三价有机磷化合物的制备的制作方法

专利名称：三价有机磷化合物的制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在聚合物碱性离子交换树脂的存在下通过用带有羟基的有机化合物与三卤化磷或卤化有机磷缩合来制备有机亚磷酸酯、有机亚膦酸酯和有机次亚膦酸酯的方法。
由于有机磷化合物宽阔的应用领域，它们已获得相当大的工业重要性。它们用作，例如增塑剂、阻燃剂、UV稳定剂和抗氧化剂。此外，它们在制备杀真菌剂、除草剂、杀虫剂和药品中构成了重要的中间体。因此，许多制备方法已发展起来。在该有机磷化合物之中，有机亚磷酸酯的物质类是尤其重要的。有机亚磷酸酯的制备方法的一个综述由K.Sasse作出并能参见“Methoden der Organischen Chemie”[Methodsof Organic Chemistry](Houben-Weyl)，第XII/2卷，第1章，ThiemeVerlag，Stuttgart(1964)以及L.Maier，G.Kosolapoff，“OrganicPhosphorus Compounds”，第4卷，John Wiley & Sons，p.255-462和在其中所包括的文献参考。
通过反应三卤化磷与适合的苯酚来制备亚磷酸三芳基酯在催化剂的存在下在惰性溶剂中于150℃到200℃的温度下获得成功(DE 20 28878，DE 20 07 070)。所成的氯化氢就地蒸馏出。该方法具有一系列缺点。为了使得就地蒸馏该氯化氢，高温是必要的。特别是在高温下，氯化氢是极其腐蚀性的并因此在该设备建造中需要使用特殊材料。此外，该反应时间非常长，其结果是产生较高分数的副产物并因此纯化该粗产物较昂贵并且不方便。
因此，在碱性化合物(其清除正在形成的氯化氢)的存在下用苯酚与三卤化磷、二氯代亚磷酸单芳基酯或氯代亚磷酸卤代二芳基酯缩合通常在工业上是更加有利的。所使用的碱通常是氮化合物，如三烷基胺(DD 301615、US 4,415,686、JP 54030140)，二甲基甲酰胺(JP10053595、EP 511156)，N，N-二烷基苯胺或氮杂环物如吡啶(G.Kosolapoff，“Organophosphorus Compounds”，John Wiley & Sons(1950)，p.184)。其它方法使用碱金属和/或碱土金属氢氧化物(EP0032202)。JP 54030140描述了在低于化学计量的胺、铵盐、羧酸、胍、酰胺、脒、砜和膦的存在下用苯酚与三卤化磷缩合。
文献WO 91/09040描述了在巯噻唑和二硫代氨基甲酸衍生物的存在下从相应的苯酚和三卤化磷开始制备空间受阻亚磷酸三芳基酯。
有机亚膦酸酯的合成方法的综述，例如在Houben-Weyl，“Methoden der Organischen Chemie”，XII/1，p.44ff中给出。有机次膦酸酯的合成方法的综述在Houben-Weyl，“Methoden der OrganischenChemie”，XII/1，p.210ff中给出。
该已知工业方法的一个缺点是除去该碱和/或其反应产物或在后处理该粗有机磷产物中除去该催化剂。蒸馏分离通常在困难下才是可能的或者由于所包括的组分的较低蒸汽压甚至是不可能的。当使用固体碱和/或该碱的反应产物呈固态或者该碱和/或其反应产物的沉淀是可能的时，从该粗产物的清除可以通过过滤或沉降来进行。在工业规模上，特别是在连续程序中，这些分离操作已知在工业建造和操作中是极其昂贵和不方便的。它们对操作参数的变化和/或将要分离的物质的类型和性能敏感。一般而言，例如为了从该滤饼洗涤有价值的产物，使用大量溶剂也是必要的。然而，这通常仅能不完善地完成(US5,710,307)。
当使用叔胺(特别是三乙胺)时，沉淀析出的卤化三烷基铵导致反应混合物粘度的急剧增加以及器壁沉淀的形成。在这些条件下，搅拌和热交换是相当复杂的。为了避免这一缺点，文献EP 1 234 831建议使用相对长链的叔胺，如三正丙胺、三异丙胺、三正丁胺、三异丁胺和三叔丁胺。然而，在工业规模上仍存在上述过滤的基本缺点。
该粗有机磷产物的进一步后处理可通过本领域技术人员已知的方法来进行，例如通过(部分)结晶、升华、沉淀或层析法，有时还通过蒸馏或精馏。在工业规模上，使用这些分离方法还与高水平的工业复杂性和费用联系在一起。
文献EP 0285 136要求通过从叔有机亚磷酸酯中脱除五价有机磷化合物来纯化前者的方法，该五价有机磷化合物在该合成中是副产的或作为该叔有机亚磷酸酯的降解或水解产物形式。该方法设想在Lewis碱的存在下在高温下用水处理该溶解的混合有机亚磷酸酯。有用的Lewis碱是无机盐(碳酸盐、氢氧化物、氧化物)，叔胺和带有胺基的聚合物。
然而，该有机磷化合物本身的合成没有获得解决。该所要求的方法的一个缺点是用水处理。不但将要除去的杂质而且该叔有机亚磷酸酯本身会在给定的条件下反应，以致，取决于该有机亚磷酸酯的水解稳定性，一部分有价值的产物消失。
DE 100 53 272描述了二亚磷酸酯的制备，其中一个亚磷酸酯单元具有水杨酸构造段。DE 100 58 383描述了具有至少两个磷原子的膦的制备。DE 10114 868描述了二膦的制备。DE 101 40 083和DE 101 40 072描述了二亚磷酸酯的制备，其中两个亚磷酸酯单元具有水杨酸构造段。DE 101 400 86描述了具有水杨酸构造段的单亚磷酸酯的制备。DE102 10 918描述了二亚磷酸酯的制备，其中至少一个亚磷酸酯同样具有水杨酸构造段。所有上述文献描述了将叔胺，特别是三乙胺，吡啶或N-甲基吡咯烷酮用于卤化磷与醇的反应中。
这些现有方法具有一个或多个以下缺点a)从目标产物中完全脱除所使用的碱是昂贵且不方便的。
