专利名称：制备二亚磷酸酯的改良方法
技术领域：
本发明涉及制备含有二氧杂磷杂环己烯酮(dioxaphosphorinone)单元的二亚磷酸酯的改良方法。
亚磷酸酯在各种不同领域中有着广泛的应用。具体地说，其重要的工业应用有作为抗氧化剂、作为聚合物例如PVC(也就是聚氯乙烯)中的热稳定剂以及特别是作为过渡金属元素催化剂的配体。
对于含有亚磷酸酯配体的重要均相催化剂的综述可以参见例如B.Cornils，W.A.Herrmann，Applied Homogeneous CatalysiswithOrganometallic Compounds(有机金属化合物的实用均质催化剂)，Vol.1&2，VCH，Weinheim，1996，第29-187、465-486页。
在均相催化反应中，氢氰化反应以及尤其是羰基化反应例如加氢甲酰化主要受亚磷酸酯配体的影响。有关应用亚磷酸酯配体的铑催化的加氢甲酰化的综述参见例如P.W.N.M.van Leeuwen，C.Claver，Catalysis by Metal Complexes，Vol.22，Rhodium CatalyzedHydroformylation(铑催化的加氢甲酰化反应)，Kluwer AcademicPublishers，Dordrecht，2000，第35-62、107-130、145-188、233-252、253-280页。
在亚磷酸酯类中，螯合亚磷酸酯尤其是二亚磷酸酯对于金属络合物而言是非常重要的配体。这是因为二亚磷酸酯可以与相应的中心金属原子形成更稳定的络合物，从而在其催化性能方面具有更持久的效果。
DE 100 53 272.1描述了含有二氧杂磷杂环己烯酮单元的二亚磷酸酯。在其所述合成方法中，将羟基化合物与三氯化磷在强碱丁基锂存在下发生反应。由于丁基锂在空气中可能自燃而存在潜在的危险，因此对其操作需要采取成本较高的特殊处理。
在BE 667 036(Farbwerke Hoechst AG，1966)中，通过2-羟基萘-1-甲酸与三氯化磷反应得到2-氯-1，3-二氧杂-2-磷杂蒽-4-酮。通过回流加热将所形成的氯化氢气体从反应混合物中除去。在第二种替代方法中，首先由2-羟基萘-1-甲酸通过加入氢氧化钠水溶液得到二钠盐，然后共沸蒸馏除去水分，最后将该二钠盐与三氯化磷发生反应。该方法的缺点是，首先生成了腐蚀性气体氯化氢，其次水分也不容易除去。
亚磷酸酯在工业方法中的应用例如可作为金属催化的烯烃加氢甲酰化反应中的配体，这使得需要工业大批量生产这些化合物。
因此，需要对含有二氧杂磷杂环己烯酮单元的二亚磷酸酯的已知合成方法进行改进，以保证可以既安全又更方便地合成得到二亚磷酸酯，从而适应工业化大生产。
因此，本发明提供了一种制备通式I的二亚磷酸酯的方法 其中，R1，R2，R3，R4各自是H或者具有1-50个碳原子的脂族烃基、脂环族烃基、脂族-脂环族烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族烃基、芳族-芳族烃基、脂族-芳族烃基，F，Cl，Br，I，-CF3，-OR7，-COR7，-CO2R7，-CO2M，-SR7，-SO2R7，-SOR7，-SO3R7，SO3M，-SO2NR7R8，NR7R8，N＝CR7R8，NH2，其中R1-R4可以相同或不同，并且可以彼此以共价键连接；R7，R8各自是H或者被取代的或未被取代的具有1-25个碳原子的脂族烃基或芳族烃基，它们可以相同或不同；M是碱金属离子、碱土金属离子、铵离子或鏻离子；Q是具有1-50个碳原子的二价脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族烃基、脂族-芳族烃基；Z，Y各自是Cl，Br，I；W，X各自是具有1-50个碳原子的脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族烃基、芳族-芳族烃基、脂族-芳族烃基，它们可以相同或不同，或者可以彼此以共价键连接；该方法包括实施下面的反应步骤
其中，反应步骤a)、b)以及c)是在非质子和非极性溶剂中进行的。
