DE2652962B2 - Verfahren zur Herstellung von Phospholen-1 -chalcogeniden - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Phospholen-1 -chalcogenidenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Phospholen-1-chalcogeniden mit einem aliphatischen
Kohlenwasserstoffsubstituenten am Phosphoratom, wobei das Chalcogen aus Sauerstoff oder
Schwefel besteht
Aus der US-PS 26 63 737 ist die Herstellung von in 1 -Stellung durch einen Kohlenwasserstoffrest substituierten
Phospholenoxiden durch Kondensation von Butadien oder eines substituierten Butadiens mit einem
geeigneten Dihalogenhydrocarbylphosphin und Hydrolysieren des Zwischenprodukts 1,1-Dihalogen-l-hydrocarbylphospholen
durch Zusatz von Wasser zu dem gewünschten Reaktionsprodukt bekannt
Aus der US-PS 26 63 738 ist die Herstellung der entsprechenden in 1-Stellung durch einen Kohlenwasserstoffrest
substituierten Phospholensulfide nach einem analogen Verfahren bekannt.
Aus der US-PS 28 53 473 ist die Verwendung von in 1-Stellung durch einen Kohlenwasserstoff rest substituierten
Phospholen-1-oxiden und -1-sulfiden als Katalysatoren
für die Umwandlung von Isocyanaten zu Carbodiimiden bekannt
Vizel und Mitarbeiter beschreiben in »J. Gen.
Chem.« (UdSSR), Band 43, Nr. 10, Seiten 2137 bis 2143 (1973) eine Arbuzov-Reaktion, bei der ein 1-Hydrocarbyloxyphospholen
mit einem Alkylhalogenid umgesetzt wird. Hierbei soll der Alkylrest des Alkylhalogenids an
das Phosphoratom gebunden werden. Nach diesseitiger Erfahrung findet jedoch keine derartige Reaktion statt
In der Industrie ist der Bedarf nach Phospholenderivaten
des beschriebenen Typs wegen ihrer Brauchbarkeit (als Katalysatoren) bei der Herstellung von
Carbodiimidbindung enthaltenden Polymerenschaumstoffen gewachsen. Die genannten Schaumstoffe finden
zunehmende Verbreitung als thermisch stabile und niedrige Werte für die Flammenausbreitung sowie
niedrige Rauchbildung bei Feuereinwirkung aufweisende Isoliermaterialien.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Phospholenderivaten
des beschriebenen Typs zu schaffen, bei dem sich insbesondere die Gestehungskosten der
Phospholenderivate stark senken lassen.
Eine Kostensenkung ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil die Gestehungskosten der Phospholenderivate
einen relativ großen Anteil der Gesamtkosten der Carbodiimidbindungen aufweisenden polymeren
Schaumstoffe ausmachen. Eine Reduktion der Herstellungskosten der Phospholenderivate wirkt sich also
ι :
p/
p/
κ \
O Alkyl
ein l,3-Dialkyl-2-phospholen-l-oxid durch die Formel II:
(Π)
Alkyl
wiedergegeben.
Unter einem aliphatischen Kohlenwasserstoffrest ist ein durch Entfernen eines Wasserstoffatoms von einem
aliphatischen Kohlenwasserstoff, vorzugsweise einem
r> mit bis zu einschließlich 12 Kohlenstoffatomen, gebildeter (einwertiger) Kohlenwasserstoffrest zu verstehen.
Beispiele für aliphatische Kohlenwasserstoffreste der angegebenen Definition sind Alkylreste mit I bis
einschließlich 12 Kohlenstoffatomen, wie Methyl-,
Äthyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octyl-,
Nonyl-, Decyl-, Undecyl- oder Dodecylreste oder deren
Isomere, Alkenylreste mit 3 bis einschließlich 12 Kohlenstoffatomen, z. B. Propenyl-, Butenyl-, Pentenyl-,
Hexenyl-, Heptenyl-, Octenyl-, Nonenyl-, Decenyl-, Undecenyl- oder Dodecenylreste oder deren Isomeren,
Alkynylreste mit 3 bis einschließlich 12 Kohlenstoffatomen, z. B. Propynyl-, Butynyl-, Pentynyl-, Hexynyl-,
Heptynyl-, Octynyl-, Nonynyl-, Decynyl-, Undecynyl- oder Dodecynylreste oder deren Isomere, sowie
so Cycloalkylreste mit 4 bis einschließlich 12 Kohlenstoffatomen,
z. B. Cyclobutyl-, Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptyl-, Cyclooctyl-, Dimethylcyciohexyl- oder
Hexylcyclohexylreste oder deren Isomere. Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich auf die
Umwandlung beliebiger 1 -{2-Chloralkoxy)-phosphoIene der Formel III mit einer Doppelbindung zwischen den
Kohlenstoffatomen in 2- und 3-Stellung oder zwischen
den Kohlenstoffatomen in 3- 4-Stellung, die gegebenenfalls an einem oder mehreren Kohlenstoffatomen) in 2-,
bo 3-, 4- und 5-Stellungen des heterocyclischen Phosphorrings
(einen) inerten) Substituenten aufweisen können, zu den entsprechenden Phospholen-1-oxiden oder
Phospholen-1-sulfiden anwendeil· Unter inerten Substituenten sind beliebige Substituenten zu verstehen, die
b5 unter den Reaktionsbedingungen weder mit den
sonstigen anwesenden Reaktionsteilnehmern eine Reaktion eingehen noch in sonstiger Weise den gewünschten
Reaktionsverlauf stören. Beispiele für solche inerte
Substituenten sind Halogenatome, z. B. Fluor-, Chlor-, Brom- oder Jodatome, kurzkettige Alkoxyreste, z. B.
