Способ получения ароматических эфиров ортофосфорной кислоты Советский патент 1978 года по МПК C07F9/12 

1

Изобретение относится к области химии эфиров фосфорной кислоты, а именно к улучшенному способу получения ароматически.х эфиров ортофосфорной кислоты.

Триарилфосфаты находят применение в качестве пластификаторов полимерных материалов, добавок к гидравлическим жидкостям, смазкам и некоторым другим продуктам.

Известен способ получения ароматически.х эфиров ортофосфорной кислоты взаимодействием хлорокиси фосфора с феиолом, алкилфенолами с алкильными радикалами Ci-Cs или смесью фенола с алкилфенолами в присутствии катализаторов - хлоридов металлов, например хлоридов кальция, магния, алюминия, цинка 1.

Процесс проводят при температуре от 50 до 280°С, поддерживая в реакторе давление от атмосферного до остаточного 10 мм рт. ст. Мольное соотношение хлорокиси фосфора и фенолов выбирают в пределах от 1 :3 до 1:4, концентрацию катализатора - от 0,1 до 5% от веса хлорокиси фосфора. Далее продукт реакции обрабатывают обычными методами: нейтрализуют, промывают, обрабатывают водным раствором окислителя и осветляющим агентом, фильтруют.

Способ получения ароматических эфиров ортофосфорной кислоты осуществляют по периодической или непрерывной схеме. При

периодическом способе ведения процесса в реактор одповременно загружают хлороклсь фосфора и катализатор, а также фенол, алкилфенол или смесь фенола и алкилфенола. Процесс этерификацпп проводят прп постепенном повышении температуры в реакторе от 50 до 280°С п непрерывном удалении образующегося в результате реакции .хлористого водорода. Если процесс этерифпкации

хлорокиси фосфора ведут ненрерывно, то все компоненты реакции вводят в реактор непрерывно в виде предварительно приготовленной смеси или индивидуально. Эфир-сырец, а также хлористый водород непрерывно выводят

из реактора.

Известный способ получения ароматических эфиров ортофосфориой кислоты имеет ряд существенных недостатков. Хлориды мeтav лoв, применяемых в качестве катализаторов этерификации хлорокиси фосфора, представляют собой смесь частиц широкого гранулометрического состава. Поэтому после ввода в виде суспензии в реакцпонный объем в нем паблюдается седиментация

частиц по размеру с образованием зон с повышенной концентрацией катализатора. В этих зонах процесс этерификации протекает более интенсивно и соответственно выделяется значительное количество хлористого водорода. Последний способствует протеканию

побочных реакций с образованием кислых фосфатов и токсичных пирофосфатов. В результате выход целевого продукта снижается.

Дозирование суспензии катализатора связано со значительными техническими трудностями. Дозаторы и заиорная арматура забиваются крупными частицами, что приводит к периодическим нарушениям процесса. Для организации стабильно работающего производства необходимо дополнительное дробление и рассев катализатора с введением узкой фракции, что требует специального оборудования, усложняет и удорожает процесс.

Хлориды металлов гигроскопичны и содержат до 10% влаги, а также примеси, которые вносятся вместе с ними в суспензию и далее в реакционный объем. Влага гидролизует целевой продукт до кислых фосфатов, а нримеси загрязняют его.

Целью изобретения является упрощение процесса синтеза ароматических эфиров ортофосфорной кислоты и повышение выхода продукта.

Это достигается путем введения катализатора в реакционный объем в виде 0,4- 5%-ного раствора в смеси хлорокиси фосфора и фенолов, приготовленного путем смешения указанных компонентов. Хотя хлориды металлов в каждом из компонентов реакции не растворяются, они могут быть полностью растворены в смеси этих компонентов при мольном соотношении хлорокиси фосфора и фенолов от 1 : 0,5 до 1 : 10 при смешивании этих компонентов при температуре от 20 до 50°С в течение 1-5 ч. Несмотря на то, что с увеличением температуры скорость растворения катализатора возрастает, после 50°С повышение температуры нецелесообразно из-за значительного выделения хлористого водорода. При температуре менее 20°С растворение протекает слишком медленно.