在反应步骤a)-d)后对产物进行后处理不是必需的；完全可以通过过滤除去沉淀物固体(酸-碱加合物)，从而在接下来的反应步骤中直接使用按照该方法得到的混合物而不用再进一步纯化。因此，本发明的方法可以在例如与适宜的过滤装置相级联的搅拌容器中不连续或者连续地进行。
氯化氢-碱产物不溶于所用的非质子性溶剂例如甲苯中，因而可以得到其固体形式，或者理想的情况是从溶液中沉淀得到该氯化氢-碱产物。
所选择的非质子性溶剂应该使除了不溶解该酸-碱加合物之外，其它所有的产物以及原料均能够溶解。当然也可能中间体A和/或B仅仅是微溶于该溶剂中；然而，在反应过程中这些中间体被转化为优选易溶的终产物。
该方法的优点在于，该不溶性氯化氢-碱产物可以通过简单的过滤从反应混合物中除去，同时该含有中间体的滤液可以不经分离而直接用于接下来的步骤中。最简单的情形就是仅仅需要分离和纯化由该方法所得到的终产物。由于分离和纯化步骤所需的时间比实际反应更长，因而如果采用该方法可以节约时间和成本。
用于本发明方法中的碱优选为叔胺例如三正丙基胺、二异丙基异丁基胺、N-环己基二甲基胺、N-甲基吗啉、N-甲基哌啶、N-Mewthylpyrrolidin、N，N，N，N-四甲基乙二胺、DBU(1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯)、DBN(1，5-二氮杂双环[4.3.9]壬-5-烯)，优选为三乙胺。
优选的溶剂有苯、甲苯、乙苯、二甲苯、环己烷。
本发明的方法还包括制备其中通式I中基团R1-R4中的两个为苯并稠合的化合物，也就是说，R1和R2、R2和R3或者R3和R4可以彼此相连形成芳族环。这使得出现三种可能的异构体，它们可以单独或者一起作为配体体系使用。因此，根据本发明制备得到的通式I的二亚磷酸酯还可以为通式II、III和IV的化合物。
基团R1-R6的含义相应于通式I中所定义的R1-R4的含义。这些基团同样可以彼此以共价键连接或者形成苯并稠合的环。
本发明的方法还可以用于制备通式V、VI和VII的二亚磷酸酯。
在上述通式中，W和X是具有1-50个碳原子的脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族烃基、芳族-芳族烃基、脂族-芳族烃基，X和W可以相同或不同或者是彼此以共价键连接，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和Q如上述定义。
R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15，R16各自是H或者具有1-50个碳原子的脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族烃基、芳族-芳族烃基、脂族-芳族烃基，F，Cl，Br，I，-CF3，-OR25，-COR25，-CO2R25，-CO2M，-SR25，-SO2R25，-SOR25，-SO3R25，-SO3M，-SO2NR25R26，NR25R26，N＝CR25R26，NH2，其中R9-R16可以相同或不同，并且可以彼此以共价键连接。
M是碱金属离子、碱土金属离子、铵离子或鏻离子。
R25和R26可以相同或不同，各自是H或者被取代的或未被取代的、具有1-25个碳原子的脂族或芳族烃基。
Q的实例有脂族的、脂环的、脂族-脂环的、杂环的、脂族-杂环的、芳族的、芳族-芳族的或者脂族-芳族的二价烃基。任选存在的环系其本身可以被上述烃基取代。在开链结构部分，一个或多个亚甲基可以被氧和/或硫和/或NR1和/或NH替代，和/或一个或多个CH基团可以被氮替代。
Q优选为含有芳基的二价基团。例如，Q可以为亚苯基、亚萘基、二价亚双芳基或者二苯醚的二价基团。另外，Q可以具有通式结构-Ar-V-Ar-。其中，Ar是单环或寡环二价芳基。V是直接键或者是被取代的或未被取代的亚甲基-CR27R28-，其中R27和R28各自是氢或者具有1-25个碳原子的脂族或芳族基团，它们还可以含有杂原子。另外，基团R27和R28还可以连接形成一个或多个环，也就是说它们可以具有共价键。
