專利名稱：制備n-膦酰基甲基甘氨酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備N-膦?；谆拾彼岬姆椒?，更具體地說(shuō)是涉及N-膦?；谆拾彼岬母倪M(jìn)的制備方法，其中將N-?；被谆⑺崤c乙醛酸或其衍生物反應(yīng)，而無(wú)需分離N-?；谆⑺峄蛳嚓P(guān)的中間產(chǎn)物。
N-膦?；谆拾彼崾且环N高效的，市售的重要的植物毒劑，它應(yīng)用于控制萌發(fā)種子，出芽種子，成熟和成長(zhǎng)樹(shù)木，草木植物和水生植物等的生長(zhǎng)。N-膦?；谆拾彼岬柠}類可方便地制成水劑，而用作廣譜植物的芽后植物毒劑或除草劑。
加拿大專利1，039，739號(hào)(Gaertner)中描述了一種制備N-膦酰基甲基甘氨酸的方法，其中將氨基甲基膦酸或其酯類與乙醛酸衍生物反應(yīng)，以生成羰基醛亞胺甲基磷酸酯。然后，將羰基醛亞胺甲基磷酸酯經(jīng)催化氫化生成N-膦?；谆拾彼峄蚱漉ヮ悺ｕセ鶊F(tuán)可以經(jīng)過(guò)水解而生成N-膦?；谆拾彼帷?br> 美國(guó)專利3，799，758(Franz)中，描述了N-膦?；谆拾彼岬囊环N制備方法，其中將甘氨酸乙酯、甲醛和亞磷酸二乙酯反應(yīng)，然后進(jìn)行水解。在Franz描述的另一種制法中，包括在氫氧化鈉存在下，用氯代甲基次膦酸將甘氨酸進(jìn)行膦甲基化，并且將N-膦基甲基甘氨酸用氯化汞氧化。
美國(guó)專利4，369，142(Moser)中，敘述了一種制備N-膦?；谆拾彼岬姆椒?，其中在二氧化硫催化劑存在下，使氨基甲基膦酸在一含水介質(zhì)中與乙二醛反應(yīng)。
在H.Yanagawa等人所著“NovalFormationofα-AminoAcidsandTheirDerivativesformOxoAcidsandAmmomiainanAqueousMedium”[J.Biochem，91，2087-2090(1982)]中，披露了應(yīng)用乙醛酸與氨、甲胺和硫酸銨反應(yīng)以制取甘氨酸和/或其衍生物。其中2088頁(yè)表Ⅰ中，說(shuō)明了在27℃和105℃，pH為4和8時(shí)，各種氨基酸的合成。另外在2088頁(yè)左下欄底至右上欄上部，敘述了在酸性pH和低溫條件比堿性pH和高溫條件，對(duì)甘氨酸的生成更為有利。
在J.Kihlberg所著“Synthesisofstrombine.ANewMethodforMonocarboxymethylationofPrimaryAmines”，[ActaChemicaScandinavicaB37，911-916(1983)]中，描述了二個(gè)當(dāng)量的乙醛酸和脂族和芳香族伯胺的反應(yīng)，該反應(yīng)先經(jīng)相應(yīng)的亞胺衍生物的形成。在914頁(yè)表Ⅰ中，描述了在25-70℃溫度下，各種胺起始原料與2個(gè)當(dāng)量的乙醛酸的反應(yīng)，生成相應(yīng)的N-甲酰基-N-羧基-甲基胺，并易于使之水解成N-羧基甲基胺。
美國(guó)專利4，670，191(Kleiner)中，公開(kāi)了一種制備N-膦?；谆拾彼岬姆椒ǎ渲性?0-100℃溫度下，使氨基甲基膦酸與2個(gè)摩爾當(dāng)量的乙醛酸反應(yīng)。
由以上所述各已知技術(shù)，不論是單獨(dú)或結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，雖然可制得產(chǎn)率令人滿意的N-膦酰基甲基甘氨酸，但各種已知方法或多或少都有其缺點(diǎn)?，F(xiàn)在可以提供一種直接生產(chǎn)N-膦?；谆拾彼峄蚱溲苌锏姆椒ǎ蓱?yīng)用便宜的原料，以低成本和簡(jiǎn)便生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)出高產(chǎn)率產(chǎn)品，并且無(wú)需分離中間產(chǎn)物。
