiumdiisobutylthiophosphat auskristallisierte. Nach dem Waschen und Trocknen wurden 232 g Cadmiumdiisobutylthiophosphat vom Schmelzpunkt 207 bis 208°C erhalten. Der Salzgehalt lag bei 99,7%.
Beispiel 4
0,5 Mol (40,7 g) Zinkoxid und 1 Mol (32 g) pulverisierter Schwefel (Korngröße <0,01 mm) wurden
in 600 ml Toluol eingetragen. Unter intensiver Durchmischung wurden bei 1100C 1,05 Mol (174,0 g) Diisopropylphosphorigsäureester innerhalb von 2 Stunden zugegebea Des gebildete Wasser wurde während der Reaktion am Wasserabscheider abgetrennt Die Gesamtreaktionsdauer betrug 8 Stunden. Nach dem Abkühlen wurde das ausgeschiedene, farblose Salz abfiltriert gewaschen und getrocknet Es wurden 195 g des 99,2prozentigen Zinkdiisopropylthiophosphats vom Schmelzpunkt 119 bis 1200C erhalten.
Beispiel 5
0,5 Mol (40,7 g) Zinkoxid und 1 Mol (32 g) pulverisierter Schwefel (Korngröße <0,01 mm) wurden zu 400 ml Isopropanol gegeben. Zu dieser Mischung wurden bei 80 bis 85°C 1,1 Mol (228,8 g) n-Hexyl-isopropylphosphorigsäureester unter intensiver Durchmischung zudosiert. Nach sechsstündiger Reaktionszeit bei 800C und dem Entfernen des Lösemittels im Vakuum erhält man in guter Ausbeute das Zinksalz der O-n-Hexyl-O-isopropylthiophosphorsäure.
Beispiel 6
Man verfährt wie in Betspiel 2 beschrieben, verwendet aber an Stelle des reinen Zinkoxids ein Gemisch von Zinkoxid und Zinkcarbonat im Verhältnis : : 1. Die Umsetzungsdauer verkürzt sich von 7,5 Stunden auf 6 Stunden. Man erhält 190 g Zinkdiäthylthiophosphat von hoher Reinheit (99,8%) vom Schmelzpunkt 163 bis 164°C
Beispiel 7
Man verfährt wie in Beispiel 1 beschrieben, verwendet aber an Stelle des Dimethylphosphorigsäureesters 1,1 Mol (151,8 g) Diäthylphosphorigsäureester und an Stelle des Zinkoxids ein Gemisch von Bleioxid und Bleicarbonat (1 :1). Als Lösemittel dient Äthanol. Das in guter Ausbeute erhaltene Bleidiäthylthiophosphai, das aus heißem Waser umkristallisiert werden kann, schmilzt bei 45 bis 46°C und hat eine Reinheit von 99,2%.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von Dialkylthiophosphaten der allgemein in Formel
    R1O
    R,O
    P(O)S
    worin Ri und R2 oder verschiedene geradkettige und/oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, M ein Metallkation und π die Wertigkeit des betreffenden Metallkations bedeuten, durch Umsetzung von 0,0-Dialkylphosphorigsäureestern der allgemeinen Formel
    R1O
    / X
    R2O H
    worin R; und R2 die obengenannte Bedeutung haben, mit einer das Meiallkation M liefernden Verbindung, in Gegenwart von Schwefelpulver und organischer Lösemittel bei erhöhten Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verbindung,die das Metallkation M liefert, das Oxid des entsprechenden ein- bis vierwertigen Metalles einsetzt.
    Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dialkylthiophosphaten der allgemeinen Formel
    R1O
    R2O
    P(O)S
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