Methoxy-, Äthoxy-, Propoxy-, Butoxy-, Pentoxy-, oder Hexyloxyreste oder deren isomere, Phenoxyreste,
Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis einschließlich 6 ■> Kohlenstoffatomen und halogensubstituierte Kohlenwasserstoffreste
mit 1 bis einschließlich 6 Kohlenstoffatomen.
Unter dem Ausdruck »Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen« sind durch Entfernen eines i<
> Wasserstoffatoms von einem Ausgangskohlenwasserstoff der angegebenen Kohlenstoffatomanzahl erhaltene
einwertige Reste, wie Alkylreste, z. B. Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl-, oder Hexylreste oder
deren Isomere, Alicenylreste, z.B. Vinyl-, Allyl-, Bute- r>
nyl-, Pentenyl- oder Hexenylreste oder deren Isomere, und Cycioalkylreste, z. B. Cyclobutyl-, Cyclopentyl- oder
Cyclohexylreste, oder ein Phenylrest, zu verstehen.
Unter dem Ausdruck »halogensubstituierte« Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen« sind
einwertige Kohlenwasserstoffreste der angegebenen Definition zu verstehen, bei denen ein oder mehrere
Wassersloffatom(e) durch (ein) Halogenatom(e) ersetzt ist (sind). Beispiele für halogensubstituierte einwertige
Kohlenwasserstoffreste sind Chlormethyl-, Trichlor- .r> methyl-, Trifluormethyl-, 2-Chloräthyl-, 2,3-Dichlorbutyl-,
2-Chlorbutenyl-, 2-Bromhexyl-, 4-Chlorphenyl-,
3-Fluorphenyl- oder 2-Chlorpropenylreste.
Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das l-(2-Ch!oralkoxy)-phospholen der jo
Formel HI mit einem geeigneten aliphatischen Alkohol oder Thiol der Formel IV umgesetzt. Die beiden
Reaktionsteilnehmer werden zweckmäßigerweise in praktisch stöchiometrischer Menge, d. h. praktisch ein
Äquivalent des Alkohols oder Thiols der Formel IV auf r> jedes Mol des Phospholens der Formel III, zum Einsatz
gebracht. Gegebenenfalls kann man jedoch mit einem Überschuß an dem Alkohol oder Thiol der Formel IV
arbeiten. Die Umsetzung erfolgt zweckmäßigerweise bei erhöhter Temperatur in der Größenordnung von -to
etwa 50° bis 1400C. Bei bestimmten Alkoholen, z.B. acetylenisch ungesättigten Alkoholen, ist die Umsetzung
stark exotherm, weswegen das Reaktionsgemisch eine Kühlung auf Temperaturen in der Größenordnung
von — 30° C oder darunter erfordert, damit die Reaktion ·τ>
wirksam gesteuert werden kann.
Gegebenenfalls kann die Umsetzung in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels, wie Benzol, eines XyIoIs,
Methylenchlorid, 1,2-Dichloräthan und dergleichen, durchgeführt werden. Bei einer bevorzugten Ausfüh- w
rungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der Alkohol oder das Thiol der Formel IV in
stöchiometrischem Überschuß zum Einsatz gebracht, wobei der Überschuß dann — ohne daß zusätzlich ein
inertes Lösungsmittel verwendet werden muß — als Reaktionslösungsmittel dient.
Die Reihenfolge, in der das Phospholen der Formel III mit dem Alkohol oder Thiol der Formel IV vereinigt
wird, ist nicht kritisch. In der Regel ist es bequemer, den Alkohol oder das Thiol der Formel IV zu dem bo
Phospholen der Formel III zuzusetzen als umgekehrt, wobei in den geschilderten Fällen, in denen die Reaktion
exotherm ist, in geeigneter Weise gekühlt und gerührt werden sollte.
Das Fortschreiten der Umsetzung läßt sich nach b5
Routineverfahren, z. B. durch Infrarot-Spektralanalyse eines aliquoten Teils des Reaktionsgemischs, verfolgen.
Wenn die Umsetzung als beendet anzusehen ist, wird das gewünschte Phospholen-1-oxid oder -1-sulfid aus
dem Reaktionsprodukt in üblicher bekannter Maßnahme, beispielsweise durch Abdestillieren eines etwaigen
Überschusses an Alkohol oder Thiol der Formel IV und gebildeter Nebenprodukte und, erforderlichenfalls,
anschließende Reinigung des Destülationsrückstands durch Destillation, fraktionierte Kristallisation (im Falle
von Feststoffen) und dergleichen, isoliert. In vielen Fällen hat es sich, wie später noch näher erläutert
werden wird, gezeigt, daß das angefallene Rohprodukt nach der Behandlung zur Entfernung von überschüssigem
Alkohol oder Thiol der Formel IV und dergleichen ohne weitere Reinigung mit gutem Erfolg direkt a!s
carbodiimid-bildender Katalysator bei der Herstellung von Polycarbodiimiden, insbesondere Polycarbodiimidschaumstoffen,
zum Einsatz gebracht werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung werden das Phospholen der
Formel III und der Alkohol oder das Thiol der Formel IV miteinander in Gegenwart einer katalytischen
Menge eines Alkylierungsmittels vereinigt. Als Alkylierungsmittei eignen sich Alkylhalogenide, vorzugsweise
Alkylbromide und Alkyljodide, mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen im Alkylteil des beschriebenen Typs. Ein
bevorzugtes Alkylierungsmittel stellt Äthylbromid dar. Unter einer »katalytischen Menge« ist eine Alkylierungsmittelmenge
von etwa 0,05 bis 0,5 Mol pro Mol Phospholen der Formel III, vorzugsweise von etwa 0,1
bis 0,2 Mol pro Mol Phospholen der Formel III, zu verstehen.
