способ получения бис (1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-)) кобальта (ii) (варианты)

Формула изобретения

1. Способ получения бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-)) кобальта(II), включающий приготовление водного раствора соли кобальта(II) и 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты, кристаллизацию продукта, отделение осадка от раствора и его высушивание, отличающийся тем, что готовят раствор с концентрацией соли кобальта(II) 0,7-1,5 моль/л и 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты 1,5-4,0 моль/л.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что готовят водный раствор с мольным соотношением соль кобальта(II):1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновая кислота, равным 1:(2-3).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли кобальта(II) используют соль, выбранную из группы, состоящей из сульфата, сульфамата, хлорида, перхлората, нитрата, тетрафторобората, гексафторосиликата, роданида кобальта(II).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллизацию продукта ведут при температуре (-5) - 25С.

5. Способ получения бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-)) кобальта(II), включающий приготовление водного раствора соли кобальта(II) и 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты, кристаллизацию продукта, отделение осадка от раствора и его высушивание, отличающийся тем, что готовят раствор с концентрацией соли кобальта(II) 0,1-1,3 моль/л и 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты 0,3-3,0 моль/л и в водный раствор дополнительно прибавляют смешивающийся с водой органический растворитель.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что готовят водный раствор с мольным соотношением соль кобальта(II):1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновая кислота, равным 1:(2-3).

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют растворитель, выбранный из группы, состоящей из метанола, этанола, пропанола, изопропанола, муравьиной кислоты, уксусной кислоты, ацетона.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что органический растворитель прибавляют в количестве, обеспечивающем объемное соотношение водный раствор:органический растворитель, равное 1:(0,5-5).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии фосфорорганических веществ, в частности к способу получения бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-)) кобальта(II), представляющего собой комплекс (хелат) кобальта(II) с 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислотой СН₃С(ОН)(РО₃Н₂)₂ (H₄L) состава Co(H₃L)₂·4H₂O, который может быть использован для приготовления электролитов гальванического и химического кобальтирования, для получения других 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфонатов кобальта, в качестве микроудобрения в сельском хозяйстве.

Известен способ получения бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-)) кобальта (II), основанный на реакции насыщенных водных растворов CoH₂L и H₄L, взятых в мольном соотношении 1:1, при рН 1,0 [Кушикбаева Б.Х., Митрофанова Н.Д., Мартыненко Л.И. Твердые оксиэтилидендифосфонаты кобальта (II).//Журнал неорганической химии. 1988. Т. 33. Вып.6. С. 1509]. Недостатком этого способа является необходимость использовать труднодоступный реагент CoH₂L·4H₂O, который не производится химической промышленностью. Этому способу также присущи недостатки, указанные ниже для прототипа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-)) кобальта (II), водный раствор которого готовят по реакции:

Со(ОН)₂·СоСО₃+4H₄L2Со(Н₃L)₂+СО₂+3Н₂О

[Кушикбаева Б.Х., Митрофанова Н.Д., Мартыненко Л.И. Твердые окси-этилидендифосфонаты кобальта (II).//Журнал неорганической химии. 1988. Т. 33. Вып. 6. С. 1509. Кушикбаева Б.Х. Синтез, свойства и строение комплексонатов некоторых переходных металлов (Сu, Ni, Co, Мn, Zn) с оксиэтилидендифосфоновой и этилиминодиметилфосфоновой кислотами. Дисс....канд.химич.наук. М.: МГУ. 1988]. Твердый бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфонат(1-)) кобальта (II) выделяют из раствора путем быстрого (при нагревании) или медленного (без нагревания) упаривания раствора [Кушикбаева Б.Х., Митрофанова Н.Д., Мартыненко Л.И. Твердые оксиэтилидендифосфонаты кобальта (II).//Журнал неорганической химии. 1988. Т. 33. Вып. 6. С. 1509. Кушикбаева Б.Х. Синтез, свойства и строение комплексонатов некоторых переходных металлов (Сu, Ni, Co, Мn, Zn) с оксиэтилидендифосфоновой и этилиминодиметилфосфоновой кислотами. Дисс....канд.химич.наук. М.: МГУ. 1988].

