DK143137B - Fremgangsmaade til fremstilling af phosphitchlorider - Google Patents

Description

(w) \fia/ (11) FREMLÆG6ELSESSKRIFT 143137 DANMARK w int.ci.= c o? f o/uo §(21) Ansegning nr. ^357/76 (22) Indleveret den 28. Ββρ. 1976 (24) Lebedsg 28. s ep 1976 (44) Ansegningen fremlagt og pn . qO, fremlaeggeleesekriftet offentliggjort den J ' v

DIREKTORATET FOR

PATENT. OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den

på tiN ut. vAKtM/tHMiv/tijtNbi 291 sep> 1975, 6l 7779, US

(41 ) Aim. tilg. 30. mar. 1977 (71) CIBA-GEIGY AG., 4002 Basel, CH.

(72) Opfinder: Zdenek Mazour, Trottenstrasse 7, 4402 Frenkendorf, CH:

Helmo Brunetti, Erlenstrasse 9a 4153 Relnach, CH.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Dansk Patent Kontor ApS.

(g4) Fremgangsmåde til fremstilling af phosphitchlorider.

Den foreliggende opfindelse angår en særlig fremgangsmåde til fremstilling af phosphitchlorider med den almene formel R1 - 0 7 - Cl (I) 2 R^ hvori R1 betyder C-,-C-, ft~alkyl eller eventuelt substitueret phenyl, 2 i 1 10 og R betyder OR eller chlor, ved omsætning af eb tilsvarende symmetrisk trialkyl- eller triphenylphosphit og phosphortrichlorid.

Blandt forbindelserne med formlen I foretrækkes de, hvori R"*" betyder C^-C^-alkyl. Når R^ betyder en phenylgruppe, kan denne være mono- 2 143137 til trisubstiueret med Cl-C18 -alkyl, C-^-C-^g-alkoxy eller halogen, især med chlor eller "brom, hvor det totale antal .carbonatomer i substituenterne højst er 18.

Alkylphosphitchlorider med formlen I, hvori R"*" betyder en alkyl- 2 gruppe med 1 til 5 carbonatomer, og R betyder chlor eller en alkoxygruppe med 1 til 5 carbonatomer, er værdifulde mellemprodukter til fremstilling af insekticidt virksomme 0,S-dialkylthio-phosphater med formlen

Alkyl-O^ I

/P - 0 - Y Alkyl-S x hvori de to alkylgrupper er ens eller forskellige, X er oxygen eller svovl, og Y er en eventuelt 1-3 gange substitueret phenylgruppe eller en l-methyl-2-alkoxy-carbonylvinylgruppe.

0,S-Dialkylthiophosphaterne af ovennævnte type fremstilles f.eks. ved omsætning af et dialkylchlorphosphit med formlen I med et alkyl-sulfenylchlorid, hvorved der dannes det tilsvarende 0,S-dialkyl-thiophosphorsyrechlorid, som ved videre reaktion med et phenolat eller enolat giver det ønskede slutprodukt (se J.0rg.Chem.30, 3218, (1965)).

Ted anvendelse af en variant af denne fremgangsmåde kan 0,S-dialkyl-thiophosphaterne af ovennævnte type fremstilles ved først at omsætte et alkylphosphitdichlorid med formlen I med et alkylsulfenylchlorid til det tilsvarende S-alkylthiophosphorsyredichlorid og i dette udskifte de to chloratomer successivt med en alkoxygruppe og en phenoxygruppe.

Phosphitchloriderne med formlen I kan endvidere anvendes som mellemprodukter til fremstilling af phosphiter, som indeholder forskellige alkylgrupper eller alkyl- og phenylgrupper i molekylet. Sådanne blandede phosphiter kan anvendes til stabilisering af epoxyforbindelser og sammen med cadmiumbenzoat eller ceriumbenzoat til farve-stabilisering af vanskeligt brændbare polycarbonater (se U.S.patentbeskrivelse nr.3.769-567 og britisk patentbeskrivelse nr.1.180.836)· 3 1 A3 137

Det er kendt at fremstille phosphitchlorider med formlen I, hvori 1 2 R betyder alkyl, og R betyder alkoxy eller chlor, ved reaktion mellem phosphortrichlorid og symmetriske trialkylphosphiter (se J.Chem.Soc. 1949, IV, 2921-2927). Således har man f.eks. ved kogning under tilbagesvaling i en halv time af en blanding af triethyl-phosphit og phosphortrichlorid opnået diethylchlorphosphit i et udbytte på 44% af det teoretiske. Desuden blev der dannet en lille mængde højere kogende produkter og en fast remanens. I betragtning af det lave udbytte og de økologisk problematiske biprodukter er denne fremgangsmåde også uegnet til kommerciel fremstilling af alkylphosphitchlorider.