Die Alkohole und Thiole der Formel IV, die im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung zum
Einsatz gelangen können, können aus beliebigen aliphatischen ein- oder mehrwertigen Alkoholen oder
Thiolen, zweckmäßigerweise solchen mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, bestehen. Beispiele für Alkohole
der Formel.IV sind Alkanole, wie Methanol, Äthanol, Propanol, Butanol, Pentanol, Hexanol, Heptanol, Octanol,
Nonanol, Decanol, Undecanol oder Dodecanol und deren Isomere, Alkenole, wie Propenole, Butenol,
Pentenol, Hexenol, Heptenol, Octenol, Nonenol, Decenol,
Undecenol oder Dodecenol oder deren Isomere, Alkynole, wie Äthynol, Propynol, Butynol, Pentynol,
Hexynol, Heptyiiol, Octynol, Nonynol, Decynol, Undecynol
oder Dodecynol und deren Isomere, cycloaliphatische Alkohole, wie Cyclopentanon Cyclohexanol,
Cycloheptanol, Cyclooctanol, Methylcyclohexanol, Dimethylcyclohexanol,
Cyclohexylcyclohexanol und deren Isomere, Cyclopentenol, Cyclohexenol, Dimethylcyclohexenol
und dergleichen, aliphatische heterocyclische Alkohole, wie 2,2-Dimethyl-4-hydromethyl-l,3-dioxolan,
N-(2-Hydroxyäthyl)oxazolidin, 5-Hydroxy-l,3-dioxan, Furfurylalkohol und dergleichen, mehrwertige
Alkohole, wie Glyzerin, Hexan-l,2-diol, Pentaerythrit, Propylenglykol, Äthylglykol, Dipropylenglykol, PoIyäthylenglykole
und Polypropylenglykole mit Molekulargewichten bis zu 1000, Fruktose, Glukose, Ribose,
Arabinose und ähnliche Zucker.
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare aliphatische Thiole der Formel IV sind Alkylmercaptane, z. B.
Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octyl-, Nonyl-, Decyl-, Undecyl- oder Dodecylmercaptane
sowie deren Isomere, Alkenylmercaptane, wie Allyl-, Butenyl-, Pentenyl-, Hexenyl-, Heptenyl-, Octenyl-,
Nonenyl-, Decenyl-, Undecenyl- oder Dodecenylmercaptane oder deren Isomere, Alkynylmercaptane,
wie Propynyl-, Butynyl-, Pentynyl-, Hexynyl-, Heptynyl-, Octynyl-, Nonynyl-, Decynyl-, Undecynyl-
oder Dodecynylmercaptane sowie deren Isomere, Cycloalkylmercaptane, wie Cyclobutyl-, Cyclopentyl-,
Cyclohexyl-, Cyclohcptyl- und Cyclooctylmercaptane, Cycloalkenylmercaptane, z. B. Cyclopentenyl-, Cyclohexenyl-,
Cycloheptenyl- oder Cyclooctirnylmercaptane, und aliphatische Polythiolverbindungen, z. B. 1,2-Dimercaptobulan,
1,2-Dimercaptohexan und dergleichen.
Vermutlich kommt es bei der im Laufe des Verfahrens gemäß der Erfindung eintretenden Umsetzung in einer
ersten Stufe zu einer Umesterung, wobei ein Esteraustausch in Form eines Ersatzes des l-(2-Chloralkoxy)-Restes
im Ausgangsphospholen der Formel III durch den
CH,
+ CH3OH
Cl
O —CH,CH—CH.
Cl
O —CH,CH—CH.
(a)
aliphatischen Kohlenwasserstoffoxy- oder aliphatischen
Kohlenwasserstoffthiorest des Alkohols oder Thiols der Formel IV stattfindet. Der Umesterung folgt vermutlich
augenblicklich eine Umlagerung, bei welcher der aliphatische Kohlenwasserstofirest direkt, d.h., über
eine C-P-Bindung, an das Phosphoratom des Phospholens
gebunden wird. Die angegebenen Reaktionsfolge läßt sich bei folgendem Beispiel, bei dem durch
Umsetzen von 3-Methyl-l(2-chlotpropoxy)-2-phospholen mit Methanol, 1,3-Dimethyl-2-phospholen-1-oxid
gebildet wird, wie folgt veranschaulichen:
Cl
+ CH1-CH-CH2OH
(b)
Stufe (a) entspricht der Umesterung, Stufe (b) entspricht jii pholen mit Methylmercaptan zu 1,3-Dimethyl-2-phos-
der Umlagerung. pholen-1-sulfid umgesetzt wird, durch folgendes Reak-
In entsprechender Weise läßt sich das folgende tionsschemadarstellen:
Beispiel, bei dem 3-Methyl-l-(2-chlorpropoxy)-2-phos-
CH,
(a)
Cl
CH1-CH-CH2OH
(b)
CH,
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die angegebenen Reaktionsmechanismen lediglich zum
besseren Verständnis des Verfahrens gemäß der Erfindung dienen und in keiner Weise das Verfahren auf
diese Reaktionsmechanismen beschränken soll. Ungeachtet des etwaigen Reaktionsmechanismus stellen sich
die geschilderten Ergebnisse in jedem Falle ein, d. h. bei der Umsetzung der Ausgangsverbindung mit einem
Alkohol erhält man ein Phospholen-1-oxid, bei der Umsetzung der Ausgangsverbindung mit einem Thioi
erhält man ein Phospholen-1-sulfid.
