DE1201836B - Verfahren zur Herstellung von Phosphinen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C07f

Deutsche KL: 12 ο-26/01

Nummer: 1201836

Aktenzeichen: A 47748IV b/12 ο

Anmeldetag: 8. November 1961

Auslegetag: 30. September 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Phosphinen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man bei 0 bis 150⁰C in einem inerten organischen Lösungsmittel

a) weißen Phosphor,

b) eine metallorganische Verbindung der allgemeinen Formel

RMX_n

in der R eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlen-Stoffatomen, eine Cycloalkyl-, eine gegebenenfalls durch Halogenatome oder niedere Alkoxygruppen substituierte Arylgruppe oder der 3-(Trifluormethyl)-phenylrest sein kann, M Lithium oder Magnesium, X Halogen und η = 0 oder 1 bedeutet, und

c) ein Alkylhalogenid

umsetzt und dann die Reaktionsmischung mit Wasser oder verdünnter Mineralsäure hydrolysiert.

Es wurde bereits eine Reaktion zwischen festem Phosphor und Natrium und/oder Lithium sowie die anschließende Umsetzung des Zwischenproduktes mit einer organischen Halogenverbindung RX beschrieben. Die nach diesem Verfahren erhaltenen Produkte sind Alkylphosphine.

Demgegenüber besteht das erfindungsgemäße Verfahren in der Umsetzung von festem Phosphor mit einer metallorganischen Verbindung und der nachfolgenden Reaktion der auf diese Weise erhaltenen Produkte mit einem Alkylhalogenid. Die Zwischenprodukte der beiden Verfahren sind also verschieden. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur die Herstellung von Alkylphosphinen, sondern auch von Aryl-, Alkyl- und gemischten Aryl- und Alkylphosphinen.

Beispiele für erfindungsgemäß anwendbare metallorganische Verbindungen der vorstehend angegebenen allgemeinen Formel sind Lithium-n-butyl, n-Butylmagnesiumbromid, n-Butylmagnesiumchlorid, Methylmagnesiumjodid, Lithium-1-naphthyl, Lithium-3-(trifluormethyl)-phenyl, Lithium-4-fluorphenyl, Lithium-4-methoxyphenyl, Octylmagnesiumbromid, Lithiumheptyl, Hexylmagnesiumbromid, Lithiumcyclohexyl, Lithium-n-dodecyl, Lithiumheptafluorpropyl, Lithium-6-methoxy-2-naphthyl, Lithium-n-propyl, Lithium-4-tolyl und Lithium-4-chlorphenyl.

Man kann den elementaren weißen Phosphor in feinverteilter Form, aber auch in geschmolzenem Zustand oder in Stückform anwenden.

Geeignete Alkylhalogenide sind z. B. Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl-, Hexyl-, Heptyl-, Verfahren zur Herstellung von Phosphinen

Anmelder:

American Cyanamid Company,

Township of Wayne, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Chem. Dr. I. M. Maas

und Dr. W. G. Pfeiffer, Patentanwälte,

München 23, Ungererstr. 25

Als Erfinder benannt:

Michael McKay Rauhut,

Andrew MiIo Semsei, Stamford, Conn.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 8. November 1960
(67 884)

Octyl-, Nonyl-, Deeyl-, Undecyl- und Dodecylhalogenide, wie Chloride, Bromide und Jodide.

Beispiele für inerte organische Lösungsmittel sind Äther, aromatische Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Tetrahydrofuran, Diäthyläther, Benzol, Toluol, Xylol, Dimethoxyäthan, der Diäthyläther von Diäthylenglykol und Dioxan.

Die Reaktionsteilnehmer der vorliegenden Erfindung können in irgendeiner Reihenfolge zusammengebracht werden. Man erhält gute Ergebnisse, wenn man eine Lösung der metallorganischen Verbindung und des Alkylhalogenids in einem inerten organischen Lösungsmittel herstellt und den elementaren weißen Phosphor zugibt.

