KR20120083236A - 알킬 포스페이트의 제조 방법 - Google Patents

알킬 포스페이트의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 테트라클로로비스포스페이트를 알콜과 반응시키고, 생성된 염화수소를 염기로 중화시키고, 목적하는 생성물을 반응 혼합물로부터 추출에 의해 단리시킴으로써 테트라알킬 비스포스페이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

알킬 포스페이트의 제조 방법 {Process for preparing alkyl phosphates}
본 발명은 테트라클로로비스포스페이트를 알콜과 반응시키고, 생성된 염화수소를 염기로 중화시키고, 목적하는 생성물을 반응 혼합물로부터 추출에 의해 단리시킴으로써 테트라알킬 비스포스페이트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
테트라알킬 비스포스페이트는 저휘발성의 점성 액체로서, 오랫동안 산업 용도로, 예를 들면 중합체 첨가제 (US 2,782,128 참조) 또는 유압유 (US 4,056,480 참조)로서 사용되어 왔다. 이러한 용도를 위해서는, 전형적으로 테트라알킬 비스포스페이트가 불순물을 가능하면 적게 함유할 필요가 있다. 따라서, 예를 들어 산가(acid number)를 측정함으로써 결정될 수 있는 산성 불순물의 양이 극히 적어야 하는데, 이는 산이 가속 분해 또는 부식을 초래할 수 있기 때문이다. 약 1.0 mg KOH/g 초과의 산가를 갖는 테트라알킬 비스포스페이트는 상기 언급된 용도로 이용 불가능하다. 산과 유사하게, 염기를 갖는 불순물 또한 원치 않는데, 이는 상기 용도에서 이들이 원치 않게 촉매로서 작용할 수 있기 때문이다. 또한, 전해질의 존재는 바람직하지 못한데, 이 또한 부식 문제를 야기할 수 있거나 또는 테트라알킬 비스포스페이트와 중합체 매트릭스 간의 비상용성을 초래할 수 있기 때문이다. 약 5000 ppm 초과의 금속 이온의 수준 (공지된 크로마토그래피 또는 분광학적 방법에 의해 결정될 수 있음)은 바람직하지 못하다.
테트라알킬 비스포스페이트의 제조를 위한 다양한 방법이 공지되어 있다. 그러나, 이들은 상기 언급된 불순물의 방지 또는 제거가 비용이 많이 들고 복잡하여 산업적 생산에 부적합하다는 단점을 갖는다. 또한, 공지된 방법들은 만족스럽지 못한 수율을 제공하여, 기술적으로 비용이 많이 들고 복잡한 미사용 원료 또는 부산물의 제거 및 처리를 필요로 한다.
US 2,782,128에는 피리딘의 존재 하에 디알킬 클로로포스페이트를 디올과 반응시켜 테트라알킬 비스포스페이트를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 삼염화인, 알콜 및 염소로부터 합성 순서의 제1 단계에서 제조된 디알킬 클로로포스페이트 중간체를 벤젠 용매로 후처리한 후 감압하에 증류시켜야 한다. 제2 단계에서는, 부산물 피리딘 염산염을 디에틸 에테르 용매의 첨가에 의해 침전시켜야 한다. 또한, 피리딘 잔류물을 염산을 사용하여 추출하여야 하고, 이어서 생성물 상을 산이 없어질 때까지 수산화나트륨 용액으로 다시 세척하고, 중성이 될 때까지 물로 세척해야 한다. 최종적으로, 용매 및 물 잔류물의 증류 제거가 필요하다. 두 단계를 거친 전체 수율은 74％ 내지 77％라고 한다. 이 방법의 단점은 다수의 후처리 작업의 요구, 여러 용매의 사용 및 단지 보통인 수율이다.
간행물 ["Diphosphate Ester Plasticizers" in Indust. Eng. Chem. 1950, Volume 42, p. 488]에는 US 2,782,128과 유사한 방법이 기재되어 있는데, 이러한 방법의 단점은 수율이 단지 50％로 매우 낮고, 중간체 및 최종 생성물의 정제와 관련하여 상당한 어려움이 있는 것이라고 언급되어 있다. 대안으로 보다 양호한 방법이 기재되어 있는데, 여기서는 디올을 제1 단계에서 옥시염화인과 반응시켜 테트라클로로비스포스페이트를 형성한 다음, 이를 제2 단계에서 알콜과 반응시켜 최종 생성물을 형성한다. 수율이 만족스럽다고 하지만, 사실상 이들이 언급되어 있지는 않다. 제2 단계로부터의 반응 혼합물을 후처리하기 위해, 피리딘을 첨가하고, 침전된 피리딘 염산염을 흡인에 의해 여과해 낸 다음, 생성물 상을 물로 세척한다. 마지막으로, 피리딘 잔류물을 감압하에 제거하여야 한다.
