專利名稱：制備n－膦?；谆鶃啺被宜岬姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備N(xiāo)-膦?；谆鶃啺被宜?PMIDA)、亦稱為N，N-二乙酸氨基亞甲基膦酸的改良方法。PMIDA是制備也稱為草甘膦(glyphosate)的膦酰甲基甘氨酸(PMG)的中間體，該膦酰甲基甘氨酸(PMG)是一種已知的輸導(dǎo)性、芽后的(postemergence)廣譜除草劑。
現(xiàn)今廣泛使用于制備PMIDA的方法涉及一種亞氨二乙酸(IDA)的堿金屬鹽在強(qiáng)無(wú)機(jī)酸溶液中與磷酸及甲醛反應(yīng)。此方法在美國(guó)專利4,724,103與4,775,498中有報(bào)道。在此方法中，最初形成IDA的強(qiáng)無(wú)機(jī)酸鹽和該無(wú)機(jī)酸的堿金屬鹽。該IDA的強(qiáng)無(wú)機(jī)酸鹽具有低的溶解度，從而使得該無(wú)機(jī)酸的堿金屬鹽在此階段中不容易去除而保留在反應(yīng)介質(zhì)中。而IDA無(wú)機(jī)酸鹽在其后的膦酰甲基化反應(yīng)中會(huì)形成PMIDA與堿金屬鹽的一種混合物。后者鹽可加入能溶解該堿金屬鹽的足量的水至該混合物中，而將其與PMIDA分開(kāi)。而后，該P(yáng)MIDA通過(guò)沉淀與過(guò)濾而自該溶液中回收。此方法的主要缺點(diǎn)在于由于其必須加水溶解該堿金屬鹽而生成大量的廢水，而要對(duì)這種本來(lái)含有很有價(jià)值原料的液體實(shí)行循環(huán)使用是很復(fù)雜的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種制備PMIDA的方法，該方法可避免現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)或使該缺點(diǎn)降至最低。
因此，本發(fā)明是提供一種制備N(xiāo)-膦?；谆鶃啺倍宜?PMIDA)的方法，其包含下列步驟(a)使亞氨二乙酸(IDA)的堿金屬鹽與磷酸及強(qiáng)無(wú)機(jī)酸或該類(lèi)酸源反應(yīng)，形成亞氨二乙酸亞磷酸鹽和該強(qiáng)無(wú)機(jī)酸的堿金屬鹽；(b)去除至少一部分在步驟(a)中所形成的堿金屬鹽；(c)使步驟(a)所形成的亞氨二乙酸亞磷酸鹽與磷酸及強(qiáng)無(wú)機(jī)酸或該類(lèi)酸源、與甲醛一起反應(yīng)，以在該反應(yīng)介質(zhì)中形成PMIDA；并且若有需要，(d)分離該P(yáng)MIDA；和(e)在分離該方法中的PMIDA后，可任選將剩余的介質(zhì)再循環(huán)。
該IDA的堿金屬鹽優(yōu)選為二鈉或二鉀鹽。
可使用于本發(fā)明方法中的強(qiáng)無(wú)機(jī)酸包含氫氯酸、氫溴酸、氫碘酸和硫酸。氫氯酸是優(yōu)選的。
特別優(yōu)選的磷酸源是PCl3，其在水性介質(zhì)中水解時(shí)可產(chǎn)生氫氯酸。
中間化合物亞氨二乙酸亞磷酸鹽(IDA.H3PO3)是新穎的化合物且構(gòu)成本發(fā)明的另一方面。
在本發(fā)明方法的步驟(a)中，加入或產(chǎn)生的強(qiáng)無(wú)機(jī)酸的量，應(yīng)當(dāng)正好足以中和所存在的IDA堿金屬鹽及任何的游離堿(諸如，NaOH)，優(yōu)選為約0.5至1.5，更優(yōu)選為0.5至1.0酸當(dāng)量。必須避免過(guò)量的強(qiáng)無(wú)機(jī)酸，因?yàn)槿魏蔚倪^(guò)量會(huì)形成本發(fā)明方法所不需要的IDA無(wú)機(jī)酸鹽。在本發(fā)明方法中，該IDA鹽與磷酸和強(qiáng)無(wú)機(jī)酸或此類(lèi)酸源(諸如PCl3)的反應(yīng)，會(huì)形成新的中間產(chǎn)物亞氨二乙酸亞磷酸鹽，以及該強(qiáng)無(wú)機(jī)酸的堿金屬鹽。在冷卻至約85℃后，該堿金屬鹽一般是利用過(guò)濾方法除去，其除去的量應(yīng)足以避免該鹽與最終產(chǎn)物(PMIDA)共沉淀。因?yàn)閬啺倍宜醽喠姿猁}在反應(yīng)介質(zhì)內(nèi)是高度可溶性的，而該堿金屬鹽是不溶解的，故該堿金屬鹽在此階段(步驟(b))十分容易除去。
