用于合成α-氨基亞烷基膦酸的方法
【專利說明】用于合成α-氨基亞烷基麟酸的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于合成α -氨基亞烷基膦酸或其膦酸酯的方法。 現(xiàn)有摶術(shù)水平
[0002] α -氨基-膦酸化合物在本領(lǐng)域中是眾所周知的，并且已經(jīng)在各種各樣的應(yīng)用中 取得廣泛的商業(yè)認(rèn)可，所述應(yīng)用包括：水處理、抑制水垢、洗滌劑添加劑、螯合劑、海上石油 鉆井輔助劑、離子交換（當(dāng)接枝到樹脂上時(shí)）和作為藥物組分。眾所周知，這樣的應(yīng)用優(yōu)選 地要求氨基亞烷基膦酸，其中大部分氮取代基是亞烷基膦酸基團(tuán)。
[0003] 存在用于生產(chǎn)α-氨基亞烷基膦酸的若干方式如像尤其在GB 1142294、GB 1230121、US 3, 288, 846、JP 57075990、US 3, 832, 393、EP 1681294、EP 1681295 和 EP 0638577專利中和在WO 96/40698、JP2007022956和W02009/130322專利申請中披露的那 止匕 -、〇
[0004] US 3, 796, 749專利披露了一種用于以高產(chǎn)率生產(chǎn)基本上純的氨基亞甲基膦酸的 方法，該方法包括使N-取代的α -氨基單或多元羧酸或它們的堿金屬鹽與亞磷酸在存在水 結(jié)合劑下在約90°C與約160°C之間的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。合適的水結(jié)合劑是酸酐，這些酸酐 通過與水組合轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的酸。這類試劑是，比如，低級鏈烷酸酐如乙酸酐、丙酸酐，或無機(jī) 酸酐如五氧化二磷以及類似物。
[0005] US 3, 816, 517專利披露了一種用于以高產(chǎn)率制備基本上純的氨基亞甲基膦酸的 方法，該方法通過使N-取代的α -氨基單或多元羧酸或它們的堿金屬鹽與亞磷酸和/或三 鹵化磷（優(yōu)選三氯化磷）在存在或不存在惰性稀釋劑下反應(yīng)進(jìn)行。如果不使用亞磷酸或僅 使用三氯化磷，則將一定量的水添加到該三氯化磷中以便形成亞磷酸這樣使得三氯化磷和 亞磷酸的一種混合物存在于該反應(yīng)混合物中。該反應(yīng)還可以單獨(dú)使用亞磷酸進(jìn)行?？偟膩?說，將亞磷酸和/或三鹵化磷添加到該α-氨基亞甲基羧酸中。
[0006] IN 192483專利披露了一種用于通過使亞乙基二氨基四（乙酸）與三氯化磷和亞 磷酸反應(yīng)制備乙二胺四（亞甲基膦酸）的方法。
[0007] US 3, 451，937專利要求一種洗滌劑組合物，該組合物主要由（A) -種可溶于水的 有機(jī)洗滌劑和（B)乙烷羥基三膦酸或其鹽組成。在第4欄，第60行至75行中，披露了磷酰 乙酸（2摩爾）與六氧化四磷（1摩爾）的反應(yīng)，其中該反應(yīng)體系的C:P原子比為4:6,其中 以高產(chǎn)率生產(chǎn)了乙烷-1-羥基-1，1，2-三膦酸。
[0008] EP 2112156專利申請披露了一種用于制造氨基亞烷基膦酸的方法，該方法包括以 下步驟：將六氧化四磷添加到一種含有均相的布朗斯臺(tái)德酸的水性反應(yīng)介質(zhì)中，由此該六 氧化四磷將基本上定性地水解成亞磷酸，由此在該六氧化四磷水解完成后，該反應(yīng)介質(zhì)中 的游離水的水平是在按重量計(jì)從〇至40%的范圍內(nèi)。在一個(gè)隨后的步驟中，將一種胺、甲醛 和另外的布朗斯臺(tái)德酸添加到該反應(yīng)介質(zhì)中，此時(shí)，該反應(yīng)完成，由此產(chǎn)生該氨基亞烷基膦 酸。在這種方法的一個(gè)變體中，可以在該六氧化四磷水解步驟之前或過程中添加該胺。