b)所使用的碱的盐(在反应中形成)通常体积较大或者以使该滤除复杂化的粒度分布存在。
c)由于高的放热性，所需反应温度的维持是困难的。
因此，本发明目的是提供三价有机磷化合物的简单制备方法，其不具有这些缺点中的一个或多个。
令人惊奇地，已发现这一目的能这样实现在离子交换树脂的存在下通过使其中至少一个卤原子键合到磷原子上的三价磷化合物与具有至少一个OH基的有机化合物反应来制备具有至少一个P-O键的三价有机磷化合物。特别是因为尽管使用异类基质来清除该正在形成的卤化氢而不存在产率损失，这是令人惊奇的。
因此，本发明提供通过用具有至少一个OH基的有机化合物与通式i的磷化合物缩合制备三价有机磷化合物的方法，PHalaR(3-a)(i)其中Hal＝选自氯、溴和碘的卤素并且当多个卤素存在(a＞1)时可以是相同或者不同的，R是经由碳或氧原子键合到该磷上的有机基团并优选具有至少2个，更优选至少3个碳原子，并且，当a＜2时，该所存在的R基团可以是相同或不同的，以及a＝1到3，其特征在于在至少一种碱性，尤其是弱碱性离子交换树脂，即以游离胺形式存在的离子交换剂的存在下进行该反应。
根据本发明的方法与常规方法相比具有以下优点a)不存在仅能艰难地从目标产物中除去的盐类副产物。
b)所使用的碱呈固态并且，尽管与卤化氢反应，不会改变其物质状态并基本上保持其尺寸。根据本发明的方法的离子交换剂通常作为填料或珠粒存在，能通过极简单的方法从该反应混合物中除去，例如通过使用与该离子交换剂颗粒尺寸相配的粗-网筛。
c)大量有价值的产物的粘附仅通过该离子交换剂的大小与形状来阻止。与常规类型的沉淀碱相比，使用具有相对较大粒度的填料或颗粒使得该离子交换剂的表面积相对于该体积较小。因此，为了将有价值的任何粘附产物从该已消耗的碱的表面冲洗下来，在根据本发明的方法中仅使用少量溶剂还是必要的。
d)当使用离子交换剂时，该反应的速率常数低于当使用均匀溶解的碱时。因此，该放热反应更容易控制。
e)在该反应期间，没有体积较大的盐形成，它们由于造成粘度增大会在该反应混合物中引起浓度和温度差。
根据本发明的方法将在下文中通过举例来描述，但是本发明不应限于这些实施方案。同样形成本发明主题一部分的并且其应用领域根据本说明书以及权利要求书而变得明显的另外的变体对本领域技术人员来说是显而易见的。
在通过用具有至少一个OH基的有机化合物与通式i的磷化合物缩合来制备三价有机磷化合物的根据本发明的方法中，PHalaR(3-a)(i)其中Hal＝选自氯、溴和碘的卤素并且当多个卤素存在(a＞1)时可以是相同或者不同的，R是经由碳或氧原子键合到该磷上的有机基团并优选具有至少2个，更优选至少3个碳原子，并且，当a＜2时，该所存在的R基团可以是相同或不同的并且可以任选地以共价键相互连接在一起，以及a＝1到3，其特征在于该缩合反应在至少一种碱性，尤其是弱碱性，离子交换树脂，即例如以游离胺形式(不是以OH形式)存在的离子交换剂的存在下进行。
所使用的通式i的磷化合物优选是选自以下通式的化合物中的至少一种化合物
其中Hal是卤素，W和X是具有1到50个碳原子的取代或未取代的，脂族，脂环族，脂族-脂环族，杂环，脂族-杂环，芳族-芳族或脂族-芳族烃，并且W或X可以是相同或不同的或以共价键相互连接。该取代的烃基可以具有，例如一个或多个选自以下基团的取代基伯、仲和叔烷基，脂环基，芳族基，-N(R5)2，-NHR5，-NH2，氟，氯，溴，碘，-CN，C(O)-R5，-C(O)H或-C(O)O-R5，-CF3，-O-R5，-C(O)N-R5，-OC(O)-R5和/或-Si(R5)3，其中R5是优选具有1到20个碳原子的一价烃基，例如烷基，尤其是甲基、乙基、丙基或正丁基或叔丁基，或者，例如芳基，尤其是苯基或萘基。当多个烃基R5存在时，它们可以是相同或不同的。
该取代基优选限于对反应本身没有影响的那些。尤其优选的取代基可以选自卤素，例如氯、溴或碘；烷基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、新戊基、仲戊基、叔戊基、异辛基、叔辛基、2-乙基己基、异壬基、异癸基和十八烷基；芳基，例如苯基、萘基或蒽基；烷基芳基，例如甲苯基、二甲苯基、二甲基苯基、二乙基苯基、三甲基苯基、三乙基苯基或对-烷基苯基；芳烷基，例如苄基或苯乙基；脂环族基，例如环戊基、环己基、环辛基、环己基乙基或1-甲基环己基；烷氧基，例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基或戊氧基；芳氧基，例如苯氧基或萘氧基；-OC(O)R5或-C(O)R5，例如乙酰基、丙酰基、三甲基乙酰氧基、三乙基乙酰氧基或三苯基乙酰氧基；和具有三个烃基的甲硅烷基(-Si(烃基)3，例如三甲基甲硅烷、三乙基甲硅烷或三苯甲硅烷基。
在上面列出的三卤化磷和卤化有机磷中，优选三氯化磷和氯化有机磷。
当在根据本发明的方法中所使用的化合物具有胺基，即-NH2、-N(R5)2或-NHR5时，它们在平衡反应中必须起比该离子交换剂的胺基更弱的碱的作用。具有胺基并不会满足这一条件的化合物不能(直接地)作为反应物用于根据本发明的方法。归根结底，使这些化合物能够使用的一个手段是按照已知的方式通过引入保护基并且，在进行根据本发明的方法之后，再除去该保护基来保护该合适的基团。
具有羟基并可以用于根据本发明的缩合反应的偶合组分可以是具有1到50个碳原子并且具有一个、两个或更多羟基的脂族、脂环族、脂族-脂环族、杂环、脂族-杂环、芳族-芳族、脂族-芳族化合物。就在根据本发明的方法中制备单磷化合物而言，专门使用仅具有一个OH基团的化合物。就制备具有两个或更多磷原子的化合物而言，相应地使用具有两个或更多OH基的化合物。
