DE3928772C2 - Verfahren zur Abtrennung von Methanphosphonigsäuremonoalkylester aus einer alkanolfreien Reaktionslösung der Veresterung von Methanphosphonigsäure - Google Patents
Verfahren zur Abtrennung von Methanphosphonigsäuremonoalkylester aus einer alkanolfreien Reaktionslösung der Veresterung von MethanphosphonigsäureInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Me
thanphosphonigsäuremonoalkylester aus einer im wesentlichen
alkanolfreien Reaktionslösung der Veresterung von Methan
phosphonigsäure mit C3-C5-Alkanolen, welche hauptsächlich
Methanphosphonigsäuremonoalkylester und nicht-umgesetzte
Methanphosphonigsäure enthält.
Destillationen von Reaktionslösungen, die größere Mengen
Methanphosphonigsäure
enthalten, sind
selbst bei reduzierten Drücken nur bis zu Sumpf- bzw. Bad
temperaturen von etwa 110°C durchzuführen,
da MPS (Kp0,5 = 104°C) oberhalb dieser
thermischen Grenze in verstärktem
Maße unter partieller Zersetzung über Zwischenstufen das
selbstentzündliche Methylphosphan abspaltet.
Aus diesem Umstand resultiert ein erheblicher Nachteil für
die destillative Auftrennung von Reaktionsgemischen aus
Veresterungen von MPS mit C3-C5-Alkanolen, deren molarer
Umsatz in der Regel 75% nicht überschreitet. Die zwangs
läufige Limitierung der Destillationsbadtemperatur ermög
licht nämlich nur eine unvollständige Trennung von MPS-
Estern und nicht-umgesetzter MPS durch herkömmliche Destil
lation, so daß weniger als 65 Gew.-% des in die Destillation
eingesetzten Esters als Destillat isoliert werden können.
Neben diesem Verlust sind weiterhin die im Destillations
sumpf verbleibenden Anteile des MPS-Esters von Nachteil, da
dieser Sumpf in der Regel in die Veresterungsstufe zurück
geführt wird und der enthaltene MPS-Ester dort durch gebil
detes Reaktionswasser sauer katalysiert zu einem größeren
Anteil hydrolysiert wird.
Zur Lösung des vorliegenden Problems bietet sich, ähnlich
den Beschreibungen in Houben-Weyl, "Methoden der organi
schen Chemie", I/1, S. 857 (1958) die Einbringung einer De
stillationshilfsflüssigkeit an, die sich jedoch im Unter
schied zu den dort erwähnten Beispielen nicht nur während
der Destillation sondern auch - aufgrund der erforderlichen
Rückführung des Destillationssumpfes - in der Veresterungs
reaktion inert verhalten muß.
Diesen gemeinsamen Anforderungen werden die üblicherweise
in Destillationen als Hilfsflüssigkeiten eingesetzten hoch
siedenden Ester, Polyglykole, Biphenyle oder höheren Koh
lenwassserstoffe bei der vorliegenden Anwendung nicht ge
recht, da sie entweder zur Bildung von zwei Phasen oder zu
Nebenreaktionen in der Veresterungsstufe oder aber zu
schlechter Trennwirkung in der Destillationsstufe Anlaß ge
ben.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren, das es
auf einfache Weise ermöglicht, die Abtrennung von
MPS-Estern aus alkanolfreien Reaktionslösungen der Vereste
rung von MPS mit C3-C5-Alkanolen mit - gegenüber herkömmli
chen Destillationen - deutlich höheren Trennraten zu errei
chen.
Im einzelnen ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß
man den Methanphosphonigsäuremonoalkylester aus der Reakti
onslösung in Gegenwart von (Ethylenglykol)ndimethylethern
bei einer Temperatur von 100 bis 110°C und einem Druck un
terhalb 2 mbar destillativ abtrennt.