Man verwendet im allgemeinen ein Verhältnis von weißem Phosphor zu metallorganischer Verbindung zu Alkylhalogenid von wenigstens 1:1:1. Aber auch fast jeder praktisch in Frage kommende Überschuß von metallorganischer Verbindung und/oder Alkylhalogenid bezüglich weißen Phosphors liegt im Bereich der Erfindung. Man kann beispielsweise etwa folgende Verhältnisse, bezogen auf ein Atom Phosphor, verwenden: 1:3:3, 1:5:1, 1:1:5, 1: 10:1, 1: 3 :10 u. dgl. Vorzugsweise verwendet man ein Verhältnis im Bereich von 1:2:2 und 1:5:5.

Wird das metallorganische Magnesiumhalogenid zusammen mit dem Alkylhalogenid bei einem geringen

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3 4

Verhältnis von magnesiumorganischem Halogenid zu organische Phase wird abgetrennt, mit wasserfreiem

Phosphor verwendet, so entsteht hauptsächlich ein Magnesiumsulfat getrocknet und destilliert; man

Tetraphosphinderivat. erhält 16,6 g Naphthalin vom Kp._2o 109 bis 13O⁰C,

Die Reaktion wird bei 0 bis 150⁰C durchgeführt. 48,9 g 1-Butylnaphthalin vom Kp._Oil 90 bis HO⁰C,

Besonders günstige Ergebnisse erhält man bei Zimmer- 5 30,5 g Butyl-(l-naphthyl)-phosphin vom Kp._0;1123 bis

temperatur (20 bis 25°C). Man erzielt gute Ergebnisse, 131°C und 25,0 g Butyl-bis-(l-naphthyl)-phosphin

wenn man die Reaktionsmischung unter Rückfluß hält. vom Kp._0>1 200 bis 221⁰C.

Die Hydrolyse der bei der ersten Verfahrensstufe der Das Butyl-(l-naphthyl)-phosphin wird erneut deErfindung erhaltenen Reaktionsmischung wird unter stilliert, wobei man eine analysenreine Probe vom Verwendung von Wasser oder verdünnter Mineral- io Kp._0j05 111 bis 113° C erhält,
säure, beispielsweise verdünnter HCl oder H₂SO₄, aus- Analvse· C H P

geführt, und die erhaltenen Produkte werden durch ^y " " " _D1/l„,,

Destillation unter vermindertem Druck oder unter Berechnet ... C 77,75, H 7,9 5 P 14,32 J₀;

inerter Atmosphäre isoliert. gefunden ... C 77,55, H 7,96, P 13,63 %.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei 15 Das Butyl-bis-(l-naphthyl)-phosphin wird destilliert,

Atmosphärendruck, Über- oder Unterdruck ausge- wobei man eine Probe vom Kp._0i2 224 bis 226°C erhält,

führt werden. Man kann ansatzweise, kontinuierlich Analvse· CHP

oder halbkontinuierlich arbeiten. ^y ' ^{2i 23}„_O._1O „,„ _Dnn<o;

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Berechnet ... C 84,18, H 6,77, P 9,05 J₀;

₂₀ gefunden ... C 83,33, H 6,83, P 8,99%.

^BeisP^ie11 Beispiel3

Phenylphosphin, Dibutylphenylphosphin, Dibutyl-(3-trifluormethylphenyl)-phosphin,

Butyldiphenylphosphin Butyl-bis-(3-trifluormethylphenyl)-phosphin

7,7 g (0,25 g-Atome) weißer Phosphor werden unter 25 Man stellt eine Lösung von Lithium-3-trifluor-

Wasser in Stücke von etwa 0,5 g geschnitten, mit methylphenyl und Butylbromid in Äther her, indem

