專利名稱：亞磷酸二烷基酯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從在分子中含1-6個(gè)P-O-P鍵的P-O組分開始制備亞磷酸二烷基酯的方法，包含下列步驟以特別限定的酯化醇R’ OH和P-O組分的摩爾比，使P-O組分與醇 R' OH和CV6的羧酸的酯反應(yīng)，以使酯化烷基包含5-20個(gè)碳原子。使該混合物反應(yīng)，由此同時(shí)蒸餾出形成的羧酸。該方法實(shí)際上將P-O反應(yīng)物很好的轉(zhuǎn)化為亞磷酸二烷基酯，其具有極低水平的不需要的副產(chǎn)物和高選擇性。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，P-O反應(yīng)物可由液態(tài)P4O6 表不。
背景技術(shù)：
亞磷酸二烷基酯已經(jīng)為人所知很長(zhǎng)時(shí)間，并且相應(yīng)地已證實(shí)其中它們作為用于合成所需化合物的中間體的重要性。已經(jīng)研究了用于合成亞磷酸二烷基酯的大批方法。CN 101250199涉及從PCl3和異丙醇制備亞磷酸二異丙酯的方法。DE 4121696描述了用于制備亞磷酸二烷基酯的方法。對(duì)苯中的含乙酸酐和甲醇的亞磷酸甲酯和亞磷酸二甲酯的混合物處理產(chǎn)生含高水平亞磷酸二甲酯的產(chǎn)物。一些出版物HU 207334.HU 199149和HU 196817 公開了從PCl3開始制備亞磷酸二烷基酯的方法。DD 108755描述了 P4O6蒸汽和甲醇蒸汽反應(yīng)來產(chǎn)生液態(tài)單酯和氣態(tài)二酯的混合物。US 4，342，709描述了通過使過量的亞磷酸三乙酯與亞磷酸反應(yīng)制備亞磷酸二乙酯的方法。通常以超過化學(xué)計(jì)量需求的7-10 %的過量添加三乙基反應(yīng)物。該方法從嚴(yán)格地?zé)o水的亞磷酸開始。為了避免與吸水作用相關(guān)的負(fù)面影響，在惰性氣體吹掃下添加亞磷酸。DD 128755描述了在惰性溶劑存在下從三氯化磷和脂肪醇開始制備亞磷酸二烷基酯的連續(xù)方法。DOS 1 668 031涉及從具有至少5個(gè)碳原子的伯或仲線性或支化醇與至少45 % 過量的亞磷酸開始制備高產(chǎn)率和高純度的亞磷酸二烷基酯。DD 116457涉及制備亞磷酸單烷基酯和亞磷酸二烷基酯的連續(xù)方法通過使醇和亞磷酸烷基酯的混合物或亞磷酸單烷基酯和亞磷酸二烷基酯的混合物反應(yīng)，向混合物添加含元素磷的工業(yè)級(jí)P(III)-氧化物，同時(shí)吹掃工業(yè)氮?dú)?，然后蒸餾分離形成的亞磷酸單烷基酯和亞磷酸二烷基酯。DD 108755公開了通過使P4O6與氣相醇反應(yīng)高產(chǎn)率地連續(xù)制備亞磷酸單烷基酯和亞磷酸二烷基酯混合物的方法。DD 222596涉及從亞磷酸單烷基酯和二酯亞磷酸酯的混合物開始制備純的亞磷酸的烷基或芳基二酯的方法。將該混合物溶于惰性有機(jī)溶劑并將氨氣弓I導(dǎo)通過混合物使單酯類沉淀。US 5，344，951描述了制備亞磷酸二酯的方法，其中亞磷酸溶液與過量的一元醇反應(yīng)，由此產(chǎn)生亞磷酸二烴基酯。WO 2004/024742涉及共同制備亞磷酸二乙酯和乙基氯的方法，其中在選自亞磷酸三乙酯、亞磷酸二乙酯和/或乙基氯的添加劑存在下使乙醇和三氯化磷反應(yīng)。一般而言，由于在該方法中存在醇和HC1，類似的亞磷酸二烷基酯的制備產(chǎn)生包括烷基氯、烯烴和醚的副產(chǎn)物?，F(xiàn)有技術(shù)明確地表明亞磷酸二烷基酯制備技術(shù)，雖然得到大量的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的進(jìn)步，實(shí)質(zhì)上已經(jīng)停滯了很長(zhǎng)時(shí)間，至少?zèng)]有提供任何有意義的改進(jìn)的可行的解決方案?