在通式I、II、III、IV、V、VI以及VII的二亚磷酸酯中，特别优选的是那些其中基团Q是通式VIII的烃基(亚双芳基)的二亚磷酸酯 其中，R17，R18，R19，R20，R21，R22，R23，R24各自是H或者具有1-50个碳原子的脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族-芳族烃基、芳族烃基、脂族-芳族烃基，F，Cl，Br，I，-CF3，-OR25，-COR25，-CO2R25，-CO2M，-SR25，-SO2R25，-SOR25，-SO3R25，-SO3M，-SO2NR25R26，NR25R26，N＝CR25R26，NH2，其中R17-R24可以相同或不同，并且可以彼此以共价键连接；R25，R26各自是H或者被取代的或未被取代的具有1-25个碳原子的脂族或芳族烃基；M是碱金属离子、碱土金属离子、铵离子或鏻离子；其中位置a和b是通式I-VII化合物中O-Q-O结构部分上的取代基的连接点。
下面的反应步骤以化合物VII为例对本发明的方法进行描述
其中，R1-R4和R9-R16如上述定义，PY3可以是三氯化磷、三溴化磷或者三碘化磷，各步骤中的碱是叔胺例如三乙胺。
在本发明的一个具体实施方案中，W和X以共价键连接，反应步骤c)中所用的相应原料可以根据反应步骤d)如下述方案d)所述，使用非质子非极性溶剂而制备得到。
作为该路线的替代方式，可以先将中间体A与二醇HO-Q-OH反应，接下来再引入中间体B。
当然，本发明方法中所用的溶剂对反应物而言是惰性的。所选择的溶剂应该保证其首先可以充分溶解反应物，其次它还不应该溶解生成的卤化氢产物，这样在反应过程中该副产物就可以沉淀出来。非质子非极性溶剂例如甲苯就满足这样的要求。
所用溶剂应该是基本上不含水和氧的；优选含水量为0-500ppm的溶剂，更优选为0-250ppm。含水量可以通过例如卡尔费歇尔方法测量。
溶剂可以通过适宜的干燥剂进行蒸馏而干燥，或者使溶剂通过填充例如4的分子筛的筒或柱而得到干燥。
步骤a)、b)、c)以及d)优选在-80℃至150℃的温度下进行；在大多数情况下，证明温度为-20℃至110℃，特别优选为0℃至80℃是比较有利的。
在反应步骤a)、b)、c)或d)中的至少一步之后，优选在步骤a)、b)、c)以及d)中每步之后进行过滤，从而将氯化氢-碱加合物从反应混合物中除去。
在该过滤步骤中，将溶液通过多孔层即过滤剂而分离除去固体组分，该多孔层可以透过溶液而阻止固体通过。过滤方法综述在C.Alt，Filtration，Ullmanns Enzyklopdie der technischen Chemie，第4版，Verlag Chemie，Weinheim，1972，第B2卷，第9-10章中。
为了监测步骤a)、b)、c)以及d)，可以采用一般的分析方法例如质谱(MS)、联接有质谱的或者单独的气相色谱(GC/MS或GC)、联接有质谱的或者单独的液相色谱(LC/MS或MS)或者核磁共振谱(NMR)。
由于反应物对氧化敏感，因此步骤a)、b)、c)以及d)是在保护性气体例如氮气或氩气下进行的。
步骤b)和c)可以利用一罐法先后而不间断地进行，这样可以减少反应步骤的数目。
实施例下面的实施例是借助于常规Schlenk方法完成的，尽管这些合成也可以在千克数量级的水平上完成。
实施例1化合物1的制备
步骤a)在500ml Schlenk管中，将23.4g(0.17mol)水杨酸与170ml甲苯进行混合。在搅拌的同时，将50ml甲苯、71.0ml(51.6g；0.51mol)三乙胺和14.8ml(23.3g；0.17mol)三氯化磷依次引入500mlSchlenk管中。在0-4℃下，将该溶液在40分钟内逐滴加入至水杨酸/甲苯混合物中，同时搅拌。加料完成之后，用2小时将该混合物温热至室温，接着再在室温下搅拌2小时。在该过程中，氯化三乙基铵形成白色固体的沉淀，通过玻璃过滤器将其分离除去。滤液经GC/MS分析并储存以供在步骤d)中进一步反应。
步骤b)将35.8g(0.1mol)3，3′-叔丁基-2，2′-二羟基-5，5′-二甲氧基联苯与180ml甲苯和46ml(＝33.4g；0.33mol)三乙胺进行混合并搅拌溶解。在0-4℃下，将该溶液在1小时30分钟之内逐滴加入至8.77ml(＝13.8g；0.1mol)三氯化磷的80ml甲苯溶液中，同时搅拌。加料完成之后，用2小时将该混合物温热至室温，接着再在室温下搅拌2小时。在该过程中，氯化三乙基铵形成白色固体的沉淀。通过玻璃过滤器将其分离除去，滤液经GC/MS分析并储存以供在步骤c)中进一步反应。