Das Verfahren der Erfindung kann weiterhin bevorzugt und
wahlweise dadurch gekennzeichnet sein, daß
- a) man in Gegenwart von (Ethylenglykol)ndimethylether mit n = 2-5 oder deren Mischungen arbeitet;
- b) der Gehalt der Reaktionslösung an (Ethylenglykol)ndime thylether 10 bis 30 Gew.-% beträgt;
- c) man den nach der destillativen Abtrennung von Methan phosphonigsäuremonoalkylester zurückbleibenden Destilla tionssumpf in die Veresterungsstufe zurückführt;
- d) man den Destillationssumpf mit einem Oxidationsmittel, vorzugsweise Wasserstoffperoxid, behandelt und in die Veresterungsstufe zurückführt.
Die Erfindung betrifft vorzugsweise ein Verfahren zur Ab
trennung von MPS-mono-n-butylestern oder -mono-iso-butyl
estern aus einer im wesentlichen alkanolfreien Reaktionslö
sung der Veresterung von MPS mit n- oder iso-Butanol.
Die Reaktionslösung der Veresterung von MPS mit C3-C5-Alka
nolen stammt z. B. aus einer kontinuierlich in einer Gloc
kenbodenkolonne betriebenen Veresterung, aus deren Produkt
strom in einer weiteren Kolonne überschüssiges Alkanol ab
destilliert wird, so daß sich die anfallende Reaktionslö
sung hauptsächlich aus MPS-Ester und nicht-umgesetzter MPS
zusammensetzt. Die im wesentlichen alkanolfreie Reaktions
lösung kann noch zwischen 0 und 2 Gew.-% C3-C5-Alkanol ent
halten. Zur weiteren Trennung wird diese Reaktionslösung
einer Destillation zugeführt, die diskontinuierlich oder
kontinuierlich betrieben werden kann. Der MPS-haltige Sumpf
dieser Destillation kann in die Veresterungsstufe zurückge
führt werden.
Zweckmäßig wird der inerte (Ethylenglykol)ndimethylether
CH3O-(CH2-CH2-O)nCH3 nach der Abtrennung des überschüssigen
Alkanols aus der Reaktionslösung in einer Menge von z. B. 20
Gew.-% zugesetzt und in die Destillation eingebracht. Die
Destillationsapparatur kann aus einer Glockenboden-, einer
Füllkörperkolonne oder einer Kolonne mit Gewebepackungen be
stehen. Erhitzt wird die Reaktionslösung während einer kon
tinuierlich geführten Destillation durch einen Dünnschicht
verdampfer; im diskontinuierlichen Betrieb wird aus einem
Rundkolben im Ölbad destilliert. Der verbleibende Destilla
tionssumpf wird in der Regel zur Vermeidung der Entstehung
oder Anreicherung bzw. zum Abbau selbstentzündlicher Zerset
zungsprodukte oxidativ nachbehandelt, z. B. mit 0,5 g H2O2
(30%) je kg Sumpf, und mitsamt dem (Ethylenglykol)ndime
thylether in die Veresterungsstufe zurückgeführt, so daß
sich die Destillationshilfsflüssigkeit im Kreislauf bis auf
den für die Destillation zweckmäßigen Gehalt anreichert. Bei
diesem Verfahren sind weder durch den Zusatz des (Ethylen
glykol)ndimethylethers bedingte Nebenreaktionen zu beobach
ten, noch nimmt der Umsatz der Veresterung ab.
500 g einer Reaktionslösung aus der Veresterung von MPS mit
n-Butanol, die 22,1 Gew.-% (= 32,5 Mol.-%) MPS und 77,9 Gew.-% (=
67,5 Mol.-%) Methanphosphonigsäuremono-n-butylester (MPE) ent
halten, wer
den aus einem 1-l-Kolben über eine 25 mm-Glocken
bodenkolonne (12 Böden, Rücklaufverhältnis 1 : 1) bis zum
Erreichen einer Sumpftemperatur von 110°C bei 1 mbar destil
liert. Nach dem Abbruch der Destillation verbleiben ca. 50
ml der eingesetzten Flüssigkeit auf den Böden der Kolonne.