우선 이 절차의 단점은 최종 생성물로부터 피리딘 잔류물을 완전히 제거하기 어렵다는 것이다. 여과에 의한 피리딘 염산염의 테트라알킬 비스포스페이트로부터의 만족스러운 제거는 그것의 테트라알킬 비스포스페이트 중 용해도가 낮은 경우에만 달성된다. 추가의 단점은 생성물 상이 물로 세척된다는 사실에 기인한다. 테트라알킬 비스포스페이트가 물과 부분 혼화성이면, 상기 작업 중 수율의 손실이 불가피하다. 임의의 비율로 물과 혼화성인 테트라알킬 비스포스페이트의 경우, 상기 세척은 완전히 실패하는데, 이는 생성물을 상 분리에 의해 폐수로부터 분리하는 것이 불가능하기 때문이다.
US 4,056,480에는 유사한 테트라알킬 비스포스페이트의 제조 방법이 제안되어 있는데, 여기서도 또한 디올을 제1 단계에서 옥시염화인과 반응시켜 테트라클로로비스포스페이트를 형성하고, 이를 제2 단계에서 알콜과 반응시켜 최종 생성물을 형성한다. 최종 생성물의 단리 시, 피리딘 대신 희석 수산화나트륨 용액이 사용된다. 혼합물이 형성되고, 이로부터 상 분리에 의해 액체 생성물 상이 단리될 수 있다. 과량의 알콜이 증류에 의해 생성물 상으로부터 제거된 경우, 생성물은 물로 다시 한번 세척되고, 최종적으로 감압하에 물 잔류물로부터 제거되어야 한다. 테트라알킬 비스포스페이트의 수율은 12％ 내지 74％이다.
이 방법의 단점 또한 단지 보통인 수율과 공정이 여러 액체-액체 상 분리를 포함한다는 사실이다. 결론적으로, 상기 방법은 부분 수용성 테트라알킬 비스포스페이트의 제조에는 불충분하게 적합하고, 완전 수용성 테트라알킬 비스포스페이트의 제조에는 전적으로 부적합하다.
본 발명의 목적은 종래 기술에서보다 더 수행하기 쉽고 보다 양호한 수율을 부여하는, 완전 또는 부분 수용성 테트라알킬 비스포스페이트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
놀랍게도 완전 또는 부분 수용성 테트라알킬 비스포스페이트는, 테트라클로로비스포스페이트와 알콜의 반응에서 형성된 염화수소를 염기로 중화시키고, 목적하는 생성물을 수성 반응 혼합물로부터 추출에 의해 단리시키는 경우, 쉽게 양호한 수율로 제조될 수 있음이 발견되었다. 따라서, 상기 목적은
a) 테트라클로로비스포스페이트를 하나 이상의 알콜과 반응시키는 단계,
b) 단계 a)에서 테트라클로로비스포스페이트에 존재하는 P-Cl 기의 50％ 이상이 반응되었을 때, 단계 a)로부터의 반응 혼합물을 화학식 (Catn +)a(Xm -)b (식 중, Catn+는 n의 전하를 갖는 양이온이고, Xm -는 m의 전하를 갖는 음이온이고, a 및 b는 조건 n×a = m×b를 만족시키는 정수임)의 하나 이상의 물질을 포함하는 염기와 반응시키는 단계,
c) 단계 b)로부터의 반응 혼합물에 물을 첨가하는 단계,
d) 이어서, 단계 a)에서 사용된 알콜 또는 알콜들과 상이하고 물과 완전 혼화성이지 않은 용매를 단계 c)로부터의 반응 혼합물에 첨가하여, 2개의 분리된 액체 상으로 이루어진 혼합물을 형성하는 단계, 및
e) 단계 d)에서 얻은 혼합물로부터 테트라알킬 비스포스페이트를 포함하는 상을 단리시키는 단계
를 특징으로 하는, 완전 또는 부분 수용성 테트라알킬 비스포스페이트의 제조 방법에 의해 달성된다.
바람직하게는, 화학식 (Catn +)a(Xm -)b에서,
n은 1, 2 또는 3을 나타내고,
m은 1, 2 또는 3을 나타내고,
a는 1, 2 또는 3을 나타내고,
b는 1, 2 또는 3을 나타낸다.
바람직한 하나의 실시양태에서, 단계 b)에서 사용되는 염기는 화학식 (Catn+)a(Xm-)b의 하나 이상의 물질로 이루어진다. 용어 "테트라알킬 비스포스페이트"는 분자 당 2개의 인산 에스테르 기 -O-P(=O)(OR)2를 함유하는 유기 물질을 가리키며, 여기서 R은 일반적으로 알킬 라디칼을 의미하고, 한 분자 내에 존재하는 알킬 라디칼 R은 동일하거나 상이할 수 있다. 본 발명과 관련된 용어 "완전 또는 부분 수용성"은 25℃에서 수용해도가 약 1 중량％ 초과인 물질을 가리킨다. 용어 "테트라클로로비스포스페이트"는 분자 당 2개의 인산 에스테르 디클로라이드 기 -O-P(=O)Cl2를 함유하는 유기 물질을 가리킨다.
본 발명의 방법에서 사용되는 테트라클로로비스포스페이트는, 예를 들면 문헌 [Indust. Eng. Chem. 1950, Volume　42, p.　488] 또는 US 4,056,480에 기재된 바와 같은 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 방법에서 사용되는 테트라클로로비스포스페이트는, 바람직하게는 하기 화학식 I에 상응한다.