上述的或其他的各種優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)下述N-膦?；赘拾彼岬闹苽浞椒▉?lái)實(shí)現(xiàn)，即在反應(yīng)條件下，使乙醛酸和如下式所示的N-?；被谆⑺岱磻?yīng)，
式中R選自具1-6個(gè)碳原子的烷基，具1-6個(gè)碳原子的鹵代烷基，苯甲基和苯基。
所述的烷基是指直鏈或帶支鏈的基團(tuán)，如甲基，乙基，異丙基，環(huán)丙基，環(huán)己基，叔丁基，異丁基，正丁基和各種形式的苯基，己基等。各種具6個(gè)以上碳原子的烷基可應(yīng)用于本發(fā)明方法，但似乎并無(wú)特別優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)選用甲基。
所述鹵代烷基包括所有上述各種烷基且已被一個(gè)或多個(gè)鹵原子取代的基團(tuán)，所述鹵素例如氯、溴和碘。優(yōu)選用氯代烷基。
所述苯甲基和苯基之含義為本專業(yè)技術(shù)人員所熟知，且該苯甲基和苯基可以是被取代的或未被取代的。典型的取代基包括硝基，甲基或鹵素如氯，但使用較廉價(jià)的未取代的苯基可取得滿意的效果。
所述乙醛酸也可包括水合的，半縮醛或其乙縮醛衍生物，或是乙醛酸的酯類，其中適宜的酯基團(tuán)可以如上述具1-6個(gè)碳原子的烷基。其應(yīng)用效果皆良好。
本方法適用的N-?；被谆⑺崾且阎摹Ｅc“Synthesis”(1978年6月，479和480頁(yè))的報(bào)導(dǎo)有所不同的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單的烷基和芳基胺可以和三氯化磷和甲醛反應(yīng)，使其進(jìn)行膦酰甲基化且可取得高產(chǎn)率，在本發(fā)明方法第一步驟中，優(yōu)選使用上述過(guò)程。
乙醛酸和N-?；被谆⑺岬哪柋瓤捎绊慛-膦?；谆拾彼岬漠a(chǎn)率。為取得定量產(chǎn)率，優(yōu)選用1摩爾的N-?；被谆⑺岷?摩爾(或更多)的乙醛酸?？捎蒙儆?∶2的摩爾比，但N-膦?；谆拾彼岙a(chǎn)率則降低。
本發(fā)明方法包括，在水中或含水介質(zhì)中將N-?；被谆⑺崤c乙醛酸加熱，在同一反應(yīng)器進(jìn)行水解/還原烷基化并生成N-膦?；谆拾彼??？蛇x用經(jīng)純化的N-酰基氨基甲基膦酸;或粗制的、由膦酰甲基化反應(yīng)中經(jīng)除油的N-酰基氨基甲基膦酸，皆可得到良好效果。應(yīng)用粗制的，未經(jīng)分離的N-酰基氨基甲基膦酸可避免昂貴的分離步驟，提高整個(gè)過(guò)程產(chǎn)率，減少?gòu)U料，而這些正是我們所希望達(dá)到的效果。
反應(yīng)溫度可在較大范圍內(nèi)變化。雖然可在室溫下反應(yīng)，但反應(yīng)緩慢。優(yōu)選溫度至少是50℃，最好是至少70℃。在同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行水解/還原烷基化過(guò)程時(shí)，最高限溫度僅取決于N-?；被谆⑺岬乃夥€(wěn)定性。因而，反應(yīng)可在回流溫度(約110℃)或在加壓下在150℃溫度下進(jìn)行。當(dāng)應(yīng)用N-苯甲?；被谆⑺幔胰┧岷秃}酸時(shí)，從制備觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選溫度為135-140℃。
下列各實(shí)施例可進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明方法，但非限定本發(fā)明方法。
實(shí)施例1由乙酰胺制備N-膦酰基甲基甘氨酸。
