Способ получения диалкилфосфитов - RU2528053C2

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к улучшенному способу получения диалкилфосфитов, начиная с Р-O компонентов, содержащих от 1 до 6 связей Р-О-Р в молекуле, включающему стадии взаимодействия смеси спирта и Р-O компонента, в конкретно определенных молярных соотношениях, с триалкилфосфитом (ТАР - от англ. "tri-alkyl phosphite"), где количество триалкилфосфита, необходимое для конверсии, связано с числом связей Р-О-Р в Р-O компоненте. Р-O компонент добавляют, одновременно с ТАР или отдельно от него, в реакционную среду, содержащую спирт, и подвергают реакции с последующим выделением образовавшегося диалкилфосфита известным способом. В предпочтительном примере осуществления Р-O компонент представляет собой жидкий Р₄O₆ и соединения, имеющие от 2 до 6 связей Р-О-Р.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Диалкилфосфиты известны уже давно и их важность в качестве промежуточных соединений, в том числе для синтеза желаемых соединений, была соответственно установлена. Для получения диалкилфосфитов было исследовано множество подходов. CN 101250199 относится к способу получения диизопропилфосфита из РСl₃ и изопропанола. В DE 4121696 описан способ получения диалкилфосфитов. Обработка смеси метил- и диметилфосфита уксусным ангидридом и метанолом в бензоле давала продукт, содержащий большое количество диметилфосфита. В нескольких публикациях HU 207334, HU 199149 и HU 196817 описан способ получения диалкилфосфитов, начиная с HCl₃.

В DD 108755 описано взаимодействие паров Р₄O₆ и паров метанола с получением таким образом смеси жидкого сложного моноэфира и газообразного сложного диэфира.

В US 4342709 описан способ получения диэтилфосфитов путем взаимодействия избытка триэтилфосфита с фосфористой кислотой. Триэтиловый реагент обычно добавляют в 7-10%-ном избытке сверх стехиометрических требований. Способ начинается со строго безводной фосфористой кислоты. Во избежание отрицательных последствий, связанных с абсорбцией воды, фосфористую кислоту добавляют при продувании инертным газом. В DD 128755 описан непрерывный способ получения диалкилфосфитов, начиная с трихлорида фосфора и алифатических спиртов, в присутствии инертного растворителя. DOS 1668031 относится к получению диалкалфосфитов с высокими выходами и чистотой, начиная с первичных или вторичных линейных или разветвленных спиртов, имеющих по меньшей мере 5 атомов углерода, при взаимодействии с фосфористой кислотой в избытке, составляющем по меньшей мере 45%.

DD 116457 относится к непрерывному способу получения моно- и диалкилфосфитов путем взаимодействия: смеси спирта и алкилфосфита или смеси моно- и диалкилфосфитов, к которой добавляют оксид Р(III) технической чистоты, содержащий элементарный фосфор, при продувании техническим азотом, с последующей фракционной перегонкой образовавшихся моно- и диалкилфосфитов. В DD 108755 описан способ непрерывного получения смесей моно- и диалкилфосфитов путем взаимодействия Р₄O₆ со спиртами в газообразной фазе с высокими выходами. DD 222596 относится к способу получения чистых сложных алкил- или арилдиэфиров фосфористой кислоты, начиная со смеси сложных моно- и диэфирфосфитов. Эту смесь растворяют в инертном органическом растворителе и моносоединения осаждают путем продувания газообразного аммиака через смесь.

В US 5344951 описан способ получения сложных диэфиров фосфористой кислоты, где раствор фосфористой кислоты и растворитель подвергают взаимодействию с избытком одноатомного спирта с получением таким образом дигидрокарбилфосфита. WO 2004/024742 относится к способу совместного получения диэтилфосфита и этилхлорида, при котором этанол и трихлорид фосфора подвергают взаимодействию в присутствии добавки, выбранной из группы, состоящей из триэтилфосфита, диэтилфосфита и/или этилхлорида.