<화학식 I>
Figure pat00001
식 중,
A는 직쇄, 분지 및/또는 시클릭 C4 내지 C20 알킬렌 라디칼, 잔기 -CH2-CH=CH-CH2-, 잔기 -CH2-C≡C-CH2-, 잔기 -CHR5-CHR6-(O-CHR7-CHR8)a- (여기서, a는 1 내지 5의 수), 잔기 -CHR5-CHR6-S(O)b-CHR7-CHR8- (여기서, b는 0 내지 2의 수), 또는 잔기 -(CHR5-CHR6)c-O-R9-O-(CHR7-CHR8)d- (여기서, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 5의 수)이고,
R5, R6, R7, R8은 서로 독립적으로 H 또는 메틸이고,
R9는 잔기 -CH2-CH=CH-CH2-, 잔기 -CH2-C≡C-CH2-, 1,2-페닐렌 라디칼, 1,3-페닐렌 라디칼, 1,4-페닐렌 라디칼, 하기 화학식 II의 라디칼,
<화학식 II>
Figure pat00002
하기 화학식 III의 라디칼,
<화학식 III>
Figure pat00003
하기 화학식 IV의 라디칼,
<화학식 IV>
Figure pat00004
또는 화학식 -C(=O)-R12-C(=O)-의 라디칼이고,
R10 및 R11은 서로 독립적으로 H 또는 C1 내지 C4 알킬이거나, 또는 R10 및 R11은 함께 4 내지 8개의 C 원자를 갖는 임의로 알킬-치환된 고리를 형성하고,
R12는 직쇄, 분지 및/또는 시클릭 C2 내지 C8 알킬렌 라디칼, 1,2-페닐렌 라디칼, 1,3-페닐렌 라디칼, 또는 1,4-페닐렌 라디칼이다.
바람직하게는 A는 직쇄 C4 내지 C6 알킬렌 라디칼이거나, 또는 바람직하게는 A는 R10 및 R11이 동일하고 메틸인 화학식 III의 잔기, 하기 화학식 V, VI 또는 VII의 잔기이거나,
<화학식 V>
Figure pat00005
<화학식 VI>
Figure pat00006
<화학식 VII>
Figure pat00007
또는 바람직하게는 A는 잔기 -CHR5-CHR6-(O-CHR7-CHR8)a- (여기서, a는 1 내지 2의 수이고, R5, R6, R7 및 R8은 동일하고 H임)이거나, 또는 바람직하게는 A는 잔기 -(CHR5-CHR6)c-O-R9-O-(CHR7-CHR8)d- (여기서, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 2의 수이고, R9는 화학식 II의 잔기이고, R10 및 R11은 동일하고 메틸임)이다.
특히 바람직하게는 A는 -CH2CH2-O-CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 및 -CH2-CH(CH2CH2)2CH-CH2-로 이루어진 군으로부터 선택되는 라디칼이다.
본 발명의 방법에서 사용되는 알콜은 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-1-프로판올, 1-부탄올 및 2-부탄올로 이루어진 군으로부터 선택된다. 메탄올 및 에탄올을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 방법에서 사용되는 화학식 (Catn+)a(Xm-)b의 염기는 바람직하게는 암모늄염, 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염이다. 이러한 염의 음이온으로는 바람직하게는 히드록시드, 알콕시드, 옥시드, 카르보네이트, 수소카르보네이트, 포스페이트, 수소포스페이트, 이수소포스페이트 또는 아세테이트가 포함된다. 수산화암모늄, 수산화리튬, 수산화나트륨, 메톡시드나트륨, 에톡시드나트륨, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 제삼인산나트륨, 인산수소이나트륨, 아세트산나트륨, 수산화칼륨, tert-부톡시드칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 수산화세슘, 수산화마그네슘, 산화마그네슘, 수산화칼슘, 메톡시드칼슘 또는 산화칼슘이 특히 바람직하다. 보다 특히 바람직하게는 수산화나트륨, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨 또는 탄산수소칼륨이 사용된다.
본 발명의 방법의 단계 a)는 테트라클로로비스포스페이트의 몰 당량 당 4 몰 당량 이상의 알콜을 사용하여 수행된다. 반응물들은 서로 벌크로 또는 용매 또는 용액 중에서 반응시킬 수 있다. 적합한 용매는 톨루엔, 헵탄 및 디클로로메탄, 및 반응에 사용된 과량의 알콜이다. 테트라클로로비스포스페이트를 반응 용기에 도입하고, 알콜을 칭량 첨가한다. 대안적으로, 알콜을 반응 용기에 도입하고, 테트라클로로비스포스페이트를 칭량 첨가한다. 또한, 알콜 및 테트라클로로비스포스페이트를 반응 용기에 동시에 칭량 첨가하는 것이 가능하다. 순수한 반응물 대신에, 반응물의 용액을 칭량 첨가할 수도 있다.
이어서 진행되는 반응에서, 테트라클로로비스포스페이트의 P-Cl 기가 알콜과의 반응에 의해 P-OR 기로 전환되고, 염화수소가 방출된다.