，F(xiàn)有技術(shù)常常是繁重的、費(fèi)時(shí)的、不經(jīng)濟(jì)的以及不適應(yīng)實(shí)際和可預(yù)見的商業(yè)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種制備亞磷酸二烷基酯的顯著改進(jìn)的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供從除亞磷酸單烷基酯和亞磷酸二烷基酯的混合物以外的廣泛地反應(yīng)物例如純的亞磷酸單烷基酯制備亞磷酸二烷基酯的方法。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供從液態(tài) P4O6開始到亞磷酸二烷基酯的一步制備。在此的又一個(gè)目的預(yù)期與普遍的需求匹配的改進(jìn)的純度和選擇性的亞磷酸二烷基酯的制備方法。在此的又一個(gè)目的在于以經(jīng)濟(jì)上有利的條件提供亞磷酸二烷基酯。在此發(fā)明的又一個(gè)目的是制備實(shí)質(zhì)上純的/無氯的亞磷酸二烷基除非另有限定，貫穿該申請(qǐng)使用的術(shù)語“百分比”或“％ “表示“重量百分比”或“wt %”。術(shù)語“ppm”表示“百萬分之一”。術(shù)語“P203”和“P406”可互換地使用。術(shù)語“液態(tài)P4O6" 包含液態(tài)的純凈的P4O6,固態(tài)P4O6和氣態(tài)P4O6,優(yōu)選液態(tài)P406。關(guān)于溫度和壓力的術(shù)語“環(huán)境”表示通常在海平面的主要的陸地條件，例如溫度為約18°C _25°C，并且壓力為990-1050 mmHgo現(xiàn)在上述和其他目的可通過一種制備方法得到滿足，其中包含P-O-P鍵的化合物轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的亞磷酸二烷基酯。更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及從分子中包含1-6個(gè)P-O-P鍵的P-O 組分開始制備亞磷酸二烷基酯的方法，包含以下步驟
a)使摩爾比為至少1 :1-6 :1的P-O組分和R’ OH的混合物與分子式為R-C(O)OR'的酸酯反應(yīng)，其中對(duì)于R’ OH, R'選自支化或線性構(gòu)型的具有5-20個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)；其中對(duì)于R-C (O)OR'，R’具有上述的含義，其中R表示具有1-6個(gè)碳原子的烷基鏈，由此該方法(和 1摩爾所述P-O組分至亞磷酸二烷基酯的化學(xué)計(jì)量的轉(zhuǎn)化)所需要的R-C(O)OR'的最小摩爾數(shù)(在P-O分子中的每個(gè)P原子)“Z”由Z = 2n - m確定，其中m是P-O分子中的P-O-P 鍵數(shù)，η是分子中的P原子數(shù)；將P-O與酸酯同時(shí)或分別添加到R’ 0Η,同時(shí)通過蒸餾出去形成的羧酸，溫度為40°C -180°C、優(yōu)選70°C -150°C、特別是90°C _130°C，反應(yīng)時(shí)間為10分鐘-10小時(shí)、優(yōu)選15分鐘-6小時(shí)。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過將P4O6與酸酯同時(shí)或分別地添加到含R’ OH的反應(yīng)介質(zhì)來制備亞磷酸二烷基酯組分。反應(yīng)介質(zhì)通常是醇本身，盡管可任選地使用相對(duì)于 P-0、R’ OH和酸酯是惰性的合適的溶劑。