Es hat sich in der Regel gezeigt, daß man bei v^rwendung eines Ausgangsphospholens der Formel
III mit einer Doppelbindung zwischen den Kohlenstoffatomen in 2- und 3-StelIung, d. h. mit einer Doppelbindung
in 2-Stellung im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung ein Phospholen-1-oxid oder Phospholen-1-sulfid
mit der Doppelbindung in derselben Stellung erhält. Wenn jedoch das Ausgangsphospholen der
Formel III die Doppelbindung zwischen den Kohlenstoffatomen 3 und 4, d. h. in 3-StelIung, aufweist, besteht
das im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung
■35 erhaltene Phospholen-1-oxid oder Phospholen-1-sulfid in der Regel aus einem Gemisch aus zwei möglichen
Isomeren mit der Doppelbindung entweder in 2- oder 3-Stellung. Der Anteil der beiden Isomeren in solchen
Gemischen kann je nach dem verwendeten speziellen
en Phospholenausgangsmaterial sehr verschieden sein.
Ferner hat es sich gezeigt, daß sich bei Verwendung eines Phospholenausgangsmaterials der Formel IH mit
der Doppelbindung in 3-Stellung die Bildung desjenigen Iso.neren des Endprodukts, das die Doppelbindung in
hi 2-Slellung aufweist, entweder teilweise oder vollständig
unterdrücken läßt, wenn man im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung ein Alkylierungsmittel des
beschriebenen Typs vcrwendel. Je höher der molare
Anteil an verwendetem Alkylierungsmittel ist, desto
geringer ist die Menge an gebildetem 2-Isomeren. In der Regel läßt sich bei Verwendung von 0,3 Mol oder mehr
Alkylierungsmittel pro Mol Phospholenausgangsmaterial der Formel III die Bildung des 2-lsomeren im
Reaktionsprodukt nahezu vollständig vermeiden. Diejenige Menge an Alkylierungsmittel, die in einem
gegebenen Fall zum Einsatz gelangen soll, läßt sich vom Fachmann durch einfache Vorversuche ermitteln.
Wenn bei der Umsetzung als Alkohol oder Thiol der Formel IV ein mehrwertiger Alkohol oder ein
mehrwertiges Thiol verwendet wird, beispielsweise ein solcher bzw. ein solches mit zwei oder mehr Hydroxyl-
oder Thiolresten, erhäli man im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung ein Phospholen-1-oxid oder
Phospholen-1-sulfid. bei welchem der am Phosphor hängende aliphatische Rest einen oder mehrere freie(n)
Hydroxylrest(e) oder Thiolrest(e) (nämlich einen Rest weniger als die Anzahl der entsprechenden Reste im
Ausgangsalkohol oder -thiol) enthält. Solche Verbindungen eignen sich zum chemischen Einbau in
Polymerisate, insbesondere auf Polyisocyanaten basierende Polyisocyanurate und Polyurethane, und verleihen
diesen dann Flammhemmeigenschaften.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung ist es möglich, als
aliphatischen Alkohol ein Ausgangsmaterial, z. B. Cellulose, das eine Reihe von aliphatischen Hydroxylresten
an aliphatischen Kohlenstoffatomen aufweist, zu verwenden. Bei der Durchführung dieser Variante des
Verfahrens gemäß der Erfindung erhält man ein celluloseartiges Material, an das durch chemische
Bindung über C-P-Bindung eine Reihe von Phospholeneinheiten gebunden ist. Diese Phosphoieneinheiten
verleihen dem celluloseartigen Material Feuerhemmeigenschaften. Folglich lassen sich durch diese Variante
des Verfahrens gemäß der Erfindung Kleidungsstücken und sonstigen Gegenständen, wie Folien, Tapeten und
Vorhängen und dergleichen, aus Baumwolle und entsprechenden celluloseartigen Materialien Feuerhemmeigenschaftun
verleihen.
Die im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung als Ausgangsmaterialien verwendeten Phospholene der
Formel III sind größtenteils bekannt (vgl. beispielsweise
US-PS 37 67 708). Eiiηe repräsentative Gruppe von im
Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung verwendbaren Ausgangsmaierialien läßi sich durch folgende
Formel wiedergeben:
worin ;), b c und el (die gleich oder verschieden sein
können) Substiiuenten, wie Wasserstoff- oder Halogenatome,
Alkoxyreste mit 1 bis einschließlich 6 Kohlenstoffatomen, Phcnoxyreste, (einwertige) Kohlenwasserstoffreste
mit 1 bis einschließlich ft Kohlenstoffatomen der angegebenen Definition und halogensubstituierte
(einwertige) Kohlenwasserstoffreste mn I bis einschließlich
ft Kohlenstoffatomen der angegebenen Definition bedeuten können. Die gestrichelten Linien
geben an, daß /wischen dem Kohlenstoffatom in 3-Stellung und einem der beiden Kohlcnslofliitorne in 2-b/w.
4-StC1IIiIrIg eine Doppelbindung vorlie»!. Y steht für
ein Wasserstoffatom, das an demjenigen Kohlenstoff atom in 2- bzw. 4-Stellung hängt, das nicht doppel
gebunden ist. T steht für einen 2-Chloralkylrest mit 2 bi
6 Kohlenstoffatomen im Alkylteil.
r> Im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung
besonders gut geeignete Ausgangsmaterialien sine Verbindungen der angegebenen Formel, worin der Res
— Ο —T für einen Chloräthoxy- oder 2-Chlorpropoxy
rest steht.
ίο Die Verbindungen der angegebenen Formel erhäl
man durch Umsetzen eines geeigneten 1-Chlorphos
pholenes mit einem geeigneten Alkylenoxid (vgl. US-PS 37 67 708).