반응은 바람직하게는 -10℃ 내지 +70℃의 온도에서 10 내지 6000 mbar의 압력 하에 수행된다. 이 절차에서 반응물은 적합한 수단에 의해, 보다 특히 교반에 의해 서로 접촉된다.
바람직하게는 상기 반응에서 형성된 부산물 염화수소를 반응 혼합물 중에 실질적으로 남겨 두고, 상기 방법의 단계 b)에서 염기에 의해 중화시킨다. 상기 방법의 대안적인 또한 바람직한 실시양태에서는, 단계 a)에서 부산물로서 형성된 염화수소를 적어도 부분적으로 반응 용기로부터 순환 제거한다. 이는 예를 들어 진공의 적용에 의해, 또는 반응 용기에 불활성 기체, 예컨대 질소 또는 이산화탄소를 통과시켜 수행된다.
대안적인 하나의 실시양태에서, 단계 a)는 추가의 임의적인 분리 작업, 예컨대 미반응 알콜을 제거하기 위한 증류를 포함할 수 있다.
후속 단계 b)는, 테트라클로로비스포스페이트에 존재하는 P-Cl 기의 50％ 이상이 단계 a)에서 반응된 경우에만 수행된다. P-Cl 기의 전환은 분석적으로, 바람직하게는 31P-NMR 분광법에 의해 모니터링할 수 있다.
단계 b)의 실시를 위해, 단계 a)에서 얻은 반응 혼합물을 바람직하게는 철저한 혼합을 통해 염기와 접촉시킨다. 염기의 양은 단계 b) 후의 반응 혼합물이 바람직하게는 pH 6 내지 11을 갖도록 선택된다. 특히 바람직하게는 단계 b) 후의 반응 혼합물은 pH 7 내지 10을 갖는다.
염기는 바람직하게는 칭량가능한 형태로 단계 a)의 반응 용기에 도입된다. 대안적으로 또한 바람직하게는 적합한 형태의 염기를 제2 반응 용기에 도입하고, 단계 a)로부터의 반응 혼합물을 상기 용기로 옮긴다.
적합하고 바람직한 칭량가능한 염기의 형태는, 예를 들어 분말, 과립, 용액 또는 분산물이다. 상기 방법의 특히 바람직한 하나의 실시양태는 수성의 용액 또는 분산물 형태의 염기를 사용한다. 10％ 내지 60％ 농도 (중량 기준)의 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼륨 및/또는 탄산칼륨의 수용액을 사용하는 것이 매우 특히 바람직하다.
상기 방법의 대안적인 또한 바람직한 실시양태는 0.1 ㎛ 내지 2000 ㎛의 평균 입도를 갖는 분말 형태의 염기를 사용한다. 분말형 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 탄산칼륨 및/또는 탄산수소칼륨을 사용하는 것이 이 경우에 특히 바람직하다.
단계 b)는 바람직하게는 5℃ 내지 70℃의 온도에서 10 내지 6000 mbar의 압력 하에 수행된다.
단계 b)는 추가의 임의적인 분리 작업, 바람직하게는 단계 a)로부터 미반응 알콜을 제거하기 위한 증류를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법의 단계 c)에서는, 단계 b)에서 얻은 반응 혼합물에 물을 첨가하고, 생성된 혼합물을 적합한 방식으로 완전히 혼합한다. 그 결과, 염 CatCln이 수용액으로 전환되고, 모든 고체가 실질적으로 용해된다. 물의 첨가는 수성의 용액 또는 분산물 형태인 단계 b) 자체에서의 물의 도입에 의해서도 수행될 수 있다.
단계 c)는 바람직하게는 5℃ 내지 70℃의 온도에서 10 내지 6000 mbar의 압력 하에 수행된다.
단계 c)는 추가의 임의적인 분리 작업, 바람직하게는 단계 a)로부터 미반응 알콜을 제거하기 위한 증류 또는 수불용성 고체의 제거를 위한 여과를 포함할 수 있다.
단계 d)에서는, 단계 a)에서 사용된 알콜 또는 알콜들과 상이하고 물과 완전 혼화성이지 않은 용매를 첨가한다. 둘 이상의 용매의 조합을 이용하는 것도 가능하다. 용매는 바람직하게는 지방족 탄화수소, 보다 특히 펜탄, 헥산, 시클로헥산, 헵탄, 방향족 탄화수소, 보다 특히 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 할로탄화수소, 보다 특히 메틸렌 클로라이드, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 1-클로로부탄, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 알콜, 보다 특히 1-부탄올, 1-펜탄올, 1-헥산올, 시클로헥산올, 에테르, 보다 특히 디에틸 에테르, 메틸 tert-부틸 에테르, 디부틸 에테르, 케톤, 보다 특히 2-부탄온, 3-펜탄온, 4-메틸-2-펜탄온, 시클로헥산온, 또는 에스테르, 보다 특히 에틸 아세테이트, 1-부틸 아세테이트, 1-펜틸 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된다.
