DE2605307C2 - Verfahren zur Herstellung von Hydroxyalkylphosphinoxiden und -sulfiden - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Hydroxyalkylphosphinoxiden und -sulfidenInfo
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Description
R-P-A-OCOR3
in der R und R1 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe,
eine Arylgruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine
Aralkylgruppe oder A-OCOR2, A Ethylen oder Propylen und R- eine Alkylgruppe mit weniger als 6, bis zu
2 Kohlenstoffatome bedeuten, entweder durch Hydrolyse oder Alkoholyse in ein Hydroxyalkylphosphin
überführt und anschließend oxidiert oder mit Schwefel umsetzt, oder das estersubstituierte Phosphin
zuerst oxidiert oder mit Schwefel umsetzt und dann durch Hydrolyse oder Alkoholyse in ein Hydroxyalkylphosphinoxid
oder -sulfid umwandelt.
25
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Hydroxyalkylphosphinoxiden und -sulfiden unter Oxidation von Hydroxyalkylphosphinen zu Hydroxyalkylphosphinoxiden.
Aus der US-PS 36 83 028 ist ein solches Verfahren begannt, bei welchem Tris-(hydroxymethyD-phosphin
mit Wasser in Gegenwart von Formaldehyd bei 100 bis 150° C zu Tris-(hydroxymethyl)-phosphinoxid oxidiert
wird.
Die Herstellung von 4-HydroxybutyIphosplnoxiden
und -sulfiden ist in der US-PS 32 67 149 beschrieben. Dihydrocarbon-phosphinhalogenidc und Dihydrocarbonthiophosphinhalogenide
werden in Gegenwart eines Meiallkatalysators, wie Magnesium, mit Tetrahydrofuran
umgesetzt. Die entsprechenden Phosphine reagieren in gleicher Weise und die erhaltenen 4-Hydroxybutylphosphine
können mit wäßrigem Wasserstoffperoxid zu dem 4-Hydroxybutylphosphtnoxid oxidiert werden.
In der DE-PS 10 40 549 ist die Herstellung von TrIs-(hydroxymcthyi)-phosphinoxid
durch Oxidation des entsprechenden Phosphine mit Luft bei 0 bis 50° C und nachfolgendes Entfernen des Lösungsmittels unter
Vakuum beschrieben.
Die Herstellung von Hydroxymethyldicyclohexylphosphlnoxld
und -sulfid ist dem Aufsatz von Hellmann et al, Ann. 659, 49-63 (1962), zu entnehmen. Das Dicyclohexylphosphln
wird entweder mit Schwefel (gelöst In Benzol oder Ethanol) oder gewünschtenfalls mit
Sauerstoff bei erhöhten Temperaturen umgesetzt.
In einer Veröffentlichung von Arbuzov et al, die die
Addition von Butylphosphln an ungesättigte Verbindungen betrifft und In l/v. Akad. Nauk. SSSR, Otd. Khim.
Nauk. l%3 Π) ?fl2-5Df. erschienen ist. Ist die Herstellung
von Bulyl-dl-(3-hydro\ypmpyl)-phnsphinoxld und -siilfkl
beschrieben. Das OxItI wurde durch Einwirkungen von
.Vh.igem wäßrigem Wasserstoffperoxid bei Temperaturen
unter 60 C. das SuIIkI durch Umsetzung mit Schwelel (,-,
unter Sticksinffatmosphiirc hergestellt. Die Reaktion soll
exotherm sein. In jedem I alle wird die Ausbeute mit put
angegeben.
Einer weiteren Veröffentlichung von Arbuzov et al, erschienen in Nikotoryl Vopr. Organ. KhIm. Sb. (Kazan:
Kazansk. Uni-) 1964, 244-255, ist die Oxidation und SuI-furierung
von BwyI-dl-(3-bydroxyprapyI)-pbosphIn zu
dem entsprechenden Phosphinoxld und -sulfid, sowie die Oxidation und Sulfurierung von ButyI-d|-(3-acetoxypropyU-phosphin
und der analogen Phosphine, bei denen eine Phenylgruppe die Butylgruppe ersetzt, zu entnehmen.
