DE3130628A1 - Substituierte 1-phenyl-vinyl-1-phosphonsaeuren und ihre verwendung - Google Patents
Substituierte 1-phenyl-vinyl-1-phosphonsaeuren und ihre verwendungInfo
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Description
Substituierte 1-Phenyl-vinyl-i -phosphonsäuren und ihre
Verwendung
Phosphonsäuren, die polymerisationsfähige Einheiten aufweisen, sowie deren Salze, Halbester und Ester, sind als
Monomere interessant, da die aus ihnen aufgebauten Homooder-Copolymerisate
beispielsweise als Flammschutzmittel, korrosionsfeste Metallüberzüge, Ionenaustauscher,
Dispergiermittel, Adhäsionspromotoren usw., technische Verwendung finden.
Copolymerisate der 1-Phenyl-vinyl-i-phosphonsäure sind
beispielsweise zur Nachbehandlung von phosphätierten Metalloborflächen (DE-OS 26 15 489, DE-OS 24 55 624)
empfohlen worden.
Als technische Synthese der 1-Phenyl-vinyl-i-phosphonsäure
ist ein Verfahren', ausgehend vom Acetophenon bekannt.
Dabei wird Acetophenon mit Phosphortrichlorid, beispielsweise in Gegenwart von Eisessig, zur Reaktion gebracht.
Dem primär entstehenden Produkt wird die Struktur einer cyclischen Phosphonsäure zugeschrieben. Bei Einwirkung
von Wasser oder Chlorwasserstoff erhält man daraus
die 1-Hydroxy- bzw. 1 -Chlor- 1-phenyläthan-i -phosphonsäure.
Bei Zufuhr thermischer Energie reagieren diese Verbindungen unter Wasser- bzw. Chlorwasserstoffabspaltung zu 1-Phenyl-5
vinyl-1-Phosphonsäure. (PhVP)
Die Phosphonsäuren des Standes der Technik mit der 1-Phenyl-vinyl-1-phosphonsäure als repräsentativen
Vertreter vermögen nicht alle Anforderungen der Technik auf den verschiedenen Anwendungsgebieten zu
erfüllen. So ist z.B. die Löslichkeit der PhVP in unpolaren organischen Lösungsmitteln und insbesondere
in anderweitig interessanten Comonomeren ungenügend. Weiter fehlt die für bestimmte Anwendungsbereiche zu
fordernde Emulgatorwirkung usw.
Es wurde nun gefunden, daß substituierte 1-Phenyl-vinyl-1-phosphonsäuren
der Formel I
R CHo
SPOH
/ 'Oi.
worin R für einen, gegebenenfalls substituierten, gegebenenfalls verzweigten Alkylrest mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen,
vorzugsweise 6 bis 12 Kohlenstoffatomen steht, die Forderungen der Technik weitgehend erfüllen.
Der nachgesuchte Schutz richtet sich auf die 1-Phenyl-
1-phosphonsäuren der Formel I, sowie auf ein Verfahren zu
*
ihrer Herstellung, ausgehend von einem Acetophenon der Formel II
- C CH3 II
worin R für einen gegebenenfalls substituierten, gegebenenfalls verzweigten Alkylrest mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen,
vorzugsweise 6 bis 12 Kohlenstoffatomen steht, mit Phosphortrichlorid,
vorzugsweise in Gegenwart von Eisessig umsetzt und das entstehende Reaktionsprodukt mit einer Verbindung
der Formel III
15
15
HX III
worin X für Oh oder Cl steht zu der Verbindung der Formel IV R CH
<? S— C POJL - IV
X
25
25
worin R und X die oben bezeichnete Bedeutung besitzen, um-+ setzt und anschließend thermisch die Verbindung der Formel V
HX1 V
worin X1 die in Formel IV vorhandene Bedeutung von X besitzt,
wobei man
eliminiert, und in an sich bekannter Weise aufarbeitet.
Die Umsetzung des substituierten Acetophenons der Formel II geschieht vorzugsweise mit mindestens stöchiometrischen
Mengen von Phosphortrichlorid und Eisessig in der Regel unterhalb 35°C, vorzugsweise im Bereich von Raumtemperatur
bis 35°C. Dabei wird vorteilhaft die Konzentration der freien
Essigsäure im reagierenden Gemisch möglichst niedrig gehalten, d.h. die Essigsäure wird langsam zum vorgelegten
Phosphortrichlorid/Acetophenon-Gemisch getropft. Bevorzugt werden pro Mol eingesetztem Phosphortrichlorid insgesamt
zwei Mol Essigsäure zugegeben.
