WO2014005668A1 - Verfahren zur herstellung von tris(perfluoralkyl)phosphinoxiden und bis(perfluoralkyl)phosphinsäuren - Google Patents

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WO2014005668A1
WO2014005668A1 PCT/EP2013/001630 EP2013001630W WO2014005668A1 WO 2014005668 A1 WO2014005668 A1 WO 2014005668A1 EP 2013001630 W EP2013001630 W EP 2013001630W WO 2014005668 A1 WO2014005668 A1 WO 2014005668A1
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tris
compounds
perfluoroalkyl
bis
formula
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PCT/EP2013/001630
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Nikolai Ignatyev (Mykola)
Karsten Koppe
Walter Frank
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Merck Patent Gmbh
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F9/00—Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic System
    • C07F9/02—Phosphorus compounds
    • C07F9/28—Phosphorus compounds with one or more P—C bonds
    • C07F9/50—Organo-phosphines
    • C07F9/53—Organo-phosphine oxides; Organo-phosphine thioxides
    • C07F9/5304—Acyclic saturated phosphine oxides or thioxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
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    • C07F9/28—Phosphorus compounds with one or more P—C bonds
    • C07F9/535—Organo-phosphoranes

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of
  • Tris (perfluoroalkyl) phosphine oxides are known starting materials for a variety of interesting compounds, for example for the synthesis of bis (perfluoroalkyl) phosphinic acids [LM Yagupol ' skii, VY Semenii et al., J. Gen. Chem. USSR 1984, 54, 692-695; VY Semenii, VA
  • Tris (trifluoromethyl) dichlorophosphorane [(CF 3 ) 3 PCl 2] with an excess of anhydrous oxalic acid.
  • the disadvantage of this synthesis is the relatively difficult access to tris (trifluoromethyl) dichlorophosphorane.
  • Hexamethyldisiloxane [(CH ß risk).
  • the disadvantage of this synthesis is the expensive starting material hexamethyldisiloxane and the emergence of highly flammable trimethylsilyl fluoride by-product in twice the molar amount.
  • tris (pentafluoroethyl) phosphine oxide is To make matters worse, that this product has a boiling point of 101 ° C and the starting material hexamethyldisiloxane has a boiling point of 99-100 ° C. The separation by distillation, even of small amounts of starting material is therefore difficult.
  • WO 2011/110281 describes the preparation of tris (perfluoroalkyl) phosphine oxides by reaction of tris (perfluoroalkyl) difluorophosphoranes with alkaline earth metal oxides, alkaline earth metal carbonates, zinc oxide, copper (I) oxide, copper (II) oxide, silver oxide, mercury (II) oxide, cadmium oxide or cadmium carbonate.
  • a disadvantage of this synthesis is the formation of
  • Alkaline earth metal or copper fluoride which are very finely distributed, so that separation by filtration is difficult. Since all reactions, with the exception of mercury (II) oxide, give solid fluorides as secondary compounds and some of them are relatively hard (eg MgF 2 with Mohs hardness 6), use of Teflon-coated reactors is also problematic.
  • the object of the invention is therefore to develop an improved process for the preparation of tris (perfluoroalkyl) phosphine oxides, which the
  • the tris (perfluoroalkyl) difluorophosphoranes known as starting materials or Bis (perfluoroalkyl) trifluorophosphoranes are able, with non-metal oxides such as S0 2 , POCl3, P 4 Oio, C0 2 , Se0 2 , semi-metal oxides such as Si0 2 (sand or silica gel as a source of Si0 2 ) or organic compounds with basic oxygen radicals such as Triphenylphoshinoxid (Ph 3 PO),
  • Tetramethylurea ethylene carbonate or dimethyl carbonate to react and achieve the desired phosphine oxides.
  • the by-products are easily separable, usually gaseous
  • the invention therefore provides a process for the preparation of a) compounds of the formula (I)
  • x and n have one of the meanings given above, with non-metal oxides, semimetal oxides or organic compounds with basic oxygen radicals, wherein the reaction according to b) takes place in the presence of water.
  • n is equal to 3.
  • n is equal to 3.
  • Tris (nonafluorobutyl) phosphine oxide produced.
  • the preparation of the compounds of the formula (III) can be prepared, for example, by electrochemical fluorination of suitable starting compounds, as described in V. Ya. Semenii et al, Zh. Obshch. Khim., 55, 12, 1985, 2716-2720, N. Ignatiev et al, J. of Fluorine Chem., 103, 2000, 57-61 and WO 00/21969.
  • the corresponding descriptions are hereby incorporated by reference and are considered part of the disclosure.
  • perfluoroalkyl fluorophosphoranes may also be prepared starting from elemental phosphorus and perfluoroalkyl iodides based on the description of F.W. Bennett et al, J. Chem. Soc., 1953, 1565-1571 and M. Gorg et al, J. Fluorine Chem., 1996, 79, 103-104.
  • Preferred compounds of the formula (III) are selected from
  • Tris (nonafluorobutyl) difluorophosphorane Tris (undecafluoropentyl) difluorophosphorane
  • Tris (tridecafluorohexyl) difluorophosphorane Tris (tridecafluorohexyl) difluorophosphorane.
  • Non-metal oxides are known oxides of carbon, nitrogen, phosphorus or sulfur, but also selenium,
  • Semi-metal oxides are oxides of boron, silicon, arsenic or tellurium.
  • Non-metal or semi-metal oxides as described above can be used in equimolar amount or in large excess.