在步驟(a)中的反應(yīng)是在溫度為40℃至75℃，優(yōu)選是約45℃至65℃下進(jìn)行約1-4小時(shí)。該反應(yīng)混合物在去除該無(wú)機(jī)酸堿金屬鹽前，先被冷卻到80℃至90℃的溫度。該亞氨二乙酸亞磷酸鹽在此階段維持在大約60℃的溫度，優(yōu)選是在70℃至100℃。
在步驟(c)，該亞氨二乙酸亞磷酸鹽是與另外量的磷酸和強(qiáng)無(wú)機(jī)酸或該類(lèi)酸源以及甲醛在105℃ to 135℃的溫度范圍內(nèi)反應(yīng)30分鐘至4小時(shí)。在冷卻至約30℃后，PMIDA在反應(yīng)介質(zhì)中形成固體沉淀物。接著分離PMIDA(步驟(d))，可利用諸如過(guò)濾或離心的傳統(tǒng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
來(lái)自步驟(d)的反應(yīng)介質(zhì)優(yōu)選在本發(fā)明方法中再循環(huán)。在該循環(huán)過(guò)程中，若有需要，將堿金屬如NaOH加到該亞氨二乙酸亞磷酸鹽中，至少部分地中和HCl等的游離酸。將磷酸和強(qiáng)無(wú)機(jī)酸或該類(lèi)酸源(諸如PCl3)加到該再循環(huán)介質(zhì)中。接著在45℃至65℃反應(yīng)約30分鐘至4小時(shí)，將該反應(yīng)產(chǎn)物冷卻到約20℃至40℃，除去濕餅形式的足夠量的強(qiáng)無(wú)機(jī)酸堿金屬鹽，一般是用過(guò)濾方法除去，使其再循環(huán)。該鹽在此階段中是容易除去的，因存在相當(dāng)多的游離酸。當(dāng)該鹽是NaCl且該酸是HCl時(shí)，眾所周知，在28-30％的HCl存在下，NaCl在水中的溶解度基本上是零。然后所得的含有H3PO4和強(qiáng)無(wú)機(jī)酸的過(guò)濾液部分與IDA的堿金屬鹽反應(yīng)，如上述步驟(a)所示，形成亞氨二乙酸亞磷酸鹽與強(qiáng)無(wú)機(jī)酸堿金屬鹽。所存在的該強(qiáng)無(wú)機(jī)酸量應(yīng)不過(guò)量，但要足以中和任何的游離堿金屬和IDA鹽，使之形成亞氨二乙酸亞磷酸鹽而不是IDA的強(qiáng)無(wú)機(jī)酸鹽。而后將堿金屬鹽按上述方式除去。
所得的亞氨二乙酸亞磷酸鹽溶液保持在高溫，一般高于60℃，優(yōu)選在70℃至100℃之間。若有必要，在此階段可蒸沸掉水，以確保適量的水平衡和最大的液體再循環(huán)。上述所生成的剩余過(guò)濾液與甲醛一起加入亞氨二乙酸亞磷酸鹽中，并以上述步驟(c)的方式反應(yīng)，生成PMIDA和另外可在該方法中再循環(huán)的反應(yīng)介質(zhì)。亞氨二乙酸或其鹽可以按US專利5,689,000，5,620,584；或4,782,183；或3,904,668或WO-A-94/24091所述方法來(lái)制備。IDA可以買(mǎi)到，所需的鹽可以按已知方式制備。
依據(jù)本發(fā)明方法所制得的PMIDA的產(chǎn)率可高達(dá)91％。而且，在反應(yīng)期間所形成的無(wú)機(jī)酸堿金屬鹽可以濕餅方式除去，因此含有有價(jià)值原料的母液可再循環(huán)使用，由此大大降低廢液的量，并提高環(huán)保的效率。該母液可含有按60％再循環(huán)液體計(jì)約5％的游離HCl。由此可達(dá)到較高的再循環(huán)率例如80％，這可從此后的實(shí)施例得知。