In einer dritten Veröffentlichung von Arbuzov et al, erschienen in Izv. Akad. Nauk. SSSR, Ser. Khim. (1962)
290-5, ist die Umwandlung von Phenyl-di-(3-acetoxyprapyD-phosphin
zu dem entsprechenden Oxid und Sulfid beschrieben. Das Oxid wurde entweder durch Umsetzung
mit Sauerstoff bei einer Temperatur von 130" C bis
1400C oder durch Umsetzung mit 30*igem wäßrigem
Wasserstoffperoxid bei 60° C erhalten. Zur Sulfurierung wurde das Phenyl-di-O-acetoxypropyD-pr.jsphin mit
Schwefel 4 Stunden auf 150° C erhitzt. Ähnliche Umsetzungen von Phenyl-dK3-hydroxypropyl)-phosphin sind
ebenfalls angegeben.
In der DE-PS 10 56 125 ist ein Verfahren zur Herstellung
von Tris-hydroxymeihylphosphinsulfid offenbart,
bei dem in Schwefelkohlenstoff gelöster Schwefel nach und nach bei einer Temperatur unter 40° C zu einer
Lösung von Trishydroxymethylphosphin in wasserfreiem Ethanol gegeben wird.
Die US-PS 32 47 217 betrifft die Herstellung von im wesentlichen reinem Phosphinylidyntrimethanol. das ist
(HOCHi)jP = O, und Trialkanoaten dssselben. Dort ist
in Spalte 2, Zeilen 19 bis 20 nebenbei auf die Hydrolyse des Tribenzoates oder Trilaurates hingewiesen. Die
Hydrolyse des Monoacetates von Diphenylhydroxymethylphosphinoxld,
das ist (CiHs)2P(O)CHjOH, ist in
der US-PS 32 93 302 beschrieben. Diese Hydrolyse ist ein Teil eines zweistufigen Verfahrens, nach dem Hydroxymethylphosphinoxide
hergestellt werden.
Es ist jedoch kein Verfahren zur Herstellung von 2-Hydroxy-eihyI- und Propyl-phosphinoxiden und -sulfiden
bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zu schaffen. Bei diesem Verfahren
soll von einem 2-Acetoxyalkylphosphin ausgegangen werden.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch gelöst.
Während die eingangs genannte US-PS 36 83 028 lehrt. Hydroxyalkylphosphlne in Gegenwart eines Katalysators
in das entsprechende Phosphinoxid umzuwandeln, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein estersubstituiertes
Phosphin als Ausgangssubstant eingesetzt. Überraschenderwelse
wird sowohl bei Verseifung und ansciilieliender
Oxidation als auch bei Oxidation und anschließender Verseifung das gewünschte Hydroxyalkylphosphinoxid
erhalten. Es war nicht vorauszusehen, daß es zur Bildung von Phosphlnoxid kommt und nicht eine
andere Gruppe oxidiert wird.
Die erftndungsgemäß erhaltenen Verbindungen lassen sich als flammhemmende Substanzen sowie als Zwischenprodukte
bei der Herstellung von Weichmachern verwenden. In letzterem Fall können Carbonsäuren,
Anhydride oder Acykhlorkle mit einer oclcf mehreren
Hydroxylgruppen des Phosphinoxide unter Bildung der entsprechenden Ester umgesetzt werden. Darüber hinaus
können grenzflächenaktive Eigenschaften aufweisende Substanzen dadurch hergestellt werden, daß Alkylenoxide
mit den Hydroxylgruppen der Verbindungen umgesetzt werden, so daß Pol>oxyalk>!etiketten gebildet
werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird esiersubstituieries
Phosphin der allgemeinen Formel
R1
R —P—A —OCOR2
R —P—A —OCOR2
in der R und R1 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe,
eine Arylgruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine Aralkylgruppe oder A-OCOR2, A Ethylen oder Propylen und R"
eine Alkylgruppe mit weniger als 6 C-Atomen bedeuten, (I) der Alkoholyse oder Hydrolyse (als ein Verfahrensschritt)
und (2) der Oxidation unterworfen oder die bei- is
den Verfahrensschritte (I) und (2) werden in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt. Die Verfahrensschritte lassen
sich leicht durchführen und führen unabhängig von der Reihenfolge zu guten Ausbeuten.