Anschließend kann durch Hydrolyse des Reaktionsgemisches mit einer der zugesetzten Essigsäuremenge mindestens äquimolaren
Menge Wasser, bevorzugt mit einem kleinen Oberschuß, die Verbindung der allgemeinen Formel IV, worin X für OH
steht, hergestellt werden. Zur Herstellung der Verbindung der Formel IV, worin X für Chlor steht, kann das Reaktionsgemisch aus der Umsetzung der Verbindung der Formel II mit
■20 stöchiometrischen Mengen von Phosphortrichlorid und Eisessig
bei höchstens etwa 35°C auch mit Chlorwasserstoff gesättigt werden.
Die Rohprodukte aus den beiden Verfahrensvarianten können ohne weitere Auf reinigung zur thermischen El aminierung der
Verbindung HX' eingesetzt werden.
Die thermische Eliminierung von HX' aus der Verbindung IV kann vorteilhaft in Anlehnung an das Verfahren der
DE-AS 20 60 218 durchgeführt werden, z.B. durch Erwärmen
* Die definitionsgemäß vorgesehene Substitution der Reste R in Formel I schließt vorzugsweise Substituenten ein, die
unter den Reaktionsbedingungen stabil sind, wie z.B. Alkyl-, Aryl-, Äther-, Amino-, Alkylamino-Reste.
-Sr-
der Verbindung IV in einem geeigneten, inerten Lösungsmittel wie 1,1,2,2-Tetrachloräthan auf Temperaturen von etwa 11O0C
bis 1400C. Die Eliminierungsreaktion wird vorzugsweise durch
Suspendieren der Verbindung IV in vorzugsweise der 3- bis 5-fachen Menge 1,1,2,2-Tetrachloräthan und Erhitzen auf die
Reaktionstemperatur unter. gleichzeitigem Rühren gewonnen.
Unter heftiger Wasser- bzw. HCl-Entwicklung gehen die Suspensionen
in Lösungen über, aus denen die Verbindungen der Formel I in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch
Kristallisation Cggf· nach Einengen) gewonnen werden können. Die Verbindungen der Formel I sind in der Regel kristalline
Substanzen, jedoch nimmt mit steigender Kettenlänge die Kristallisationstendenz ab. Aus den substituierten 1-Phenylvinyl-1
-phosphonsäuren der Formel I lassen sich in an sich
15 bekannter Weise deren Salze, Halbester, Salze der Halbester
und Diester gewinnen. (Vgl. K. Sasse in Houben-Weyl, Band XII/1,
S. 383 folg. , Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart 1963) Genannt seien z.B. die Alkali-, Erdalkali- und Schwermetallsalze.
Die Alkalisalze lassen sich z.B. aus wäßrigen Lösungen der
Säuren durch Zugabe ein- oder .zweimolarer Mengen der entsprechenden
Hydroxide oder Carbonate herstellen und gegebenenfalls durch Lösungsmittelentzug isolieren.
25 Die Erdalkalisalze können in analoger Weise, z.B. durch Umsetzung der freien Säuren der Formel I mit Erdalkalihydroxiden
oder -carbonaten gewonnen werden. Sie sind relativ schwerlöslich in Wasser.
30 Kupfer-CII)- und Zinksalze fallen beispielsweise aus
wäßriger Lösung bei Zugabe von Kupfer-(II)- oder Zinkcarbonat
zu den freien Säuren I der Formel I an. Blei-(II)-Salze werden vorzugsweise unter Verwendung von Blei-(II)-acetat
hergestellt, Monosilbersalze durch Umsetzung mit Silberoxid,
5 Disilbersalze aus ammoniakalischen Lösungen der Säuren der Formel I mit Silbernitrat ausgefällt werden.
Die Salze der Phosphonsäuren der Formel I mit Aminen z.B. mit aromatischen Aminen kann man durch Erwärmen der
Komponenten in Lösungsmitteln wie z.B. Alkohol oder Benzol erhalten.
Die Direktveresterung der Phosphonsäuren der Formel I kann nach der allgemeinen klassischen Methode durch Behandeln
der Silber- oder Blei-CII)-SaI ze mit Alkylhalogeniden der
Formel VI geschehen.