除非另有說(shuō)明，實(shí)施例中使用的亞氨二乙酸二鈉(DSIDA)是將二亞氨二乙酸(由Aldrich供應(yīng))用2.2摩爾當(dāng)量的50％ NaOH來(lái)中和所制得的。
將合成液加至一個(gè)設(shè)有加熱套、冷凝器和頂置攪拌器與溫度計(jì)的1升反應(yīng)器中。將物料加熱并維持在45℃與65之間，并將152.0g的PCl3在122分鐘期間泵入反應(yīng)器。加PCl3的速率是可變的，以此來(lái)控制溫度。將該反應(yīng)器內(nèi)的物料冷卻至約40℃，并利用Whatman濾紙和具有約10cm直徑的1升漏斗的過(guò)濾裝置來(lái)過(guò)濾。濾餅留在過(guò)濾裝置上。
將該濾液分成365.0g(A部分)與141.0g(B部分)兩部分。在約65℃下，將432g 41％DSIDA(亞氨二乙酸二鈉)加入至該反應(yīng)器中。再加56.0g 50％NaOH。加A部分，沸騰除去150gH2O。將該物料在約70℃下用上述過(guò)濾所使用的裝置來(lái)過(guò)濾。濾餅用噴霧瓶噴的30ml冰水清洗，合并的濾餅在烤箱中烘干。將該固體干燥，且分析114.0g固體，其中98.7％NaCl被回收。
上述所得的濾液馬上稱重為695.0g。將其中521.1g濾液加回至該反應(yīng)器中。剩余液體，即B部分，再加入該反應(yīng)器中。將這些物料加熱至沸騰，在2小時(shí)內(nèi)往反應(yīng)器中泵入88.70g的44％甲醛。同時(shí)，剩余的濾液(173.9g)在110分鐘內(nèi)泵入其中。反應(yīng)器內(nèi)物料在沸騰下維持60分鐘然后冷卻至約35℃。而后將該物料過(guò)濾，用噴霧瓶的50g冰H2O清洗。該濾餅在烘箱中干燥過(guò)夜，而后進(jìn)行HPLC分析?；厥?97.0g，產(chǎn)率99.2％PMIDA，相當(dāng)于86.1％理論產(chǎn)率。
回收749.0g液體，其后分析并發(fā)現(xiàn)其含有約4.80％ HCl和18.1％NaCl。
該濾液也分成365.1g(A部分)與142.1g(B部分)兩部分。在約65℃下，將432g 41％DSIDA加入至該反應(yīng)器中。再加56.0g 50％ NaOH。其后加A部分。將該物料加熱至沸騰，蒸去150g水。將該物料在約70℃下用上述過(guò)濾方式所使用的裝置過(guò)濾。濾餅用源自于噴霧瓶的30g冰水清洗，將合并的濾餅在烘箱中烘干。干燥該固體，分析115.0g固體，其中有98.1％ NaCl被回收。
該熱的濾液與清洗液被分成522.0g與173.5g兩部分。522.0g與剩余的液體即B部分一起被加回至該反應(yīng)器中。將該物料加熱至沸騰，且將88.70g的44％ CH2O以114分鐘的時(shí)間計(jì)量加入該反應(yīng)器內(nèi)。同時(shí)，將另一部濾液(173.5g)以108分鐘泵入其中。使這些物料在沸騰下再維持約1小時(shí)。然后將反應(yīng)器與物料冷卻至約40℃并如實(shí)驗(yàn)1所述過(guò)濾。而后將濾餅用50g的冰H2O清洗。留下747.20g濾液去再循環(huán)，且將該濾餅在烘箱干燥過(guò)夜。
該濾餅利用HPLC分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中含有99.1％ PMIDA。回收201.8干濾餅，其對(duì)應(yīng)于88.1％理論產(chǎn)率。該液體分析顯示有4.8％ HCl與18.0NaCl。
448.3g的在實(shí)施例2中留下的液體加入至反應(yīng)器內(nèi)。如實(shí)施例1所述用118分鐘時(shí)間在該反應(yīng)器內(nèi)泵入151.8g的PCl3。在該加料期間，溫度維持在45℃至65℃之間。將該反應(yīng)器內(nèi)物料冷卻至約40℃，以實(shí)施例1所述方式過(guò)濾，該濾餅被留在過(guò)濾裝置上。將該濾液分成兩部分，364.0g A部分和141.0g的B部分。