R1
R — P—A-OCOR2
CHjOH
in der R, R1, R2 und A die oben angegebene Bedeutung
haben. Der niedrig siedende Ester, z. B. Methylacetat, wird durch Destillation entfernt.
Die Hydrolyse des 2-Acyloxyalkylphosphins oder
Phosphinoxids läßt sich in ähnlicher Weise nach bekannten Verfahren in alkalischem oder saurem Medium
durchführen. Eine Behandlung mit 5%iger wäßriger Natriumhydroxid-
oder Salzsäurelösung unter schwachem Rückfluß führt zur Hydrolyse dir Acyloxygruppen.
Die Umsetzung der Phosphine mit Schwefel wird ebenfalls unter Anwendung bekannter Ve.fahren durchgeführt.
Die Reaktion ist exotherm und lauft bei Raumtemperatur nach Mischen von Phosphin mit elementarem
Schwefel, vorzugsweise in einem Lösungsmittel, ab. In einigen Fällen löst sich der Schwefel nicht ohne weiteres
in dem Lösungsmittel oder dem Reaklionsmedium. so daß die Lösungsgeschwindigkeit des Schwefels der die
Reaktionsgeschwindigkeit bestimmende Schritt des Verfahrens ist. Wird die Hydrolyse oder die Alkoholyse als
erster Schritt ausgeführt, so braucht das 2-Hydroxyethyl-Zwischenprodukt
nicht vor der Umsetzung mit Schwefel gereinigt zu werden.
Die Oxidation des Phosphins zum Phosphlnoxid kann nach einer der bekannten Methoden erfolgen. Üblicherweise
wird eine alkalische wäßrige Lösung von Wasserstoffperoxid oder einem anderen Oxidationsmittel, wie
KMnO4, PbOi, verwendet. Diese Reaktion ist ebenfalls
schwach exotherm.
Die chemischen Reaktionen des hier offenbarten Verfahrens sind für sich genommen nur insoweit neu als sie
auf die erfindungsgemäß vorgeschlagenen besonderen Reaktanlen und Produkte Anwendung finden. Die Kombination
derartiger Reaktionen sind jedoch selbst in breiterem Zusammenhange neu.
Wie schon ausgeführt wurde, hat das bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendete estersubstituierte
'lh
Werden In tier obigen Gleichung drei Mole Vinylacetat
eingesetzt, so erhält man den Triester anstelle
MonoesU's. Derartige Triester liegen genauso wie clic Diester ins Rahmen der l-rflnduni!. Darüber hinaus können
cstcrsiibsliuilerte Phosphine /. Ii. auch aus Mono-Die
Alkoholyse laßt sich in üblicher Weise unter Verwendung einer sauren Methanollösung durchführen. Das
Acyloxyphosphin oder Acyloxyphosphfnoxld oder -siilfid
wird einfach in Methanol gelöst, und eine starke anorganische Säure, wie Schwefelsäure oder Salzsäure zugegeben.
Es können auch andere Alkohole verwendet werden, vorzugsweise jedoch solche, die genügend leicht
flüchtig sind, sü daß der als Nebenprodukt entstehende
Ester leicht entfernt werden kann; dies sind die Alkohole mit weniger als 8 Kohlenstoffatomen. Die Alkoholyse
erfolgt bei Raumtemperatur spontan, in manchen Fällen ist es vorteilhaft, die Temperatur der Reaktionsmischung
durch Außenkühlung zu kontrollieren. Wird die Oxidation vor der Alkoholyse durchgeführt, so ist es normalerweise
nicht nötig, die Phosphinoxide oder -sulfide zu reinigen. Das rohe Zwischenprodukt läßt sich leicht der
Alkoholyse unterwerfen.
Bei der Alkoholyse wird ein niedrig siedender Ester gebildet, wie folgende Reaktionsgleichung zeigt:
R'
-» R —P—A — OH + CH3OCOR2
Phosphin die allgemeine Formel
R1
Phosphin die allgemeine Formel
R1
R-P-A-OCOR2
in der R und R1 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe,
eine Arylgruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine Aralkylgruppe
oder A-OCOR1, A Ethylen oder Propylen und R2
eine Alkylgruppe mit weniger als 6 C-Atomen bedeuten. Jeder von R und R' weist vorzugsweise weniger als !O
und wiederum vorzugsweise zusammen weniger als 15 C-Atome auf. A'.s Beispiele für die Bedeutung von R1
und R2 seien genannt: Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Isopropyl,
n-Butyi, n-Hexyl, Isooctyl, 2-EthyViexyl, Phenyl,
Phenethyl, p-Tolyl, Cyclohexyl und Cyclopentyl.