  • Preferred non-metal oxides used in the context of the invention are SO 2 , POCl 3 , P 4 O 10, CO 2 , SeO 2 , in particular SO 2 , CO 2 and SeO 2 .
  • a preferably used semi-metal oxide in the sense of the invention is S> 0 2 .
  • Oxygen radicals in the context of the invention are triphenylphosphine oxide
  • an embodiment of the invention is preferred in which non-metal oxides and semimetal oxides are used, in particular the compounds mentioned as being preferred.
  • An object of the invention is therefore a method as described above, characterized in that
  • Non-metal oxides and semi-metal oxides are used. Especially Preferred to use are silica, selenium dioxide or
  • reaction times can be significantly reduced if small amounts of water are added. It can be water in one
  • 0.1 to 0.5 equivalents of water are added.
  • a portion of the product reacts further to the corresponding bis (perfluoroalkyl) phosphinic acids of the formula (II) and a portion of the educt to tris (perfluoroalkyl) trifluorophosphate.
  • Bis (perfluoroalkyl) phosphinic acids can be separated by distillation of tris (perfluoroalkyl) phosphine oxides.
  • the solids used in the process according to the invention should preferably be used in the ground state, so that the largest possible surface area for the reaction is present. Any type of grinding is possible, for example, the grinding by means of a ball mill.
  • the solids do not require any kind of drying. As a rule, the proportion of water described leads to an acceleration of the reaction.
  • the reaction can basically take place at temperatures between 80 ° C and 200 ° C. If low reaction temperatures are selected, the corresponding reaction time is longer.
  • An object of the invention is therefore also a process as described above, characterized in that the reaction takes place at temperatures between 25 ° C and 200 ° C. Preference is given to working at room temperature, if long
  • reaction times on the order of days are desired.
  • the reaction preferably takes place at reaction temperatures of from 50.degree. C. to 180.degree. C., more preferably at reaction temperatures of from 80.degree. C. to 150.degree.
  • the temperature data of the example part refer here to the reaction temperature of the heating medium used.
  • the reaction may be carried out in a glass apparatus or in a plastic (such as Teflon) or steel apparatus.
  • the reaction in the plastic equipment or in the steel apparatus usually takes longer.
  • solvents which are inert towards the compounds of the formula (I), (II) and (III), for example dialkyl ethers having alkyl groups of 2 to 4 C atoms, for example diethyl ether, diisopropyl ether, Dipropyl ether, methyl butyl ether.
  • the resulting by-products are gaseous and can be easily separated. Reactions in which solids were used, for example, can be easily separated by filtration or decantation or condensed off in vacuo or distilled off.
  • the isolation of the products is not necessary with the gaseous reactants.
  • the by-products are steadily discharged when using a cooling above the boiling point of the by-products.
  • the residue is mainly product.
  • the compounds of formula (I) can also be separated by condensation or distillation of resulting solid by-products.
  • the compounds of the formula (I) prepared by the process according to the invention, as described above, are pure compounds and are ideally suitable for further reaction, in particular for hydrolysis with water for the preparation of bis (perfluoroalkyl) phosphinic acids of the formula (II) and / or perfluoroalkylphosphonic acids.
  • NMR samples are measured either in a 5 mm (0 A ) glass NMR tube or in a 3.7 mm (0 A ) FEP liner at 25 ° C. at
  • 1H NMR spectra are measured in the H / 19 F channel at 400.17 MHz. 13 C, 19 F and 31 P NMR spectra were measured in the broadband channel at 100.62, 376.54 and 161.99 MHz.
  • the 1 H NMR chemical shifts are based on tetramethylsilane (TMS) and give the solvents CDCI 3 (7.24 ppm) and CD 3 CN (1.95 ppm) the chemical shifts in brackets.
  • the 13 C chemical shifts are also related to TMS, giving the chemical shifts in brackets for the solvents CDCI 3 (77.2 ppm) and CD 3 CN (18.7 ppm).
  • the 19 F chemical shifts are based on CFCl 3 and give the chemical names given in parentheses for the internal standards C 6 F 6 (-162.9 ppm) or C 6 H 5 CF 3 (-63.9 ppm)
  • Tris (pentafluoroethyl) difluorophosphorane and tris (nonafluorobutyl) difluorophosphorane are prepared as described in WO 00/21969.
  • Product mixture can be obtained by distillation at atmospheric pressure or
  • Condensation can be separated in vacuo.
  • the product mixture can by distillation at atmospheric pressure or
  • Condensation can be separated in vacuo.
  • (C 4 F g ) 3 PF2 can be carried out by condensation in vacuo (10 -3 mbar) at 70 ° C.
  • the product, (C 4 F 9 ) 3 P 0, is determined by 1 ⁇ F and J1 P NMR spectra
  • Young's trap is liquid SO2 (about 5 mL), which is slowly released into the system.
  • the entire suspension is condensed in vacuo (10 -3 mbar) at 75 ° C.
  • Example 9 Preparation of bis (pentafluoroethyl) phosphinylfluoride, (C2F 5) 2 P (0) F, by reaction of bis (pentafluoroethyl) trifluorphos- phoran with sulfur dioxide
  • the residue contains (C 2 F 5 ) 2 P (0) F, which is detected by NMR spectroscopy.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tris(perfluoralkyl)phosphinoxiden und Bis(perfluoralkyl)phosphinsäuren durch Reaktion von Tris(perfluoralkyl)difluorposphoran oder Bis(perfluoralkyl)trifluorposphoran mit Nichtmetalloxiden, Halbmetalloxiden oder organischen Verbindungen mit basischen Sauerstoffresten.