[0009] 本領(lǐng)域因此，如所預(yù)料，研宄活躍并擁有制造此類化合物的方法。目前技術(shù)水平的 α-氨基亞烷基膦酸的制造是以轉(zhuǎn)化由三氯化磷水解產(chǎn)生的亞磷酸或經(jīng)過添加鹽酸轉(zhuǎn)化亞 磷酸為前提的，該鹽酸可部分地或全部以胺鹽酸鹽的形式添加。
[0010] 基于三氯化磷水解的目前的技術(shù)受制于眾所周知的在從存在鹽酸至損失三氯化 磷（由于揮發(fā)性和鹽酸的夾帶）范圍內(nèi)的缺陷。此外，控制反應(yīng)溫度對于限制三氯化磷損 失（bp. 76°C )和避免形成磷的低級氧化物（造成安全問題）是關(guān)鍵性的。
[0011] 用于制備氨基亞甲基膦酸的另外的方法，其中使胺與一種醛或酮和一種三價(jià)磷的 化合物（如亞磷酸、亞磷酸的酯、或三鹵化磷）進(jìn)行反應(yīng)，總的來說的特征為相當(dāng)?shù)偷漠a(chǎn)率， 這些產(chǎn)率通常不超過約55%至60%。這些低產(chǎn)率是由于形成副產(chǎn)物，以及具有不同亞烷基 膦酸取代度的終產(chǎn)物。分離和純化因此變成一項(xiàng)困難的且麻煩的工作。
[0012] 因此，對通過技術(shù)上新的，但還是經(jīng)濟(jì)上可接受的途徑以與長期的期望相符的優(yōu) 異方式獲得α-氨基亞烷基膦酸化合物存在需求。
[0013] 根據(jù)以上所述，完全出人意料的是一種α-氨基亞烷基羧酸的羧基可以通過該 氨基亞烷基羧酸與六氧化四磷的反應(yīng)被膦酸基團(tuán)代替。與其相反，如像在US專利 3, 451，937中所披露的，該羧基與該六氧化四磷以一種完全不同的方式進(jìn)行反應(yīng)。 發(fā)明目的
[0014] 本發(fā)明的目的是提供一種新的且有效的α -氨基亞烷基膦酸或其膦酸酯的合成， 該合成不具有現(xiàn)有技術(shù)方法的缺點(diǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種一步合成方法，該方 法能夠選擇性地以高純度和高產(chǎn)率提供優(yōu)越的化合物等級。本發(fā)明的又另一個(gè)目的是以一 種縮短的且能量高效的方式合成這些膦酸化合物。 發(fā)明概沭
[0015] 本發(fā)明披露了一種用于合成α -氨基亞烷基膦酸或其酯的方法，所述方法包括以 下步驟： -a)通過混合包含一個(gè)或多個(gè)P-O-P酸酐部分的化合物、α -氨基亞烷基羧酸和酸催化 劑形成一種反應(yīng)混合物，所述酸酐部分包含一個(gè)處于氧化態(tài)（+III)的P原子和另一個(gè)處于 氧化態(tài)（+III)或（+V)的P原子，其中 所述包含一個(gè)或多個(gè)P-O-P酸酐部分的化合物選自由以下項(xiàng)組成的組： -六氧化四磷，焦亞磷酸四乙酯，由一種或多種包含一個(gè)或多個(gè)P-OH部分的化合物與 一種或多種包含一個(gè)或多個(gè)P-O-P酸酐部分的化合物的組合獲得的一種化合物，其中一種 或多種化合物的P原子是處于氧化態(tài)（+III)并且其中所述具有一個(gè)或多個(gè)P-OH部分的化 合物是通過一個(gè)〉P( = 〇)Η部分的互變異構(gòu)化可獲得的；以及 -由一種或多種具有2個(gè)或更多個(gè)P-O-P部分的化合物與水的組合獲得的一種化合物， 其中所述P-O-P部分具有一個(gè)處于氧化態(tài)（+III)的P原子和一個(gè)處于氧化態(tài)（+III)或 (+V)的P原子； 并且其中 所述反應(yīng)混合物包含至少0. 2的α -氨基亞烷基羧酸與P-O-P酸酐部分的當(dāng)量比，并 且 _b)從所述反應(yīng)混合物中回收所產(chǎn)生的α-氨基亞烷基膦酸化合物或其酯。