该具有至少一个羟基的用于根据本发明的方法的化合物优选是至少一种选自以下物质的取代或未取代的化合物具有至多19个碳原子的脂族醇，例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、叔丁醇、2-乙基己醇、异壬醇、异癸醇、异十三醇；OH-取代的芳族化合物，例如苯酚和苯酚衍生物、1，4-二羟基苯、1，2-二羟基苯、1，8-二羟基萘、1，1’-联萘2，2’-二醇或2，2’-联萘-1，1’-二醇；二或多元醇，例如乙二醇；糖，例如环糊精；以及具有选自以下取代基的取代的化合物伯、仲和叔烷基，脂环基，芳族基，-N(R5)2，-NHR5，-NH2，氟，氯，溴，碘，-CN，-C(O)-R5，-C(O)H或-C(O)O-R5，-CF3，-O-R5，-C(O)N-R5，-OC(O)-R5和/或-Si(R5)3，其中R5是一价烃基，优选具有1到20个碳原子。当多个烃基R5存在时，它们可以是相同或不同的。该取代基优选限于对反应本身没有影响的那些。尤其优选的取代基可以选自卤素，例如氯、溴或碘；烷基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、新戊基、仲戊基、叔戊基、异辛基、叔辛基、2-乙基己基、异壬基、异癸基和十八烷基；芳基，例如苯基、萘基或蒽基；烷基芳基，例如甲苯基、二甲苯基、二甲基苯基、二乙基苯基、三甲基苯基、三乙基苯基或对-烷基苯基；芳烷基，例如苄基或苯乙基；脂环族基，例如环戊基、环己基、环辛基、环己基乙基或1-甲基环己基；烷氧基，例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基或戊氧基；芳氧基，例如苯氧基或萘氧基；-OC(O)R5或-C(O)R5，例如乙酰基、丙酰基、三甲基乙酰氧基、三乙基乙酰氧基或三苯基乙酰氧基；和具有三个烃基的甲硅烷基(-Si(R5)3，例如三甲基甲硅烷、三乙基甲硅烷或三苯甲硅烷基。
通过根据本发明的方法制备的三价有机磷化合物优选是至少一种选自以下通式的化合物的化合物 其中W、X、Y和Z是具有1到50个碳原子的取代或未取代的、脂族、脂环族、脂族-脂环族、杂环、脂族-杂环、芳族-芳族或脂族-芳族烃基，并且W、X、Y和Z是相同或不同的或以共价键相互连接，并且其中Q是至少二价的、取代或未取代的、脂族、脂环族、脂族-脂环族、杂环、脂族-杂环、芳族、芳族-芳族或脂族-芳族烃基。该取代的烃基可以具有一个或多个选自以下基团的取代基伯、仲和叔烷基，脂环基，芳族基，-N(R5)2，-NHR5，-NH2，氟，氯，溴，碘，-CN，-C(O)-R5，-C(O)H或-C(O)O-R5，-CF3，-O-R5，-C(O)N-R5，-OC(O)-R5和/或-Si(R5)3，其中R5是一价烃基，优选具有1到20个碳原子。当多个烃基R5存在时，它们可以是相同或不同的。该取代基优选限于对反应本身没有影响的那些。尤其优选的取代基可以选自卤素，例如氯、溴或碘；烷基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、新戊基、仲戊基、叔戊基、异辛基、叔辛基、2-乙基己基、异壬基、异癸基和十八烷基；芳基，例如苯基、萘基或蒽基；烷基芳基，例如甲苯基、二甲苯基、二甲基苯基、二乙基苯基、三甲基苯基、三乙基苯基或对-烷基苯基；芳烷基，例如苄基或苯乙基；脂环族基，例如环戊基、环己基、环辛基、环己基乙基或1-甲基环己基；烷氧基，例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基或戊氧基；芳氧基，例如苯氧基或萘氧基；-OC(O)R5和-C(O)R5，例如乙酰基、丙酰基、三甲基乙酰氧基、三乙基乙酰氧基或三苯基乙酰氧基；和具有三个烃基的甲硅烷基(-Si(烃基)3，例如三甲基甲硅烷、三乙基甲硅烷或三苯甲硅烷基。
根据本发明的方法尤其能够通过用单或多OH-取代的有机化合物(即具有OH基的有机化合物)与二卤代亚磷酸酯1、一卤代亚磷酸酯2和三卤化磷缩合来制备二卤代亚磷酸酯1、一卤代亚磷酸酯2或三有机亚磷酸酯3和3a。
在这些结构中，W、X和Y各自如上面所限定。W、X和Y优选是具有2到25个碳原子的脂族、脂环族、脂族-脂环族、杂环、脂族-杂环、芳族-芳族、脂族-芳族烃基。X、Y和W可以是相同或不同的或以共价键相互连接(例如如在结构3a中一样)。
还可能的利用根据本发明的方法在碱性离子交换树脂的存在下通过用单或多OH-取代的有机化合物与二卤代有机亚膦酸酯6或卤代二有机亚膦酸酯4或7进行缩合来制备卤代二有机亚膦酸酯4，三有机亚膦酸酯5、5a或5b。在这些结构中，W、X和Y各自如上面所限定。
在另一个方法变体中，根据本发明的方法可用来在碱性离子交换树脂的存在下通过用单或多OH-取代的有机化合物与卤代有机次亚膦酸酯9缩合来制备三有机次亚膦酸酯8。
根据本发明的方法还可以用来在一种或多种碱性离子交换树脂的存在下通过用二有机卤代亚磷酸酯2与二或多OH-取代的烃缩合来制备具有结构10、10a或10b的双亚磷酸酯。
在另一个变体中，可以利用根据本发明的方法在一种或多种碱性离子交换树脂的存在下通过用二有机卤代亚磷酸酯2和卤代二有机亚膦酸酯4与二或多OH-取代的烃缩合来制备亚磷酸酯-亚膦酸酯型的二磷化合物12。
在另一个变体中，可以利用根据本发明的方法在一种或多种碱性离子交换树脂的存在下通过用卤代次亚膦酸酯9和二有机卤代亚膦酸酯2与二或多OH-取代的烃缩合来制备亚磷酸酯-次亚膦酸酯型的二磷化合物13。
在另一个变体中，可以利用根据本发明的方法在一种或多种碱性离子交换树脂的存在下通过用卤代二有机亚膦酸酯4与二或多OH-取代的烃缩合来制备二亚膦酸酯化合物14。