在50毫升燒瓶中加入乙酰胺(1.48克，0.025摩爾)，多聚甲醛(0.79克，0.0265摩爾)和7毫升冰乙酸。加熱混合物使成溶液(約100℃)，然后冷至室溫。一次加入三氯化磷(4.11克，0.03摩爾)，溫度升至40℃。將溶液加熱至107℃經(jīng)3小時(shí)，然后在55℃下蒸干成油狀物。
生成的油狀物在25毫升水中用5.10克(0.55摩爾)的一水合乙醛酸處理。溶液回流過(guò)夜，溶液經(jīng)高效液相色譜分析，可知含N-膦?；谆拾彼?產(chǎn)率69.9%)，和N-甲?；?N-膦?；谆拾彼?產(chǎn)率7.72%)。
實(shí)施例2用乙醛酸甲基酯甲基半縮醛作為還原劑，由乙酰胺制備N-膦酰基甲基甘氨酸。
按實(shí)施例1所述方法將乙酰胺(2.96克，0.05摩爾)進(jìn)行膦酰甲基化。加熱至107℃經(jīng)3小時(shí)后，加入2-羥基-2-甲氧基乙酸甲酯和5毫升水，反應(yīng)溶液蒸干至成粘稠油狀物，該油狀物用50毫升濃鹽酸處理，并加熱回流過(guò)夜。
反應(yīng)混合物經(jīng)離子交換純化，可得6.2克N-膦?；谆拾彼?，按乙酰胺用量計(jì)，產(chǎn)率為73.4%。
實(shí)施例3由苯甲酰胺制備N-膦酰基甲基甘氨酸在100毫升燒瓶中加入苯甲酰胺(3.02克，0.025摩爾)，多聚甲醛(0.79克，0.0265摩爾)和20毫升冰乙酸。加熱混合物至成溶液(約100℃)，在冰浴中冷卻至10℃。保持溫度低于30℃，滴加三氯化磷(3.6克，0.0265摩爾)。經(jīng)1小時(shí)將溶液加熱至120℃，并在120℃保持2小時(shí)。加熱后，在降壓下將溶液蒸干，以除去乙酸，以得到N-苯甲?；被谆⑺?呈油狀物)。
用乙醛酸單水合物(4.85克，0.053摩爾)和25毫升鹽酸處理該油狀物，回流加熱8小時(shí)。經(jīng)高效液相色譜分析生成溶液，結(jié)果可知含82.4%N-膦?；谆拾彼?按苯甲酰用量計(jì))。
實(shí)施例4應(yīng)用高溫度/壓力還原烷基化，由苯甲酰胺制備按實(shí)施例3所示方法，將苯甲酰胺(6.1克，0.05摩爾)進(jìn)行膦酰甲基化。將乙酸蒸出后，將油狀物轉(zhuǎn)移到250毫升配置壓力計(jì)和釋壓閥的Fisher-Porter瓶中。在30毫升濃鹽酸(含水)中，油狀物用乙醛酸單水合物(10.4克，0.11摩爾)來(lái)處理。將混合物用氮?dú)饧訅褐?.07×105牛頓/米2(30磅/英寸2)，并在油浴中使油溫升至130-138℃進(jìn)行加熱。定時(shí)釋壓使器內(nèi)壓力保持于2.90×105至3.58×105牛頓/米(42-52磅/英寸2)。3.5小時(shí)后，停止放氣，并使反應(yīng)冷卻。
反應(yīng)混合物經(jīng)高效液相色譜分析，可知含N-膦酰基甲基甘氨酸(產(chǎn)率82.5%)和N-甲?；?N-膦酰基甲基甘氨酸(產(chǎn)率4.5%)(以苯甲酰用量計(jì))。
實(shí)施例5
由氨基甲酸苯酯制備N-膦?；谆拾彼嵩?0毫升燒瓶中加入氨基甲酸苯酯(3.53克)，甲醛(0.79克)和乙酸(20毫升)?；旌衔锛訜嶂?5℃，然后在冰浴中冷卻至15℃。一次加入三氯化磷(4.11克)，經(jīng)1小時(shí)將溶液加熱至107℃。在107℃加熱2.5小時(shí)并在室溫下攪拌過(guò)夜后，將溶液洗脫至油中。
將油狀物在25毫升水中與乙醛酸單水合物一起加熱回流12小時(shí)。反應(yīng)溫合物經(jīng)高效液相色譜分析，可知含N-膦酰基甲基甘氨酸(產(chǎn)率21.6%)，N，N-亞氨基甲基膦酸(產(chǎn)率15.9%)，亞氨基二乙酸(產(chǎn)率25.9%)。
實(shí)施例6由N-氯代乙?；被谆⑺嶂苽銷-膦?；谆拾彼嵩?00毫升燒瓶中加入N-氯代乙?；被谆⑺?0.2克，0.001摩爾)，乙醛酸(0.22克，0.002摩爾)和2毫升水。反應(yīng)混合物回流加熱12小時(shí)。經(jīng)高效液相色譜分析制得溶液中可知含N-膦酰基甲基甘氨酸(產(chǎn)率76.8%)，N-甲?；?N-膦?；谆拾彼?產(chǎn)率5.6%)和氨基甲基膦酸(產(chǎn)率3.5%)。