단계 c)에서의 물의 정확한 양 및 단계 d)에서의 용매의 정확한 양은 상 분리를 달성하는 데 있어 결정적이지 않다. 물 및 용매의 요구량은 간단한 시험을 이용하여 용이하게 결정할 수 있다. 단계 c)에서의 물의 양 및 단계 d)에서의 용매의 양은 바람직하게는 수성상 대 유기상의 부피 비가 20:1 내지 1:20이 되도록 선택된다. 수성상 대 유기상의 부피 비가 10:1 내지 1:10이 되도록 선택되는 양이 특히 바람직하다.
본 발명의 방법의 단계 e)에서는, 단계 d)에서 얻은 2개의 상을 분리하고, 테트라알킬 비스포스페이트를 함유하는 상을 통상의 방법에 의해 후처리한다.
생성물 상의 단리를 위해, 액체-액체 혼합물을 분리하기 위한 통상의 방법, 바람직하게는 경사분리 또는 원심분리가 사용된다. 단리된 생성물 상은 바람직하게는 추가의 상 분리 또는 복수의 상 분리 처리될 수 있고, 필요한 경우, 후속 정제, 바람직하게는 여과, 정화, 추출, 증류 또는 건조 또는 이들 방법의 적합한 조합에 의해 처리될 수 있다.
본 발명의 방법의 단계 b), c) 및 d)는 임의의 순서로 연속적으로 또는 완전히 또는 부분적으로 동시에 수행된다.
바람직하게는, 단계 d) 및 e)는 반복적으로 연속하여 수행된다.
본 발명의 방법은 바람직하게는 완전 수용성 테트라알킬 비스포스페이트를 제조하기 위해 사용된다.
상기 방법의 4단계 중 어느 하나는 불연속적으로 또는 연속적으로 수행될 수 있다. 전체 공정은 연속적으로 또는 불연속적으로 수행되는 단계들의 임의의 목적하는 조합으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 방법은 공지된 방법에 의한 것보다 더 양호한 수율 및 고순도로 완전 또는 부분 수용성 테트라알킬 비스포스페이트의 합성을 가능케 한다.
하기 실시예는 본 발명을 제한하려는 의도가 전혀 없이 본 발명을 보다 상세히 설명하는 데 사용된다. 언급된 부는 중량을 기준으로 한다. 명료화를 위해, 본 발명의 범주는 임의의 목적하는 조합 및 바람직한 범위로 언급되거나, 일반적으로 주어진, 상기에 기술된 모든 파라미터 및 정의를 포함함을 참고하기 바란다.
실시예
실시예 1: 디에틸렌 글리콜 비스(디클로로포스페이트)의 제조 (본 발명이 아님)
교반기, 온도계, 압력 보상식 적하 깔때기 및 환류 응축기가 있는 1000 ml 4구 플라스크를 20℃에서 포스포릴 클로라이드 984.3 g으로 충전시켰다. 이어서, 대략 670 mbar의 진공을 적용하고, 디에틸렌 글리콜 332.3 g을 4시간에 걸쳐 적가하였다. 빙수조에서 냉각시켜 온도를 20℃로 유지시켰다. 투명한 무색 반응 혼합물이 형성되었다. 칭량 첨가의 종료 후, 압력을 약 6 mbar로 낮추고, 25℃에서 16시간 동안 교반을 계속하였다. 이로써 디에틸렌 글리콜 비스(디클로로포스페이트) 1055.7 g (98％)이 얻어졌다.
실시예 2: 테트라에틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트의 제조 (본 발명)
교반기, 온도계, 압력 보상식 적하 깔때기 및 환류 응축기가 있는 1000 ml 4구 플라스크를 질소 분위기 하에 실시예 1로부터의 디에틸렌 글리콜 비스(디클로로포스페이트) 169.8 g으로 충전시키고, 상기 최초 충전물을 10℃로 냉각시켰다. 이 온도에서, 에탄올 350 ml를 50분에 걸쳐 적가하였다. 드라이아이스 펠렛을 적가하여 온도를 10 내지 15℃로 유지시켰다. 후속적으로, 무색 용액을 15℃에서 1시간 동안에 이어 23℃에서 2시간 동안 교반하였다. 이어서, 무색의 투명한 합성 용액을 물 340 ml 및 50％ 농도의 수산화나트륨 용액 155 g의 혼합물과 함께 2시간에 걸쳐 적가 혼합하였다. 빙수조에서 냉각시켜 온도를 20℃로 유지시켰다. 후속적으로, 혼합물을 23℃에서 16시간 동안 교반한 후, 디클로로메탄 100 ml로 4회 추출하였다. 합한 추출 용액을 회전식 증발기 상에서 감압 하에 농축시켰다. 마지막으로, 생성물을 뷰흐너 깔때기 상에서 여과해냈다.