При этом образуются разные гидраты бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-)) кобальта (II) Co(H₃L)₂·11H₂O и Со(H₃L)₂·6Н₂О, которые характеризуются порошковыми рентгенограммами, содержащими только 9 и 3 отражения [Кушикбаева Б.Х. Синтез, свойства и строение комплексонатов некоторых переходных металлов (Сu, Ni, Со, Мn, Zn) с оксиэтилидендифосфоновой и этилиминодиметилфосфоновой кислотами. Дисс.канд.химич.наук. М.: МГУ. 1988]. Это говорит о слабой закристаллизованности веществ, что является серьезным недостатком описанного способа. Данные элементного анализа продуктов, полученных по прототипу (примеры 1, 2), не соответствуют вычисленным для бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфонатов(1-)) кобальта (II) состава, предложенного в источниках информации [Кушикбаева Б.Х., Митрофанова Н.Д., Мартыненко Л.И. Твердые оксиэтилидендифосфонаты кобальта (II).//Журнал неорганической химии. 1988. Т. 33. Вып. 6. С. 1509. Кушикбаева Б.Х. Синтез, свойства и строение комплексонатов некоторых переходных металлов (Сu, Ni, Со, Мn, Zn) с оксиэтилидендифосфоновой и этилиминодиметилфосфоновой кислотами. Дисс....канд.химич.наук. - М.: МГУ. 1988], а для продукта, полученного в примере 1, свидетельствуют о его неоднородности.

При создании предлагаемого изобретения ставилась задача получить с высоким выходом однородный бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфонат(1-)) кобальта (II) в кристаллической форме.

Поставленная задача решается тем, что способ получения бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-)) кобальта (II) включает приготовление водного раствора соли кобальта (II) и 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты, кристаллизацию продукта, отделение осадка от раствора и его высушивание. Новым в этом способе является то, что готовят раствор с концентрацией соли кобальта (II) 0,7-1,5 моль/л и 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты 1,5-4,0 моль/л. Предпочтительно готовят раствор с мольным отношением соль кобальта (II): 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновая кислота, равным 1:(2-3). В качестве соли кобальта (II) предпочтительно используют соль, выбранную из группы, состоящей из сульфата, сульфамата, хлорида, перхлората, нитрата, тетрафторобората, гексафторосиликата, роданида кобальта (II). Кристаллизацию продукта ведут предпочтительно при температуре (-5)-25°С.

Поставленная задача также решается тем, что способ получения бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-))кобальта (II) включает приготовление водного раствора соли кобальта (II) и 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты, кристаллизацию продукта, отделение осадка от раствора и его высушивание. Новым в этом способе является то, что готовят раствор с концентрацией соли кобальта (II) 0,1-1,3 моль/л и 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты 0,3-3,0 моль/л и в водный раствор дополнительно прибавляют смешивающийся с водой органический растворитель. Предпочтительно готовят водный раствор с мольным отношением соль кобальта (II):1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновая кислота, равным 1:(2-3). В качестве органического растворителя предпочтительно используют растворитель, выбранный из группы, состоящей из метанола, этанола, пропанола, изопропанола, муравьиной кислоты, уксусной кислоты, ацетона. Органический растворитель желательно прибавлять в количестве, обеспечивающем объемное отношение водный раствор: органический растворитель, равное 1:(0,5-5).

Способ получения бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-))кобальта (II) заключается в растворении необходимых количеств соли кобальта (II) и 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты в воде, выделении кристаллического осадка, отделении осадка от раствора известными методами (например, фильтрованием под вакуумом, центрифугированием), промывании осадка на фильтре растворителем и высушивании осадка на воздухе при комнатной температуре.

В растворе указанного выше состава устанавливается равновесие:

Использование высоких концентраций реагентов и избытка 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты по сравнению со стехиометрическим соотношением Со²⁺:Н₄L, равным 1:2, позволяет сместить равновесие реакции (1) в сторону образования продукта реакции, а выделение в ходе реакции (1) ионов водорода подавляет нежелательную реакцию (2) диссоциации комплекса Со(Н₃L)₂ в растворе. В результате этого растворимость бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-))кобальта (II) значительно снижается, а его выход значительно возрастает.

Для получения однородного бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-))кобальта (II) кристаллизация должна идти из раствора, в котором на 1 моль соли кобальта (II) приходится 2 или более молей 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты, т.к. при меньшем мольном соотношении реагентов из раствора могут выпадать в осадок соединения кобальта (II) с 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислотой другого состава.

Проведение реакции в сильнокислой среде и в присутствии избытка 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты способствует тому, что продукт реакции бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфонат(1-))кобальта (II) формируется в хорошо закристаллизованной форме.

Верхний предел концентрации соли кобальта (II) и 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты ограничивается растворимостью веществ в воде, а также необходимостью получить раствор с умеренной вязкостью. Нижний предел концентраций реагентов определяется необходимостью получить бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфонат(1-))кобальта (II) с выходом не ниже 25%.