Из предшествующего уровня техники ясно следует, что технология получения диалкилфосфитов, требующая существенных технологических и экономических улучшений, по существу не менялась в течение долгого времени, и во всяком случае не было предложено какого-либо эффективного решения для значительного улучшения. Технология из предшествующего уровня техники часто является трудоемкой, требующей много времени, неэкономичной и не приспособленной к реальным и перспективным промышленным требованиям.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основная задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить значительно улучшенный способ получения диалкилфосфитов. Еще одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить улучшенный способ получения диалкилфосфитов без хлора. Другая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить способ получения диалкилфосфитов из реагентов, сильно отличающихся от смесей моно- и диалкилфосфитов, например чистых моноалкилфосфитов. Еще одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить одностадийный способ получения диалкилфосфитов, начиная с жидкого Р₄O₆. Другая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить способ получения диалкилфосфитов улучшенной чистоты и селективности, соответствующих распространенным требованиям. Еще одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить способ получения диалкилфосфитов в экономически выгодных условиях. Другая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить технологию, которая может служить для более выгодного получения фосфонобутантрикарбоновой кислоты (РВТС - от англ" phosphonobutane tricarboxylic acid").

Термин "процент" или "%", как использовано в данном описании, означает, если не указано иное, "процент по массе" или "% по массе". Термин "м.д." означает "миллионные доли". Термины "Р₂O₃" и "P₄O₆" могут быть использованы взаимозаменяемо. Термин "жидкий P₄O₆" охватывает чистый Р40е в жидком состоянии, твердый Р40е и газообразный P₄O₆, предпочтительно жидкий P₄O₆. Термин "окружающая среда", относящийся к температуре и давлению, как правило, означает земные условия, обычно встречающиеся на уровне моря, например температура составляет примерно 18°C-25°C и давление составляет 990-1050 мм рт.ст. (132-140 МПа).

Вышеуказанные и другие задачи изобретения теперь могут быть решены посредством новой производственной схемы превращения оксидов фосфора по существу в чистые диалкилфосфиты. Более конкретно, данное изобретение относится к способу получения диалкилфосфитов, начиная с Р-O компонентов, содержащих от 1 до 6 связей Р-О-Р в молекуле, включающему стадию:

а) взаимодействия смеси R'OH и Р-O компонента, выраженной в молярных соотношениях R'OH: Р-O по меньшей мере от 1:1 до 6:1,

где R' выбран из алкильных групп, имеющих от 1 до 20 атомов углерода в разветвленной или линейной конфигурации; и

триалкилфосфита, ТАР, (P(OA)₃);

где A означает линейные или разветвленные алкильные группы, имеющие от 1 до 20 атомов углерода;

где минимальное число молей ТАР на атом P в P-O молекуле, необходимое для указанного способа (и для стехиометрической конверсии одного моля указанного P-O компонента в диалкилфосфит), "z", определяют по формуле z=2n-m, где n означает число атомов Р в P-O молекуле, a m означает число связей Р-О-Р в P-O молекуле;

путем добавления P-O, одновременно с ТАР или отдельно от него, в реакционную среду, содержащую R'OH; и доведения реакционной среды до температуры в диапазоне от 40°C до 180°C, предпочтительно от 70°C до 150°C, в частности от 90°C до 130°C, в течение периода времени от 10 минут до 10 часов, предпочтительно от 15 минут до 6 часов.

В предпочтительном примере осуществления данного изобретения диалкилфосфит получают путем добавления P₄O₆ в реакционную среду, одновременно с ТАР или отдельно от него. Реакционная среда обычно представляет собой спирт R'OH как таковой, хотя возможно может быть использован подходящий растворитель, который является инертным в отношении P-O, R'OH и ТАР. Подходящие растворители предпочтительно являются следующими: анизол; фторбензол; хлорированные углеводороды, такие как хлорбензол, тетрахлорэтан, тетрахлорэтилен; полярные растворители, такие как сульфолан, диглим, глим, дифенилоксид, производные полиалкиленгликоля с защищенными OH группами, такими как OR, где R представляет собой низшую алкильную группу; алифатические углеводороды, такие как гексан, гептан, циклогексан; нециклические простые эфиры, такие как дибутиловый эфир, диизопропиловый эфир и дипентиловый эфир; циклические простые эфиры, такие как тетрагидрофуран и диоксан; ароматические углеводороды, такие как толуол, ксилол; органические нитрилы, такие как ацетонитрил; силиконовые жидкости, такие как полиметилфенилсилоксан или их смеси.