Description

Verfahren zur Herstellung von Tris(perfluoralkyl)phosphinoxiden und Bis(perfluoralkyl)phosphinsäuren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Tris(perfluoralkyl)phosphinoxiden und Bis(perfluoralkyl)phosphinsäuren durch Reaktion von Tris(perfluoralkyl)difluorposphoran oder
Bis(perfluoralkyl)trifluorposphoran mit Nichtmetalloxiden, Halbmetalloxiden oder organischen Verbindungen mit basischen Sauerstoffresten. Tris(perfluoralkyl)phosphinoxide sind bekannte Ausgangsmaterialien für eine Vielzahl interessanter Verbindungen, beispielsweise für die Synthese von Bis(perfluoralkyl)phosphinsäuren [L. M. Yagupol'skii, V. Y. Semenii et al., J. Gen. Chem. USSR 1984, 54, 692 - 695; V. Y. Semenii, V. A.
Stepanov et al., Zh. Obshch. Khim., 1985, 55, 2716 - 2720; T. Mahmood, J. M. Shreeve, Inorg. Chem., 1986, 25, 3128 - 3131 ; T. Mahmood, J-M. Bao et al., Inorg. Chem., 1988, 27, 2913 - 2916], Bis(perfluoralkyl)phosphin- säureester [WO 2005/049555 A1], Perfluoralkylboraten oder perfluorierten Alkoholen, wie z.B. (C6H5)2C(OH)C2F5 [WO 2003/087020 A1]. R.C. Paul, J. Chem. Soc, 1955, 574-575 beschreibt beispielsweise die Synthese von Tris(trifluormethyl)phosphinoxid durch Erhitzen von
Tris(trifluormethyl)dichlorphosphoran [(CF3)3PCl2] mit einem Überschuss von wasserfreier Oxalsäure. Der Nachteil dieser Synthese ist der relativ schwere Zugang zu Tris(trifluormethyl)dichlorphosphoran.
V. Ya. Semenii et al, Zh. Obshch. Khim, 55, 12, 1985, 2716-2720
beschreibt die Synthese von Tris(perfluoralkyl)phosphinoxiden durch Umsetzung von Difluortris(perfluoralkyl)phosphoranen mit
Hexamethyldisiloxan ([(CHß SikO). Der Nachteil dieser Synthese ist das teure Ausgangsmaterial Hexamethyldisiloxan und die Entstehung des hochentzündlichen Nebenprodukts Trimethylsilylfluorid in doppelt molarer Menge. Bei der Synthese von Tris(pentafluorethyl)phosphinoxid kommt erschwerend hinzu, dass dieses Produkt einen Siedepunkt von 101°C hat und das Ausgangsmaterial Hexamethyldisiloxan einen Siedepunkt von 99- 100°C hat. Die destillative Abtrennung auch von geringen Mengen an Ausgangsmaterial ist daher erschwert.
WO 2011/110281 beschreibt die Darstellung von Tris(perfluoralkyl) - phosphinoxiden durch Reaktion von Tris(perfluoralkyl)difluorphosphoranen mit Erdalkalimetalloxiden, Erdalkalimetallcarbonaten, Zinkoxid, Kupfer(l)- oxid, Kupfer(ll)-oxid, Silberoxid, Quecksilber(ll)-oxid, Cadmiumoxid oder Cadmiumcarbonat. Ein Nachteil dieser Synthese ist die Bildung von
Erdalkalimetall- bzw. Kupferfluorid, die sehr fein verteilt vorliegen, so dass eine Abtrennung durch Filtration erschwert ist. Da alle Reaktionen mit Ausnahme von Quecksilber(ll)-oxid feste Fluoride als Nebenverbindung liefern und diese zum Teil relativ hart sind (z.B. MgF2 mit der Mohs Härte 6), ist eine Verwendung von teflonverkleideten Reaktoren ebenfalls problematisch.
Es ist daher wünschenswert eine wirtschaftlich und großtechnisch umsetzbare Synthese der beschriebenen Phosphinoxide zur Verfügung zu haben, damit diese interessante Klasse der Ausgangsmaterialien oder Perfluoralkylierungsmittel in großen Mengen hergestellt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist daher ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Tris(perfluoralkyl)phosphinoxiden zu entwickeln, das den
Anforderungen einer großtechnischen wirtschaftlichen Synthese gerecht wird und das die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den
Merkmalen der Ansprüche 1-13 gelöst.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die als Ausgangsstoffe bekannten Tris(perfluoralkyl)difluorphosphorane bzw. Bis(perfluoralkyl)trifluorphosphorane in der Lage sind, mit Nichtmetalloxiden wie S02, POCI3, P4Oio, C02, Se02, Halbmetalloxiden wie Si02 (Sand oder Kieselgel als Quelle für Si02) oder organischen Verbindungen mit basischen Sauerstoffresten wie Triphenylphoshinoxid (Ph3PO),
Tetramethylharnstoff, Ethylencarbonat oder Dimethylcarbonat zu reagieren und die gewünschten Phosphinoxide zu erzielen.
Als Nebenprodukte entstehen leicht abtrennbare meist gasförmige
Verbindungen. Manche dieser Nebenprodukte sind interessante
Verbindungen für weitere Anwendungen und können gegebenenfalls vermarktet werden, insbesondere Phosphinsäuren.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von a) Verbindungen der Formel (I)
(CxF2x+1)nP(0)(F)3.n (I),
wobei x 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 ist und n = 2 oder 3 ist, oder b) von Verbindungen der Formel (I) und Verbindungen der Formel (II)
(CxF2x+1)2P(O)(OH) (II)
wobei x 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1 oder 12 ist,
durch Reaktion von Verbindungen der Formel (III)
(CxF2x+i)nP(F)5-n (IN),
wobei x und n eine der zuvor angegebenen Bedeutungen haben, mit Nichtmetalloxiden, Halbmetalloxiden oder organischen Verbindungen mit basischen Sauerstoffresten, wobei die Reaktion nach b) in Gegenwart von Wasser erfolgt.