步骤c)
在1L Schlenk管中，将35.8g(0.1mol)3，3′-叔丁基-2，2′-二羟基-5，5′-二甲氧基联苯在搅拌的同时溶解于300ml甲苯和13.9ml(＝10.12g；0.1mol)三乙胺中。在2小时之内，将步骤b)中制备得到的含有中间体B的溶液在室温下逐滴加入至上述溶液中。加料完成之后，在室温下再搅拌混合物30分钟，期间氯化三乙基铵作为白色固体沉淀出来。为了检测是否完全转化，通过LC/MS方式分析该反应混合物的溶液。如果起始化合物还没有反应完全，将反应混合物加热至80℃，持续2小时。冷却至室温后，通过玻璃过滤器过滤除去沉淀出来的氯化三乙基铵，储存滤液以供在步骤d)中进一步反应。
步骤d)将15.9ml(＝11.57g；0.11mol)三乙胺加入至由步骤c)得到的滤液(其中含有中间体C)中。在0℃下，将由步骤a)得到的滤液(其中含有中间体A)逐滴加入至该溶液中，持续2.5小时。然后，将反应混合物温热至室温并于室温下再搅拌2小时。为了进行后处理，将沉淀物氯化三乙基铵通过玻璃过滤器过滤除去。在油泵真空下蒸馏除去滤液中的溶剂之后，将残余物在400ml乙腈中形成液浆，通过玻璃过滤器过滤出产物，残余物用50ml乙腈洗涤两次，最后在油泵真空下干燥。
总收率40-60％(基于联苯化合物计)纯度(31P-NMR)＞99％31P-NMR(CD2Cl2)δ119.2(m)；119.8(m)；139.5(m)；140.1(m)；1H-NMR(CD2Cl2)1.02..1.26(36H)；3.67..3.74(12H)；6.43..7.99(12H)；FAB-MSm/e 911(100％，M+)，744(18％)，387(13％)。
实施例2步骤a)和d)同实施例1。
步骤b)和c)在1L Schlenk管中，将71.6g(0.2mol)3，3′-叔丁基-2，2′-二羟基-5，5′-二甲氧基联苯在搅拌的同时溶解于450ml甲苯和59.9ml(0.43mol)三乙胺中。在-20℃下，将一半溶液在搅拌的同时逐滴加入至8.77ml(0.1mol)三氯化磷的80ml甲苯溶液中，持续1小时30分钟。加料完成之后，在2小时内将混合物温热至0-4℃，再搅拌2小时。在0-4℃下，将另一半联苯/三乙胺溶液在1小时30分钟之内加入至上述溶液中。将反应混合物温热至室温，再搅拌2小时。为了检测是否完全转化，通过LC/MS方式分析该反应混合物的溶液。如果起始化合物还没有反应完全，则将反应混合物加热至80℃，持续2小时。冷却至室温后，通过玻璃过滤器过滤除去沉淀出来的氯化三乙基铵，储存滤液以供在步骤d)中进一步反应。
权利要求
1.制备通式I的二亚磷酸酯的方法 其中，R1，R2，R3，R4各自是H或者具有1-50个碳原子的脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族烃基、芳族-芳族烃基、脂族-芳族烃基，F，Cl，Br，I，-CF3，-OR7，-COR7，-CO2R7，-CO2M，-SR7，-SO2R7，-SOR7，-SO3R7，-SO3M，-SO2NR7R8，NR7R8，N＝CR7R8，NH2，其中R1-R4可以相同或不同，并且可以彼此以共价键连接；R7，R8各自是H或者被取代的或未被取代的具有1-25个碳原子的脂族或芳族烃基，它们可以相同或不同；M是碱金属离子、碱土金属离子、铵离子或鏻离子；Q是具有1-50个碳原子的二价脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族烃基、脂族-芳族烃基；Z，Y各自是Cl，Br，I；W，X各自是具有1-50个碳原子的脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族烃基、芳族-芳族烃基、脂族-芳族烃基，它们可以相同或不同，或者可以彼此以共价键连接；该方法包括下面的反应步骤 其中，反应步骤a)、b)以及c)是在非质子非极性溶剂中进行的。