在另一个变体中，可以利用根据本发明的方法在一种或多种碱性离子交换树脂的存在下通过用卤代二有机亚膦酸酯4和卤代有机次亚膦酸酯9与二或多OH-取代的烃缩合来制备亚磷酸酯-次亚膦酸酯型的化合物15。
在另一个变体中，可以利用根据本发明的方法在一种或多种碱性离子交换树脂的存在下通过用卤代有机次亚膦酸酯9与二或多OH-取代的烃缩合来制备二次亚膦酸酯化合物16。

在通式10到16中，Q、W、X、Y和/或Z可如上面所限定。具体来说，Q是二价烃基，其可以是脂族、脂环族、脂族-脂环族、杂环、脂族-杂环、芳族、芳族-芳族或脂族-芳族的，并且是取代或未取代的；并且W、X、Y和Z是具有2到25个碳原子的且可以是未取代或取代的脂族、脂环族、脂族-脂环族、杂环、脂族-杂环、芳族-芳族、脂族-芳族烃基；并且X、Y、W和Z可以是相同或不同的或是以共价键相互连接的，如在通式10a或10b中举例说明的一样。
根据K.Sasse在“Methoden der Organischen Chemie”(Houben-Weyl)，第XII/2卷，第1章，p.62 ff.，Thieme Verlag，Stuttgart(1964)中和G.M.Kosolapoff在“Organophosphorus Compounds”，第7章，XV，pp.139，John Wiley，New York(1950)以及在其中包括的文献参考，通过在胺的存在下逐步使用作起始物质的卤化有机磷或卤化磷与含有羟基的化合物反应成功制备了不对称有机亚磷酸酯和不对称亚膦酸酯。取决于所需的目标化合物，根据本发明的方法可以包括一个或多个反应步骤，并且在各种情况下，具有至少一个磷-卤键的一种化合物与具有至少一个羟基的化合物的反应为一个反应步骤。因此，根据本发明的方法可以作为制备不对称有机亚磷酸酯和不对称亚膦酸酯的多阶段方法来进行，在这样情况下，该反应步骤各自在(弱)碱性离子交换剂的存在下进行。
如方案ii、iii和iv所示，可以从三卤化磷开始通过与一当量含有一个羟基的化合物HO-W反应来制备二卤化有机磷、通过使该二卤化有机磷与另一当量的含有一个羟基的化合物HO-X反应来制备卤化二有机磷，并通过使进一步与一当量含有一个羟基的化合物HO-Y反应最后制备不对称三有机亚磷酸酯。在该不对称亚膦酸酯的制备中，可以使用根据方案v和vi的类似程序。
在以下方案vii和viii中，本发明二磷化合物的逐步制备使用双亚磷酸酯10的实例示出。二羟基化合物22与一当量的卤代二有机亚磷酸酯2反应以获得化合物23，该化合物23最后再与一当量卤代二有机亚磷酸酯反应以获得该双亚磷酸酯10。所提及的卤代二有机亚磷酸酯可以是相同或不同的，因此获得对称或不对称双亚磷酸酯。
在方案ii到viii中，W、X、Y、Z和Q如上面所限定。
根据方案vii和Viii，二羟基化合物22可以与二有机亚磷酸酯2、卤代二有机亚膦酸酯4或7、卤代有机次亚膦酸酯9反应。在两个反应步骤中，可以制备不对称二磷化合物，如双亚磷酸酯10、亚磷酸酯-亚膦酸酯化合物12、亚磷酸酯-次亚膦酸酯化合物13、双亚膦酸酯14、亚膦酸酯-次亚膦酸酯化合物15和双次亚膦酸酯16。就相同的卤化有机磷来说，该对称二磷化合物的制备当然可以在一个方法步骤中进行。当该两种卤化有机磷对二羟基化合物22的反应性具有较大差别时，不对称二磷化合物的制备同样可以在一个方法步骤中进行。另外，必须为每个反应步骤提供一个方法步骤。
在与反应vii和viii类似的方式中，带有两个以上磷单元的化合物可以通过使具有三或更多羟基的化合物逐步与卤化有机磷反应来制备。
当仍然含有一个或多个羟基的化合物，例如结构23的化合物是制备的目标时，该反应序列可以在这一阶段终止。该羟基的完全转化不是必要的。
在反应流程ii到Viii中说明的反应步骤可以间歇式进行。在这种情况下，首先添加一种偶合组分和一种或多种离子交换树脂并随后计量加入第二偶合组分。任选地，该组分的给料或溶剂的给料可以用来控制生热速率或反应混合物中的温度。在该间歇式方法中，对于尽可能高产率的所需产物来说，首先添加并计量加入合适的偶合组分是重要的。例如，就根据流程ii到vi有目的地制备通式1、2、3、3a、4、5、5a、5b或8的不对称有机磷化合物来说，优选首先添加该磷化合物(即卤化磷或卤化有机磷)以及一种或多种碱性离子交换树脂并随后计量加入该具有OH基的化合物(羟基组分)。就根据流程vii和viii有目的地制备不对称二磷化合物来说，优选首先添加具有OH基的组分以及一种或多种离子交换树脂并随后计量加入该卤化有机磷。
在每个方法步骤之后，并且在每个反应步骤之后，可以对该粗产物进行后处理并使其在下一个反应步骤中进一步反应。然而，在一种偶合组分完全转化之后，直接地添加下一个组分并省去该两个反应步骤之间的后处理也可以是更有利的。在本发明的上下文中，在各种情况下，具有至少一个磷-卤键的一种化合物与具有至少一个羟基的化合物的反应应该认为是一个反应步骤。
在单个反应步骤中的反应时间可以是相同或不同的、但是在各种情况下为了获得所需的转化率可以足够地长。在单个反应步骤中的反应温度可以是相同或不同的。在单个反应步骤中所使用的碱性离子交换树脂或各自树脂可以是相同或不同的。
用于间歇式反应控制的反应器可以是搅拌槽。该碱性离子交换树脂或各树脂可以在该反应混合物中使用，例如作为自由活动的珠粒使用。合并该搅拌器传送流流向的包装料形式的离子交换树脂或各树脂也是可能的。使用纺纱篮(spinning basket)搅拌器同样是可能的。此外，所使用的反应器体系可以是具有完全再循环的搅拌反应器(环路反应器)。朝该离子交换树脂床的流动可以是从上或从下的。
在根据本发明的方法的另一个优选实施方案中，在流程ii到Viii中示出的反应步骤还可以在串联连接的反应空间中连续地进行。这样的反应序列在