В качестве соли кобальта (II) можно использовать соли, имеющие высокую растворимость в воде: сульфат СоSO₄·7Н₂О, сульфамат Со(Н₂NSO₃)₂·4Н₂O, хлорид СоСl₂·6Н₂О, перхлорат Со(ClO₄)₂·6Н₃О, нитрат Со(NО₃)₂·6Н₂O, тетрафтороборат Co(BF₄)₂·6H₂O, гексафторосиликат СоSiF₆·6Н₂O, роданид Co(SCN)₂·4H₂O и некоторые другие.

Кристаллизацию продукта можно вести при температуре (-10)-70°С, однако, с учетом того, что растворимость бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-))кобальта (II) в воде уменьшается при понижении температуры, для увеличения выхода кристаллизацию продукта желательно вести при температуре (-5)-25°С.

Бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфонат(1-))кобальта (II) хорошо растворим в воде, но плохо растворим в обычных органических растворителях: алифатических и ароматических углеводородах, хлорированных углеводородах, одноатомных спиртах, эфирах, монокарбоновых кислотах и др. Поэтому прибавление к водному раствору, содержащему соль кобальта (II) и 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновую кислоту, смешивающегося с водой органического растворителя значительно снижает растворимость бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоната(1-))кобальта (II) за счет эффекта высаливания, что приводит к значительному повышению выхода при сохранении однородности и кристалличности продукта. В качестве органического растворителя могут быть использованы одноатомные спирты, кетоны, монокарбоновые кислоты. Непригодны многоатомные спирты, а также растворители, имеющие основную природу: диметилформамид, триэтаноламин, этилендиамин и др.

Пример 1 (по прототипу).

8,4 г 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты ТУ 6-09-713-84 марки “ч” растворяют в 0,040 л воды и прибавляют 1,2 г основного карбоната кобальта (II). После растворения осадка полученный раствор упаривают до объема 0,010 л при нагревании до слабого кипения. Выпавший из горячего раствора осадок отфильтровывают на стеклянном фильтре ПОР 40 при пониженном давлении (фильтрование идет с большим трудом). Осадок промывают этанолом (двумя порциями по 0,003 л) и сушат на воздухе при комнатной температуре до постоянной массы. Выход по кобальту 65%.

Найдено, %: Со - 9,5; 9,9; 9,6.

Вычислено для Со(С₂Н₇O₇Р₂)₂·11H₂О,%: Со - 8,83.

Пример 2 (по прототипу).

8,4 г 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты растворяют в 0,040 л воды и прибавляют 1,2 г основного карбоната кобальта (II). После растворения осадка полученный раствор оставляют при комнатной температуре на испарение до объема 0,017 л. Выпавший осадок отфильтровывают на стеклянном фильтре ПОР 40 при пониженном давлении. Осадок промывают этанолом (двумя порциями по 0,003 л) и сушат на воздухе при комнатной температуре до постоянной массы. Выход по кобальту 60%.

Найдено, %: Со - 11,3; 11,2.

Вычислено для Со(С₂Н₇O₇Р₂)₂·6Н₂O, %: СО - 10,21.

Пример 3.

6,3 г 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты ТУ 6-09-713-84 марки “ч” и 2,9 г гексагидрата нитрата кобальта (II) ГОСТ 4528-78 марки “ч” растворяют в 0,005 л воды при нагревании до температуры 50-60°С. Полученный раствор оставляют для кристаллизации на 2 суток при температуре 23-25°С. После этого выпавший осадок отфильтровывают на стеклянном фильтре ПОР 40 при пониженном давлении. Осадок на фильтре промывают этанолом (тремя порциями по 0,002 л) и сушат на воздухе при комнатной температуре до постоянной массы. Выход по кобальту 85%.

Найдено, %: С - 8,6; Н - 4,0; Р - 23,0; Со - 10,8.

Вычислено для Со(С₂Н₇O₇Р₂)₂·4Н₂O,%: С - 8,88; Н - 4,10; Р - 22,90; Со - 10,89.

ИК-спектр, см^-1: 3580, 3425, 3230, 1405, 1150, 1090, 1075, 1030, 945, 825, 655, 565, 480, 440.

Пример 4.

6,3 г 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты и 2,4 г гексагидрата хлорида кобальта (II) ГОСТ 4525-77 марки “ч” растворяют в 0,005 л воды при нагревании до температуры 50-60°С и далее поступают как в примере 3. Выход по кобальту 82%.