수율 172.2 g (91％) 무색 액체
산가 < 0.1 mg KOH/g
나트륨 함량 1178 ppm
실시예 3: 테트라에틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트의 제조 (본 발명)
1000 ml 4구 플라스크를 N2 하에 5℃에서 실시예 1로부터의 디에틸렌 글리콜 비스(디클로로포스페이트) 169.8 g으로 충전하였다. 이 온도에서, 50분에 걸쳐 에탄올 276.4 g을 적가하였다. 반응 혼합물은 발열 반응을 나타내었다. 빙수조를 이용하여 반응 혼합물의 온도를 10℃로 유지시켰다. 후속적으로, 투명한 옅은 오렌지-갈색 용액을 10℃에서 2시간 동안 교반한 후, 20℃로 가온시키고, 18시간 더 교반하였다. 2 l 유리 비커를 완전 탈염수 340 ml로 충전하고, 50％ 농도의 수산화나트륨 용액 155 g을 교반하면서 첨가하였다. 상기 혼합물을 23℃로 냉각시켰다. 이어서, 상기 합성 용액을 2시간에 걸쳐 칭량 첨가하였고, 이는 옅은 안개의 형성을 수반하였다. 외부 냉각을 이용하여 온도를 23℃로 유지시켰다. 마지막까지 여전히 산성인 황색 혼합물은 투명한 단일상이었다. 소량의 20％ 농도의 탄산나트륨 수용액을 사용하여 pH를 7.5로 조정한 후, 메틸렌 클로라이드 100 ml로 4회 진탕에 의해 추출하였다. 옅은 황색의 탁한 유기상을 합하고, 회전식 증발기 상에서 감압 하에 농축시켰다. 마지막으로, 생성물을 투명하게 하기 위해, 이를 원형 여과지 상에서 흡인하면서 여과해냈다.
수율 159.3 g (84％) 황색 액체
산가 < 0.1 mg KOH/g
나트륨 함량 1794 ppm
실시예 4: 테트라에틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트의 제조 (본 발명)
교반기, 온도계, 압력 보상식 적하 깔때기 및 환류 응축기가 있는 1000 ml 4구 플라스크를 질소 분위기 하에 실시예 1로부터의 디에틸렌 글리콜 비스(디클로로포스페이트) 169.8 g으로 충전시키고, 상기 최초 충전물을 10℃로 냉각시켰다. 이 온도에서, 에탄올 350 ml를 50분에 걸쳐 적가하였다. 드라이아이스 펠렛을 적가하여 온도를 10 내지 15℃로 유지시켰다. 후속적으로, 무색 용액을 15℃에서 1시간 동안에 이어 20℃에서 2시간 동안 교반하였다. 이어서, 합성 용액을 물 340 ml 및 50％ 농도의 수산화나트륨 용액 155 g의 혼합물과 함께 2시간에 걸쳐 적가 혼합하였다. 빙수조에서 냉각시켜 온도를 20℃로 유지시켰다. 후속적으로, 혼합물을 23℃에서 16시간 동안 교반한 후, 톨루엔 100 ml로 4회 추출하였다. 합한 추출 용액을 회전식 증발기 상에서 감압 하에 농축시켰다. 마지막으로, 생성물을 원형 여과지 상에서 흡인하면서 여과해냈다.
수율 169.2 g (89％) 무색 액체
산가 < 0.1 mg KOH/g
나트륨 함량 1546 ppm
실시예 5: 테트라에틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트의 제조 (본 발명)
교반기, 온도계, 압력 보상식 적하 깔때기 및 환류 응축기가 있는 1000 ml 4구 플라스크를 질소 분위기 하에 에탄올 350 ml로 충전시키고, 상기 최초 충전물을 15℃로 냉각시켰다. 이 온도에서, 35분에 걸쳐 실시예 1로부터의 디에틸렌 글리콜 비스(디클로로포스페이트) 169.8 g을 적가하였다. 외부 냉각으로 온도를 15 내지 20℃로 유지시켰다. 후속적으로, 무색 용액을 20℃에서 4시간 동안 교반하였다. 이어서, 무색의 투명한 합성 용액을 15℃로 냉각시키고, 40분에 걸쳐 50％ 농도의 수산화나트륨 용액 192.1 g을 첨가하여 pH를 2로 조정하였다. 이 시간 동안, 빙수조로 냉각하여 온도를 20 내지 25℃로 유지시켰다. 10％ 농도의 수산화나트륨 용액을 수 ml를 첨가하여, pH를 8.5로 설정하였다. 수득한 혼합물을 23℃에서 16시간 동안 교반한 후, 20 mbar 및 50℃에서 회전식 증발기 상에서 감압 하에 농축시켰다. 수득한 잔류물을 물 400 ml와 혼합하고, 30분 동안 교반한 후, 디클로로메탄 100 ml로 3회 추출하였다. 합한 추출 용액을 회전식 증발기 상에서 감압 하에 농축시켰다. 상기 농축 과정 중에 남은 잔류물을 여과하였다.
수율 172.9 g (91％) 무색 액체
산가 < 0.1 mg KOH/g
나트륨 함량 530 ppm
실시예 6: 테트라메틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트의 제조 (본 발명)
실시예 2에서 나타낸 방법을 이용하여, 250 ml의 메탄올 및 실시예 1로부터의 169.8 g의 디에틸렌 글리콜 비스(디클로로포스페이트)로부터 테트라메틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트를 제조하였다.