Bevorzugt werden Verbindungen der Formel (I) erfindungsgemäß hergestellt, in denen x 2, 3, 4, 5 oder 6 entspricht. Demzufolge sind
Ausgangsmaterialien der Formel (III) bevorzugt, wobei x 2, 3, 4, 5 oder 6 bedeutet. Ein Gegenstand der Erfindung ist daher auch das Verfahren, wie zuvor beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungen der Formel (III) eingesetzt werden, wobei x 2, 3, 4, 5 oder 6 bedeutet. Besonders bevorzugt werden Verbindungen der Formel (I)
erfindungsgemäß hergestellt, wobei x 2, 4 oder 6 bedeutet,
Besonders bevorzugt werden Verbindungen der Formel (I)
erfindungsgemäß hergestellt, wobei n gleich 3 ist. Ganz besonders bevorzugt werden Tris(pentafluorethyl)phosphinoxid oder
Tris(nonafluorbutyl)phosphinoxid hergestellt.
Die Verbindungen der Formel (III) sind kommerziell erhältlich oder können nach bekannten Verfahren hergestellt werden, die dem Fachmann geläufig sind.
Die Herstellung der Verbindungen der Formel (III) können beispielsweise durch elektrochemische Fluorierung geeigneter Ausgangsverbindungen hergestellt werden, wie in V. Ya. Semenii et al, Zh. Obshch. Khim., 55, 12, 1985, 2716-2720, N. Ignatiev et al, J. of Fluorine Chem., 103, 2000, 57-61 sowie der WO 00/21969 beschrieben. Die entsprechenden Beschreibungen werden hiermit als Referenz eingeführt und gelten als Teil der Offenbarung.
Perfluoralkyifluorphosphorane können beispielsweise auch ausgehend von elementarem Phosphor und Perfluoralkyliodiden hergestellt werden, basierend auf der Beschreibung von F.W. Bennett et al, J. Chem. Soc, 1953, 1565-1571 und M. Görg et al, J. Fluorine Chem., 1996, 79, 103-104.
Bevorzugte Verbindungen der Formel (III) werden ausgewählt aus
Tris(pentafluorethyl)difluorphosphoran,
Tris(heptafluorpropyl)difluorphosphoran,
Tris(nonafluorbutyl)difluorphosphoran, Tris(undecafluorpentyl)difluorphosphoran,
Tris(tridecafluorhexyl)difluorphosphoran.
Bis(heptafluorpropyl)trifluorphosphoran,
Bis(nonafluorbutyl)trifluorphosphoran,
Bis(tridecafluorhexyl)trifluorphosphoran.
Prinzipiell können alle Nichtmetalloxide, Halbmetalloxide oder organische Verbindungen mit basischen Sauerstoffresten in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Nichtmetalloxide sind bekanntlich Oxide von Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor oder Schwefel aber auch Selen,
Halbmetalloxiden sind Oxide von Bor, Silizium, Arsen oder Tellur.
Wirtschaftlich interessante Nichtmetalloxofluoride sind COF2, P(O)F3, S(O)F2 Die genannten organischen Oxoverbindungen, sowie die
Nichtmetall- oder Halbmetalloxide, wie zuvor beschrieben, können in equimolarer Menge oder großem Überschuss verwendet werden.
Bevorzugt verwendete Nichtmetalloxiden im Sinne der Erfindung sind SO2, POCI3, P4O10, CO2, SeO2, insbesondere sind SO2, CO2 und SeO2. Ein bevorzugt verwendetes Halbmetalloxid im Sinne der Erfindung ist S>02.
Bevorzugt verwendete organische Verbindungen mit basischen
Sauerstoffresten im Sinne der Erfindung sind Triphenylphoshinoxid
(Ph3PO), Ethylencarbonat oder Dimethylcarbonat, insbesondere
Ethylencarbonat.
Für die Synthese der Verbindungen der Formel (I), wie zuvor beschrieben, ist eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei der Nichtmetalloxide und Halbmetalloxide eingesetzt werden, insbesondere die als bevorzugt genannten Verbindungen. Ein Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren, wie zuvor beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass
Nichtmetalloxide und Halbmetalloxide verwendet werden. Besonders bevorzugt zu verwenden sind Siliziumdioxid, Selendioxid oder
Schwefeldioxid.
Die Reaktionszeiten können deutlich reduziert werden, wenn geringe Mengen Wasser zugegeben werden. Dabei kann Wasser in einem
Stoffmengenanteil von 0.01 bis 0.8 Äquivalenten zugegeben werden.
Bevorzugt werden 0.1 bis 0.5 Äquivalente Wasser zugegeben. Durch die Zugabe größerer Mengen Wasser, bevorzugt 0.5 bis 1.0 Äquivalente Wasser, reagiert ein Teil des Produktes weiter zu den entsprechenden Bis(perfluoralkyl)phosphinsäuren der Formel (II) und ein Teil des Eduktes zu Tris(perfluoralkyl)trifluorphosphat. Bis(perfluoralkyl)phosphinsäuren können durch Destillation von Tris(perfluoralkyl)phosphinoxiden getrennt werden. Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Feststoffe sollten vorzugsweise in vermahlenem Zustand eingesetzt werden, damit eine möglichst große Oberfläche zur Reaktion vorhanden ist. Jede Art der Vermahlung ist möglich, beispielsweise die Vermahlung mittels einer Kugelmühle.