Найдено, %: С - 8,8; Н - 4,2; Р - 22,6; Со - 10,7.

ИК-спектр, см^-1: 3575, 3420, 3230, 1410, 1150, 1090, 1070, 1030, 945, 825, 655, 565, 485, 445.

Пример 5.

4,2 г 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты и 2,9 г гексагидрата нитрата кобальта (II) растворяют в 0,005 л воды при нагревании до температуры 40-50°С. Полученный раствор оставляют для кристаллизации на 3 суток при температуре 18-20°С. После этого выпавший осадок отфильтровывают на стеклянном фильтре ПОР 40 при пониженном давлении. Осадок на фильтре промывают этанолом (четырьмя порциями по 0,001 л) и сушат на воздухе при комнатной температуре до постоянной массы. Выход по кобальту 68%.

Найдено, %: С - 8,5; Н - 4,1; Р - 22,8; Со -10,9.

Пример 6.

6,3 г 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты и 2,9 г гексагидрата нитрата кобальта (II) растворяют в 0,008 л воды и далее поступают как в примере 3. Выход по кобальту 44%.

Найдено, %: С - 8,7; Н - 4,0; Р - 23,0; Со - 10,8.

Пример 7.

Получение проводят аналогично примеру 6, но кристаллизацию ведут при температуре 0°С в течение 1 суток. Выход по кобальту 50%.

Найдено, %: С - 8,6; Н - 4,1; Р - 22,7; Со - 10,8.

Пример 8.

6,3 г 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты и 2,9 г гексагидрата нитрата кобальта (II) растворяют в 0,010 л воды и прибавляют 0,010 л уксусной кислоты. Полученный раствор оставляют для кристаллизации на 1 сутки при температуре 20-22°С. После этого выпавший осадок отфильтровывают на стеклянном фильтре ПОР 40 при пониженном давлении. Осадок промывают на фильтре 0,002 л 80%-ного водного раствора уксусной кислоты и этанолом (двумя порциями по 0,002 л). Сушат на воздухе при комнатной температуре до постоянной массы. Выход по кобальту 97%.

Найдено, %: С - 8,9; Н - 4,1; Р - 23,1; Со - 10,9.

ИК-спектр, см^-1: 3580, 3420, 3225, 1405, 1150, 1085, 1070, 1030, 945, 820, 655, 565, 480, 440.

Пример 9.

6,3 г 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты и 2,9 г гексагидрата нитрата кобальта (II) растворяют в 0,010 л воды и прибавляют 0,010 л ацетона. Полученный раствор оставляют для кристаллизации на 1 сутки при температуре 16-18°С. После этого выпавший осадок отфильтровывают на стеклянном фильтре ПОР 16 при пониженном давлении. Осадок промывают на фильтре 0,002 л 80%-ного водного раствора ацетона и чистым ацетоном (двумя порциями по 0,002 л). Сушат на воздухе при комнатной температуре до постоянной массы. Выход по кобальту 92%.

Найдено, %: С - 8,7; Н - 4,3; Р - 22,8; Со - 10,9.

ИК-спектр, см^-1: 3585, 3425, 3230, 1405, 1150, 1090, 1075, 1030, 950, 825, 660, 565, 480, 440.

Пример 10.

6,3 г 1-гидроксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты и 2,9 г гексагидрата нитрата кобальта (II) растворяют в 0,010 л воды и прибавляют 0,010 л этанола. Полученный раствор оставляют для кристаллизации на 4 суток при температуре 22-24°С. После этого выпавший осадок отфильтровывают на стеклянном фильтре ПОР 40 при пониженном давлении. Осадок промывают на фильтре 0,002 л 80%-ного водного раствора этанола и чистым этанолом (двумя порциями по 0,002 л). Сушат на воздухе при комнатной температуре до постоянной массы. Выход по кобальту 88%.

Найдено, %: С - 8,8; Н - 4,0; Р - 23,0; Со - 11,0.

Как видно из приведенных примеров 3-10, предлагаемые способы позволяют получить однородный бис(1-гидроксиэтан-1,1-дифосфонат(1-)) кобальта (II) состава Со(Н₃L)₂·4Н₂O с высоким выходом продукта. Об однородности соединения свидетельствует совпадение результатов элементного анализа, ИК спектров и порошковых рентгенограмм (см. таблицу) препаратов этого соединения, полученных в различных условиях. На порошковых рентгенограммах препаратов (см. таблицу) имеется большое число узких рефлексов, что говорит об их хорошей закристаллизованности.