Aceton und Äther gewaschen und unter Stickstoff _man Lithiumbutyl, das aus 60,8 g (0,44 Mol) Butyl-

unter Rühren zu einer Lösung von 0,5 Mol Lithium- bromid und 6,9 g (1,0 g-Atom) Lithium in 250 ml

phenyl und 68,5 g (0,5 Mol) Butylbromid in 250 ml Äther hergestellt wurde, zu einer Lösung von 100,0 g

Äther gegeben. Die exotherme Reaktion wird 45 Minu- 30 (0,44 Mol) 3-Trifluormethylbrombenzol in 50 ml Äther

ten lang mittels eines Eisbades bei 35°C gehalten. Die bei -20⁰C gibt. Man gibt 6,9 g (0,22 Mol) in Stücke

Mischung wird weitere 6 Stunden unter Rückfluß _{von 0},5 g geschnittenen weißen Phosphor hinzu und

erhitzt und dann mit 100 ml Wasser behandelt. Die ^^ dj_e Mischung 3 Stunden unter Stickstoff. Die

wäßrige Phase wird abgetrennt und mit 50 ml Äther Reaktionsmischung wird während der ersten 30 Minu-

extrahiert. Die Atherlösungen werden vereinigt, mit _{35 ten} gelinde unter Rückfluß erhitzt und allmählich auf

wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und destilliert; Zimmertemperatur abgekühlt. Man erhält eine dunkel-

man erhält 2,7 g Phenylphosphin vom Kp._2O 50 bis _rote Reaktionsmischung, die mit 200 ml Wasser be-

65°C, 14,4 g Dibutylphenylphosphin vom Kp.₅ 107 bis handelt wird. Die organische Phase wird abgetrennt,

129°C und 16,7 g Butyldiphenylphosphin vom Kp._{Oil m}i_t wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und unter

87 bis 92°C. 40 vermindertem Druck destilliert; man erhält 23,4 g

Das Dibutylphenylphosphin wird erneut destilliert, Dibutyl-(3-trifluormethylphenyl)-phosphin vom Kp.₁₈

wobei man eine Probe vom Kp.₁₇ 163°C zur Analyse 140 bis 155°C und 31,0 g Butyl-bis-(3-trifluormethyl-

erhält. phenyl)-phosphin vom Kp.₁₈ 165 bis 175°C.
Analyse: Cj₄H₂₃P

Berechnet ... C 75,64, H 10,43 %; ⁴⁵ B e i s ρ i e 1 4

gefunden ... C75,98, H 10,70%. Dibutyl-(4-methoxyphenyl)-phosphin,

Das Butyldiphenylphosphin wird erneut destilliert, Butyl-bis-(4-methoxyphenyl)-phosphin

wobei man eine Probe vom Kp._0<15114 bis 115°C zur Man stellt eine Lösung von Lithium-4-methoxy-

Analyse erhält. 50 phenyl und Butylbromid in Äther her, indem man

Analyse: C₁₆H₁₈P Lithiumbutyl, das aus 137,0 g (1,0 Mol) Butylbromid

Berechnet ... C 79,31, H 7,90, P 12,78 %; ^u*^d,¹⁷'² § ψ⁵ g-Atome) Lithium in 600 ml Äther

ppfiinrlpn C 70 97 W 7 08 ρ 19 81 «·/ erhalten wurde, zu einer Losung von 187,1 g (1,0 Mol)

gCl UHUClI ... \_* /7,Zr/, JT. /,7O, JT JL.£,OJL I₀. . _Λ . _ - «... . . _M , tee

4-Bromanisol in 100 ml Äther hinzugibt. 15,5 g

Beispiel2 55 (0,5 g-Atome) in Stücke von 0,5 g geschnittener weißer

Phosphor werden zugegeben und die Mischung 4 Stun-

Butyl-(l-naphthyl)-phosphin, Butyl-bis- _{den unter} stickstoff unter Rückfluß erhitzt. Die er-