图1中示出将该反应物A和第一偶合组分K1引入第一反应阶段I。随后将第一反应阶段的流出物B，还有第二偶合组分K2引入第二反应阶段II。还可能的是所提及的偶合组分K是一个连续，或多个连续反应器的流出物，该反应器任选是串联连接的，即是图2中给出类型的平行并且汇合连接的反应器序列。
为了在不对称产物的制备中获得尽可能高产率的所需产物，该反应物的浓度比应在每个阶段中根据具体给料的比例来适当调节。通常，设置在摩尔当量或近似摩尔当量的量。
在连续模式中，该反应物在单个反应阶段中的停留时间也可以是相同或不同的，但是在各种情况下为了在各个阶段中获得所需的转化率，它必须是充分的。在单个反应步骤中所使用的碱性离子交换树脂或各树脂可以是相同或不同的。
用于连续反应控制的反应器可以是连续搅拌槽。该碱性离子交换树脂或各树脂可以在该反应混合物中作为自由活动的珠粒来使用。合并该搅拌器传送流流向的包装料形式的离子交换树脂或各树脂也是可能的。使用纺纱篮搅拌器(spinning basket stirrers)同样是可能的。此外，可以使用管式反应器。朝该离子交换树脂床的流动可以是从上或从下的。在该连续反应器中，该反应器流出物的部分再循环是有利的。就反应器组中的连续反应器的布置来说，一个反应阶段流出物的再循环部分可以部分或完全地再循环入相同阶段，部分或完全地引入在前阶段的起始端或部分或完全地引入该反应器组的第一个反应器的第一个阶段的起始端。
相当普遍地，并且不管该方法是否是连续地或间歇地进行，当进行多个反应阶段时，在该反应阶段中可以使用相同或不同的离子交换剂。同样地，当进行多个反应阶段时，在该反应阶段中可以设置相同或不同的反应条件，尤其是温度。在该反应阶段中所选择的温度基本上取决于原料的反应性并且可以在一序列反应器内是相同或不同的。该温度优选在反应器组内上升。该反应温度优选为-50℃到150℃，优选-10℃到120℃，更优选20℃到100℃。如先前描述，该温度可以通过该组分的给料控制来控制。通过利用可加热/可冷却反应器将该温度保持在某一温度下同样地是可能的。结合使用两个温度调节手段也是可能的。这样，整个方法或单个方法或反应步骤的准-等温操作是可能的，这使得尤其精确设置到获得更好产率的最佳反应温度成为可能。
根据本发明的方法优选在一种溶剂或多种溶剂存在下进行。该溶剂的选择取决于该原料的溶解性。此外，该溶剂必须在反应条件下对该原料基本上是惰性的。该溶剂还可以添加到该反应混合物中来控制该温度。优选使用起质子载体作用的溶剂。
优选的溶剂是例如芳香族化合物，如苯、氯苯、甲苯或二甲苯；开链或环状烷烃，如戊烷、正己烷、正庚烷、环己烷或甲基环已烷；开链或环状醚，如乙醚、二异丙醚、甲基叔丁基醚、茴香醚、四氢呋喃、1，4-二烷、1，3-二氧戊环；酯，如乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸叔丁酯；环状碳酸酯，碳酯乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸1，2-丁烯酯；酮，如丙酮、2-丁酮、3，3-二甲基-2-丁酮；芳族和脂族腈，如苄腈、丙腈和乙腈；内酯；吡咯烷酮，例如N-甲基吡咯烷酮；甲酰胺，例如二甲基甲酰胺；亚砜，例如二甲基亚砜；以及N-烷基吗啉和环丁砜。当然，还可能使用这些溶剂的混合物。
根据本发明方法的尤其优选的实施方案是在质子转移剂的存在下进行，质子转移剂优选在该反应混合物或反应溶液中以均匀形式存在。所使用的质子转移剂可以是碱(尤其是胺)，它们与该弱碱性离子交换剂相比是更弱的碱。所使用的质子转移剂优选是除了起质子转移剂作用之外还可以承担溶剂作用的那些化合物。此类化合物可以是，例如N-甲基吡咯烷酮或甲基咪唑。使用均匀分布在该反应混合物中的质子转移剂可以提高该反应速率，因为为了促进了该反应，这样的反应物不再必须直接接触该离子交换剂，而是仅与更弱的碱接触，但是该碱均匀分布在该反应混合物中。在该反应混合物中，优选，质子转移剂与由该离子交换剂提供的游离碱的摩尔比率为0.0001∶1到1∶1，优选0.001到0.01。
为了清除在三卤化磷或卤化有机磷与带有羟基的有机化合物缩合中所形成的卤化氢，优选根据本发明的方法在一种或多种聚合物(弱)碱性离子交换树脂(优选是基于苯乙烯-二乙烯基苯共聚物)的存在下进行。尤其优选使用这样的离子交换树脂，其基于带有N，N-二烷基胺基(例如N，N-二甲基氨基)的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物。可以使用大网状离子交换树脂或具有凝胶类型的那些。尤其优选使用大网状离子交换树脂。
非常适合用于根据本发明的方法的是商购的(弱)碱性离子交换树脂，例如Lewatit MP62、DOWEX M-43或Amberlyst A21。
优选使用以颗粒形式的离子交换剂，其优选具有10μm到2mm，更优选0.1到1.5mm的平均粒度，或使用以固定包装料形式的颗粒。
在根据本发明的方法中，使用至少足够的弱碱性离子交换剂，使得相对于在该化合物形成过程或各形成过程中释放的每摩尔酸，在该离子交换剂上可获得至少一摩尔游离碱。优选使用足够的离子交换剂，使得由该释放所产生的酸的摩尔数与由该离子交换剂释放的游离碱的摩尔数之比为1∶1到3∶1，优选1.1∶1到2∶1。
在该离子交换树脂用于根据本发明的方法之前，其优选通过已知的技术干燥，例如通过在减压下热处理(G.Mohorcic，M.Pregelj，M.Pirs，Ion Exchange and Membranes(1975)，2(2)，107-110，C.Buttersack，K.Struss，H.Widdecke，J.Klein，Reactive Polymers，Ion Exchangers，Sorbents(1987)，5(2)，171-180)或通过与适合的共沸物剂共沸蒸馏(GB 1120402)。