P₄O₆ может представлять собой по существу чистое соединение, содержащее по меньшей мере 85%, предпочтительно более 90%; более предпочтительно по меньшей мере 95%, и в одном конкретном примере осуществления по меньшей мере 97% P₄O₆. Хотя гексаоксид тетрафосфора, подходящий для применения в контексте данного изобретения, может быть получен с помощью любой известной технологии, в предпочтительных примерах осуществления гексаоксид может быть получен согласно способу, описанному в WO 2009/068636 и/или PCT/EP2009/064988 под названием "Способ получения P₄O₆ с улучшенным выходом". Конкретно, кислород, или смесь кислорода и инертного газа, и газообразный или жидкий фосфор подвергают взаимодействию по существу в стехиометрических количествах в реакционной установке при температуре в диапазоне от 1600 К до 2000 К путем удаления тепла, генерируемого экзотермической реакцией фосфора и кислорода, поддерживая предпочтительное время пребывания в реакции от 0,5 до 60 секунд с последующими гашением реакционного продукта при температуре ниже 700 К и очисткой неочищенного реакционного продукта путем отгонки. Полученный таким образом гексаоксид представляет собой чистый продукт, обычно содержащий по меньшей мере 97% оксида. Полученный таким образом P₄O₆ обычно представляет собой жидкое вещество с высокой степенью чистоты, содержащее, в частности, низкие количества элементарного фосфора Р4, предпочтительно менее 1000 м.д., как выражено относительно Р40е, принятого за 100%. Предпочтительное время пребывания в реакции составляет от 5 до 30 секунд, более предпочтительно от 8 до 30 секунд. В одном из предпочтительных примеров осуществления реакционный продукт можно гасить до температуры ниже 350 К.

Термин "жидкий P₄O₆" охватывает, как описано, любое состояние P₄O₆. Однако предполагается, что P₄O₆, участвующий в реакции при температуре от 40°C до 180°C, обязательно является жидким или газообразным, хотя теоретически для получения реакционной среды может быть использовано твердое вещество.

P-O компонент может представлять собой P₄O₆ или его частично гидратированные разновидности, содержащие от 1 до 6 связей Р-О-Р в молекуле. Примеры подходящих разновидностей P-O компонента включают в себя: пирофосфористую кислоту Н₄Р₂O₅, содержащую одну связь Р-О-Р; P₄O₆, содержащий шесть связей Р-О-Р; и его частично гидратированные разновидности, содержащие 2, 3, 4 и 5 связей Р-О-Р соответственно. Частично гидратированный P₄O₆ может давать продукты гидролиза, содержащие 2, 3, 4 или 5 связей Р-О-Р. По причинам удобства и опыта работы P-O компонент предпочтительно представляет собой P₄O₆ высокой чистоты, содержащий очень низкие количества примесей, в частности элементарный фосфор P₄ в количестве менее 1000 м.д., обычно менее 500 м.д. и предпочтительно не более 200 м.д., как выражено относительно P₄O₆, принятого за 100%. P-O компонент может представлять собой однородные ингредиенты, имеющие, например, одинаковое число связей Р-О-Р, или смеси, имеющие распределение связей Р-О-Р, которое может наблюдаться в частично гидратированных разновидностях P₄O₆. Очевидно, в этом случае число связей Р-O-Р означает среднее число связей Р-О-Р. Подходящий P-O компонент также может быть получен путем частичного гидролиза, начиная с PCl₃, или путем взаимодействия PCl₃ и фосфористой кислоты, или путем взаимодействия P₄O₆ и фосфористой кислоты, или путем частичного гидролиза P₄O₆. P-O компонент может представлять собой смеси/комбинации различных реагентов, например PCl₃, фосфористой кислоты и воды, при условии наличия по меньшей мере одной связи Р-О-Р в молекуле. Количество используемой воды ограничено (в молярных величинах) до 4 Н₂O или менее на P₄O₆. В случае использования хлорсодержащих исходных веществ, например PCl₃ и его комбинаций, количество хлора должно поддерживаться ниже 1000 м.д., обычно ниже 500 м.д., предпочтительно ниже 200 м.д., как выражено относительно Р-O вещества, принятого за 100%.