수율 145.1 g (90％) 무색 액체
산가 < 0.1 mg KOH/g
나트륨 함량 1254 ppm
실시예 7: 테트라-n-부틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트의 제조 (본 발명)
실시예 2에서 나타낸 방법을 이용하여, 600 ml의 n-부탄올 및 실시예 1로부터의 169.8 g의 디에틸렌 글리콜 비스(디클로로포스페이트)로부터 테트라-n-부틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트를 제조하였다.
수율 217.8 g (89％) 무색 액체
산가 < 0.1 mg KOH/g
나트륨 함량 1935 ppm
실시예 8: 1,4-부탄디올 비스(디클로로포스페이트)의 제조 (본 발명이 아님)
교반기, 온도계, 압력 보상식 적하 깔때기 및 환류 응축기가 있는 500 ml 4구 플라스크를 20℃에서 포스포릴 클로라이드 300.0 g으로 충전시켰다. 이어서, 200 mbar의 진공을 적용하고, 1,4-부탄디올 45.0 g을 45분에 걸쳐 적가하였다. 빙수조에서 냉각시켜 온도를 20℃로 유지시켰다. 투명한 무색 반응 혼합물이 형성되었다. 칭량 첨가의 종료 후, 압력을 약 100 mbar로 낮추고, 2시간 동안 계속 교반하였다. 이어서, 증류 브릿지를 장착하고, 과량의 포스포릴 클로라이드를 증류에 의해 제거하였다. 이로써 1,4-부탄디올 비스(디클로로포스페이트) 144.9 g (91％)이 얻어졌다.
실시예 9: 테트라에틸-1,4-부탄디올 비스포스페이트의 제조 (본 발명)
실시예 2에서 나타낸 방법을 이용하여, 350 ml의 에탄올 및 실시예 7로부터의 161.8 g의 1,4-부탄디올 비스(디클로로포스페이트)로부터 테트라에틸-1,4-부탄디올 비스포스페이트를 제조하였다.
수율 160.2 g (88％) 무색 액체
산가 0.13 mg KOH/g
나트륨 함량 1085 ppm
실시예 10: 테트라알킬 비스포스페이트의 수용해도 (본 발명)
분별 깔때기에 테트라알킬 비스포스페이트 50.0 g 및 완전 탈염수 50.0 g을 충전하고, 격렬하게 진탕한 후, 25℃의 주위 온도에서 1시간 동안 방치시켰다. 상 분리가 명백하게 되면, 보다 아래의 수성상을 조심스럽게 분리하여 칭량하였다 (mW). 수성상을 회전식 증발기 상에서 감압 하에 일정 중량으로 농축시키고, 잔류물을 마찬가지로 칭량하였다 (mR). 수용해도의 측정값으로서, 변수 mR/mW × 100％를 계산하여 하기 표 1에 열거하였다.
테트라메틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트 및 테트라에틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트 물질에 대하여, 상기 기재된 실험에서 상 분리는 없었다. 마찬가지로, 상이한 중량비의 테트라알킬 비스포스페이트 및 물을 이용한 추가의 실험은 이들 물질에 대해 상 분리가 없음을 나타냈다. 이는 테트라메틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트 및 테트라에틸디에틸렌 글리콜 비스포스페이트가 완전 수용성임을 의미한다.
표 1 테트라알킬 비스포스페이트의 수용해도
Figure pat00008
평가
실시예 10은 고려 하의 테트라알킬 비스포스페이트가 물과 완전 또는 부분 혼화성임을 나타낸다. 따라서, 이들 물질은, 종래 기술로부터의 제조 방법에 따르면 오직 불량한 수율로만 제조될 수 있거나 전혀 제조될 수 없다. 실시예 2 내지 7 및 9는 테트라알킬 비스포스페이트가 본 발명 방법에 의해 쉽게 높은 수율로 제조될 수 있음을 나타낸다. 이 경우에, 낮은 산가 및 나트륨 함량으로부터 얻어질 수 있는 바와 같은 고순도의 생성물이 수득된다. 특히 부분 또는 완전 수용성 테트라알킬 비스포스페이트의 경우에 제조가 성공적으로 가능하다는 것이 놀라운 일이다.
본 발명과 관련한 완전 탈염수는 0.1 내지 10 ㎲의 전도도를 보유하며, 용해되거나 용해되지 않은 금속 이온의 양이 개별 성분으로서의 Fe, Co, Ni, Mo, Cr 및 Cu에 대하여 1 ppm 이하, 바람직하게는 0.5 ppm 이하, 전체로서의 상기 금속에 대하여 10 ppm 이하, 바람직하게는 1 ppm 이하인 것을 특징으로 한다.