为了以连续或准连续的模式进行该方法，每个反应步骤或方法步骤提供至少两个平行反应器，它们这样来连接当在该反应器之一中进行该离子交换剂的交换、再生或干燥时，该反应能在另一个反应器中继续进行。
为了保持该方法成本较低，再生载有卤化氢的离子交换树脂(使其回到碱形式)并重新使用它是合适的。通常，用NH4OH、Na2CO3或NaOH来再生弱碱性离子交换剂。对于这一主题的精确指示由制造商的技术信息纸提供(例如，Lewatit-Selective ion exchangers，Instructionsfor laboratory trials with Lewatit selective ion exchangeresins，Technical Information，Bayer；Dow Liquid Separations，DowexMarathon WBA，Ion Exchange Resin，Engineering Information，The DowChemical Company；Dowex Ion Exchange Resins，Properties，Impuritiesand Concentrations Regenerant Chemicals)。
有关离子交换剂再生的进一步信息可以参见，例如Regeneration ofAnion Exchange Resins with Regular-Grade Diaphragm-Cell CausticSodaA Five-Year Plant Trial(IWC Proceedings，10(88，S.D.Coker，M.P.Murphy)；Petrochemical Company AnionExchange Resin Regeneration Trial(Dow Report，8/89，MichaelA.Smith)和Caustic Soda for Ion Exchange Resin Regeneration(Marketing Research Report，4/86，Ralph A.Bacon)。
参考附图的图1和图2详细说明了本发明，但是本发明不限于这些实施方案，本发明的应用范围从说明书和权利要求书得出。
图1示出了用于连续模式的一种可能反应器连接。图1的方法具有三个反应步骤。在第一个步骤中，反应物A(例如三氯化磷)注入具有离子交换剂的反应器I。组分K1(其是具有OH基的第一化合物)同样计量加入该反应器中。组分K1的量优选满足A与K1的摩尔比率为31。作为第一反应步骤I的产物B所获得的二氯化单有机磷输入到下一个反应步骤的反应器II(其同样具有离子交换剂)中。同样向这一反应器中计量加入具有OH基的第二化合物组分K2。这里，组分K2的量优选满足当进入该反应器时B与K2的摩尔比率为2∶1。作为第二反应步骤II的产物C所获得的氯化二有机磷输入到下一个反应步骤的反应器III(其同样具有离子交换剂)中。进一步向这一反应器中计量加入具有OH基的第三化合物组分K3。组分K3的量优选满足当进入该反应器时C与K3的摩尔比率为1∶1。这样，从反应器III获得的产物D是亚磷酸酯。
图2示出另一种反应器的可能连接，在其中具有多个反应步骤的根据本发明方法的一个方法变体能连续地进行。因此，反应物A1(例如通式2的卤代二有机亚磷酸酯)连同组分K1(例如通式22的二羟基化合物)以1∶1的比例一起注入具有离子交换剂的反应器I1中。所获得的反应产物B1是通式23的反应产物。反应物A2(例如通式1的二卤代有机亚磷酸酯)连同组分K2(例如具有OH基的烷基化合物)以1∶1的比例一起注入同样具有离子交换剂的反应器I2中。所获得的反应产物B2是通式2的产物。该产物B1和B2一同导入(优选以1∶1的摩尔比率)同样具有离子交换剂的反应器II中。在这一反应器中，产物B1和B2起反应消去卤化氢获得通式10的产物C。
以下实施例仅旨在说明本发明，而不是限制其应用范围，该应用范围仅从说明书和权利要求书中得出。
实施例所有的制备在保护气体下使用标准Schlenk技术来进行。该溶剂在使用之前于适合的干燥剂上干燥。所使用的离子交换剂(Lewatit MP-62)在己烷中悬浮以除去水并且该水在Dean-Stark设备中以共沸方式除去。
实施例1由2，2’-双(3，5-二叔丁基)苯酚和三氯化磷制备通式I的亚磷酸酯 实施例1.1本发明在室温下，将12.3g(0.03mol)2，2’-双(6-叔丁基-1-羟基-4-甲氧基苯酚)在100ml甲苯中的溶液逐滴添加到26.5g(0.045mol eq.)LewatitMP-62离子交换剂和1.3ml(2g；0.015mol)三氯化磷在200ml甲苯中的混合物中。随后，加热该反应混合物到60℃保持2h，然后冷却过夜。为了后处理，利用玻璃熔料(frit)滤出该离子交换剂并用50ml甲苯再洗涤该离子交换剂4次。在室温下，在油泵真空中脱出该溶液的挥发性成分，并在减压下干燥该产物。产量11.8g，对应于理论产率的93％。
实施例1.2根据EP 1 201 675的现有技术在0℃下，将0.93g PCl3(6.75mmol)在10ml THF中的溶液逐滴添加到2.42g 2，2’-双(6-叔丁基-1-羟基-4-甲氧基苯)(6.75mmol)和1.6ml吡啶在22ml THF中的溶液中。在25℃搅拌4h之后，在减压下除去该溶剂。在添加40ml乙醚、过滤并在减压下浓缩之后，获得2.8g(98％)光谱纯的2，2’-双(6-叔丁基-1-羟基-4-甲氧基苯)的氯代磷酯。在室温下，将2.8g这一在20ml THF中的氯代酯(6.62mmol)添加到苯酚单锂溶液中，苯酚单锂溶液是在-20℃下由在30ml THF中的2.37g 2，2’-双(6-叔丁基-1-羟基-4-甲氧基苯)(6.62mmol)和20.7ml正丁基锂(6.62mmol)的0.32M己烷溶液获得。在24h之后，在减压下浓缩该混合物。添加40ml二氯甲烷、过滤并在减压下清除该溶剂获得4.6g(93％)高粘性的产物。