Триалкилфосфиты, ТАР, (P(OA)₃), представляют собой хорошо известные вещества, достаточное количество которых имеются в продаже или могут быть получены обычным образом в соответствии с потребностями. Примерами различных имеющихся в продаже соединений являются следующие: триметилфосфит; триэтилфосфит; три-н-пропилфосфит; триизопропилфосфит; три-н-бутилфосфит; триизобутилфосфит; три-н-пентилфосфит; три-треn-бутилфосфит; три-2-этилгексилфосфит; триоктадецилфосфит; три-н-децилфосфит; три-н-октилфосфит; три-н-додецилфосфит; три-н-гексилфосфит; три-(пропил-2,2-диметил)фосфит и три-(8-метилнонил)фосфит.

Алкильная группа А в ТАР для применения в данном изобретении выбрана из линейных или разветвленных алкильных групп, имеющих от 1 до 20 атомов углерода, предпочтительно от 1 до 12 атомов углерода, в одном из предпочтительных примеров осуществления изобретения от 1 до 8 атомов углерода. Алкильные группы могут быть одинаковыми или различными, предпочтительно они являются одинаковыми. Минимальное число молей ТАР, на атом P в P-O молекуле, необходимое для превращения одного моля P-O в диалкилфосфиты и, таким образом, для способа по изобретению, "z" определяют согласно уравнению:

z=2n-m

где m означает число связей Р-О-Р в Р-O молекуле, а n означает число атомов Р в этой молекуле.

R'OH представляет собой спирты, имеющие алкильную группу R' из C₁-C₂₀, в линейной или разветвленной структуре, предпочтительно алкильную группу, имеющую от 1 до 12 атомов углерода. R'OH предпочтительно используют относительно P-O компонента в молярных соотношениях R'OH: P-O от по меньшей мере 1:1 до 6:1. Соотношения R'OH: P-O от 1:1 до 6:1 связаны с числом связей Р-О-Р в P-O соединении. Термин "по меньшей мере" означает, что количество R'OH может быть увеличено, например, до 8:1 без отрицательного влияния на систему. Любой избыток R'OH может быть рутинным образом возвращен в систему и, таким образом, не влияет на экономические характеристики способа по изобретению. Хотя алкильные группы спирта R'OH и ТАР могут независимо варьироваться в диапазонах по изобретению, предпочтительно использовать идентичные алкильные группы и в R'OH, и в ТАР, т.е. R'=А.

Реакцию согласно данному изобретению осуществляют рутинным способом, известным в данной области технологии. Как проиллюстрировано в экспериментальных данных, способ может быть осуществлен путем объединения основных партнеров по реакции и нагревания реакционной смеси до температуры обычно в диапазоне от 45°C до 180°C, более предпочтительно от 70° до 150°C, в частности от 90 до 130°C. Верхний температурный предел направлен на предотвращение значительного чрезмерного разложения реагентов или промежуточных соединений, образующихся в этих реакциях. Понятно и хорошо известно, что температура разложения партнеров по реакции может варьироваться в зависимости от физических параметров, таких как давление, и качественных и количественных параметров ингредиентов в реакционной смеси.

Реакция согласно изобретению может быть осуществлена при атмосферном или пониженном давлении, в зависимости от температуры реакции, в условиях отгонки, тем самым также удаления под вакуумом, возможного избытка спирта. Длительность реакции может варьироваться от практически мгновенной, например 10 минут, до продолжительного периода времени, например 10 часов. В одном из приведенных способов P-O компонент, спирт и ТАР добавляют в реактор с последующим постепенным нагреванием этой смеси до температуры от 70° до 150°C. Эта реакция может быть осуществлена при атмосферном возможно пониженном давлении с отгонкой или без отгонки.

В другой схеме получения реакция может быть осуществлена в закрытом сосуде при приложении автогенного давления. В этом способе партнеры по реакции полностью или частично добавляют в реакционный сосуд в начале. В случае частичного смешивания дополнительный партнер по реакции можно добавлять постепенно, как только была достигнута эффективная температура реакции.