Als Destillat erhält man 250 g MPE mit einem Gehalt von 97%
(62% des eingesetzten Esters). Im Sumpf fallen 193 g mit 50
Gew.-% MPS und 50 Gew.-% MPE an.
Einer Reaktionslösung aus der Veresterung von MPS mit n-Bu
tanol, die 22,1 Gew.-% (= 32,5 Mol.-%) MPS und 77,9 Gew.-% (=
67,5 Mol.-%) MPE enthält, werden 17,7 Gew.-% Triethylenglykol
dimethylether (Triglyme) zugesetzt. 500 g dieser Lösung
werden aus einem 1-l-Kolben über eine 25 mm Glockenbodenko
lonne (12 Böden, Rücklaufverhältnis 1 : 1) bis zum Errei
chen einer Sumpftemperatur von 110°C bei 1 mbar destil
liert. Nach dem Abbruch der Destillation verbleiben ca. 50
ml der eingesetzten Flüssigkeit auf den Böden der Kolonne.
Als Destillat erhält man 300 g MPE mit einem Gehalt von 97%
(91% des eingesetzten Esters). Im Sumpf fallen 140 g mit
66 Gew.-% MPS und 6 Gew.-% MPE, Rest Triglyme an.
Einer Reaktionslösung aus der Veresterung von MPS mit n-Bu
tanol, die 22,1 Gew.-% (= 32,5 Mol.-%) MPS und 77,9 Gew.-% (=
67,5 Mol.-%) enthält, werden 25,4 Gew.-% Triglyme zugesetzt.
500 g dieser Lösung werden aus einem 1-l-Kolben über eine
25 mm Glockenbodenkolonne (12 Böden, Rücklaufverhältnis 1 :
1) bis zum Erreichen einer Sumpftemperatur von 110°C bei 1
mbar destilliert. Nach dem Abbruch der Destillation ver
bleiben ca. 50 ml der eingesetzten Flüssigkeit auf den Bö
den der Kolonne. Als Destillat erhält man 254 g MPE mit
einem Gehalt von 97% (85% des eingesetzten Esters). Im
Sumpf fallen 195 g mit 38 Gew.-% MPS und 5 Gew.-% MPE, Rest
Triglyme an.
Von einer Lösung, die 73,5 Gew.-% MPE und 26,5 Gew.-% MPS, Rest
n-Butanol enthält, werden pro Stunde 625 g in einen auf
110°C vorgeheizten Dünnschichtverdampfer geleitet und über
eine 40 mm Kolonne mit 7 Gewebepackungen (Rücklaufverhält
nis 1 : 1) bei 1 mbar destilliert. Als Destillat erhält man
190 g/h MPE mit einem Gehalt von 96,4 Gew.-% (40% des einge
setzten Esters). 435 g Sumpf, die pro Stunde anfallen, ent
halten 36,8 Gew.-% MPS und 63,2 Gew.-% MPE.
Von einer Lösung, die 67,0 Gew.-% MPE, 22,7 Gew.-% MPS und 10,3
Gew.-% Triglyme enthält, werden pro Stunde 625 g in einen auf
110°C Badtemperatur beheizten Dünnschichtverdampfer gelei
tet und über eine 40 mm Kolonne mit 7 Gewebepackungen
(Rücklaufverhältnis 1 : 1) bei 1 mbar destilliert. Als De
stillat erhält man 275 g/h mit einem MPE-Gehalt von 99%
(65% des eingesetzten Esters). 350 g Sumpf, die pro Stunde
anfallen, enthalten 40,5 Gew.-% MPS und 41,7 Gew.-% MPE, Rest
Triglyme.