Det er endvidere kendt at fremstille phosphitchlorider med formlen 1 2 I, hvori R betyder aryl, og R betyder aryloxy eller chlor, ved omsætning af phosphortrichlorid og symmetriske triarylphosphiter.

Det har nu vist sig, at phosphitchlorider med formlen I kan fremstilles hurtigt og i kendeligt højere udbytter end de hidtil opnåede ved omsætning af et tilsvarende symmetrisk trialkylphosphit eller triphenylphosphit og phosphortrichlorid når ifølge opfindelsen omsætningen udføres i nærværelse af en vandholdig kvaternær nitrogen- eller phosphorforbindelse ved en temperatur på mellem -15° og 75°C.

Til dannelse af dialkyl- eller diphenylphosphitchlorider omsættes trialkyl- eller triphenylphosphiter og phosphortrichlorid i molforholdet 2:1 ifølge reaktionsskemaet 2(R0)3P + PCl^ --^ 3(E0)2PC1

Til dannelse af alkyl- eller phenylphosphitdichlorider omsættes derimod trialkyl- eller triphenylphosphiter med phosphortrichlorid i molforholdet 1:2 svarende til reaktionsskemaet (RO)5P + ZPCl^x=·.—T ·- 3(R0)PC12

Kvaternære nitrogenforbindelser, som er egnede til anvendelse ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, er især forbindelser med formlen 4 R1 143137 R4 - 1®- R2 X® (II) hvori R1 betyder C-^-C^g-alkyl, C^-C^-phenylalkyl eller Cg-C^Q-aryl, R2 betyder C-^-C^g-alkyl eller C^-G^-phenylalkyl, eller R^ og R^ sammen betyder en p ent arne thyl engrupp e, R^ betyder C-j-C·^”8·!^! 4 eller C^-C^-phenylalkyl, R betyder 0.^-C^-alkyl, og X betyder chlor eller brom.

Blandt de kvaternære nitrogenforbindelser med den ovennævnte formel II foretrækkes de, hvori R^ betyder C-,-C,.-alkyl, benzyl eller 2 x ^ z phenyl, R betyder C-^-C^-alkyl eller benzyl, R betyder C1-CZj_-alkyl eller benzyl, og R^ betyder 0-^-02~alkyl.

Egnede kvaternære phosphorforbindelser er især forbindelser med formlen c R5 R8 - P® - R6 X® (III) hvori R^ betyder C^-C-^g-alkyl eller phenyl, R8, R^ og R8 hver uafhængigt af hinanden betyder C-j-Cg-alkyl eller phenyl, og X betyder chlor eller brom.

Blandt de kvaternære phosphorforbindelser med den ovenstående formel III foretrækkes de, hvori R^ betyder phenyl, og R8, R^ og R8 hver for sig betyder phenyl eller C^-C^-alkyl.

Vandindholdet af de nævnte kvaternære nitrogen- og phosphorforbindelser er mellem 1 og 15 mol-%, fortrinsvis mellem 3 og 9 mol-%. Mængden af kvaternære forbindelser, som sættes til reaktionsblandingen, er fortrinsvis mellem 1 og 10 mol-%, i forhold til det totale antal mol. Anvendelsen af kendeligt større mængder kvaternær forbindelse er ligeledes mulig, men ikke nødvendig.

Egnede kvaternære nitrogen- og phosphorforbindelser er især tetra-methylammoniumchlorid, tetraethylammoniumchlorid, benzyltrimethyl-ammoniumchlorid, benzyltriethylammoniumchlorid og ethyltriphenyl- c 143137 i> phosphoniumbromid, alle med et vandindhold på 1 til 15 mol-%. Tetra-ethylammoniumchlorid og benzyl trie thylammoniumchlorid med et vandindhold på 5 til 9 mol-# er særligt egnede.