VI
worin R. für einen Alkylrest, ^vorzugsweise mit 1 bis 8
' Kohlenstoffatomen oder einen Benzylrest, und Z für Halogen
wie Chlor, Brom und Jod steht zu den Estern der Formel IA
IA
* können
worin R1 die oben bezeichnete Bedeutung besitzt. Durch
Verseifung der Diester der Formel IA in basischem Medium unter nicht zu scharfen Reaktionsbedingungen,- lassen sich
die Salze Phosphonsäure-Monoalkylester der Formel IB herstellen,
R ..CH2
N-c
worin R und R1 die oben bezeichneten Bedeutungen besitzen
und A für das der verwendeten Base AOH entsprechende Kation steht. Durch Ansäuern der wäßrigen Lösung der Formel
IB lassen sich die freien Säuren CA ersetzt durch H) gewinnen, die sich meistens abscheiden.
Als Basen zur Herstellung der Verbindungen der Formel IB eignen sich z.B. wäßrige Natronlauge, Barytwasser oder
alkoholisches Alkali.
Die Metallsalze der Formel IB lassen sich auch durch Spaltung
25 der Diester der Formel IA mit neutralen Metallsalzen bei erhöhter Temperatur herstellen.
Wenn R1 in der Formel IB für Benzyl steht, eignen sich diese
Verbindungen auch zur Herstellung der von IB abgeleiteten 30 freien Säuren bzw. zur Herstellung der Verbindung I selbst.
- sf-
Die erfindungsgemäßen substituierten 1-Phenyl-vinyl-1-phosphonsäuren
der Formel I und die davon abgeleiteten Derivate eignen sich z.B. sehr gut als Monomere bzw. Comonomere
zur Herstellung von Kunststoffharzen.
Hervorgehoben seien z.B. Copolymerisate mit der Acryl-
und Methacrylsäure, sowie (Meth)acrylsäureestern, Styrol, Vinylacetat, Vinylimidazol und Kombinationen derselben.
10 Die Phosphonsäuren besitzen sowohl als freie Säuren wie
auch als Salze Emulgatorwirkung.
Als ein weiterer interessanter Anwendungsaspekt der unter
Verwendung der erfindungsgemäßen substituierten 1-Phenylvinyl-1-phosphonsäure
bzw. ihrer Salze hergestellten Emulgatoren muß gelten, daß die Emulgatoren im Verlauf
der Polymerisation in die Latexteilchen einpolymerisiert werden.
Die folgenden Beispiele sollen die Herstellung der erfindungsgemäßen
Verbindungen der Formel I erläutern, ohne diese auf diese Ausführungsformen zu beschränken.
-y-
2,4 Mol pulverisiertes Aluminium-trichlorid werden in
500 ml 1,2-Dichloräthan vorgelegt und unter Rühren und Kühlen mit 2,1 Mol Acetylchlorid versetzt. Anschließend
werden bei 10 - 200C 2 Mol des entsprechenden Alkylbenzols zugetropft und noch 1 - 2 h bei Raumtemperatur
nachgerührt. Das Reaktionsgemisch wird vorsichtig auf 900 g Eis gegeben,· die organische Phase
abgetrennt und die wäßrige Phase mit Dichloräthan extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden mit
Wasser, 2 liger Natronlauge und wiederum mit Wasser gewaschen, mit Kaliumcarbonat getrocknet und der
fraktionierten Vakuumdestillation unterworfen. Ausbeuten der substituierten Acetophenone:
Beisp.Nr. subst. Acetophenon Ausbeute ; (% d.Th.)
1 Methylacetophenon 78
2 n-Hexylacetophenon 89 3 n-Nonylacetophenon 82
4 n-Dodecylacetophenon 68 ·
Beispiele 5 bis 8
30 Darstellung der substituierten 1-Phenyl-vinyl-1 -phosphonsäuren.
30 Darstellung der substituierten 1-Phenyl-vinyl-1 -phosphonsäuren.
Das substituierte Acetophenon und Phosphortrichlorid werden
-.VT-
vorgelegt, 20 Min bei Raumtemperatur intensiv gemischt und danach die Essigsäure langsam zugetropft. Es tritt Gasentwicklung
auf, der Ansatz wird trüb und die Sumpftemperatur beginnt zu steigen. Durch gelegentliches Kühlen
wird die Reaktionstemperatur bei 23°C gehalten. Anschließend wird 1 h nachgerührt, dabei wird der Ansatz klar und die
Temperatur steigt auf ca. 28°C. Acetylchlorid und überschüssiges PCl,wird im Vakuum bis zu einer Sumpftemperatur
von 430C abgezogen und die verbleibende honigartige Masse
mit Eis versetzt. Nach Zugabe von 1,1,2,2-Tetrachloräthan wird
der Ansatz an Wasserabscheider erhitzt und die theor. Menge Wasser ausgekreist. Beim Abkühlen bzw. nach dem Einengen
kristallisiert die gewünschte substituierte 1-Phenylvinyl-1-phosphonsäure
aus.