Weiterhin ist es in der Regel nicht erforderlich, die be der aus der US-PS 37 67 708 bekannten Umsetzung
erhaltenen l-(2-Chloralkoxy)-Verbindungen zu Isolierer und/oder zu reinigen, bevor man sie im Rahmen de.1
Verfahrens gemäß der Erfindung als Ausgangsmateru verwendet. So kann beispielsweise ein 1 -Chlorphospho
len mit Äthylen- oder Propylenoxid umgesetzt und da: hierbei gebildete Reaktionsprodukt ohne Isolierung
gleich erfindungsgemäß mit einem geeigneten Alkoho oder Thiol weiter umgesetzt werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung stellt eine seh >
bequeme Methode dar, die sich ganz allgemein auf di Herstellung von Phospholen-1-oxiden und -1 -sulfider
anwenden läßt. Die Einfachheit der Durchführung um die bei der Durchführung des Verfahrens gemäß de
Erfindung erzielbaren hohen Gesamtausbeuten stehei
j(i in deutlichem Gegensatz zu den Ergebnissen bei dei
bekannten direkten Umsetzung von 1-Chlorphosphole
nen mit Alkoholen oder Thiolen. Eine der Hauptschwie rigkeiten bei letzterem Verfah/en beruht in dei
Notwendigkeit zur Mitverwendung von Pyridin ode ähnlichen tertiären Aminen als »Fänger« für den bei de
Umsetzung abgespaltenen Chlorwasserstoff. Der dabei gebildete voluminöse Aminhydrochloridniederschlag
muß vom Reaktionsprodukt abfiltriert werden, was zu einer beträchtlichen Erschwerung der großtechnischen
•40 Herstellung führt. Darüber hinaus ist das bekannti
Verfahren von weit begrenzterer Anwendbarkeit al das Verfahren gemäß der Erfindung.
Wie bereits ausgeführt, stellen die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung herstellbaren Phospholen-1-oxide
und Phospholen-1-sulfide bekanntlich geeignete Katalysatoren zur Umwandlung von Isocyanaten
in Carbodiimide dar. Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß die nach dem Verfahren gemäß de
Erfindung erhaltenen Reaktionsprodukte ohne weiten
3d Reinigung oder sonstige Befreiung von flüchtigen
Verunreinigungen gegebenenfalls direkt als Katalysatoren für solche Umsetzungen zum Einsatz gebrach
werden können. Weiterhin ist in bestimmten Fällen di katalylische Aktivität der Rohprodukte (unter einem
->■> »Rohprodukt« ist hier und im folgenden ein im Rahmen
des Verfahrens gemäß der Erfindung erhaltene Produkt, das zwar von flüchtigen Vcrunrcinigungci
abgetrennt, jedoch keinen sonstigen Reinigungsmaß nahmen, ?.. B. Destillation, llmkristallisation und dcrglci
>» chen unterworfen worden ist, zu verstehen) deutlich
größer, als sie im Hinblick auf den Gehalt an Phospholen-1-oxid oder Phospholen-1-sulfid (des Roh
Produkts) zu erwarten gewesen wäre. Diese Erkennini ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten insoweit von
i> großer Bedeutung, als sich durch die Verwendung des
Rohmaterials im Vergleich /ti dem weit teureren reinen
Material die Gcsamlkostcn der Herstellung von ('arbodiimkicn erheblich senken lassen. Dieses liri'cbni
ist insbesondere auch deshalb von großer Bedeutung, weil die Gestehungskosten des Katalysators einen
Hauptteil der Gesamtkosten der Herstellung der Carbodiimide ausmachen, und zwar auch dann, wenn
man überlegt, daß die bei der Umsetzung verwendete Katalysatormenge sehr gering ist.
Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren gemäß der Erfindung näher veranschaulichen:
Beispiel 1
Herstellung von 1,3-Dimethylphospholen-l-oxid
Herstellung von 1,3-Dimethylphospholen-l-oxid
Eine Mischung aus 2 g (0,0112 Mol) l-(2-Chloräthoxy)-3-methyl-3-phospholen
(hergestellt gemäß Beispiel 5 der US-PS 37 67 708), 5 ml (0,056 Mol) Äthylbromid
und 4 ml wasserfreien Methanols (das vorher über molekularen Sieben getrocknet worden war) wird 1,5 h
lang auf Rückflußtemperatur erhitzt. Nach Beendigung des Erhitzens zeigt eine Untersuchung eines aliquoten
Teils, durch Kernresonanzspektralphotometrie keine durch dreiwertigen Phosphor bedingte merkliche
Absorption. Nach dem Verdampfen des Äthylbromids und Methanols wird der Rückstand im Vakuum
destilliert, wobei in 75%iger Ausbeute, 1,1 g 1,3-Dimethyl-3-phospholen-l-oxid
in Form einer Flüssigkeit eines Kp. von 84° bis 91°C bei 0,5 mm Hg-Säule
erhalten werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß, wenn die von V i ζ e 1 und Mitarbeitern aaO beschriebene Umsetzung zwischen
1-Hydrocarboxyphospholen und einem Alkylhalogenid in der angegebenen Weise ablaufen würde,
l-Äthyl-3-methyl-3-phospholen-l-oxid gebildet werden müßte. Tatsächlich finden sich aber keine Spuren dieses
Reaktionsprodukts, und dies trotz des beträchtlichen molaren Überschusses an verwendetem Äthylbromid.