При приготовлении раствора катализатора оптимальной является температура 30-40°С, а оптимальной концентрацией катализатора- 2-3%. Целесообразно работать с мольным соотношением хлорокиси фосфора и фенолов от 1:3 до 1:4, в котором эти реагенты поступают на этерификацию. В этом случае при подаче раствора катализатора в зоне реакции соотношение хлорокиси фосфора и фенола остается неизменным.

Данный способ получения ароматических эфиров ортофосфорной кислоты имеет следующие преимущества.

Введение в реакцию этерификации катализатора в виде раствора обеспечивает его равномерное распределение в реакционной массе. Поэтому зона повышенной концентрации катализатора отсутствует, что нредотврашает протекание побочных реакций с образованием кислых фосфатов и токсичных пирофосфатов.

Концентрация катализатора в растворе поддерживается с высокой точностью, что позволяет обеспечить равномерную во времени подачу катализатора в реакционную зону.

Дозирование жидкого раствора катализатора по сравнению с дозированием суспензии технически осуществляется значительно проще, и запорная арматура не забивается частицами катализатора. К тому же не требуется дополнительных установок для дробления и рассеивания катализатора.

Нерастворимые примеси, содержащиеся в катализаторе, после его растворения легко отделяются фильтрацией и не попадают в реакционный объем. Это позволяет повысить чистоту целевого продукта и исключить протекание побочных реакций, которые могут инициироваться этими примесями.

При растворении влага, содержащаяся в катализаторе, взаимодействует с хлорокисью фосфора с образованием продуктов, которые могут быть отфильтрованы. Поэтому попадание влаги в реакционный объем исключается, и, следовательно, предотвращается опасность гидролиза целевого продукта и образования кислых фосфатов.

Предлагаемый способ позволяет сократить время этерификации на 5%, улучшить цвет пластификатора до № 100 по платино-кобальтовой шкале, повысить выход целевого продукта на 3-5%.

Установка, по которой может быть реализовано изобретение, состоит из емкости приготовления раствора катализатора, реактора периодического или непрерывного действия, обратного холодильника для возврата реагентов н продуктов реакции, абсорбера газообразного хлористого водорода.

Реактором может служить кубовый аппарат, горизонтальный секционный аппарат, каскад аппаратов, насадочная или тарельчатая колонна. Обогрев аппарата может осуществляться газом, органическим теплоносителем, электричеством, паром.

Катализаторами реакции служат любые обычно применяемые хлориды металлов, например хлористый кальций, хлористый магний, хлористый цинк.

Пример 1. Трифенилфосфат нолучают на установке периодического действия, состоящей из двух обогреваемых колб объемом 1 л каждая, снабженных холодильниками, соединенными с системой абсорбции хлористого водорода.

В первую колбу загружают 76,75 г (0,5 моль) хлорокиси фосфора, 47,0 г (0,5 моль) фенола и 0,494 г (5,19-10 моль) хлористого магния и при перемешивании в течение 4 ч при 20°С получают раствор катализатора - хлористого магния, который добавляют во вторую колбу к 94 г (1 моль) фенола, и проводят синтез трифенилфосфата при постепенном нагревании реакционной массы до 200°С и атмосферном давлении.

Получают трифенилфосфат-сырец с кислотным числом 5,8 мг КОН/Г вещества. После обработки эфира-сырца известным способом получают 159,3 г (97,8% от вступившего в реакцию фенола) готового продукта с кислотным числом 0,05 мг КОН/Г вещества.

Для сравнения проводят получение трифенилфосфата известным методом в присутствии твёрдого катализатора - хлористого магния в условиях, аналогичных указанным для получения эфира. Во вторую колбу загружают 76,75 г (0,5 моль) хлорокиси фосфора, 141,1 г (1,5 моль) фенола, 0,494 г (5,19-10-3 моль) хлористого магния.

Получают трифенилфосфат-сырец с кислотным числом 11 мг КОН/Г вещества. После обработки эфира-сырца известным способом получают 154,5 г (94,7% от вступившего в реакцию фенола) готового продукта с кислотным числом 0,05 мг КОН/Г вещества.

Пример 2. Три-л-крезилфосфат получают в приборе, аналогичном описанному в примере 1.