(l-naphthyl)-phosphin haltene dunkelrote Lösung wird 16 Stunden bei

Eine Mischung aus 1-Naphthyllithium und Butyl- Zimmertemperatur stehengelassen und dann mit

bromid in Äther wird hergestellt, indem man Lithium- 6o 250 ml Wasser behandelt. Die organische Phase wird

butyl, hergestellt aus 137,0 g (1,0 Mol) Butylbromid abgetrennt, mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet

und 17,2 g (2,5 g-Atome) Lithium in 600 ml Äther, zu und destilliert; man erhält 11,7 g Anisol vom Kp.„

einer Lösung von 165,6 g (0,8 Mol) 1-Bromnaphthylen 34 bis 45° C, 29,1g 4-Bromanisol vom Kp. ₉ 72 bis

in 100 ml Äther hinzugibt. Man versetzt mit 12,4 g 94° C, 16,2 g 4-Butylanisol vom Kp.₈ 104 bis 106°C,

(0,4 g-Atome) weißem, in Stücke von 0,5 g geschnit- 65 18,6 gDibutyl-(4-methoxyphenyl)-phosphin vom Kp._0>1

tenem Phosphor und rührt die Mischung 4 Stunden 116 bis 118° C und n^!g = 1,5277 und 39,3 g Butyl-bis-

unter Stickstoff bei 20 bis 25⁰C. Die Reaktions- (4-methoxyphenyl)-phosphin vom Kp._oa 163 bis

mischung wird mit 400 ml Wasser behandelt. Die 180°C.

Das Dibutyl-(4-methoxyphenyl)-phosphin wird charakterisiert, indem man eine Probe mit Methyljodid in unter Rückfluß siedendem Äther umsetzt, wobei man Dibutyläthyl-(4-methoxyphenyl)-phosphoniumjodid vom F. 86 bis 88⁰C erhält. (Der in der Literatur angegebene F. = 87° C.)

Butyl-bis-(4-methoxyphenyl)-phosphin wird erneut zu einer analysenreinen Probe vom Kp._{o 3} 175 bis 178⁰C destilliert.

Die Analyse ergibt bei Butyl-bis-(4-methoxyphenyl)-phosphin C₁₈H₂₃O₂P

Berechnet ... C 71,50, H 7,17, P 10,25%;
gefunden ... C 71,38, H 7,61, P 10,24%.

Beispiel 5

Dibutylphosphin, Tributylphosphin
Aus 3,0 g (0,44 g-Atome) Lithium und 27,4 g (0,20 Mol) Butylbromid in 120 ml Äther hergestelltes Lithiumbutyl wird auf 5⁰C abgekühlt und unter Stickstoff mit 3,1 g (0,1 g-Atom) in Stücke von etwa

0,08 g geschnittenem weißem Phosphor vereinigt. Die Mischung wird 1 Stunde bei 5° C und 2 Stunden bei 26 ⁰C gerührt. Die Mischung, die noch eine wesentliche Menge von nicht umgesetztem Phosphor enthält, wird auf 0⁰C abgekühlt und eine Lösung von 20,6 g (0,15 Mol) Butylbromid in 40 ml Äther in 75 Minuten eingerührt. Das Kühlbad wird entfernt, und die Temperatur steigt plötzlich in 10 Minuten auf Rückflußtemperatur. Nach der exothermen Reaktion wird die

lvj Mischung über Nacht stehengelassen und mit 100 ml Wasser behandelt. Die organische Phase wird abgetrennt, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und destilliert. Man erhält 1,4 g (9,6%) Dibutylphosphin vom Kp.₁₇ 72 bis 75°C und 7,8 g (39%) Tributylphosphin vom Kp.₁₇ 120 bis 122⁰C.

B e i s ρ i e 1 e 6 bis 18

Das Verfahren wird in den folgenden Beispielen im wesentlichen wie in den obigen Beispielen ausgeführt, wenn nichts anderes gesagt ist.