按照现有技术(EP 0 213 639)中所述使用三乙胺。
将大约179.2g(0.5mol)2，2’-二羟基-3，3’-二叔丁基-5，5’-二甲氧-1，1’-联苯添加到大约1600ml甲苯中。然后以共沸方式除去足够的甲苯以除去痕量的水分。然后将该二醇-甲苯溶液冷却到80℃并添加大约168.7g(1.67mol)三乙胺。将大约68.7g(0.5mol)PCl3添加到200ml甲苯中。在-10℃下，于1h40分钟内向该溶液中逐滴添加该二醇-甲苯溶液。在这一温度下再保持该反应溶液30分钟。随后，允许该溶液在2h内回升到室温。随后，过滤该反应混合物以除去该盐酸三乙胺沉淀并用200ml甲苯洗涤该沉淀两次。合并该滤液和洗液获得717.5g氯亚磷酸酯(Phosphorochloridit)中间体在甲苯中的溶液。
另外将大约170g 2，2’-二羟基-3，3’-二叔丁基-5，5’-二甲氧-1，1’-联苯添加到800ml甲苯中。随后，添加48.1g三乙胺。在室温下，于45分钟内，向该溶液中添加该717.5g上述氯亚磷酸酯-甲苯溶液。将该温度提高到80℃保持一个小时45分钟，然后提高到95℃保持2小时。随后，允许该混合物冷却到室温。将大约600ml蒸馏水添加到该反应混合物中以溶解该固体盐酸三乙胺。在给予该溶液时间静置之后，分离形成的相。用250ml甲苯萃取该水相两次。合并该有机相和该萃取物并于干燥硫酸镁上干燥一小时。随后，过滤该溶液并在减压下浓缩获得固体残余物。从乙腈再结晶该残余物，获得242.5g(理论值的65.4％)二有机亚磷酸酯。
参考本发明实施例能看出，能获得与通过现有技术方法相同的产率，但是本方法明显地更加简单。
实施例2通式II的氯化2，2’-联苯磷的制备。
实施例2.1本发明在室温下，伴随着强烈搅拌，向35g(0.06mol)Lewatit MP 62离子交换剂和4.13g＝2.62ml(0.03mol)三氯化磷在150ml甲苯中的混合物中逐滴添加5.7g(0.03mol)1，1’-联苯基-2，2’-二醇在50ml甲苯中的溶液。随后，允许继续反应2小时。为了后处理，滤出该离子交换剂并用50ml干燥甲苯再洗涤3次。在减压下从该所得的溶液中除去溶剂。产量为7.2g，理论产率的96％。纯度＞95％。
现有技术在3，4-二羟基甲苯和2，2’-二羟基联苯的磷酸酯中。Anschutz，Ludwig；Marquardt，Wolfgang，Chem.Ber.1956，89，1119-23，在70分钟内，将48g PCl3逐滴添加到在45ml苯中的45.7g 2，2’-二羟基联苯中的。在回流下保持该混合物5小时，随后在20℃下保持14小时。获得57％的氯化2，2’-亚联苯基磷。
US 4,769,498在室温下，将大约771.4g PCl3逐滴添加到281.1g 1，1’-联苯基-2，2’-二醇中，在搅拌和回流下逐渐加热该混合物两小时(从大约22℃到大约83℃)。然后允许该反应混合物冷却到大约30℃。随后，在145℃的蒸汽温度下蒸馏该混合物以除去过量的PCl3。从顶部取出大约468g馏出物。随后，在0.5mmHg的压力和137℃到140℃的蒸汽温度下蒸馏该剩余残余物。从顶部收集到32.5g黄色、粘性液体。然后，在143℃的蒸汽温度下继续真空蒸馏，从顶部获得270.8g 1，1’-联苯-2，2’-二基氯亚磷酸酯的无色粘性液体。虽然在这种情况下产率为72％，但是必须在3.7倍过量的PCl3下进行。
在J.MoL.Catal.AChemical 2000，164，125-130中，为Schlenk管提供14mmol 2，2’-联苯酚、35ml甲苯和搅拌器，随后将其冷却到温度为0℃。经由套管，向这一混合物中缓慢添加15mmol PCl3、15ml甲苯和5mlEt3N的混合物。在环境温度下搅拌过夜之后，用玻璃熔料过滤该混合物。用50ml甲苯洗涤该残余物。通过在减压下蒸发从该滤液中除去溶剂和过量的PCl3。蒸馏该滤液获得纯产物，产率为90％。
根据本发明的方法具有的优点在于，获得完全不含胺的产物并且，即使作为粗产物，也能直接地进一步使用。此外，96％的产率高于其它两个方法中的产率。
实施例3通式III的2，2’-双[(1，1’-联苯-2，2’-二基)亚磷酸酯]-3，3’-二叔丁基-5，5’-二甲氧-1，1’-联苯 实施例3.1本发明在室温下，向17.5g(0.03摩尔当量)Lewatit MP离子交换剂和7.2g(0.029mol)氯化2，2’-亚联苯基磷在100ml甲苯中的混合物中缓慢添加4.5g(0.0125mol)3，3’-二叔丁基-2，2’-二羟基-5，5’-二甲氧基联苯在100ml甲苯中的悬浮液。随后，在室温下搅拌该反应混合物2h并在60℃下搅拌2h。为了后处理，滤出该离子交换剂，在减压下除去甲苯并从己烷再结晶该所得的残余物。产量为7.2g(理论值的50％)。
使用三乙胺的现有技术(WO 95/14659)
在-40℃下，于15分钟内，向1，1’-联苯-2，2’-二基氯亚磷酸酯(1.40g，5.6mmol)在0.6ml甲苯中的溶液中添加2，2’-二羟基-3，3’-二叔丁基-5，5’-二甲氧基-1，1’-联苯(1.00g，2.80mmol)和三乙胺(1.79ml，22.4mmol)在12ml甲苯中的溶液。该所得的混合物在一整夜缓慢回升到室温。在添加6.5ml水之后，过滤该反应混合物。反复用水洗涤该残余物，随后在减压下干燥过夜。获得白色固体并从乙腈再结晶该白色固体。获得0.72g白色粉末(33％的产率)。