Die Feststoffe benötigen keine Art der Trocknung. In der Regel führt der beschriebene Anteil von Wasser zu einer Beschleunigung der Reaktion.
Die Reaktion kann grundsätzlich bei Temperaturen zwischen 80°C und 200°C stattfinden. Werden niedrige Reaktionstemperaturen gewählt, so ist die entsprechende Reaktionszeit länger. Ein Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren, wie zuvor beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion bei Temperaturen zwischen 25°C und 200°C stattfindet. Bevorzugt wird bei Raumtemperatur gearbeitet, wenn lange
Reaktionszeiten in der Größenordnung von Tagen gewünscht sind. Bevorzugt erfolgt die Umsetzung bei Reaktionstemperaturen von 50°C bis 180°C, besonders bevorzugt bei Reaktionstemperaturen von 80°C bis 150°C. Die Temperaturangaben des Beispielteils beziehen sich hierbei auf die Reaktionstemperatur des verwendeten Heizmediums.
Die Reaktion kann in einer Glasapparatur oder in einer Apparatur aus Kunststoff (wie z.B. Teflon) oder Stahl durchgeführt werden.
Die Reaktion in der Kunststoffapparatur oder in der Stahlapparatur dauert in der Regel länger.
Bevorzugt wird ohne Lösungsmittel gearbeitet. Es ist jedoch auch möglich, in Gegenwart von Lösungsmitteln zu arbeiten, die inert gegenüber den Verbindungen der Formel (I), (II) und (III) sind, beispielsweise Dialkylether mit Alkylgruppen von 2 bis 4 C-Atomen, beispielsweise Diethylether, Diisopropylether, Dipropylether, Methylbutylether.
Die entstehenden Nebenprodukte sind gasförmig und können leicht abgetrennt werden. Reaktionen, in denen Feststoffe zum Einsatz kamen, können beispielsweise einfach durch Filtration oder Dekantation abgetrennt werden oder im Vakuum abkondensiert oder abdestilliert werden.
Die Isolierung der Produkte ist bei den gasförmigen Reaktanden nicht nötig. Die Nebenprodukte werden bei Verwendung einer Kühlung oberhalb des Siedepunktes der Nebenprodukte stetig ausgetragen. Der Rückstand ist hauptsächlich Produkt.
Die Verbindungen der Formel (I) können jedoch auch durch Kondensation oder Destillation von entstehenden festen Nebenprodukten abgetrennt werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbindungen der Formel (I), wie zuvor beschrieben, sind reine Verbindungen und eignen sich in idealer Weiser zur weiteren Umsetzung, insbesondere zur Hydrolyse mit Wasser zur Herstellung von Bis(perfluoralkyl)phosphinsäuren der Formel (II) und/oder Perfluoroalkylphosphonsäuren.
Auch ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, dass ein Fachmann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. Die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibende, keineswegs als in irgendeiner Weise limitierende
Offenbarung aufzufassen. Beispiele:
NMR Spektroskopie
NMR Proben werden entweder in einem 5 mm (0A) Glas-NMR-Röhrchen oder in einem 3,7 mm (0A) FEP Inliner bei 25 °C gemessen. Bei
Messungen in FEP wird der Inliner in ein 5 mm (0A) Glas-NMR-Röhrchen eingebracht. Das Lockmittel (CD3CN) befindet sich im Glas-NMR Röhrchen also zwischen Glas und FEP Inliner. Die Messungen erfolgen auf einem 400 MHz Bruker Avance III Spektrometer mit einem 9.3980 T
Kryomagneten und einem 5 mm-BBFO Probenkopf.
1H NMR Spektren werden im H/19F Kanal bei 400.17 MHz gemessen. 13C, 19F und 31 P NMR Spektren wurden m Breitbandkanal bei 100.62, 376.54 und 161.99 MHz gemessen. Die 1H NMR chemischen Verschiebungen werden auf Tetramethylsilan (TMS) bezogen und ergeben für die Lösemittel CDCI3 (7.24 ppm) und CD3CN (1.95 ppm) die in Klammern angegebenen chemischen Verschiebungen. Die 13C chemischen Verschiebungen werden ebenfalls auf TMS bezogen und ergeben für die Lösemittel CDCI3 (77.2 ppm) und CD3CN ( 18.7 ppm) die in Klammern angegebenen chemischen Verschiebungen. Die 19F chemischen Verschiebungen werden auf CFCI3 bezogen und ergeben für die internen Standards C6F6 (-162.9 ppm) oder C6H5CF3 (-63.9 ppm) die in Klammern angegebenen chemischen
Verschiebungen. Die 31 P chemischen Verschiebungen werden auf H3PO4 (85%) bezogen. Verwendete Chemikalien:
Tris(pentafluoroethyl)difluorophosphoran und Tris(nonafluorobutyl)- difluorophosphoran werden hergestellt wie in WO 00/21969 beschrieben.