Herstellung von l-Äthyl-3-methyl-3-phospholen-t-oxid
Eine Mischung aus 1,8 g (0,010 Mol) l-(2-Chloräthoxyl)-3-methyl-3-phospholen,
5 ml Chloroform und 2 ml absoluten Äthanols wird mit 2 ml (0,026 Mol) Äthylbromid
behandelt. Nachdem das Reaktionsgemisch etwa 3 h lang bei Raumtemperatur (etwa 2O0C) stehen
gelassen worden war, wird es 1 h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt. Nach beendetem Erhitzen werden die
Lösungsmittel und das Äthylbromid abgedampft, worauf der Rückstand unter vermindertem Druck
destilliert wird. Hierbei erhält man 0,8 g (55,6% der theoretischen Ausbeute) l-Äthyl-S-methyl-S-phospholen-1-oxid
in Form einer Flüssigkeit eines Kp. von 90° bis 1050C bei 03 mm Hg-Säule.
Herstellung von l-Allenyl-3-methyl-3-phospholen-l
-oxid
Eine Lösung von 2 g (0,0112 Mol) l-(2-Chloräthoxy)-3-methyl-3-phospholen
in 5 ml Chloroform wird langsam unter Rühren und Kühlen innerhalb von 1 min mit insgesamt 2 ml (0,034 Mol) Prop-l-yn-3-ol versetzt. Die
hierbei einsetzende Reaktion ist exotherm. Nach Beendigung der zunächst exotherm verlaufenden
Umsetzung wird die gebildete gelbe Lösung 15 min lang
auf Rückflußtemperatur erhitzt. Hierauf werden das Lösungsmittel und überschüssiges Propynol abdestilliert,
worauf der Rückstand im Vakuum destilliert wird. Hierbei erhält man 0,9 g (52% der theoretischen
Ausbeute) l-Allenyl-S-methyl-S-phospholen-l-oxid in
Form einer Flüssigkeit eines Kp. von 1060C bei 0,3 mm Hg-Säule.
r) Durch Kernresonanzspektralanalyse und IR-Spektralphotometrie
zeigt es sich, daß das erhaltene Reaktionsprodukt eine untergeordnete Menge des entsprechenden 1-Propynylisomeren enthält. Der
Hauptteil besteht jedoch aus dem 1-Allenylisomeren,
ίο das aus einer Isomerisierung des Propynylrestes während der Umsetzung stammt.
Umwandlung von l-Chlor-3-methyl-3-phospholen in
'' l,3-Dimethyl-3-phospholen-l-oxidohne Isolierung
der Zwischenprodukte
'' l,3-Dimethyl-3-phospholen-l-oxidohne Isolierung
der Zwischenprodukte
Eine Lösung von 128,Gg (0,956 Mol) l-Chlor-3-methyl-3-phospholen
in 400 ml 1,2-Dichloräthan wird unter Rühren bei einer Temperatur von 5° bis 100C innerhalb
von 15 min mit insgesamt 66,7 g (1.15 Mole) Äthylenoxid versetzt. Die erhaltene Reaktionslösung wird 30 min
lang bei einer Temperatur von 15°C gerührt und dann mit 91,8 g (2,868 Mole) wasserfreien Methanols versetzt.
Nach 15minütigem Weiterrühren wird das Reaktionsgemisch mit 10,4 g (0,1 Mol) Äthylbromid versetzt. Das
erhaltene Gemisch wird 1 h lang bei Raumtemperatur gerührt, dann schrittweise auf Rückflußtemperatur
erhitzt und 2 h lang bei dieser Temperatur belassen.
jo Während des Aufheizens vor Erreichen der Rückflußtemperatur werden weitere 10,4 g Äthylbromid zugesetzt.
Das nach Beendigung des Erhitzens auf Rückflußtemperatur erhaltene Endprodukt besteht aus
einer gelben Lösung. Diese wird zur Entfernung des
jr> Lösungsmittels erst eingedampft und dann zur Entfernung
der letzten Lösungsmittelspuren im Vakuum behandelt. Der Verdampfungsrückstand wird nochmals
im Vakuum destilliert, wobei man 123,6 g (96% der theoretischen Ausbeute) 1,3-Dimethylphospholen-loxid
eines Kp. von 84°C bei 0,6 mm Hg-Säule erhält. Das Produkt besteht aus etwa gleichen Mengen 2- und
3-Isomeren.
4 ' Umwandlung von 1 -ChlorO-methyl-S-phospholen in
1,3-Dimethylphospholen-l-oxid ohne Isolierung von
Zwischenprodukten in Gegenwart unterschiedlicher
Mengen Alkylierungsmittel
1,3-Dimethylphospholen-l-oxid ohne Isolierung von
Zwischenprodukten in Gegenwart unterschiedlicher
Mengen Alkylierungsmittel
so Eine Lösung von 39,4 g (0,293 Mol) 1 -Chlor-3-methyl-3-phospholen
in 122,6 ml 1,2-Dichloräthan wird langsam unter Rühren innerhalb von 10 min mit insgesamt
20,45 g (0,352 Mol) Propylenoxid versetzt. Während der Zugabe wird die Temperatur des Reaktionsgemischs auf
5° bis 100C gehalten. Das erhaltene Reaktionsgemisch
wird 30 min lang bei Raumtemperatur (etwa 2O0C) gerührt, dann mit 35,5 ml wasserfreien Methanols
versetzt und schließlich nochmals 15 min lang weitergerührt. Ein aliquoter Teil (50 ml) der erhaltenen Lösung
ω wird abgezogen und in 20 ml (0,27 Mol) Äthylbromid
eingetragen, worauf das Reaktionsgemisch 1 h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt wird. Der Rest der zunächst
erhaltenen Lösung wird mit 2 ml (0,027 Mol) Äthylbromid versetzt, worauf das Reaklionsgemisch i h lang bei
hi Raumtemperatur gerührt wird. Eine Untersuchung
eines aliquoten Teils durch Kernresonanzspektralphotometrie zeigt, daß noch etwas dreiwertiger Phosphor
vorhanden ist. Folglich werden weitere 1,5 ml (0,02 Mol)
Äthylbromid zugesetzt, worauf das Reaktionsgemisch
nochmals 1,5 h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt wird.