將432g 41％DSIDA加入至該反應(yīng)器中。再加入56.0g 50％NaOH，其后加入A部分。將這些物料加熱至沸騰并蒸出150g水。這些物料在約70℃下用上述過(guò)濾方式所使用的裝置來(lái)過(guò)濾。濾餅用源自于噴霧瓶的30g冰水清洗，將合并的濾餅干燥，分析115.0g固體，其中有98.8％ NaCl被回收。
將該熱的濾液和清洗液分成520.1g與173.4g兩部分。520.1g與B部分一起被加回至該反應(yīng)器中。將這些物料加熱至沸騰，用118分鐘時(shí)間在該反應(yīng)器內(nèi)泵入88.7g的44％ CH2O。同時(shí)用111分鐘泵入173.4g濾液。將該反應(yīng)器內(nèi)的物料在沸騰下再維持1小時(shí)，然后冷卻至約40℃。將其過(guò)濾，該濾餅用50g的冰水清洗。將該濾餅在烘箱干燥過(guò)夜，用HPLC分析。測(cè)得該干濾餅206.1g含有99.4％ PMIDA。這相當(dāng)于90.2％的理論產(chǎn)率。
該液體稱重為738.1g，留下供再循環(huán)。液體分析顯示其中有4.9％ HCl與18.5％ NaCl。
將432g 41％ DSIDA如實(shí)施例所述加入至該反應(yīng)器中，并加56.0g 50％ NaOH，其后加入A部分。將這些物料加熱至沸騰，蒸出150g水。該物料在約70℃下用上述過(guò)濾裝置過(guò)濾。該濾餅用約30g冰水清洗，將該濾餅干燥后，分析114.0g固體，其中有98.9％ NaCl被回收。
將該熱的濾液與清洗液分成518.1g與172.5g兩部分。將518.1g與B部分一起加回至該反應(yīng)器中。將這些物料加熱至沸騰，并用120分鐘時(shí)間在該反應(yīng)器內(nèi)泵入88.7g的44％ CH2O。同時(shí)用110分鐘將172.5g濾液泵入其中。該物料在沸騰下再維持另1小時(shí)然后冷卻至約40℃。將該物料過(guò)濾，該濾餅用50g的冰水清洗。在烘箱干燥過(guò)夜，用HPLC分析。測(cè)得該干濾餅208.1g中含有99.4％ PMIDA。這相當(dāng)于91.1％的理論產(chǎn)率。
該液體稱重為730.2g，供再循環(huán)使用。液體分析顯示其中有4.7％ HCl與18.6％ NaCl。
432g 41％ DSIDA如實(shí)施例所述加入至該反應(yīng)器中，再加56.0g 50％NaOH，其后加A部分。將這些物料加熱至沸騰，蒸出150g水。將該物料在約70℃下用上述第一次過(guò)濾用過(guò)的裝置來(lái)過(guò)濾。然后該濾餅用約30g冰水清洗，干燥濾餅，其后用117.1g固體分析，其中有98.6％ NaCl被回收。
該熱的濾液與清洗液分成516.0g與172.1g二部分。將516.0g該濾液與B部分一起加回至該反應(yīng)器中。將這些物料加熱至沸騰，用115分鐘時(shí)間在該反應(yīng)器內(nèi)泵入88.7g的44％ CH2O。同時(shí)以108分鐘泵入172.1g濾液。該物料在沸騰下再維持1小時(shí)，然后將物料冷卻至約40℃。過(guò)濾，濾餅用50g的冰水清洗，在烘箱干燥過(guò)夜，用HPLC分析。該干濾餅209.7g被測(cè)出含有98.7％ PMIDA。這相當(dāng)于91.2％的理論產(chǎn)率。
將該液體稱重723.8g，供再循環(huán)。液體分析顯示其中有4.9％ HCl與18.6％ NaCl。
528gH2O207.7g 36.1％ HCl118gNaCl25g PMIDA(基本上100％)