В еще одной последовательности операций реакция может быть осуществлена в объединенной схеме отгонки и приложения давления. Конкретно, реакционный сосуд, содержащий смесь реагентов, выдерживают при атмосферном или пониженном давлении при выбранной температуре реакции. Затем смесь, возможно непрерывно, пропускают через реактор, работающий при приложении автогенного давления (принцип автоклава), при этом постепенно добавляя дополнительные партнеры по реакции в соответствии с потребностями. Реакция в основном завершается под давлением и реакционную смесь затем удаляют из закрытого сосуда и возвращают в реактор, где может осуществляться отгонка спирта, в зависимости от параметров реакции, в частности температуры и давления.

Таким образом, вышеуказанные параметры способа демонстрируют, что реакция может быть осуществлена с помощью различных по существу комплементарных схем. Так, реакция может быть осуществлена в виде периодического процесса путем нагревания исходных реагентов в (1) закрытом сосуде при приложении автогенного давления, или (2) в условиях нагревания с обратным холодильником, или (3) при отгонке непрореагировавших ингредиентов, при температуре предпочтительно в диапазоне от 70°C до 150°C. В особенно предпочтительном примере осуществления реакцию осуществляют в закрытом сосуде при температуре в диапазоне от 100°C до 150°C, совпадающем, в частности, с постепенным добавлением оставшихся ингредиентов.

В другом подходе реакцию осуществляют в виде непрерывного процесса, возможно при автогенном давлении, где реагенты непрерывно вливают в реакционную смесь, при температуре предпочтительно в диапазоне от 70°C до 150°C.

В еще одной схеме способ может представлять собой полунепрерывную схему, где реакцию осуществляют непрерывно, тогда как предшествующие реакции, например между P₄O₆ и спиртом, могут быть осуществлены периодически.

Продукты реакции диалкилфосфиты могут быть, при необходимости, выделены из продукта реакции традиционным способом, включающим, в частности, вакуумную перегонку.

Диалкилфосфиты могут быть использованы в качестве промежуточных соединений, например для выгодного синтеза соединений, которые, как известно, трудно получить. В качестве примера, 2-фосфонобутил-1,2,4-трикарбоновая кислота может быть получена, начиная с диалкилфосфитов, следующим образом:

1: взаимодействие метилфосфита с метилмалеатом; затем

2: взаимодействие системы, полученной на стадии 1, с метилакрилатом в присутствии метилата натрия; затем

3: гидролиз сложноэфирных групп, образовавшихся на стадии 2, водой в присутствии соляной кислоты.

Соответственно, в другом аспекте изобретения предложен способ получения 2-фосфонобутил-1,2,4-трикарбоновой кислоты путем получения диметилфосфита согласно способу по изобретению и дальнейшее превращение в 2-фосфонобутил-1,2,4-трикарбоновую кислоту, как описано выше.

Изобретение дополнительно проиллюстрировано следующими примерами, при этом не ограничивающими его.

СВЕДЕНИЯ. ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1

P₄O₆ и метанол подвергали взаимодействию с получением смеси 1:1 диметилфосфита и монометилфосфита. Смесь, содержащую 7,54 г диметилфосфита и 6,59 г монометилфосфата и 2,2 г метанола (0,0685 моль каждого вещества), смешивали с 8,47 г (0,0685 моль) триметилфосфита и нагревали при перемешивании в атмосфере азота при температуре 95°С в течение 3 часов. Анализ³¹P ЯМР неочищенной реакционной смеси показал присутствие 1,2% масс./масс. (1,6 моль %) H₃PO₃; 25,1% масс./масс. (25,1 моль %) монометилфосфита и 72,6% масс./масс. (69,7 моль %) диметилфосфита.