В колбу для приготовления катализатора загружают 1,535 г (1,12-102 моль) хлористого цинка 5,09 г (0,033 моль) хлорокиси фосфора, 71,66 г (0,663 моль) л-крезола и нагревают при температуре 35°С в течение 2 ч. 78,3 г полученного раствора катализатора добавляют во вторую колбу к смеси 71,66 г (0,467 моль) хлорокиси фосфора н 95,8 г (0,877 моль) л-крезола. Синтез три-д-крезилфосфата проводят при постепенном повышении температуры до 280°С и атмосферном давлении.

Получают эфир-сырец с кислотным числом 4,4 мг КОН/Г вещества. После обработки эфира-сырца известным способом получают 177,4 г (98,5% от вступившего в реакцию л-крезола) готового продукта с кислотным числом 0,045 мг КОП/г вещества.

Пример 3. Три-л-крезилфосфат получают в приборе, аналогичном описанному в примере 1.

В колбу для приготовления катализатора загружают 153,5 г (1,38-10- моль) хлористого кальция, 9,81 г (0,064 моль) хлорокиси фосфора, 41,45 г (0,38 моль) л-крезола и нагревают при температуре 50°С в течение 1 ч. Полученный раствор катализатора добавляют к смеси 66,94 г (0,436 моль) хлорокиси фосфора, 136,75 г (1,266 моль) п-крезола. Синтез три - л - крезилфосфата проводят при постепенном повышении температуры до 180°С и остаточном давлении 11 мм рт. ст.

Получают эфир-сырец с кислотным числом 6,7 мг КОН/Г вещества. После обработки эфира-сырца известным способом получают 176,7 г (98,1% от вступившего в реакцию л-крезола) готового продукта с кислотным числом 0,047 мг КОН/г вещества.

Пример 4. Ди-(фенил) - л-октилфенилфосфат получают в приборе, аналогичном описанному в примере 1.

В колбу для приготовления раствора катализатора загружают 0,767 г (8-10- моль) хлористого магния, 4,44 г (0,0289 моль) хлорокиси фосфора, 10,89 г (0,116 моль) фенола

и нагревают при температуре 50°С в течение 1 ч. Полученный раствор катализатора добавляют к смеси 72,25 г (0,47 моль) хлорокиси фосфора, 130,11 г (1,384 моль) фенола,

103,0 г (0,5 моль) л - октилфенола. Синтез ДИ-(фенил) - л - октилфенилфосфата проводят при постепенном повышении температуры до 200°С и остаточном давлении 100 мм рт. ст.

Получают эфир-сырец с кислотным числом

5.1мг КОН/Г вещества. После обработки эфира-сырца известным способом получают 208 г (95% от вступивших в реакцию фенолов) готового продукта с кислотным числом

0,055 мг КОН/Г вещества.

Пример 5. Ди - (фенил) - п - изопропилфенилфосфат получают в приборе, аналогичном описанному в нримере 1. В колбу для приготовления раствора катализатора загружают 3,84 г (4,04-10- моль) хлористого магния, 67,67 г (0,44 моль) хлорокиси фосфора, 124,33 г (1,323 моль) фенола и нагревают при температуре 50°С в течение 1 ч. Полученный раствор катализатора добавляют к смеси 9,08 г (0,059 моль) хлорокисн фосфора, 62 г (0,5 моль) п-изопропилфенола. Синтез ди - фенил) - п - изопропилс})енилфосфата проводят при постепенном повышении температуры до 280°С и атмосферном

давлении.

Получают эфир-сырец с кислотным числом

6.2мг КОП/Г вещества. После обработки эфира-сырца известным способом получают 176,7 г (97% от вступивших в реакцию фенолов) готового продукта с кислотным числом 0,05 мг КОП/Г вещества.

Пример 6. Три - м - крезилфосфат получают в приборе, аналогичном описанному в примере I.

В колбу для приготовления раствора катализатора загружают 0,076 г (0,8-10- моль) хлористого магния, 26 г (0,17 моль) хлорокиси фосфора, 4,97 г (0,046 моль) лг-крезола и нагревают при температуре 50°С в течение

4 ч. Полученный раствор катализатора добавляют к смеси 50,75 г (0,33 моль) хлорокиси фосфора, 211,03 г (2,955 моль) л-крезола. Синтез три - м - крезилфосфата проводят при постепенном повышении температуры до

260°С при атмосферном давлении.