15g羥甲基膦酸(基本上100％)30gN-甲基IDA(基本上100％)42g70％磷酸34g44％甲醛2.將PCl3(101.0g)(物料2)以約0.5g/分鐘在快速攪拌下泵至上述液面下。3.在一半的PCl3被加入后，該P(yáng)Cl3泵就停止作用并將41％DSIDA(432g)(物料3)加入其中。4.當(dāng)該燒瓶的溫度冷卻降到約35℃，再開(kāi)始PCl3料流。5.當(dāng)PCl3全部加入后，加50％NaOH(35.0g)(物料4)。6.將該燒瓶稱重，而后轉(zhuǎn)移至熱板上，而365.7g的水經(jīng)煮沸而被蒸發(fā)掉。7.將該熱的漿料真空過(guò)濾，以分離出所形成的NaCl。該NaCl用兩份25ml水清洗。8.在含有磁力攪拌棒的1-升玻璃壓力反應(yīng)器[有帶螺紋的Teflon頂部的孔可將二個(gè)1/8英寸管子接套連接(Swagelok)至1/8英寸FNPT(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的管陰螺紋)以及將1個(gè)穿孔的1/4英寸Swagelok連接至1/8英寸FNPT的配合件]中，加入412.0g再循環(huán)液體(物料5)且置于一冰浴中。9.PCl3(43.5g)(物料6)以約0.5g/min速度泵入至快速攪拌的液體中。10.而后將該合并的IDA溶液與NaCl清洗水加入1升的反應(yīng)器內(nèi)，并密封該反應(yīng)器。11.將一個(gè)1/4英寸涂Teflon的RTD(耐熱檢測(cè)器)插入1/4英寸Swagelok配合件，并將該攪拌的物料加熱至105℃，此時(shí)，在該1/8英寸Swagelok配合件上的一個(gè)反應(yīng)器排氣閥關(guān)閉(相同的配合件經(jīng)管路通至一個(gè)設(shè)有60psi壓力的釋放閥)。12.加熱持續(xù)到該溫度達(dá)到125℃。而后，將44％甲醛(85.2g)(物料7)以約2g/min的速度經(jīng)過(guò)第三Swagelok配合件泵入。13.在加甲醛期間，該溫度保持在128與130℃之間，在甲醛加完后，再保持45分鐘。14.利用壓縮空氣流使上述這批物料冷卻至30℃，而后將該漿料轉(zhuǎn)移到含有115g水的2升Erlenmeyer燒瓶。15.將該P(yáng)MIDA漿料真空過(guò)濾。16.液體(576.2g)(母液)置于一邊以供分析以及下次使用。將該P(yáng)MIDA濾餅用3×50ml水流清洗。17.該P(yáng)MIDA在烘箱中干燥過(guò)夜，稱重為200.0％(產(chǎn)率)，用銅進(jìn)行螯合滴定顯示該物質(zhì)為99.7％PMIDA，相當(dāng)于87.9％回收率。18.將合并的沖洗液與清洗液用50％NaOH中和至pH1.2，且攪拌過(guò)夜。再回收4.4g固體。19.最終循環(huán)的液體(進(jìn)行4回)用HPLC(高效液相層析法)分析，發(fā)現(xiàn)其含有PMIDA 2.86％IDA 未檢測(cè)到羥甲基膦酸1.7％甲基IDA 3.26％H3PO33.4％HCHO 1.5％下列的物料用于其后的實(shí)驗(yàn)中。在所有的情況下均使用上述實(shí)施例所述的步驟以及相同的設(shè)備。
70％液體再循環(huán)的實(shí)驗(yàn)概述進(jìn)料物質(zhì)第1回(g) 第2回(g) 第3回(g) 第4回(g)部分11 液體 164.2165.0163.4164.12 PCl3101.0100.9100.9101.03 DSIDA22432.1432.1432.0432.14 50％ NAOH35.0 35.4 35.2 35.35 去H2O 265.7266.9266.4266.3部分25 液體 412.0414.0413.2411.06 PCl343.5 42.0 43.6 43.57 CH2O(44％) 85.2 82.1 82.3 82.1回收PMIDA200.1204.5202.1208.2本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員均顯知，用更高濃度反應(yīng)物和更大的母液再循環(huán)率不會(huì)背離本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明已用多種具體實(shí)例作了描述，但可理解的是，任何的修改、替代、省略以及變化均可在不偏離本發(fā)明范圍下進(jìn)行的。