合適的溶劑優(yōu)選如下苯甲醚；氟代苯；氯化烴類如氯苯，四氯乙烷，四氯乙烯；極性溶劑如環(huán)丁砜，二甘醇二甲醚，甘醇二甲醚，二苯醚，具有封閉OH基團(tuán)如OR的聚亞烷基二醇衍生物，其中R是低烷基；脂族烴如己烷，庚烷，環(huán)己烷；非環(huán)醚如二丁醚，二異丙醚，和二戊基醚；環(huán)醚如四氫呋喃和二惡烷；芳香烴如甲苯，二甲苯； 有機(jī)腈如乙腈；硅流體如聚甲基苯基硅氧烷；或其混合物。最優(yōu)選的是與要從系統(tǒng)除去的羧酸作為共沸物蒸餾的溶劑，例如用于除去乙酸的甲苯。 P4O6可通過包含至少85 %、優(yōu)選大于90 % ；更優(yōu)選至少95 %和在一個(gè)特定實(shí)施方式中至少97 %的P4O6的基本純的化合物表示。盡管在本發(fā)明上下文內(nèi)適合使用的六氧
4化四磷可通過任何已知的技術(shù)制備，在優(yōu)選的實(shí)施中，可根據(jù)WO 2009/068636和/或PCT/ EP2009/064988 ^^^^"Process for the manufacture of P4O6 with improved yield" 的方法制備六氧化物。具體地，在1600-2000K范圍的溫度，在反應(yīng)單元中以必要的化學(xué)計(jì)量的量使氧氣或氧氣和惰性氣體的混合物與氣態(tài)或液態(tài)磷反應(yīng)，除去磷和氧氣的放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，同時(shí)保持0. 5-60秒的優(yōu)選的停留時(shí)間，然后在低于700K的溫度把反應(yīng)產(chǎn)物淬火，并且通過蒸餾精煉粗反應(yīng)產(chǎn)物。如此制備的六氧化物是包含通常至少97 %的氧化物的純產(chǎn)品。如此制備的P4O6通常為高純度的液態(tài)材料，特別包含低水平的元素磷P4，以P4O6 100%來計(jì)算，P4優(yōu)選低于1000 ppm。優(yōu)選的停留時(shí)間為5_30秒、更優(yōu)選8_30秒。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，可把反應(yīng)產(chǎn)物淬火到低于350K的溫度。如清楚地說明的，術(shù)語“液態(tài)P4O6”包含任何形態(tài)的P406。雖然理論上講固體類也可用于反應(yīng)介質(zhì)的制備，本文假定在40°C _180°C的溫度參與反應(yīng)的P4O6必然是液態(tài)或氣態(tài)的，。P-O組分可由P4O6或其部分水合類表示，在分子中包含1-6個(gè)P-O-P鍵。P_0組分的合適的種類的實(shí)例包括焦亞磷酸，H4P2O5，包含一個(gè)P-O-P鍵；包含六個(gè)P-O-P鍵的P4O6 ； 和分別包含2，3，4和5個(gè)P-O-P鍵的部分水合類。部分水合的P4O6可產(chǎn)生包含2，3，4或5 個(gè)P-O-P鍵的水解產(chǎn)物。為了便利性和操作專長(zhǎng)，P-O組分優(yōu)選由包含極低水平雜質(zhì)的高純度P4O6表示，以P406100%計(jì)，元素磷P4的水平低于1000 ppm，通常低于500 ppm和優(yōu)選不超過200 ppm。P-O組分可由具有例如相同數(shù)量的P-O-P鍵的相同成分表示，或由可在P4O6 的部分水合產(chǎn)物中出現(xiàn)的具有P-O-P鍵分布的混合物表示。顯然，在該情況下，P-O-P數(shù)表示P-O-P鍵的平均數(shù)。合適的P-O組分也可從PCl3開始通過部分水解或通過使PCl3和亞磷酸反應(yīng)或通過P4O6和亞磷酸反應(yīng)或通過P4O6的部分水解制備。P-O組分可通過以分子中存在至少一個(gè)P-O-P鍵為條件的例如PCl3、亞磷酸和水的不同試劑的混合物/組合物表示。 要使用的水的水平限制為(以摩爾計(jì))4 Η20/Ρ406。如果P-O由具有低于6個(gè)P-O-P鍵的組分表示，那么水的水平相應(yīng)地減少，以使至少一個(gè)P-O-P鍵存在于用于這里的方法的P-O 組分里。