	Metallorganische Verbindung	Alkylhalogenid	Molverhältnis	Inertes organisches Lösungsmittel	Tempe ratur	Reaktionsprodukte
Bei spiel			metallorganische Verbindung zu Alkylhalogenid		(0C)
	Lithiumphenyl	Butylchlorid	zu P-Atom	(C2H5)2O	25	Dibutylphenylphosphin
6			2:2:1			Butyldiphenylphosphin
	n-Butyl-	Octylbromid		THF1)	40	Dibutyloctylphosphin
7	magnesium-		2:1:1			Butyldioctylphosphin
	bromid ·
	Methyl-	Hexylbromid		THF1)	35	Hexyldimethylphosphin
8	magnesium-		1:1:1			Dihexylmethylphosphin
	jodid
	Lithium-4-fluor-	Butylbromid		(C2H5)2O	unter	Butyl-4-fluor-phenylphosphin
9	phenyl		1:1:1		Rück	Butyl-bis-(4-fluormethyl)-
					fluß	phosphin
						Dibutyl-4-fluor-phenyl-
						phosphin
	Lithium-cyclo-	Hexylchlorid		(C2H5)2O	30	Cyclohexyldihexylphosphin
10	hexyl		2:1:1			Dicyclohexylhexylphosphin
	Lithium-	Dodecylbromid		(C2H5)2O -	25	Tridodecylphosphin
11	n-dodecyl		1,5 : 1,5 : 1	C6H5CH3
	Lithium-	Pentylchlorid		(C2H5)2O	15	Dipentylpropylphosphin
12	n-propyl		1,5:1:1			Dipropylpentylphosphin
	Hexyl-	Hexylbromid		(QH9)2O	125	Trihexylphosphin
13	magnesium-		2 : 0,5 : 1
	bromid
	1-Naphthyl-	Butylbromid		(C2H5)P	22	Bis-(l-naphthyl)-butyl-
14	lithium		2:2:1			phosphin
						Butyl-(l-naphthyl)-phosphin
	Lithium-	Methylbromid		(C2Hs)2O-	10	Dimethyl-6-methoxy-
15	6-methoxy-		4:1:1	C6H6		2-naphthylphosphin
	2-naphthyl					Bis-(6-methoxy-2-naphthyl-
						methylphosphin
	Lithium-	Butylbromid		(C2Hs)2O	35	Bis-butyl-4-methoxy-phenyl-
16	4-methoxy-		1,5 :1,5 :1			phosphin
	phenyl					Bis-(4-methoxy)-phenyl- butylphosphin Butyl-bis- [3-(trifluormethyl)-
	Lithium-3-(tri-	Butylbromid		(C2H5)2O	35	phenylj-phosphin
17	fluormethyl)-		1,5 :1,5 : 1
	phenyl					Butylphenylphosphin
	Lithiumphenyl	Butylbromid		(C2Hs)2O -	0	Dibutylphenylphosphin
18			1,5 :1,5 :1	C6H6		Butyldiphenylphosphin

Tetrahydrofuran.

I 201

Beispiel 19

0,5 Mol Lithiumphenyl in 300 ml Äther werden im Laufe einer Stunde tropfenweise unter Rühren zu einer Mischung von 10,3 g (0,33 g-Atome) weißem Phosphor, 137 g (1 Mol) Butylbromid und 100 ml Äther gegeben. Die Mischung kocht spontan unter Rückfluß und wird eine weitere Stunde unter Rückfluß erhitzt. 75 ml Wasser werden zugegeben, und die organische Phase wird abgetrennt. Die organische Phase wird mit wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und unter Stickstoff destilliert; man erhält Butylphosphin vom Kp. = 71 bis 75°C.