Indenfor det givne temperaturområde fra -15 til 75°C, hvori reaktionen kan udføres, er det foretrukne område mellem -5 og 40°C, især mellem 0 og 25°C.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan f.eks. gennemføres på den måde, at den ene af de to reaktanter bringes sammen med den kvater-nære forbindelse, hvorpå den anden reaktant tilsættes. Reaktionen kan gennemføres i nærværelse af et inert opløsningsmiddel, f.eks. et aliphatisk eller aromatisk carbonhydrid, såsom hexan, cyclohexan, benzen, toluen eller chlorbenzen eller en ether, såsom diethylether, tetrahydrofuran eller dioxan. Den gennemføres dog fortrinsvis uden opløsningsmiddel. Reaktionstiderne er mellem nogle få minutter og 24 timer, fortrinsvis mellem 30 minutter og 10 timer. Det er vigtigt at omrøre reaktionsblandingen grundigt under reaktionen. Efter fuldførelse af reaktionen filtreres den kvatemære forbindelse fra. Den således fremkomne katalysatorfri reaktionsblanding indeholder det dannede chlorid med formlen I i godt udbytte. Det kan omsættes videre i dets eksisterende form, eller det dannede phosphit-chlorid med formlen I kan ved destillation adskilles fra reaktions-blandingen for yderligere rensning. Det er fordelagtigt at udføre destillationsadskillelsen af phosphitchloridet med formlen I ved den lavest mulige temperatur. Forudsat at de ikke straks videre-behandles, kan phosphitchlorideme med formlen X, som er fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, opbevares under afkøling i længere tid.

Det som udgangsmateriale anvendte trialkyl- eller triphenylphosphit kan fremstilles in situ ved omsætning af phosphortrichlorid med en forbindelse med formlen R^OH i nærværelse af en støkiometrisk mængde af en nitrogenbase, såsom triethylamin eller pyridin i et inert opløsningsmiddel. Efter fraskillelse af det udskilte aminhydrochlorid fortsættes der som beskrevet ovenfor, idet den nødvendige mængde kvaternære forbindelse tilsættes, og phosportrichlorid dråhevis sættes til den dannede blanding.

6 143137

Ted. gennemførelse af omsætningen af symmetriske trialkyl- eller tri-phenylphosph.it er med phosphortrichlorid i nærværelse af kvaternære ammoniumsalte eller phosphoniumsalte opnår man, at de i ovenstående reaktionsskemaer viste ligevægte mellem symmetrisk trialkyl- eller triphenylphosphit på den ene side og phosphortrichlorid på den anden side indstiller sig hurtigt og under milde "betingelser. Således er det f.eks. muligt, især hvis reaktionen udføres ved en temperatur over 60°C, at underkaste reaktionsblandingen destillation nogle få minutter efter tilsætning af den anden bestanddel. I kraft af disse korte reaktionstider ved en temperatur på over 60°C undgås dannelsen af uønskede biprodukter, f.eks. dannelsen af s el vantændelige phos-phiner, som let finder sted ved længere bibeholdelse af temperaturer på over 60°C. Samtidig forøges udbyttet af det ønskede slutprodukt kraftigt sammenlignet med udbyttet, der opnås ved den kendte fremgangsmåde. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen muliggør således for første gang en uproblematisk fremstilling i stor målestok af phosphitchlorider med formlen I; endvidere kan den nævnte fremstillingsfremgangsmåde også udføres som en kontinuert fremgangsmåde. Desuden kan phosphitchloriderne med formlen I fremstilles i en særlig ren form ved den omhandlede fremgangsmåde. En yderligere fordel ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er, at den frafiltrerede katalysator kan genanvendes efter tilsætning af en passende mængde vand..

Den omhandlede fremgangsmåde belyses nærmere ved de følgende eksempler.

Eksempel 1

Dimethylchlorphosphit.

32,5 g (0,24 mol) of phosphortrichlorid sættes dråbevis ved O til 5°G under omrøring til en blanding af 62,04 g (0,5 mol) trimethyl-phosphit og 10,0 g tetraethylammoniumchlorid (vandindhold 7%)· Efter fuldført tilsætning opvarmes reaktionsblandingen til stuetemperatur og omrøres i yderligere 24 timer ved denne temperatur. Tetraethyl ammoniumchl o ride t filtreres derefter fra, og det dannede dimethylchlorphosphit isoleres ved destillation af filtratet under reduceret tryk. Man opnår 65,0 g (71% af det teoretiske, i forhold til phosphortrichlorid) dimethylchlorphosphit, kp. 29-31°C/35 mm Hg.

7 143137

Eksempel 2

Ethyldichlorphosphit.