Beispiel 1 : Darstellung von Tris(pentafluorethyl)phosphinoxid,
(C2F5)3P=0, durch Reaktion von Tris(pentafluorethyl)difluorphos- phoran mit Kohlenstoffdioxid
Figure imgf000010_0001
In einem 100-mL Glasrundkolben werden 12.01 g (28.0 mmol)
Tris(pentafluorethyl)phosphoran, (C2F5)3 F2, vorgelegt und erwärmt (120 °C Ölbadtemperatur). Dem Kolben nachgeschaltet ist ein gekühlter (-30 °C bis -35 °C) Intensiv-Rückflusskühler. Über ein zwischengeschaltetes IT- Stück wird ein 250-mL Glasrundkolben mit Trockeneis so angeschlossen, dass gasförmiges CO2 durch die Phosphoranflüssigkeit getrieben wird. Die Flüssigkeit wird 6 h bei 20 °C gerührt. In dieser Zeit werden insgesamt ca. 400 g (9 mol) CO2 durch die heiße Flüssigkeit geblubbert. Nach 6 h wird die Kühlertemperatur bis -5 °C erwärmt. Die zurückgebliebene klare und farblose Flüssigkeit (4.53 g) besteht aus (C2F5)3PF2 (49 %), (C2F5)3P=O (49 %)und (C2F5)2P(O)OH (2 %). Tris(pentafluorethyl)phosphinoxid,
Figure imgf000010_0002
wird destillativ aus dem Reaktionsgemisch isoliert.
Das Produkt, (C2F5)3P=O, wird mittels 19F und 31 P NMR-Spektren charakterisiert.
(in CD3CN, δ in ppm)
19F NMR: -82.1 s (9F), -119.6 d (6F), 2JF,p = 84 Hz
31P MR: 18.5 sep (1 P), 2JF p = 84 Hz Beispiel 2: Darstellung von Tris(pentafluorethyl)phosphinoxid,
(C2F5)3P=0, durch Reaktion von
Tris(pentafluorethyl)difluorphosphoran mit Siliziumdioxid (Sand)
Figure imgf000011_0001
In einem 100-mL Glasrundkolben werden 18.21 g (42.7 mmol)
Tris(pentafluorethyl)phosphoran, (C2 5)3PF2, f™* 3-03 9 (50.3 mmol) Löschsand als Si02-Quelle versetzt und erwärmt (120 °C
Ölbadtemperatur). Dem Kolben nachgeschaltet ist ein Intensiv- Rückflusskühler. Die Suspension wird 6 h bei 120 °C gerührt. Es kann ein Umsatz zu (C2F5)3P=0 von 8 % detektiert werden. Die gesamte
Suspension wird für weitere 47 d bei Raumtemperatur stehen lassen, woraufhin der Umsatz zu (C2F5)3P=0 bis 68 % ansteigt. Das
Produktgemisch kann durch Destillation bei Normaldruck oder
Kondensation im Vakuum getrennt werden.
Das Produkt,
Figure imgf000011_0002
wird mittels 19F und 3 P NMR-Spektren charakterisiert und liefert vergleichbare Werte zu Beispiel 1.
Beispiel 3: Darstellung von Tris(pentafluorethyl)phosphinoxid, (C2F5)3P=0, durch Reaktion von Tris(pentafluorethyl)difluorphos- phoran mit Siliziumdioxid in Anwesenheit von Wasser
Figure imgf000011_0003
In einem 100-mL Glasrundkolben werden 12.0 g (28.0 mmol)
Tris(pentafluorethyl)phosphoran, (C2F5)3PF2, mit 0.30 g (16.7 mmol) Wasser und 3.19 g (53.1 mmol) Löschsand als Si02-Quelle versetzt und erwärmt (120 °C Ölbadtemperatur). Dem Kolben nachgeschaltet ist ein Intensiv-Rückflusskühler. Die Suspension wird 4 h bei 120 °C gerührt. Es kann vollständiger Verbrauch von (C2F5)3PF2 und Bildung von (C2F5)3P=0 (72.0 %) und (C2F5)2p(0)OH (28.0 %) detektiert werden. Die gesamte
Suspension wird im Vakuum (10-3 mbar) bei Raumtemperatur kondensiert. Es kann klares und farbloses (C2F5)3P=0 (6.27 g; 15.5 mmol; 55 %) in 99 %iger Reinheit isoliert werden. Aus dem festen Rückstand kann durch Extraktion weiteres (C2F5)3P=0 isoliert werden.
Das Produkt,
Figure imgf000012_0001
wird mittels 19F und 3 P NMR-Spektren
charakterisiert und liefert vergleichbare Werte zu Beispiel 1.
Beispiel 4: Darstellung von Tris(pentafluorethyl)phosphinoxid,
(C2FS)3P=0, durch Reaktion von Tris(pentafluorethyl)difluorphos- phoran mit Schwefeldioxid
Figure imgf000012_0002
In einem 100-mL Glasrundkolben werden 14.45 g (33.9 mmol)
Tris(pentafluorethyl)phosphoran, (C2F5)3PF2, vorgelegt. Dem Kolben nachgeschaltet ist ein gekühlter (-80 °C) Kondensationskühler. Über ein zwischengeschaltetes T-Stück mit angeschlossener Young Falle ist flüssiges S02 (ca. 5 ml_), das langsam in das System entlassen wird. Die Emulsion wird 3 h bei ~0°C gerührt bevor der Intensivkühler langsam bis Raumtemperatur erwärmt wird, um überschüssiges SO2 zu entgasen. Nach dieser Zeit kann (C2F5)3PF2 (99 %)und (C-2F5)3P=0 (1 %) detektiert werden. Am nächsten Tag wird in dieselbe Apparatur erneut S02 einkondensiert und erneut 5 h bei 80 °C gerührt. Nach dieser Zeit kann (C2F5)3PF2 (37 %) und (C2F5)3P=0 (63 %) detektiert werden. Wieder am nächsten Tag wird in dieselbe Apparatur erneut SO2 einkondensiert und erneut 8 h bei 80 °C gerührt. Nach dieser Zeit kann (C2F5)3PF2 (18 %) und (C2F5)3P=O (82 %) detektiert werden.