權(quán)利要求
1.一種制備N(xiāo)-膦?；谆鶃啺倍宜?PMIDA)的方法，包括下列步驟(a)使亞氨二乙酸(IDA)的堿金屬鹽與磷酸及強(qiáng)無(wú)機(jī)酸或該類(lèi)酸源反應(yīng)，形成亞氨二乙酸亞磷酸鹽和該強(qiáng)無(wú)機(jī)酸的堿金屬鹽；(b)去除至少一部分在步驟(a)中所形成的堿金屬鹽；(c)使步驟(a)所形成的亞氨二乙酸亞磷酸鹽與磷酸及強(qiáng)無(wú)機(jī)酸或該類(lèi)酸源、與甲醛一起反應(yīng)，以在該反應(yīng)介質(zhì)中形成PMIDA。
2.如權(quán)利要求1的方法，還包括將步驟(c)所形成的PMIDA進(jìn)行分離的步驟。
3.如權(quán)利要求2的方法，還包括在該方法中再循環(huán)使用在分離PMIDA之后的剩余介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(a)中使用IDA的堿金屬鹽水溶液。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的方法，其中IDA的堿金屬鹽是二鈉鹽或二鉀鹽。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(a)中，該磷酸和該強(qiáng)無(wú)機(jī)酸源是PCl3。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(c)中，該磷酸和該強(qiáng)無(wú)機(jī)酸源是PCl3。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)方法得到的PMIDA在制備N(xiāo)-膦酰甲基甘氨酸中的用途。
9.一種亞氨二乙酸亞磷酸鹽，可用包括IDA的堿金屬鹽與磷酸以及強(qiáng)無(wú)機(jī)酸或該類(lèi)酸源進(jìn)行反應(yīng)的方法而獲得。
10.權(quán)利要求9的亞氨二乙酸亞磷酸鹽，其中該方法包括權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)的方法所限定的特征。
11.亞氨二乙酸亞磷酸鹽在制備PMIDA中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種節(jié)約能源和減少?gòu)U液的生產(chǎn)N－膦?；谆鶃啺倍宜?PMIDA)即一種制備草甘膦的中間體的方法。使亞氨二乙酸堿金屬鹽與磷酸以及強(qiáng)無(wú)機(jī)酸或其源進(jìn)行反應(yīng),形成亞氨二乙酸亞磷酸鹽和該強(qiáng)無(wú)機(jī)酸的堿金屬鹽。在去除后者鹽后,該亞氨二乙酸亞磷酸鹽通過(guò)與甲醛反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成為PMIDA?；厥赵揚(yáng)MIDA并將剩余的溶液在該方法中再循環(huán)。
文檔編號(hào)C07F9/38GK1308634SQ99808354
公開(kāi)日2001年8月15日 申請(qǐng)日期1999年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月9日
發(fā)明者布賴恩·帕克 申請(qǐng)人:農(nóng)業(yè)衛(wèi)士有限公司, 農(nóng)作物保護(hù)控股公司