A bedeutet entweder Ethylen oder Propylen. Als solches
stellt es den Rest der Vlnylgruppe eines Vinylacetates dar, z. B. von Vinylacetat oder Isopropeny!ncetat.
R2 ist eine Alkylgruppe, wie z. B. die Methylgruppe, die Ethylgruppe, die n-Propylgruppe, die n-Amylgruppe;
R2 weist weniger als 6 Kohlenstoffatomc auf. so daß der Alkylrest, der bei der Alkoholyse abgespalten wird, zur
Bildung eines verhältnismäßig gut flüchtigen Esters als Nebenprodukt führt, und sich leicht aus dem Reaktionsgemisch entfernen läßt. Ist R2 Methyl und ist der zur
Alkoholyse verwendete Alkohol Methanol, so ist der als Nebenprodukt erhaltene Ester Methylacetat, das bei
60° C abdestilliert.
Wie oben angegeben, können R und R1 auch eine
Gruppe A-OCOR2 sein. Das heißt, das estersubstituierte Phosphin kann ein Diester oder Triester sein. Die erfindungsgemäßen
estersubstituierten Phosphine werden durch Umsetzung eines Phosphines mit wenigstens einer
Phosphor-Wasserstoff-(P-H)-Blndung mit einem Vinylester erhalten, z. B. nach folgender Gleichung:
» 11,P-CH3CH2OCOCH,
alkyl- und Monoarylphosphincn hergestellt werden: die
des μ diestersuhstitulerten Produkte fallen in den Rahmen der
Htflndiing. Hin Beispiel dafür Ist das Reaktionsprodukt
von Phenylphosphln und Isopropenylacetat:
C6Ii3FM3 + CH2=C(CH3)OCOCH3
Nachstehend wird die Erfindung anhand von AusfQhrungsbeispIelen
nflher erläutert.
Es "-frei eine Lösung von 258 g (3,0 Mol) Vinylacetat
um 0,5 g Azo-bis-isobutyronitril In 300 ml Benzol hergestellt,
und ein Vakuum angelegt, bis das Benzol zu sieden beginnt Danach wird gasförmiges Phosphin Ober
einen Zeilraum von 4 Stunden in die Lösung eingeleitet. Während dieser Zeit wird die Mischung dem Sonnenlicht
ausgesetzt. Das Benzol wird dann bei 25° C und einem Druck von 19,95 mbar (15 mm) entfernt, wobei darauf
geachtet wird, daß die Temperatur nicht steigt, damit eine Polymerisierung vermieden wird. Als Rückstand
erhält man quantitativ die entsprechende Menge an Tris-2-acetoxyethylphosphin.
Eine Lösung von 58,4 g (0,2 Mol) Tris-2-acetoxyethylphosphin
in 100 ml Benzol wird mit 6.7 g (0,21 Mol) fein zerstoßenen Schwefels umgesetzt. Der Schwefe! löst sich
langsam im Benzol auf, und die Umsetzung mit dem Schwefel ist vollständig abgelaufen, wenn der Schwefel
ganz verschwunden ist. Das Phosphinsulfid wird durch Abdestillieren des Benzols isoliert. Dabei wird im
wesentlichen eine 100%ige Ausbeule an Tris-2-acetoxyethyl-phosphinsulfid
erhalten, das mit einem molaren Überschuß von Methanol und 0,5 g Schwefelsäure umgesetzt
wird; dann wird das Methylacetat und das Methanol abgetrennt und man erhält als viskosen, etwas gelblichen,
öligen Rückstand eine I00%ige Ausbeute an dem gewünschten Tris-2-hydroxyethylphosphfnsuIfid.