如果使用包含氯的起始材料，例如PCI3和它們的結(jié)合物，以P-O材料為100%計(jì)， 氯的水平應(yīng)低于1000 ppm，通常低于500 ppm，優(yōu)選低于200 ppm。結(jié)構(gòu)式為R-C(O)OR'的酸酯是眾所周知的種類的材料，相當(dāng)數(shù)量的種類是可商購(gòu)的或可根據(jù)需求常規(guī)地獲得。羧酸基團(tuán)R包含線性或支化構(gòu)型的1-6個(gè)碳原子，優(yōu)選1-4 個(gè)碳原子。在醇R’ OH和酸酯R-C(O)OR'中的基團(tuán)R’由支化或線性構(gòu)型的具有5_20個(gè)碳原子、優(yōu)選5-12碳原子、特別是5-8個(gè)碳原子的烷基表示。盡管在醇和酸酯中的R’可獨(dú)立地選擇，在優(yōu)選實(shí)施方案中，醇和酸酯兩者都使用相同的R’。1摩爾P-O組分完全轉(zhuǎn)化成亞磷酸二烷基酯所需要的和因此本發(fā)明的方法所需要的R-C (O)OR'的最小摩爾數(shù)(對(duì)應(yīng)P-O分子中的每個(gè)P原子)ζ由ζ = 2n - m確定，其中m 是P-O分子中的P-O-P鍵的數(shù)量，η是分子中的P原子數(shù)。R' OH由線性或支化結(jié)構(gòu)的具有C5-Cm的烷基、優(yōu)選具有5_12個(gè)碳原子的烷基、特別是5-8個(gè)碳原子的烷基的醇表示。R’ OH與P-O組分的摩爾比為至少1 :1-6 :1。R’ OH =P-O 為1 :1-6 :1的比率與P-O組分中的P-O-P鍵的數(shù)量有關(guān)。術(shù)語“至少”表示可將R’ OH的水平增加到例如8 :1，而不會(huì)不利地影響該系統(tǒng)?？蓪⑷魏芜^量的R’ OH常規(guī)地回收到系統(tǒng)并因此不會(huì)影響本發(fā)明的方法的經(jīng)濟(jì)性。
根據(jù)本發(fā)明，該反應(yīng)以在本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)的已知的方式進(jìn)行。如在實(shí)驗(yàn)說明中所示，該方法可通過結(jié)合必要的反應(yīng)物并將反應(yīng)混合物加熱到通常45°C -180°C、更優(yōu)選 70°C-15(TC、特別是90°C-13(TC范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行。上限溫度目的在于防止任何反應(yīng)物或在這些反應(yīng)中形成的中間體的實(shí)質(zhì)上的不適當(dāng)分解。應(yīng)當(dāng)理解而且公知的是，反應(yīng)物的分解溫度可根據(jù)物理參數(shù)如壓力和反應(yīng)混合物中成分的定性和定量參數(shù)而變化。本發(fā)明的反應(yīng)可在環(huán)境壓力或減壓下進(jìn)行，并取決于反應(yīng)溫度，在蒸餾下進(jìn)行，由此除去潛在的過量醇和形成的羧酸，其有可能作為溶劑的共沸物。反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間可在幾乎瞬時(shí)(例如10分鐘)到延長(zhǎng)的時(shí)間段(例如10小時(shí))之間變化。在設(shè)立的一個(gè)方法中，將 P-0，醇和酯添加到反應(yīng)器，然后將該混合物逐漸地加熱到70°C -150°c的溫度。可在蒸餾的環(huán)境壓力下或減壓下伴隨蒸餾進(jìn)行該反應(yīng)。在又一個(gè)操作布置中，在混合蒸餾和壓力的裝置中進(jìn)行該反應(yīng)。具體地，將包含反應(yīng)混合物的反應(yīng)容器在選擇的反應(yīng)溫度保持在環(huán)境壓力或減壓下。然后混合物可通過在自發(fā)的(高壓釜原理)壓力增加下運(yùn)行的反應(yīng)器連續(xù)地循環(huán)，由此根據(jù)需求逐漸地添加另外的反應(yīng)物。該反應(yīng)基本上在壓力下完成，然后反應(yīng)混合物離開密閉容器，回收至反應(yīng)器，其中可蒸餾過量醇和形成的羧酸。因此在70°C-15(TC、在自發(fā)的、可能減壓的壓力下，通過加熱初始反應(yīng)物以分批