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例披露了以下特征的一項(xiàng)或多項(xiàng)： -所述反應(yīng)混合物通過將一種包含P-O-P酸酐部分、具有一個(gè)處于氧化態(tài)（+III)的P 原子和另一個(gè)處于氧化態(tài)（+III)或（+V)的P原子的化合物逐漸添加到一種包含α-氨基 亞烷基羧酸和酸催化劑的混合物中形成； -所述反應(yīng)混合物通過將一種包含α-氨基亞烷基羧酸和酸催化劑的混合物逐漸添加 到一種包含P-O-P酸酐部分、具有一個(gè)處于氧化態(tài)（+III)的P原子和另一個(gè)處于氧化態(tài) (+III)或（+V)的P原子的化合物中形成； -所述用于合成α-氨基亞烷基膦酸或其酯的方法包括以下附加步驟： -在完成α-氨基亞烷基羧酸到α-氨基亞烷基膦酸的轉(zhuǎn)化后將水添加到所述反應(yīng)混 合物中； -使所述包含添加的水的反應(yīng)混合物達(dá)到包括在20°C與100°C之間的溫度并且 -將所述包含添加的水的反應(yīng)混合物維持在所述溫度下持續(xù)至少10分鐘； -所述包含P-O-P酸酐部分的化合物選自由以下各項(xiàng)組成的組：六氧化四磷、焦亞磷酸 四乙酯以及化合物由亞磷酸與六氧化四磷的組合、亞磷酸與十氧化四磷的組合、亞磷酸二 甲酯與十氧化四磷的組合以及六氧化四磷與水的組合獲得的包含P-O-P酸酐部分； -所述包含P-O-P酸酐部分的化合物是六氧化四磷； -所述包含α-氨基亞烷基羧酸的化合物具有以下通式： R1-N(Ra) -CR3R4-CO2M 其中R1可以是一個(gè)取代的C或取代的S原子；R2可以是一個(gè)H原子、取代的C或取代 的S原子；R3和R4可以獨(dú)立地是一個(gè)H原子或取代的C原子：M可以是一個(gè)H原子或堿金 屬或堿土金屬； -所述包含α-氨基亞烷基羧酸的化合物選自： a) -種化合物，其中N原子通過用吸電子基團(tuán)或能夠使N孤對電子部分離域的基團(tuán)取 代所述N原子而具有低堿度； b) -種多胺，其中存在至少兩個(gè)N原子并且每個(gè)N原子通過至少兩個(gè)碳原子與下一個(gè) 鄰近的N原子隔開； c) 一種其中N原子被烷基取代的化合物； -所述包含α-氨基亞烷基羧酸的化合物選自： a) 次氨基三乙酸，乙二胺四乙酸，二亞乙基三胺五乙酸，N-芐基亞氨基二乙酸，N-甲基 亞氨基二乙酸，亞氨基二乙酸，N，N-雙（羧甲基）-1-谷氨酸，N，N-雙（羧甲基）-丙氨酸三 鈉，N-氰甲基丙氨酸，N，N-雙（氰基甲基）-甘氨酸，4-嗎啉代乙酸，焦谷氨酸，N-乙?；?氨酸，N，N-雙（羧甲基）-6-氨基己酸，N-苯基甘氨酸，N-甲苯磺?；拾彼?，反式-1，2-環(huán) 己基二氨基四乙酸一水合物，N-膦酰基甲基亞氨基二乙酸，接枝在樹脂上的亞氨基二乙酸 如像酸化的安柏萊特（Amberlite) IRC748i ; b) 1，4, 7, 10-四氮雜十二烷-1，4, 7, 10-四乙酸，反式-1，2-環(huán)己基二氨基四乙酸一水 合物； c) N，N' -二甲基甘氨酸。 -所述酸催化劑是一種均相的布朗斯臺(tái)德酸催化劑，優(yōu)選選自由以下項(xiàng)組成的組：甲 磺酸，三氟甲磺酸，乙酸，三氟乙酸，對甲苯磺酸，鹽酸，亞磷酸，磷酸及其混合物。 -所述酸催化劑是一種多相的布朗斯臺(tái)德酸催化劑，選自由以下項(xiàng)組成的組： (i) 原樣的或負(fù)載在一種載體材料上的固體酸性金屬氧化物的組合； (ii) 選自包括苯乙烯、乙基乙烯基苯和二乙烯基苯的共聚物的組、功能化的以便將 SO3H部分接枝到芳香基團(tuán)上的陽離子交換樹脂和帶有羧酸基和/或磺酸基的全氟化的樹 脂； (iii) 有機(jī)磺酸的、羧酸的和膦酸的布朗斯臺(tái)德酸（它們在所述反應(yīng)溫度下在所述反 應(yīng)介質(zhì)中是基本上不混溶的）； (iv) -種衍生自以下項(xiàng)的酸催化劑： -在其上沉積有有機(jī)布朗斯臺(tái)德酸的具有孤對電子的一種固體載體的相互作用；或 -在其上沉積有具有路易斯酸位點(diǎn)的化合物的具有孤對電子的一種固體載體的相互作 用；或 -