Eine Lösung von 58,4 g (0,2 Mol) Tris-2-aceloxyeihyI-phosphin
in 100 ml Methanol wird mit 0,1 g Natriumcarbonat umgesetzt und dann mit 0,2 Mol einer 50%igen
wäßrigen Wasserstoffperoxydlösung umgesetzt. Die Mischung wird während dieser Schritte gerührt und von
außen gekühlt. Nach Beendigung der Oxidation zum Phosphinoxid werden 0,5 g 85%iger Schwefelsäure unter
weiterem Rühren zugegeben, und das Methylacetat und das Methanol werden abgetrennt, so daß man als Rückstand
Tris-2-Hydroxyeihylphosphinoxid in quantitativer Ausbeute erhält.
Eine Mischung von 49,2 g (0,2 Mol) DiisobulyI-2-aceloxypropylphosphin,
6,4 g (0,2 Mol) Schwefel und 150 ml
TqIuuI wird zwei Stunden lang gerührt; wahrend dieser
Zeit steigt die Temperatur, ausgehend von Raumtemperatur,
um 5° C. Am Ende dieses Zeitraumes ist der Schwefel vollständig umgeset7i. Das Toluol wird dann
durch Destillation unter einem Druck von 19,95 mbar (15 mm) auf dem Wasserbad entfernt. Der RückstartJ ist
eine farblose Flüssigkeit, die, wie eine Prüfung mit in Benzol gelöstem Jod zeigt, kein Phosphil enthält. Dieses
Produkt wird dann in 150 ml Methanol gelösi, mit 0,5 g p-Toluolsulfonsüure umgesetzt und wie beim Beispiel 2
umgeestert. Das erhaltene Diisobutyl-2-hydroxyeihyI-phosphinsulfid
ist eine farblose viskose Flüssigkeit.
Eine Lösung von 28,2 g (0,1 Mol) Phenylbis-(2-acetoxyethyl)-phosphin
und 1 ml Triethylamin in 150 ml Aceton wird bei 20 bis 30° C dreißig Minuten lang geriihrt
und wahrend dieser Zeit werdpn nach und nach ö,9 g (0,11 Mol) einer 50%igen wäßri^n Wassersloffperoxidlösung
der Mischung zugegeben. Außenkühlung ist notwendig, um die oben angegebene Temperatur einhalten
zu können. Das Aceton wird dann entfernt, und es bleibt ein farbloses, viskoses Öl zurück, das in Wasser nicht
löslich ist. Dieses Phenylbis-(2-acetoxyethyl)-phosphinoxid wird dadurch in das entsprechende Phenylbis(2-hydroxyethyD-phosphinoxid
umgewandelt, daß wie beim Beispiel 2 eine Umesterung mit Methanol vorgenommen wird. Das gewünschte Produkt ist ein farbloses, in
Wasser lösliches Öl.
Eine Lösung von 40,2 g (0,ϊ Mol) Dodecyl-bis(2-acetoxyelhyO-phosphin
und 0,2 g p-Toluolsulfonsäure in 100 ml Methanol wird erhitzt und durch eine 15 Böden
aufweisende Destillierkolonne destilliert, um eine azeotrope Methylacetat-Methanolmischung (81,3%-18,7%) bei
54° C abzutrennen. Die Destillation wird so 4ange forigerohrt,
bis die Destillationstemperatur 65° C, den Siedepunkt von Methanol, erreicht. Die Destillierkolonne wird
dann weggenommen und 1 g Natriumcarbonat zugegeben. Dann wird über einen Zeitraum von 20 Minuten
verteilt nacheinander eine Menge von 6,9 g einer 50%lgen wäßrigen Wasserstoffperoxidlösung zugegeben, wobei die
Temperatur mittels eines Eisbades auf 20 bis 30° C gehalten wird. Die Mischung wird zum Entfernen des Natriumcarbonats
filtriert, das Methanoi bei 19,95 mbar
so (15 mm) abgezogen, wonach ein schwach gefärbtes viskoses
Öl zurückbleibt.
Claims (1)
- Putemanspruch:Verrühren zur Herstellung von Hydroxyalkylphosphinoxiden und -sulfiden unter OxiduUon von Hydroxyalkylphosphinen zu Hydroxyalkylphosphinoxiden, dadurch gekennzeichnet, daß man ein estersubstituiertes Phosphin der allgemeinen FormelR1 ίο
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