Das Produktgemisch kann durch Destillation bei Normaldruck oder
Kondensation im Vakuum getrennt werden.
Das Produkt, (C2F5)3P=0, wird mittels 19F und 31 P NMR-Spektren charakterisiert und liefert vergleichbare Werte zu Beispiel 1.
Beispiel 5: Darstellung von Tris(nonafluorbutyl)phosphinoxid,
0 (C4F9)3P=0, durch Reaktion von Tris(nonafluorbutyl)difluorphos- phoran mit Schwefeldioxid
Figure imgf000013_0001
In einem 00-mL Glasrundkolben werden 15.21 g (20.9 mmol)
Tris(nonafluorbutyl)phosphoran, (C4F9)3PF2, vorgelegt und erwärmt (80 °C Ölbadtemperatur). Dem Kolben nachgeschaltet ist ein gekühlter (-30 °C bis -35 °C) Intensiv-Rückflusskühler. Über ein zwischengeschaltetes T-Stück mit angeschlossener Young Falle ist flüssiges S02 (ca. 5 mL), das langsam in das System entlassen wird. Die Emulsion wird 24 h bei 80°C gerührt bevor der Intensivkühler bis 0 °C erwärmt wird, um überschüssiges S02 zu entgasen. Nach dieser Zeit kann ein Umsatz zu
Figure imgf000013_0002
von 12 % detektiert werden. Es wird erneut S02 (ca. 5 mL) einkondensiert und erneut 14 h bei 120 °C gerührt. Nach dieser Zeit kann ein Umsatz zu (C4F9)3P=0 von 70 % detektiert werden. Eine Trennung von (C4F9)3P=0 und
(C4Fg)3PF2 kann durch Kondensation im Vakuum (10~3 mbar) bei 70 °C erfolgen. Das Produkt, (C4F9)3P=0, wird mittels 1ÖF und J1P NMR-Spektren
charakterisiert.
(in CD3CN, δ in ppm):
9F NMR: -84.0 t (9F), 3JF,F = 9 Hz, -1 14.3 d (6F), 2JF,P = 86 Hz, -120
(6F), -125.8 s (6F)
31 P NMR: 22.7 sep, 2JF,P = 86 Hz
Beispiel 6: Darstellung von Tris(nonafluorbutyl)phosphinoxid,
(C4F9)3P=0, durch Reaktion von Tris(nonafluorbutyl)difluorphos- phoran mit Schwefeldioxid in Anwesenheit von Wasser
Figure imgf000014_0001
In einem 100-mL Glasrundkolben werden 14.04 g (19.3 mmol)
Tris(nonafluorbutyl)phosphoran, (C4F9)3PF2, mit 0.28 g (15.5 mmol) Wasser versetzt und erwärmt (120 °C Ölbadtemperatur). Dem Kolben
nachgeschaltet ist ein gekühlter (-30 °C bis -35 °C) Intensiv- Rückflusskühler. Über ein zwischengeschaltetes T-Stück mit
angeschlossener Young Falle ist flüssiges SO2 (ca. 5 mL), das langsam in das System entlassen wird. Die Emulsion wird 7.5 h bei 120 °C gerührt bevor der Intensivkühler bis -5 °C erwärmt wird, um überschüssiges SO2 zu entgasen. Es kann fast vollständiger Verbrauch (98.4 %) von (C4F9)3PF2 und Bildung von (C4F9)3P=0 (78.0 %), (C4F9)2P(0)OH (14.0 %) detektiert werden. Die gesamte Suspension wird im Vakuum (10~3 mbar) bei 75 °C kondensiert. Es kann klares und farbloses (C4F9)3P=0 (8.81 g; 12.5 mmol; 79 %) in 92 %iger Reinheit isoliert werden. Aus dem festen Rückstand kann im Vakuum (10~3 mbar) durch Sublimation bei 75 °C reines, kristallines, klares und farbloses (C4F9)2P(0)OH isoliert werden.
Sowohl (C F9)3P=0 also auch (C4F9)2P(0)OH werden mittels 19F und 31 P NMR-Spektren charakterisiert. Die 19F und 31P NMR-Spektren für
(C4F9)3P=0 liefern vergleichbare Werte zu Beispiel 5. NMR-Spektren für (C4F9)2P(0)OH (in CD3CN, δ in ppm)
19F NMR: '81.8 t (6F), 3JF,F = 9 Hz, -121.4 s (4F), -122.4 ci (4F), 2JF,P = 79 Hz, -126.6 s (4F)
3 P NMR: 4.7 sep, 2JF,P = 79 Hz
Beispiel 7: Darstellung von Tris(pentafluorethyl)phosphinoxid,
(C2F5)3P=0, durch Reaktion von
Tris(pentafluorethyl)difluorphosphoran mit Selendioxid
Figure imgf000015_0001
In einem 100-mL Glasrundkolben werden 6.50 g ( 5.3 mmol)
Tris(pentafluorethyl)phosphoran, (C2F5)3PF2, mit 1.43 g (12.9 mmol) Selendioxid, Se02, versetzt und erwärmt (110 °C Ölbadtemperatur). Dem Kolben nachgeschaltet ist ein Intensiv-Rückflusskühler. Die Suspension wird 2 h bei 110 °C gerührt. Es kann vollständiger Verbrauch von
(C2F5)3PF2 und Bildung von (C2F5)3P=0 (94 %) detektiert werden. Durch einfaches Dekantieren kann 4.642 g (11.5 mmol) (C2F5)3P=0 (Ausbeute 89 %) mit einer Reinheit von 94 % isoliert werden.