Beispiel 20

31,0 g (1,0 g-Atom) weißer Phosphor werden unter Wasser in 0,3 g schwere Stücke geschnitten, die mit Aceton und Benzol gewaschen werden. Der Phosphor wird unter Stickstoff in einer Portion einer Lösung von 0,55 Mol Butylmagnesiumbromid und 75,4 g _ao (0,55MoI) Butylbromid in 300 ml Tetrahydrofuran zugegeben. Die Mischung wird unter Rückfluß (82° C) 1 Stunde lang gerührt. Es scheidet sich ein fester weißer Stoff ab, und die Mischung wird dick. Die Reaktionsmischung wird auf 25⁰C abgekühlt, mit 400 ml Äther verdünnt und tropfenweise mit 200 ml Wasser behandelt. Die Mischung wird von einer geringen Menge Magnesiumhydroxyd abfiltriert, worauf die Phasen getrennt werden. Die wäßrige Phase wird dreimal mit je 50 ml Äther extrahiert, worauf die vereinigten organischen Phasen über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet werden. Die Destillation der organischen Phase liefert 9,0 g Dibutylphosphin, eine Spur Tributylphosphin und 37,2 g Tetrabutylcyclotetraphosphin, eine gelbe Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 159° C/7 ■ 10~⁴ mm Hg.

Beispiel 21

Zu einer gerührten, unter
(71 bis 75°C) Mischung

weißem Phosphor, 137,0 g (1,0 Mol) Butylbromid und 100 ml Tetrahydrofuran (THF) unter Stickstoffatmosphäre werden tropfenweise 0,6 Mol Butylmagnesiumbromid in 500 ml Tetrahydrofuran während einer Zeitspanne von 90 Minuten zugegeben. Das Rühren unter der Rückflußtemperatur wird weitere 6 Stunden fortgesetzt. Die Reaktionsmischung wird auf Zimmertemperatur abgekühlt und tropfenweise mit 15 ml Wasser und anschließend mit 100 ml einer 48%igen wäßrigen Bromwasserstoffsäurelösung behandelt. 75 ml Äther werden zugesetzt und die wäßrige Phase abgetrennt. Die wäßrige Phase wird zur Trockne unter vermindertem Druck (15 mm Hg) eingedampft

Rückfluß gehaltenen von 12,4 g (0,4 g-Atome) und der Rückstand mit Chloroform extrahiert. Der Chloroformextrakt wird über wasserfreiem Soda getrocknet und destilliert, wobei 4,2 g Dibutylphosphin, g Tributylphosphin und 6,1 g Tetrabutylcyclotetraphosphin erhalten werden. Der Rückstand in dem Verteiler besteht aus 13,8 g Tetrabutylphosphoniumbromid.

Die Destillation der getrockneten organischen Phase von der Umsetzung liefert zusätzlich 4,3 g Dibutylphosphin.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein neuer und einfacher Weg zur Herstellung zahlreicher organischer Phosphine. Diese Phosphine haben zahlreiche Verwendungszwecke. Man kann sie z. B. direkt als Benzinzusätze verwenden, die Benzin vor Fehlzündung und Oberflächenentzündung schützt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Phosphinen, dadurch gekennzeichnet, daß man bei 0 bis 150° C in einem inerten organischen Lösungsmittel

a) weißen Phosphor,

b) eine metallorganische Verbindung der allgemeinen Formel

RMX„

in der R eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, eine Cycloalkyl-, eine gegebenenfalls durch Halogenatome oder niedere Alkoxygruppen substituierte Arylgruppe oder der 3-(Trifluormethyl)-phenylrest sein kann, M Lithium oder Magnesium? X Halogen und M=O oder 1 bedeutet, und

c) ein Alkylhalogenid

umsetzt und dann die Reaktionsmischung mit Wasser oder verdünnter Mineralsäure hydrolysiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit Lithiumn-butyl, Lithium-1-naphthyl, Lithiumphenyl, Lithium-3-(trifluormethyl)-phenyl oder Lithiumcyclohexyl durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit n-Butylmagnesiumbromid, n-Butylmagnesiumchlorid, Hexylmagnesiumbromid, 4- Chlorphenylmagnesium oder Methylmagnesiumjodid durchführt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 900 416;
UdSSR.-Patentschrift Nr. 130 512;
Kosolapoff, Organophosphorus Compounds, 1950, S. 11.