能明显地看出，使用碱性离子交换剂允许获得更高产率。在根据本发明的方法中，可以省去对该反应混合物的冷却或在较低的温度下进行该反应，因为该反应进行得更加温和(moderater)。
权利要求
1.通过用具有至少一个OH基的有机化合物与通式i的磷化合物缩合制备三价有机磷化合物的方法，PHalaR(3-a)(i)其中Hal＝选自氯、溴和碘的卤素并且当多个卤素存在(a＞1)时可以是相同或者不同的，R是经由碳或氧原子键合到该磷上的有机基团，并且，当a＜2时，该所存在的R基团可以是相同或不同的，以及a＝1到3，其特征在于在至少一种碱性离子交换树脂的存在下进行该缩合反应。
2.权利要求1的方法，其特征在于所使用的通式i的磷化合物是至少一种选自以下通式的化合物中的化合物 其中W和X是具有1到50个碳原子的取代或未取代的，脂族，脂环族，脂族-脂环族，杂环，脂族-杂环，芳族-芳族或脂族-芳族烃，并且W或X是相同或不同的或是以共价键相互连接的。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于所使用的具有至少一个羟基的化合物是至少一种选自以下物质的取代或未取代的化合物甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、叔丁醇、2-乙基己醇、异壬醇、异癸醇、异十三醇、苯酚、苯酚衍生物、1，4-二羟基苯、1，2-二羟基苯、1，8-二羟基萘、1，1’-联萘基-2，2’-二醇或2，2’-联萘-1，1’-二醇；其中所述取代的化合物具有选自以下的取代基伯、仲和叔烷基，脂环基，芳族基，-N(R5)2，-NHR5，-NH2，氟，氯，溴，碘，-CN，-C(O)-R5，-C(O)H或-C(O)O-R5，-CF3，-O-R5，-C(O)N-R5，-OC(O)-R5和/或-Si(R5)3，其中R5是一价烃基，并且，当多个烃基R5存在时，它们是相同或不同的。
4.权利要求1到3之一的方法，其特征在于所制备的三价有机磷化合物是至少一种选自以下通式的化合物中的化合物 其中W、X、Y和Z是具有1到50个碳原子的取代或未取代的、脂族、脂环族、脂族-脂环族、杂环、脂族-杂环、芳族-芳族或脂族-芳族烃基，并且W、X、Y和Z是相同或不同的或以共价键相互连接，并且其中Q是至少二价的、取代或未取代的、脂族、脂环族、脂族-脂环族、杂环、脂族-杂环、芳族、芳族-芳族或脂族-芳族烃基。
5.权利要求4的方法，其特征在于该通式(1)、(2)、(3)、(3a)、(4)、(5)、(5a)、(5b)或(8)的化合物各自通过首先添加该磷化合物以及一种或多种碱性离子交换树脂并随后计量加入该具有OH基的化合物来制备。
6.权利要求4的方法，其特征在于不对称二磷化合物通过首先添加该具有OH基的化合物以及一种或多种碱性离子交换树脂并随后计量加入该磷化合物来制备。
7.权利要求1到6之一的方法，其特征在于在各种情况下，具有至少一个磷-卤键的化合物与具有至少一个羟基的化合物的反应是一个反应步骤。
8.权利要求7的方法，其中，当进行多个反应步骤时，它们可以按连续式或间歇式进行。
9.权利要求7或8的方法，其特征在于，当进行多个反应步骤时，将相同或不同的离子交换剂用于该反应步骤。
10.权利要求7到9之一的方法，其特征在于，当进行多个反应步骤时，在该反应步骤中设置相同或不同的温度。
11.权利要求1到10至少之一的方法，其在一种或多种选自以下物质的溶剂的存在下进行苯、氯苯、甲苯、二甲苯、戊烷、正己烷、正庚烷、环己烷、甲基环已烷、乙醚、二异丙醚、甲基叔丁基醚、茴香醚、四氢呋喃、1，4-二烷、1，3-二氧戊环、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸叔丁基酯、碳酯乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸1，2-丁烯酯、丙酮、2-丁酮、3，3-二甲基-2-丁酮、苄腈、丙腈、乙腈、内酯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-烷基吗啉和环丁砜。
12.权利要求1到11至少之一的方法，其特征在于在聚合物弱碱性离子交换树脂的存在下进行该方法，其中该离子交换树脂基于带有N，N-二烷基胺基的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物。
13.权利要求1到12之一的方法，其特征在于该离子交换剂以平均粒度为10μm到2mm的颗粒形式或以固定包装料形式使用。
14.权利要求1到13之一的方法，其特征在于在用于根据本发明的方法之前对该离子交换剂进行干燥。
15.权利要求1到14之一的方法，其特征在于该方法在质子转移剂的存在下进行。
全文摘要
本发明涉及在聚合物碱性离子交换树脂的存在下通过用带有羟基的有机化合物与三卤化磷或卤化有机磷缩合来制备有机亚磷酸酯、有机亚膦酸酯和有机次膦酸酯的方法。本发明方法允许制备三价有机磷化合物，其能，例如在作为催化剂用于加氢甲酰化的铑配合物中用作配体。
文档编号C07F9/6574GK1898253SQ200480038825
公开日2007年1月17日 申请日期2004年10月29日 优先权日2003年12月23日
发明者D·奥尔特曼, K·-D·威斯, O·莫勒, D·弗濑达格 申请人:奥克森诺奥勒芬化学股份有限公司