- 11 -
Beisp. Nr. |
Alky!acetophenon Alkyl= (Mol) |
1,5 | PCI (MoI) |
Essigsäure (Mol) |
Eis (Mol) |
1-Alkylpheny1-viny1-1-phosphonsäure-Ausbeute (% d.Th.) F . (0C) P |
105 |
5 | Methyl | 0,5 | 1,875 | 3,75 | 4,5 | 72 | 61 |
6 | Hexyi | 1,2 | 0,625 | 1,25 | 1,5 | 73 | 84 |
7 | Nonyl | 0,3 | 1,5 | 3,0 | 3,6 | 70 | 78 |
8 | Dodecyl | 0,375 | 0,75 | 0,9 | 78 |
»Τ-
Polymerdispers ion mit 1-(Hexylphenyl)-vinyl-1-phosphonsäure als Comonomerem
In einem Polymerisationsgefäß, ausgestattet mit
Rührer, Rückflußkühler und Thermometer, wird eine Lösung von
0,5 g Natriumsalz der 1-QHexylphenyl)-vinyl-1-
phosphonsäure und
'■·:?-_'-_. 0,5 g Kaliumperoxodisulfat in
- - ; 400 . g destilliertem Wasser vorgelegt und auf
800C erwärmt.
15
15
In diese Vorlage tropft man innerhalb von 4 Stunden bei 800C eine Emulsion, hergestellt aus
500 g Methylmethacrylat
500 g Butylacrylat
500 g Butylacrylat
5 g Natriumsalz der 1 - (Hexylphenyl) -vinyl-1 -
phosphonsäure
1,5 g Kaliumperoxodisulfat und 600 g Wasser.
25
25
Nach Zulaufende wird noch 2.Stunden bei 8O0C belassen.
Nach Abkühlen auf Raumtemperatur resultiert eine gut filtrierbare, koagulatfreie Dispersion.
Feststoff gehalt : 49,2 %
Viskosität : 10 mPa.s.
Viskosität : 10 mPa.s.
Claims (5)
- Substituierte 1-Phenyl-vinyl-1-phosphonsäuren und ihre VerwendungPatentansprüchet 1.!substituierte 1-Phenyl-vinyl-1-phosphonsäuren der Formel IR >,CH2POjH2, "Ιίί .- . V '" ff ■ '-worin R für einen, gegebenenfalls substituierten, gegebenenfalls verzweigten Alkylrest mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen steht und die davon abgeleiteten Salze, Halbester, Salze der Halbester und Diester. .
- 2. Substituierte 1-Phenyl-vinyl-i-phosphonsäuren der Formel I gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß R für einen gegebenenfalls substituierten, gegebenenfalls verzweigten Alkylrest mit 6 bis 12 Kohlenstoff-20 / atomen steht.
- 3. Verfahren zur Herstellung substituierter 1 -Phenyl-vinyl 1-phosphonsäuren der Formel IR CH9— C'PO3H2worin R für einen gegebenenfalls substituierten, gegebenenfalls verzweigten Alkylrest mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 6 bis 12 Kohlenstoffatomen steht, und der davon abgeleiteten Salze, Halbester, Salze der Halbester und Diester, dadurch gekennzeichnet, daß man ausgehend von dem Acetophenon der Formel IΓIIworin R für einen gegebenenfalls substituierten, gegebenenfalls verzweigten Alkylrest mit 3 bis 20 Kohlenstoff atomen, vorzugsweise 6 bis 12 Kohlenstoffatomen steht, mit Phosphortrichlorid, vorzugsweise in Gegenwart von Eisessig umsetzt und das entstehende Reaktionsprodukt mit einer Verbindung der Formel III15 HX IIIworin X für OH oder Cl steht zu der Verbindung der Formel IV20 <* ^-C PO3H2 IVworin R und X die oben bezeichnete Bedeutung besitzen, umsetzt und anschließend thermisch die Verbindung der Formel V
25 HX1 Vworin X' die in Formel IV vorhandene Bedeutung von X besitzt, eliminiert und in an sich bekannter Weise aufarbeitet und gegebenenfalls die erhaltenen Gubstituirtten 1-Phenyl-1-vinyl-1-phosphonsäuren der Formel I in die Salze, Halbester, Salze der Halbester oder Diester überführt. - 4. Verwendung der Verbindungen der Formel I gemäß Anspruch 1 als Monomere oder Comonomere bei der radikalischen10 Polymerisation.
- 5. Verwendung der Verbindungen der Formel I gemäß Anspruch 5 als polymerisationsfähige Emulgatoren für Dispersionspolymerisate.
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