Das Produkt, (C2F5)3P=0, wird mittels 19F und 31 P NMR-Spektren charakterisiert und liefert vergleichbare Werte zu Beispiel 1.
Beispiel 8: Darstellung von Tris(nonafluorbutyl)phosphinoxid,
(C F9)3P=0, durch Reaktion von
Tris(nonafluorbutyl)difluorphosphoran mit Selendioxid
Figure imgf000016_0001
In einem 100-mL Glasrundkolben werden 12.445 g (17.1 mmol)
Tris(nonafluorbutyl)phosphoran, (C4F9)3PF2, mit 2.14 g (19.3 mmol)
Selendioxid, Se02, versetzt und erwärmt (120 °C Ölbadtemperatur). Dem Kolben nachgeschaltet ist ein Intensiv-Rückflusskühler. Die Suspension wird 3 h bei 120 °C gerührt. Nach dieser Zeit kann kein Massenverlust aber vollständiger Verbrauch von (C4Fc,)3PF2 und Bildung von (C4Fg)3P=0 detektiert werden. Die gesamte Suspension wird im Vakuum (10~3 mbar) bei 80 °C kondensiert. Es kann klares und farbloses (C4F9)3P=0 (7.426 g; 10.5 mmol; 62 %) in 87 %iger Reinheit isoliert werden.
Das Produkt, (C4F9)3P=0, wird mittels 19F und 31P NMR-Spektren charakterisiert und liefert vergleichbare Werte zu Beispiel 5.
Beispiel 9: Darstellung von Bis(pentafluorethyl)phosphinylfluoride, (C2F5)2P(0)F, durch Reaktion von Bis(pentafluorethyl)trifluorphos- phoran mit Schwefeldioxid
Figure imgf000016_0002
In einem 100-mL Glasrundkolben mit Tropftrichter und
Kondensationskühler (-80 °C) werden 4.46 g (13.7 mmol)
Bis(pentafluorethy))trifluorphosphoran, (C2F5)2PF3, vorgelegt und auf 0° C gekühlt. Zu dieser klaren und farblosen Flüssigkeit wird S02 (ca. 3 mL) zukondensiert. Die Emulsion wird bis 25° C erwärmt und 2 h bei 25°C und 2 h bei 60° C (Bad Temperatur) gerührt. Anschließend wird der Kondensationskühler langsam bis Raumtemperatur erwärmt, um
überschüssiges S02 zu entgasen. Der Rückstand enthält (C2F5)2P(0)F, der NMR-spektroskopisch nachgewiesen wird.
Bis(pentafluorethyl)phosphinylfluoride, (C2F5)2P(0)F, wird destillativ aus dem Reaktionsgemisch isoliert.
Das Produkt, (C2F5)2P(0)F, wird mittels 19F und 31 P NMR-Spektren charakterisiert (in CD3CN, δ in ppm):
19F NMR: -81.6 d, m (1 F), VP,F = 1204 Hz, -80.7 m (6F), -123.2 m (4F) 31P NMR: 22.7 d, t, t, 1JF,P = 1204 Hz, 2JF>P = 107 Hz, 2JF,p = 95 Hz

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel (I)
(CxF2x+i)nP(0)(F)3-n (I)
oder von Verbindungen der Formel (I) und Verbindungen der Formel (II)
(CxF2x+1)nP(0)(OH)3.n (II)
wobei in den Formeln (I) und (II) x 1,
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 ist und n = 2 oder 3 ist,
umfassend zumindest die Reaktion von Verbindungen der Formel (III)
(CxF2x+1)nP(F)5-n (III),
wobei x und n eine der zuvor angegebenen Bedeutungen haben, mit Nichtmetalloxiden, Halbmetalloxiden oder organischen
Verbindungen mit basischen Sauerstoffresten, wobei die Reaktion gegebenenfalls in Gegenwart von Wasser erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
Verbindungen der Formel (III) eingesetzt werden, wobei x 2,
3, 4, 5 oder 6 bedeutet.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungen der Formel (II) ausgewählt werden aus Tris(pentafluorethyl)difluorphosphoran, Tris(heptafluorpropyl)difluor- phosphoran, Tris(nonafluorbutyl)difluorphosphoran, Tris(undecafluor- pentyl)difluorphosphoran, Tris(tridecafluorhexyl)difluorphosphoran, Bis(heptafluorpropyl)trifluorphosphoran, Bis(nonafluorbutyl)trifluorphos- phoran und Bis(tridecafluorhexyl)trifluorphosphoran.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Nichtmetalloxide oder Halbmetalloxide verwendet werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass SO2, POCI3, P4O10, C02 oder Se02 verwendet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass SO2, CO2 oder Se02 verwendet wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Si02 verwendet wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Triphenylphoshinoxid (Ph3PO),
Tetramethylharnstoff, Ethylencarbonat oder Dimethylcarbonat verwendet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass n gleich 3 ist.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Gegenwart von Wasser durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Gegenwart von organischen Lösemitteln durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion bei Temperaturen zwischen 25°C und 200°C stattfindet.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion bei Raumtemperatur stattfindet.
14. Verwendung der nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 hergestellten Verbindungen der Formel (I) zur Herstellung von Bis(perfluora)kyl)phosphinsäuren.
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