137.0 6 (1,0 mol) phosphortrichlorid sættes dråbevis, langsomt, ved 4-5-50°C under omrøring til en blanding af 83,0 g (0,5 mol) triethyl-phosph.it og 15,0 g benzyltriethylammoniumchlorid (vandindhold 6,8%). Efter fuldført tilsætning omrøres reaktionsblandingen i 16 timer ved 50°C. Reaktionsblandingen afkøles derefter til 0-5°C, og benzyl-triethylammoniumchloridet filtreres fra. Det opnåede filtrat består for 92-95%'s vedkommende af ethyldichlorphosph.it. Udbyttet svarer til ca. 92-95% af det teoretiske. Ved vakuumdestillation af det rå ethyldichlorphosphit opnår man 187-198 g (85-90% af det teoretiske) ethyldichlorphosphit, kp. 47-52°C/13 mm Hg. Ved yderligere reaktioner er det i de fleste tilfælde muligt at anvende det rå ethyldichlorphosphit.

Eksempel 5

Diethylchlorphosphit.

65.0 g (0,475 mol) phosphortrichlorid sættes dråbevis, langsomt, ved 5 til 10°0 under kraftig omrøring til en blanding af 166,0 g (1,0 mol) triethylphosph.it og 15,0 g benzyltriethylammoniumchlorid (vandindhold 7%).Reaktionsblandingen opvarmes derefter til stuetemperatur og omrøres i yderligere 6 timer ved denne temperatur. Benzyltriethylammoniumchloridet.filtreres derefter fra, og det dannede diethylchlorphosphit isoleres fra filtratet ved destillation under reduceret tryk. Man opnår 156,0 g (70% af det teoretiske, i forhold til phosphortrichlorid) diethylchlorphosphit, kp. 40 til 41°C/12 mm Hg.

Eksempel 4

Diethylchlorphosphit.

65.0 g (0,475 mol) phosphortrichlorid sættes langsomt, dråbevis, ved 5 til 10°C under kraftig omrøring til en blanding af 166,0 g (1,0 mol) triethylphosphit og 10,0 g tetraethylammoniumchlorid (vandindhold 9%). Efter fuldført tilsætning opvarmes reaktionsblandingen til stuetemperatur og omrøres ved denne temperatur i yderligere 24 timer, Tetraethylammoniumchloridet frafiltreres derefter, og det dannede diethylchlorphosphit isoleres fra filtratet ved destillation \inder reduceret tryk. Man opnår 160,0 g (71,7% af det teoretiske, i forhold til phosphortrichlorid) diethylchlorphosphit, kp.

40 til 41°C/12 mm Hg.

143137 8

Eksempel 5

Diethylchlorphosphit.

65.0 g (0,475 mol) phosphortrichlorid sættes dråbevis ved 5 til 10°C under kraftig omrøring til en blanding af 166,0 g (1,0 mol) triethylphosphit og 10,0 g ethyltriphenylphosphoniumbromid (vand-indbold 8%). Efter fuldført tilsætning opvarmes reaktionsblandingen til stuetemperatur og omrøres i yderligere 24 timer ved denne temperatur. Ethyl triphenylphosphoniumbromidet frafiltreres derefter, og det dannede diethylchlorphosphit isoleres fra filtratet ved destillation under reduceret tryk. Man opnår 145,0 g (65% af det teoretiske, i forhold til phosphortrichlorid) diethylchlorphosphit, kp. 40 til 41°C/12 mm Hg.

Eksempel 6

Di-n-butylchlorpho sphjt.

17.0 g (0,125 mol) phosphortrichlorid sættes dråbevis ved 5 til 10°0 under kraftig omrøring til en blanding af 62,5 S (0,25 mol) tri-n-butylphosphit og 5,0 g benzyltriethylammoniumchlorid (vandindhold 7%). Efter fuldført tilsætning opvarmes reaktionsblandingen til stuetemperatur og omrøres i yderligere 8 timer ved denne temperatur.

Efter at benzyltriethylammoniumchloridet er skilt fra ved filtrering, opnår man ved destillation af filtratet under reduceret tryk 51,8 g (65% af det teoretiske, i forhold til phosphortrichlorid) di-n-butylchlorphosph.it, kp. 96 til 98°C/10 mm Hg.

Eksempel 7

Didecylchlorphosph.it.

3,42 g (0,025 mol) phosphortrichlorid sættes langsomt dråbevis ved 25 til 30°C under kraftig omrøring til en blanding af 25,14 g (0,05 mol) tridecylphosphit og 2,0 g tetraethylammoniumchlorid (vandindhold 8%). Efter fuldført tilsætning fortsættes omrøringen i yderligere 5 timer ved 25 til 30°C, og tetraethylammoniumchloridet frafiltreres derefter. Man opnår 27,5 g råt didecylchlorphosphit i form af en ikke destillerbar viskos olie (udbytte = 96% af det teoretiske).