Пример 2

22 г (0,1 моль) P₄O₆, нагретого до 40°C, добавляли по каплям в течение 20 минут к 55,3 г (1,2 моль) абсолютного этанола при перемешивании. Затем в реакционную смесь добавляли 33,23 г (0,2 моль) триэтилфосфита и температуру постепенно увеличивали при перемешивании и в атмосфере азота до температуры между 80°C и 85°C, при этом отгоняя избыток этанола. После 3 часов дополнительного нагревания при 95°C анализ посредством³¹P ЯМР показал 18,8% масс./масс. (22,4 моль %) моноэтилфосфита; 80,2% масс./масс. (76,3 моль %) диэтилфосфита и 0,5% масс./масс. (0,8 моль %) фосфористой кислоты.

Пример 3

22 г (0,1 моль) P₄O₆, нагретого до 40°C, добавляли по каплям в течение 20 минут к 55,3 г (1,2 моль) абсолютного этанола при перемешивании. Затем в реакционную смесь добавляли 36,6 г (0,22 моль) триэтилфосфита. Осуществляли нагревание реакционной смеси при перемешивании и в атмосфере азота с постепенным увеличением температуры до 97°C в течение 6 часов с отгонкой избыточного этанола.³¹P ЯМР анализ неочищенной реакционной смеси показал 18,2% масс./масс. (21,7 моль %) моноэтилфосфита; 80,8% масс./масс. (77 моль %) диэтилфосфита и 0,5% масс./масс. (0,8 моль %) фосфористой кислоты.

Пример 4

22 г (0,1 моль) P₄O₆, нагретого до 40°C, добавляли по каплям в течение 20 минут к 62,7 г (1,34 моль) абсолютного этанола при перемешивании. Непрореагировавший этанол отгоняли путем нагревания до 95°C. При 84°C добавляли по каплям 36,6 г (0,22 моль) триэтилфосфита в реакционную смесь, которую затем нагревали до 92-100°C в течение 4 часов.³¹P и¹H ЯМР анализ неочищенной реакционной смеси показал 6,8% масс./масс. (8,4 моль %) моноэтилфосфита; 93,2% масс./масс. (91,6 моль %) диэтилфосфита.

Пример 5

22 г (0,1 моль) P₄O₆, нагретого до 40°C, добавляли по каплям в течение 40 минут к 52,9 г (1,65 моль) сухого метанола при перемешивании. Избыток метанола отгоняли и добавляли по каплям 27,5 г (0,22 моль) триметилфосфита при 80°C. Затем полученную смесь нагревали при 95°C в течение 3 часов и 30 минут.³¹P анализ неочищенной реакционной смеси показал 19,4% масс./масс. (21,7 моль %) монометилфосфита и 78,6% масс./масс. (76,6 моль %) диметилфосфита.

Реферат

Изобретение относится к способу получения диалкилфосфитов и может быть применено в химической промышленности, в том числе для получения 2-фосфонобутил-1,2,4-трикарбоновой кислоты. В предложенном способе добавляют P-O компонент одновременно с ТАР или отдельно от него в реакционную смесь, содержащую R′OH, и доводят реакционную смесь до температуры в диапазоне от 40°C до 180°C в течение периода времени от 10 минут до 10 часов, где P-O компонент содержит от 1 до 6 связей P-O-P в молекуле на стадии взаимодействия смеси R′OH и P-O компонента, выраженных в молярных соотношениях R′OH:P-O по меньшей мере от 1:1 до 6:1, где R′ выбран из алкильных групп, имеющих от 1 до 20 атомов углерода в разветвленной или линейной конфигурации; и ТАР - P(OA)[триалкилфосфит], где A означает линейные или разветвленные алкильные группы, имеющие от 1 до 20 атомов углерода; где минимальное число молей ТАР на атом P в P-O молекуле, необходимое для указанного способа, "z", определяют по формуле z=2n-m, где: n означает число атомов P в P-O молекуле, и m означает число связей P-O-P в P-O молекуле. 2-фосфонобутил-1,2,4-трикарбоновую кислоту получают из диалкилфосфита, полученного указанным способом, путем его взаимодействия с метилмалеатом с последующей реакцией с метилакрилатом в присутствии метилата натрия и гидролизом сложноэфирных групп водой в присутствии соляной кислоты. Предложен эффективный способ получения диалкилфосфитов и 2-фосфонобутил-1,2,4-трикарбоновой кислоты. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 пр.

Формула