Die jeweiligen Reaktionsprodukte werden getrennt aufgearbeitet, indem die Lösungsmittel und das
Äthylbromid abgedampft werden. Die jeweiligen Verdampfungsrückstände werden durch Kernresonanzspektralphotometrie
untersucht. Hierbei zeigt sich, daß das unter Verwendung des großen Überschusses an
Äthylbromid erhaltene Reaktionsprodukt ausschließlich aus l,3-Dimethyl-3-phospholen-l-oxid besteht. Das mit
weit geringeren Mengen an Äthylbromid erhaltene Reaktionsprodukt besieht aus einer Mischung der 2-und3-Isomeren
im relativen Anteil von 0,86 : 1.
Herstellung von l-(2-Hydroxyäthyl)-3-methylphospholen-l-oxid
Eine Lösung von 14,7 g (0,076 Mol) l-(Chlorpropoxy)-3-methyl-3-phospholen
in 50 ml 1,2-Dichloräthan wird unter Rühren innerhalb von 5 min mit insgesamt 14,14 g
(0,23 Mol) Äthylenglykol versetzt. Die hierbei erhaltene Lösung ist trüb. Nach Zugabe von 1,66 g Äthylbromid
wird das Reaktionsgemisch I h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt. Nach beendetem Erhitzen werden das
Lösungsmittel und die sonstigen flüchtigen Bestandteile abgeraucht, worauf der Vcrdampfungsrückstand unter
vermindertem Druck destilliert wird. Hierbei erhält man 1,3 g (10,6% der theoretischen Ausbeute) einer Mischung
der 2- und 3-lsomeren von l-(2-Hydroxyäthyl)-3-methylphospholen-l-oxid
in Form einer Flüssigkeit eines Kp. von 125° bis 1500C bei 0,2 mm Hg-Säule. Im
Destillationskolben verbleibt ein glasartiger Rückstand, der vermutlich aus l,l'-Äthylenbis(3-methylphospholen-1-oxid)
besteht.
Herstellung von 1-Allenyl-und 1-Propynyl-3-methyl-3-phospholen-1
-oxid
Eine Lösung von 10,6 g (0,055 Mol) l-(Chlorpropoxy)-3-methyl-3-phospholen
in 25 ml Methylenchlorid wird auf eine Temperatur von 00C gekühlt und bei dieser
Temperatur innerhalb von 20 min unter Rühren mit insgesamt 3,08 g (0,055 Mol) Prop-l-yn-3-ol in 10 ml
Methylenchlorid versetzt. Das erhaltene Reaktionsgemisch wird 2 h lang unter Kühlen in einem Eisbad und
dann über Nacht bei Raumtemperatur (etwa 20°C) weitergerührt. Nach dem Abstreifen des Lösungsmittels
aus dem Reaktionsgemisch und Destillieren des Rückstands erhält man 5,3 g einer Mischung aus etwas
gleichen Teilen 1-Allenyl- und l-Propynyl-3-methyl-3-phospholen-l-oxid
eines Kp. von 104° bis 1120C bei 0,2 mm Hg-Säule.
Ein aliquoter Teil (5 g) des erhaltenen Reaktionsgemisches wird in 25 ml wasserfreien Methanols, das 0,1 g
Natriummethoxid enthält, gelöst, worauf die die erhaltene Lösung über Nacht bei Raumtemperatur
(etwa 2O0C) stehen gelassen und dann 7,5 h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt wird. Nach beendetem
Erhitzen wird das Lösungsmittel abgeraucht, worauf der Rückstand im Vakuum destilliert wird. Hierbei erhält
man insgesamt 4,6 g praktisch reines und von dem 1 -Allcnylisomcren freies I -Propynyl-S-methyl-S-pliospholen-1-oxid.
Umwandlung von l-Chlor-3-methyl-3-phospholen in
eine Mischung der 2- und 3-lsomeren von
1,3-Dimethylphospholen-l -oxid ohne Isolierung von
Zwischenprodukten
Eine Lösung von 131,9 g (0,98 Mol) l-Chlor-3-methyl-3-phospholen
in 400 ml 1,2-Dichloräthan, die unter Rühren auf einer Temperatur von 5° bis 100C gehalten
ίο wird, wird innerhalb von 10 min mit insgesamt 72,05 g
(1,25 Mole) Propylenoxid versetzt. Das erhaltene Reaktionsgemisch wird 30 min lang bei derselben
Temperatur weitergerührt und dann mit 94,08 g (3 Mole) wasserfreien Methanols versetzt. Hierauf wird
r> das Gemisch 15 min lang weitergerührt und dann mit
10,68 g (0,1 Mol) Äthylbromid versetzt. Nach 2stündigem Weiterrühren bei Raumtemperatur werden dem
Reaktionsgemisch weitere 10,68 g Äthylbromid zugesetzt, worauf das Ganze 2,5 h lang auf Rückflußtemperatur
erhitzt wird. Hierauf wird das Lösungsmittel aus dem Reaktionsprodukt verdampft. Nach dem Destillieren
des Verdampfungsrückstands im Vakuum erhält man 116,4 g (91,3% der theoretischen Ausbeute) einer
Mischung der 2- und 3-lsomeren (mit 63,6% der 2-lsomeren) von 1,3-Dimethylphospholen-l-oxid.
Herstellung von l-Allyl-3-methyl-3-phospholen-1
-oxid
8 g (0,0448 Mol) l-(Chlorpropoxy)-3-tnethyl-3-phospholen
werden mit 2,9 g(0,05 Mol) Allylalkohol versetzt, worauf das Reaktionsgemisch bei Raumtemperatur
stehen gelassen und dann zur Entfernung flüchtiger Bestandteile unter vermindertem Druck destilliert wird.