Ползчают эфир-сырец с кислотным числом 6 мг КОН/Г вещества. После обработки эфира-сырца известным способом получают 179,4 г (98,5% от вступившего в реакцию

Л1-крезола) готового продукта с кислотным числом 0,048 мг КОН/г вещества.

Пример 7. Ди - (фенил) - л - крезилфосфат получают на установке ненрерывного действия, состоящей из трех реакторов рабочим объемом 1 л, снабженных системой холодильников, приборами для дозирования исходной смесп, емкостью для приготовления раствора катализатора, емкостью смеси компонентов реакции, приемниками готовой продукции.

Катализатор, приготовленный растворением 7,67 г (8,07-10-2 моль) MgCb, 222,5 г (1,45 моль) хлорокиси фосфора и 545 г (5,8 моль) фенола при температуре 50°С в течение 0,5 ч, и исходная реакционная смесь, состоящая из 545 г (3,55 моль) хлорокиси фосфора, 442 г (4,7 моль) фенола, 540 г (5 моль) /г-крезола, непрерывно подаются в первый реактор, откуда с постоянного уровня поступают во второй реактор, а затем в третий реактор. Скорость подачи реакционной смеси 300 мл/ч. Исходную реакционную смесь и раствор катализатора готовят по мере необходимости. Температуру в первом реакторе поддерживают 100°С, во втором - 140°С, в третьем - 200°С; давление атмосферное.

Получают эфир-сырец с кислотным числом 7,8 мг КОН/Г вещества. После обработки известным способом получают в 1 ч 251 г (97,6% от вступивщих в реакцию фенолов) готового продукта с кислотным числом 0,055 мг КОН/Г вещества.

Пример 8. Ди- (фенил) - п - трет - бутилфенилфосфат получают в приборе, аналогичном описанному в примере 1.

Катализатор, приготовленный растворением 1,535 г (1,616-10 моль) хлористого магния в 6,6 г (0,043 моль) хлорокиси фосфора и 24,13 г (0,257 моль) фенола при температуре 50°С в течение 3 ч, и исходная реакционная смесь, состоящая из 760,9 г (4,97 моль) хлорокиси фосфора, 1218 г (12,95 моль) фенола, 750 г (5 моль) п-третбутилфенола, непрерывно подается в каскад реакторов со скоростью 400 мл/ч. Исходную реакциоииую смесь и раствор катализатора готовят но мере необходимости. Температуру в первом реакторе поддерживают 100°С,

во втором - 160°С, в третьем - 200°С; давление атмосферное.

Получают эфир-сырец с кислотным числом 6,7 мг КОН/Г вещества. После обработки известным способом получают в 1 ч 306 г (98,10% от вступивщего в реакцию фенолов) готового продукта с кислотным числом 0,048 мг КОН/Г вещества.

Формула изобретения

Способ получения ароматических эфиров ортофосфорной кислоты взаимодействием хлорокиси фосфора с фенолом, алкилфенолами с алкильными радикалами Ci-Cs или

смесью фенола с алкилфеполами в присутствии катализаторов - хлоридов металлов при температуре от 50 до 280°С и давлении от атмосферного до остаточного 10 мм рт. ст., при мольном соотнощении хлорокиси фосфора и фенолов от 1 :3 до 1:4 и количестве катализатора от 0,1 до 5% от веса хлорокиси фосфора, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и повыщения выхода продукта, катализатор вводят в виде 0,4-

5%-ного раствора в смеси хлорокиси фосфора и фенолов в мольном соотношении от 1 : 0,5 до 1 :10, приготовленного путем смещения указанных компонентов при температуре от 20 до 50°С в течение 1-5 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катализатор вводят в виде 2-3%-ного раствора в смеси хлорокиси фосфора и фенолов в мольном соотнощении от 1:3 до 1:4, приготовленного путем смешения указанных компонентов при температуре от 30 до 40°С.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 2870192, кл. 260-461, опублик. 1959.