Von einer Lösung, die 78,8 Gew.-% MPE und 21,1 Gew.-% MPS ent
hält, werden pro Stunde 200 g in einen auf 110°C vorgeheiz
ten Dünnschichtverdampfer geleitet und über eine 50 mm
Füllkörperkolonne mit 10 mm Raschigringen (Rücklaufverhält
nis 1 : 1) bei 1 mbar destilliert. Als Destillat erhält man
100 g/h mit einem MPE-Gehalt von 99,9% (61% des einge
setzten Esters). 100 g Sumpf, die pro Stunde anfallen, ent
halten 57,5 Gew.-% MPE und 42,5 Gew.-% MPS und werden bis zum
Erreichen eines Redoxpotentials von -230 mV tropfenweise
unter Rühren mit H2O2 (30%ig) versetzt. Darauf wird der
Sumpf mit 18 g/h MPS und 112 g/h Butanol versetzt, in eine
Glockenbodenkolonne geleitet und dort unter Abstreifung von
Butanol verestert. Der Umsatz der Veresterung beträgt
51,5% der eingesetzten MPS-Menge.
Von einer Lösung die 69,1 Gew.-% MPE 19,1 Gew.-% MPS und 10,3
Gew.-% Triglyme Rest n-Butanol enthält, werden pro Stunde
200 g in einen auf 110°C beheizten Dünnschichtverdampfer
geleitet und über eine 50 mm Füllkörperkolonne mit 10 mm
Raschigringen (Rücklaufverhältnis 1 : 3) bei 1 mbar destil
liert. Als Destillat erhält man 123 g/h mit einem MPE-Ge
halt von 96% (83,7% des eingesetzten Esters). 81 g Sumpf,
die pro Stunde anfallen, enthalten 28,3 Gew.-% MPE, 48,2 Gew.-%
MPS und 23,5 Gew.-% Triglyme und werden bis zum Erreichen
eines Redoxpotentials von -230 mV tropfenweise unter Rühren
mit H2O2 (30%ig) versetzt. Darauf wird der Sumpf mit 27
g/h MPS und 122 g/h Butanol versetzt, in eine Glockenboden
kolonne geleitet und dort unter Abstreifung von Butanol
verestert. Der Umsatz der Veresterung beträgt 61,0% der
eingesetzten MPS-Menge.
Claims (5)
1. Verfahren zur Abtrennung von Methanphosphonigsäuremonoal
kylester aus einer im wesentlichen alkanolfreien Reakti
onslösung der Veresterung von Methanphosphonigsäure mit
C3-C5-Alkanolen, welche hauptsächlich Methanphosphonigsäu
remonoalkylester und nicht-umgesetzte Methanphosphonigsäu
re enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man den Methan
phosphonigsäuremonoalkylester aus der Reaktionslösung in
Gegenwart von (Ethylenglykol)ndimethylethern bei einer
Temperatur von 100 bis 110°C und einem Druck unterhalb 2 mbar
destillativ abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
in Gegenwart von (Ethylenglykol)ndimethylether mit n = 2-5
oder deren Mischungen arbeitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Gehalt der Reaktionslösung an (Ethylenglykol)ndimethyl
ether 10 bis 30 Gew.-% beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß man den nach der destillativen
Abtrennung von Methanphosphonigsäuremonoalkylester zurück
bleibenden Destillationssumpf in die Veresterungsstufe zu
rückführt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man
den Destillationssumpf mit einem Oxidationsmittel
behandelt und in die Ver
esterungsstufe zurückführt.
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Non-Patent Citations (1)
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| Houben-Weyl, Methoden der org. Chemie I/1, S.857 (1958) * |
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Owner name: CELANESE CHEMICALS EUROPE GMBH, 60439 FRANKFURT, D |
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Owner name: BAYER CROPSCIENCE GMBH, 65929 FRANKFURT, DE |
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Owner name: BAYER CROPSCIENCE AG, 40789 MONHEIM, DE |
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