法進(jìn)行該反應(yīng)。在又一個(gè)布置中，該方法可以是半連續(xù)布置的，由此連續(xù)地進(jìn)行反應(yīng)，而例如P-O 和醇之間的初步反應(yīng)可分批進(jìn)行。如果需要的話，可通過包括特別是真空蒸餾的常規(guī)方法從反應(yīng)產(chǎn)物回收亞磷酸二烷基酯反應(yīng)產(chǎn)物。亞磷酸二烷基酯可以用作中間體，例如為了有利地合成已知的難以制備的化合物。舉例來說，2-膦?；』?1，2，4-三羧酸可由亞磷酸二烷基酯經(jīng)過如下步驟制備
1使亞磷酸二甲酯與馬來酸甲酯反應(yīng)；然后
2在甲醇鈉的存在下使由1產(chǎn)生的系統(tǒng)與丙烯酸甲酯反應(yīng)；然后
3在鹽酸的存在下將2形成的酯基與水進(jìn)行水解。因此，在本發(fā)明的一方面，提供了一種制備2-膦?；』?1，2，4-三羧酸的方法，如上所述，通過根據(jù)本發(fā)明的方法制備亞磷酸二甲酯，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成2-膦酰基丁基-1，2，4-三羧酸。此外可通過以下實(shí)施例非限制性地說明本發(fā)明。實(shí)施例
實(shí)施例1
將在40°C加熱的22 g (0.1 mol)P4O6經(jīng)過25分鐘在攪拌下滴加到106 g (1.2 mol) 的1-戊醇。將反應(yīng)混合物維持在40°C，同時(shí)添加52.56g (0.4 mol) 1_戊基乙酸酯。將 60 ml干燥的甲苯添加到反應(yīng)混合物并在攪拌下實(shí)施加熱，升溫到122-135 來蒸餾富甲苯液體。將該蒸餾步驟保持2小時(shí)50分鐘，另外添加二次60mL干燥的甲苯。粗反應(yīng)混合物的31P NMR 分析表明存在 0.5 % w/w(l. 2 mol%) H3PO3,19. 6 % w/ w(26. 1 mol%)單1-戊基亞磷酸酯和79. 8 % w/w(72. 6 mol%) 二 1-戊基亞磷酸酯。實(shí)施例2將在40°C加熱的22 g (0.1 mol)P4O6經(jīng)過25分鐘在攪拌下滴加到106 g(1.2 mol)的 1-戊醇。在反應(yīng)混合物維持在40-50°C，同時(shí)添加52. 56g (0. 4 mol) 1_戊基乙酸酯和10 mL 1-戊醇。然后將一部分60 mL干燥的甲苯添加到反應(yīng)混合物并在攪拌下實(shí)施加熱，升溫到120-135°C來蒸餾富甲苯液體。在蒸餾45分鐘后，將60 mL干燥的甲苯和60 mL 1-戊基乙酸酯添加到反應(yīng)混合物并進(jìn)一步繼續(xù)加熱/蒸餾步驟。然后將該蒸餾步驟保持4小時(shí) 30分鐘，另外添加4次60mL部分的干燥甲苯。在 CDCl3 中的粗反應(yīng)的 31P NMR 分析表明存在 0. 6 % w/w(l. 5 mol%) H3PO3,19. 6 % w/w(26. 0 mol%)單1-戊基亞磷酸酯和79. 6 % w/w(72. 4 mol%) 二 1-戊基亞磷酸酯。
權(quán)利要求
1.一種由在分子中包含1-6個(gè)P-O-P鍵的P-O組分開始制備亞磷酸二烷基酯的方法， 其包含下列步驟a)使摩爾比為至少1:1-6 :1的R’ OH和P-O組分的混合物與結(jié)構(gòu)式為R-C(O)OR'的酸酯反應(yīng)，其中對(duì)于R’ OH, R'選自支化或線性構(gòu)型的具有5-20個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)；其中對(duì)于R-C (O)OR'，R'具有上述的含義，R表示具有1-6個(gè)碳原子的烷基鏈，由此該方法所需要的在P-O分子中的每摩爾P原子對(duì)應(yīng)的R-C (O)OR'的最小摩爾數(shù)ζ由ζ = 2n - m確定，其中m是P-O分子中的P-O-P鍵數(shù)，η是分子中的P原子數(shù)；將Ρ_0組分與酸酯同時(shí)或分別添加到R’ 0Η，溫度為40°C -180°C，反應(yīng)時(shí)間為10分到1小時(shí)，同時(shí)蒸餾形成的羧酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在羧酸中的R具有1-4個(gè)碳原子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，P-O組分為P406。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，P4O6是液態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其特征在于，將P-O組分添加到包含R’OH和酸酯的反應(yīng)介質(zhì)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的方法，其特征在于，以P-O組分100%計(jì)算，P-O包含至多 1000 ppm的元素磷P40
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在醇、R’OH和酸酯中的烷基是相同的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的方法，其特征在于，R’OH和P-O組分的摩爾比在1:1-8: 1的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的方法，其特征在于，將P-O組分添加到含水的反應(yīng)介質(zhì)中，每摩爾P-O組分對(duì)應(yīng)至多4摩爾的水。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在醇和酸酯中的烷基R’選自包含 5-12個(gè)碳原子的基團(tuán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在醇中的烷基R’具有5-8個(gè)碳原子。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)的方法，其特征在于，反應(yīng)在70°C_150°C的溫度進(jìn)行15 分鐘-6小時(shí)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的方法，其特征在于，P-O組分是從？(13開始制備的，并且，以P-O組分100%計(jì)，其包含低于400 ppm的氯。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)的方法，其特征在于，R’是CH3，且其進(jìn)一步包含下列步驟b)使步驟a)中獲得的亞磷酸二甲酯與馬來酸甲酯反應(yīng)；然后c)在甲醇鈉存在下使步驟b)得到的系統(tǒng)與丙烯酸甲酯反應(yīng)；然后d)在鹽酸存在下使步驟c)形成的酯基與水進(jìn)行水解， 由此來獲得2-膦酰基丁基-1，2，4-三羧酸。
全文摘要
公開了一種制備亞磷酸二烷基酯的方法，其中在分子中包含1-6個(gè)P-O-P鍵的P-O組分與醇和羧酸酯反應(yīng)，該羧酸酯在烷基中具有1-6個(gè)碳原子并在酯的酯化烷基中具有5-20個(gè)碳原子。在通過蒸餾形成的羧酸的同時(shí)除去下形成亞磷酸二烷基酯。
文檔編號(hào)C07F9/141GK102448971SQ201080022998
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月28日
發(fā)明者帕特里克·諾特, 阿爾貝特·德沃 申請(qǐng)人:施里特馬克控股公司