Hierbei erhält man i-Allyl-S-methyl-S-phospholen-loxid.
Beispiel 10
Herstellung von l-(l-Hydroxymethylprop-3-enyl)-S-methyl-S-phospholen-1
-oxid
Insgesamt 8,1 g (0,045 Mol) l-(Chlorpropoxy)-3-methyl-3-phospholen
werden rasch unter Rühren in 8,8 g (0,1 Mol) 2-Buten-l,4-diol eingetragen, worauf die
erhaltene trübe Lösung kurzzeitig (2 min) auf eine Temperatur von 1250C erhitzt und dann im Vakuum
destilliert wird. Hierbei erhält man 1-(1-Hydroxymethylprop-3-enyl)-3-methyl-3-phospholen-1-oxid
in Form einer Flüssigkeit.
Beispiel 11
Herstellung von l-(l-Hydroxymethylallenyl)-3-methyl-3-phospholen-l-oxid
Insgesamt 14,3 g (0,08 Mol) 1-(Chlorpropoxy)-3-methyl-3-phospholen
werden in zwei Hälften in eine Suspension von 6,8 g (0,08 Mol) 2-Butyn-1,4-diol in 25 ml
1,2-Dichloräthan eingetragen. Die zweite Hälfte des Phospholens wird nach Beendigung der durch die
Zugabe der ersten Hälfte bedingten langsamen exothermen Reaktion tropfenweise zugesetzt. Die bei
der ersten exotherme!! Reaktion erreichte maximule Temperatur beträgt 45°C, die bei der zweiten
exothermen Reaktion erreichte maximale Temperatur beträgt 6O0C. Nach beendeter Zugabe des gesamten
Phospholens wird das Reaktionsgemisch ohne Erwärmen 30 min lang gerührt und dann 30 min lang auf
Rückflußtemperatur erhitzt. Nach beendetem Erhitzen wird das Lösungsmittel abdestilliert, worauf der
Rückstand im Vakuum destilliert wird. Hierbei erhält man 1-(l-HydroxymethyIallenyl)-3-methyl-3-phospholen-l-oxid
in Form einer Flüssigkeit.
Beispiel 12
Herstellung von 1 -Butyl-3-methyl-3-phospholen-l-oxid
Eine Lösung von 26,4 g (0,137 Mol) i-(Chlorpropoxy)-3-methyl-3-phospholen
in 57 ml 1,2-Dichlorbutan wird mit 30,4 g (0,411 Mol) n-Butanol versetzt, worauf das
Reaktionsgemisch 4 h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt wird.
Hierauf wird das Lösungsmittel abgedampft. Der Verdampfungsrückstand wird unter vermindertem
Druck destilliert, wobei man 15,4 g (65,3% der Theorie)
l-Butyl-3-methyl-3-phospholen-l-oxid in Form einer Flüssigkeit eines Kp. von 106° bis 116° C bei
0,2 mm Hg-Säule erhält.
Beispiel 13
Herstellung von i-lsobutyl-3-methyl-3-phosphoIen-1
-oxid
In der im Beispiel 12 geschilderten Weise, jedoch unter Ersatz des n-Butanok durch eine entsprechende
Menge Isobutanol, und Verlängern der Erhitzungsdauer auf 12,5 h erhält man 7,1 g (29,4% der theoretischen
Ausbeute) 1-!sobutyl-3-methyl-3-phospholen-l-oxid in κι Form einer Flüssigkeit eines Kp. von 85° bis 92°C bei
0,3 mm Hg-Säulc.
Beispiel 14
Herstellung von l-lsopropyl-3-methyl-3-phospholen-l-oxid
Eine Lösung von 8,5 g (0,0442 Mol) l-(Chlorpropoxy)-3-methylphospholen
in 18,5 ml 1,2-Dichloräthan wird mit 5,3 g (0,088 Mol) wasserfreien Isopropanols versetzt,
worauf das erhaltene Reaktionsgemisch 9 h lang auf Rückflußtemperatur erhitzt wird. Hierauf wird das
Lösungsmittel abgestreift und der Verdampfungsrückstand unter vermindertem Druck destilliert. Hierbei
erhält man l-lsopropyl-3-methyl-3-phospholen-l-oxid in Form einer Flüssigkeit eines Kp. von 84° bis 88°C bei
0,2 mm Hg-Säule.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von PhosphoIen-1-chalcogeniden
mit einem aliphatischen Kohlenwasserstoffsubstituenten am Piiosphoratom, wobei das
Chalcogen aus Sauerstoff oder Schwefel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man l-(2-Chloralkoxy)-3-phospholen
mit einem aliphatischen Alkohol oder aliphatischen Thiol bei einer Temperatur
von etwa - 20° bis etwa 160° C umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart
einer katalytischen Menge eines Alkylhalogenids durchführt
zwangsläufig als entsprechende Reduktion der Gestehungskosten
für die polymeren Schaumstoffe aus.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß man l-|[2-Chloralkoxy)-3-phospholen mit einem aliphatischen Alkohol oder aliphatischen
Thiol bei einer Temperatur von etwa —20" bis etwa 160° C umsetzt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ίο des Verfahrens gemäß der Erfindung erfolgt die
geschilderte Umsetzung in Gegenwart einer katalytischen Menge eines Alkylierungsmittels, z. B. eines
Alkylbromids oder Alkyljodids.
Im folgenden wird das üblicherweise gebräuchliche is Nomenklatursystem verwendet Ein l-Alkyl-3-phospholen-1
-oxid wird beispielsweise durch die Formel I:
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