雖然經(jīng)詳述各特別實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明方法，但應(yīng)指出它們僅用于說(shuō)明。對(duì)本專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，經(jīng)參照本說(shuō)明書則另外的實(shí)施例和操作技術(shù)應(yīng)是顯而易見(jiàn)的。例如當(dāng)鹽酸存在時(shí)，N-酰基氨基甲基膦酸與乙醛酸作用時(shí)，酰基取代基轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的羧酸，可將之回收，而用于制備本發(fā)明方法中的酰胺原料。另一個(gè)例子是，乙醛酸的其它衍生物如除了烷基酯類之外，也可應(yīng)用于本發(fā)明方法。因此，在不脫離本發(fā)明所述實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種修正。
權(quán)利要求
1.制備N-膦?；谆拾彼岬姆椒?，其中包括在反應(yīng)條件下，使乙醛酸或其衍生物和如下式之N-?；被谆⑺岱磻?yīng)，
式中R選自具1-6個(gè)碳原子的烷基，具有1-6個(gè)碳原子的鹵代烷基，苯甲基和苯基。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中乙醛酸與N-?；被谆⑺嶂柋戎辽偈?∶1。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中使N-酰基氨基甲基膦酸鴕胰┧嶧蚱溲萇鋟從?，并加热至温度?0-180℃。
4.按權(quán)利要求3的方法，其中溫度在70-150℃之間。
5.按權(quán)利要求1的方法，其中R是烷基。
6.按權(quán)利要求5的方法，其中R是甲基。
7.按權(quán)利要求1的方法，其中R是苯基。
8.制備N-膦?；谆拾彼岬姆椒?，其中包括在水或含水無(wú)機(jī)酸存在下，溫度為70-150℃時(shí)，使乙醛酸衍生物和如下式所示之N-?；被谆⑺岱磻?yīng)，
式中R選自具1-6個(gè)碳原子的烷基和苯基，其中乙醛酸與N-?；被谆⑺岬哪柋戎辽偈?∶1。
9.按權(quán)利要求8的方法，其中無(wú)機(jī)酸是鹽酸或硫酸。
10.按權(quán)利要求8的方法，其中R是苯基。
11.按權(quán)利要求10的方法，其中無(wú)機(jī)酸是鹽酸。
12.按權(quán)利要求8的方法，其中R是甲基。
13.按權(quán)利要求12的方法，其中用不含無(wú)機(jī)酸的水。
14.按權(quán)利要求8的方法，其中乙醛酸衍生物是乙醛酸烷基酯，而其中烷基含1-6個(gè)碳原子。
15.按權(quán)利要求8的方法，其中乙醛酸衍生物是乙醛酸烷基酯半縮醛，而其中烷基具1-6個(gè)碳原子。
16.按權(quán)利要求1的方法，其中N-?；被谆⑺崾前聪铝蟹椒ㄖ苽涞模丛诨旧蠠o(wú)水的反應(yīng)條件下，將如下式所示的酰胺與多聚甲醛、三氯化磷反應(yīng)，并且不需要將N-酰基氨基甲基膦酸分離，再將乙醛酸或其衍生物加入到反應(yīng)混合物中，
式中R如上述定義。
全文摘要
制備N-膦?；谆拾彼岬姆椒?，包括在反應(yīng)條件下，將乙醛酸或其衍生物與如下式之N-?；被谆⑺岱磻?yīng)，
文檔編號(hào)C07F9/38GK1037516SQ8910284
公開(kāi)日1989年11月29日 申請(qǐng)日期1989年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月2日
發(fā)明者小唐納德·李·菲爾德斯, 雷蒙·查爾斯·格拉比阿克, 謝羅爾·李·貝斯登, 彼得·愛(ài)得華·羅杰斯 申請(qǐng)人:孟山都公司