Claims (19)

  1. a) 테트라클로로비스포스페이트를 하나 이상의 알콜과 반응시키는 단계,
    b) 단계 a)에서 테트라클로로비스포스페이트에 존재하는 P-Cl 기의 50％ 이상이 반응되었을 때, 단계 a)로부터의 반응 혼합물을 화학식 (Catn+)a(Xm-)b (식 중, Catn+는 n의 전하를 갖는 양이온이고, Xm-는 m의 전하를 갖는 음이온이고, a 및 b는 조건 n×a = m×b를 만족시키는 정수임)의 하나 이상의 물질을 포함하는 염기와 반응시키는 단계,
    c) 단계 b)로부터의 반응 혼합물에 물을 첨가하는 단계,
    d) 이어서, 단계 a)에서 사용된 알콜 또는 알콜들과 상이하고 물과 완전 혼화성이지 않은 용매를 단계 c)로부터의 반응 혼합물에 첨가하여, 2개의 분리된 액체 상으로 이루어진 혼합물을 형성하는 단계, 및
    e) 단계 d)에서 얻은 혼합물로부터 테트라알킬 비스포스페이트를 포함하는 상을 단리시키는 단계
    를 특징으로 하는, 완전 또는 부분 수용성 테트라알킬 비스포스페이트의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 테트라클로로비스포스페이트가 하기 화학식 I의 물질인 것을 특징으로 하는 방법.
    <화학식 I>
    Figure pat00009

    식 중,
    A는 직쇄, 분지 및/또는 시클릭 C4 내지 C20 알킬렌 라디칼, 잔기 -CH2-CH=CH-CH2-, 잔기 -CH2-C≡C-CH2-, 잔기 -CHR5-CHR6-(O-CHR7-CHR8)a- (여기서, a는 1 내지 5의 수), 잔기 -CHR5-CHR6-S(O)b-CHR7-CHR8- (여기서, b는 0 내지 2의 수), 또는 잔기 -(CHR5-CHR6)c-O-R9-O-(CHR7-CHR8)d- (여기서, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 5의 수)이고,
    R5, R6, R7, R8은 서로 독립적으로 H 또는 메틸이고,
    R9는 잔기 -CH2-CH=CH-CH2-, 잔기 -CH2-C≡C-CH2-, 1,2-페닐렌 라디칼, 1,3-페닐렌 라디칼, 1,4-페닐렌 라디칼, 하기 화학식 II의 라디칼,
    <화학식 II>
    Figure pat00010

    하기 화학식 III의 라디칼,
    <화학식 III>
    Figure pat00011

    하기 화학식 IV의 라디칼,
    <화학식 IV>
    Figure pat00012

    또는 화학식 -C(=O)-R12-C(=O)-의 라디칼이고,
    R10 및 R11은 서로 독립적으로 H 또는 C1 내지 C4 알킬이거나, 또는 R10 및 R11은 함께 4 내지 8개의 C 원자를 갖는 임의로 알킬-치환된 고리를 형성하고,
    R12는 직쇄, 분지 및/또는 시클릭 C2 내지 C8 알킬렌 라디칼, 1,2-페닐렌 라디칼, 1,3-페닐렌 라디칼, 또는 1,4-페닐렌 라디칼이다.
  3. 제2항에 있어서, A가 직쇄 C4 내지 C6 알킬렌 라디칼, R10 및 R11이 동일하고 메틸인 화학식 III의 잔기, 하기 화학식 V, VI 또는 VII의 잔기,
    <화학식 V>
    Figure pat00013

    <화학식 VI>
    Figure pat00014

    <화학식 VII>
    Figure pat00015

    잔기 -CHR5-CHR6-(O-CHR7-CHR8)a- (여기서, a는 1 내지 2의 수이고, R5, R6, R7 및 R8은 동일하고 H임), 또는 잔기 -(CHR5-CHR6)c-O-R9-O-(CHR7-CHR8)d- (여기서, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 2의 수이고, R9는 화학식 II의 잔기이고, R10 및 R11은 동일하고 메틸임)인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, A가 -CH2CH2-O-CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 및 -CH2-CH(CH2CH2)2CH-CH2-로 이루어진 군으로부터 선택되는 라디칼인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 알콜 또는 알콜들이 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 2-메틸-1-프로판올, 1-부탄올 및 2-부탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 알콜 또는 알콜들이 메탄올 및 에탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, Catn +가 임의로 치환된 암모늄 이온, 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온이고, Xm -가 히드록시드, 알콕시드, 옥시드, 카르보네이트, 수소카르보네이트, 포스페이트, 수소포스페이트, 이수소포스페이트 또는 아세테이트인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 단계 b) 후 반응 혼합물이 6 내지 11의 pH를 갖도록 염기의 양을 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 염기가 수성의 용액 또는 분산물의 형태로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 염기로서 10％ 내지 60％ 농도 (중량 기준)의 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼륨 및/또는 탄산칼륨의 수용액이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 염기가 0.1 ㎛ 내지 2000 ㎛의 평균 입도를 갖는 분말의 형태로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 염기로서 분말형 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 탄산칼륨 및/또는 탄산수소칼륨이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 하나 이상의 용매가 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로탄화수소, 알콜, 에테르, 케톤 및 에스테르로 이루어진 군으로부터 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 단계 b), c) 및 d)를 임의의 순서로 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 단계 b), c) 및 d)를 완전히 또는 부분적으로 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 단계 d) 및 e)를 반복적으로 연속하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 단계 a) 내지 e) 중 하나 이상을 불연속적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 단계 a) 내지 e) 중 하나 이상을 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 테트라알킬 비스포스페이트가 완전 수용성임을 특징으로 하는 방법.
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