2.权利要求1所述的方法，其中使用叔胺作为碱。
3.权利要求1或2所述的方法，其中作为非质子非极性溶剂使用苯、甲苯、乙苯、环己烷。
4.权利要求1-3任一项所述的方法，其中加合物碱·HY或者碱·HZ是在反应步骤a)、b)和c)中的至少一步之后过滤除去的。
5.权利要求1-4任一项所述的方法，其中W和X各自是具有1-50个碳原子的脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族烃基、芳族-芳族烃基、脂族-芳族烃基，并且按通式V以共价键连接 其中R1、R2、R3、R4和Q如权利要求1所定义同时也受其条件限制。
6·权利要求1-4任一项所述的方法，其中W和X各自是具有1-50个碳原子的芳族烃基，并且它们如通式VI所示以共价键连接 其中，R9，R10，R11，R12，R13，R14各自是H或者具有1-50个碳原子的脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族-芳族烃基、芳族烃基、脂族-芳族烃基，F，Cl，Br，I，-CF3，-OR25，-COR25，-CO2R25，-CO2M，-SR25，-SO2R25，-SOR25，-SO3R25，-SO3M，-SO2NR25R26，NR25R26，N＝CR25R26，NH2，其中R9-R14可以相同或不同，并且可以彼此以共价键连接；R25和R26各自是H或者被取代的或未被取代的、具有1-25个碳原子的脂族或芳族烃基，它们可以相同或不同；M是碱金属离子、碱土金属离子、铵离子或鏻离子以及R1、R2、R3、R4和Q如权利要求1所定义同时也受其条件限制。
7.权利要求1-4任一项所述的方法，其中W和X各自是具有1-50个碳原子的芳族烃基，并且它们如通式VI所示以共价键连接 其中，R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15，R16各自是H或者具有1-50个碳原子的脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族-芳族烃基、芳族烃基、脂族-芳族烃基，F，Cl，Br，I，-CF3，-OR25，-COR25，-CO2R25，-CO2M，-SR25，-SO2R25，-SOR25，-SO3R25，-SO3M，-SO2NR25R26，NR25R26，N＝CR25R26，NH2，其中R9-R16可以相同或不同，并且可以彼此以共价键连接；R25和R26各自是H或者被取代的或未被取代的、具有1-25个碳原子的脂族或芳族烃基，它们可以相同或不同；M是碱金属离子、碱土金属离子、铵离子或鏻离子以及R1、R2、R3、R4和Q如权利要求1所定义同时也受其条件限制。
8.权利要求1-7任一项所述的方法，其中Q是通式VIII的烃基 其中，R17，R18，R19，R20，R21，R22，R23，R24各自是H或者具有1-50个碳原子的脂族烃基、脂环烃基、脂族-脂环烃基、杂环烃基、脂族-杂环烃基、芳族-芳族烃基、芳族烃基、脂族-芳族烃基，F，Cl，Br，I，-CF3，-OR25，-COR25，-CO2R25，-CO2M，-SR25，-SO2R25，-SOR25，-SO3R25，-SO3M，-SO2NR25R26，NR25R26，N＝CR25R26，NH2，其中R17-R24可以相同或不同，并且可以彼此以共价键连接；R25，R26各自是H或者被取代的或未被取代的具有1-25个碳原子的脂族或芳族烃基；M是碱金属离子、碱土金属离子、铵离子或鏻离子；其中位置a和b是连接点。
9.权利要求1-8任一项所述的方法，其中X和W以共价键连接，并且反应步骤c)中所用的相应原料是根据反应步骤d)在非质子非极性溶剂中制备得到的
全文摘要
本发明涉及用于制备含有二氧杂磷杂环己烯酮单元的二亚磷酸酯的方法。
文档编号C07F9/00GK1622949SQ02828528
公开日2005年6月1日 申请日期2002年11月28日 优先权日2002年3月13日
发明者科妮莉亚·博格曼 申请人:奥克森诺奥勒芬化学股份有限公司