用于合成n-(膦?；谆?甘氨酸的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于合成N-(滕?；谆└拾彼岬姆椒?發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于合成N-(膦酰基甲基）甘氨酸或其衍生物之一的新穎方法。 現(xiàn)有摶術(shù)水平
[0002] N-(膦酰基甲基）甘氨酸，在農(nóng)業(yè)化學(xué)領(lǐng)域中稱(chēng)為草甘膦，是一種在控制發(fā)芽的種 子、出土的幼苗、成熟的和定植的（established)木本和草本植物、以及水生植物的生長(zhǎng)方 面有用的高效的并且商業(yè)上重要的廣譜植物毒劑。草甘膦被用作系統(tǒng)的出土后除草劑來(lái)控 制栽培作物用地（包括棉花生產(chǎn)）內(nèi)多種一年生和多年生草和闊葉雜草物種的生長(zhǎng)。
[0003] 草甘膦及其鹽便利地以含水除草劑制劑（通常含有一種或多種表面活性劑）施用 到靶植物的葉組織（即葉或其他光合作用器官）。在施用后，草甘膦由葉組織吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)到 整個(gè)植物內(nèi)。草甘膦非競(jìng)爭(zhēng)性地阻斷了在幾乎所有植物中常見(jiàn)的重要生物化學(xué)途徑。更具 體地，草甘膦抑制了導(dǎo)致芳香族氨基酸的生物合成的莽草酸途徑。草甘膦通過(guò)抑制植物中 發(fā)現(xiàn)的酶5-烯醇丙酮酰-3-磷酸莽草酸合酶（EPSP合酶或EPSPS)而抑制磷酸烯醇丙酮酸 與3-磷酸莽草酸轉(zhuǎn)化成5-烯醇丙酮酰-3-磷酸莽草酸。
[0004] 存在若干眾所周知的可以制備草甘膦的制造路線，例如在US專(zhuān)利3, 969, 398 ;CA 專(zhuān)利 1，039, 739 ;US 專(zhuān)利 3, 799, 758 ;US 專(zhuān)利 3, 927, 080 ;US 專(zhuān)利 4, 237, 065 以及 US 專(zhuān)利 4, 065, 491中提出的化學(xué)路線，但所有這些路線呈現(xiàn)出若干缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)包括產(chǎn)品浪費(fèi)、 環(huán)境問(wèn)題以及除這些之外從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來(lái)看令人不希望的結(jié)果。
[0005] -個(gè)主要的生產(chǎn)途徑是基于羧甲基化的氨基甲酰基化合物的膦?；谆?。
[0006] WO 9835930專(zhuān)利申請(qǐng)披露了一種通過(guò)羧甲基化反應(yīng)用于制備的N-乙酰氨基羧酸 的方法。在這個(gè)反應(yīng)中，形成了一種反應(yīng)混合物，該反應(yīng)混合物包含一個(gè)堿基對(duì)、一氧化碳、 氫和一種醛（特別是甲醛）。該堿基對(duì)是通過(guò)氨基甲?；衔锱c羧甲基化催化劑前體的 反應(yīng)形成的。通常該氨基甲?；衔锸且环N酰胺、脲或氨基甲酸酯；該羧甲基化催化劑前 體可以是已知在羧甲基化反應(yīng)中是有用的并且通常含有來(lái)自周期表的第VIII族的一種金 屬的任何組合物。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該氨基甲?；衔锖腿┍贿x擇為產(chǎn)生N-乙酰 基氨基羧酸，其通過(guò)與一個(gè)磷源和醛源反應(yīng)容易地轉(zhuǎn)化為N-(膦?；谆└拾彼帷⒒蚱潲} 或其酯。對(duì)于其中乙酰胺通過(guò)羧甲基化轉(zhuǎn)化為N-乙酰基亞氨基二乙酸的具體情況，N-乙酰 基亞氨基二乙酸的水解和膦?；谆瘜?dǎo)致形成N-(膦?；谆﹣啺被宜?，其隨即 在碳或碳催化劑上的鉑的存在下被氧化以產(chǎn)生N-(膦?；谆└拾彼?。另一方面N-乙 酰基亞氨基二乙酸可以環(huán)化二聚形成Ν，Ν'雙（羧甲基）-2, 5-二酮哌嗪和乙酸。Ν，Ν'雙 (羧甲基）-2, 5-二酮哌嗪然后進(jìn)一步與一種亞磷酸源和甲醛源反應(yīng)以形成N-(膦酰基甲 基）亞氨基二羧酸，其隨即在碳或碳催化劑上的鉑的存在下被氧化以產(chǎn)生N-(膦?；谆?甘氨酸。
[0007] WO 0009520專(zhuān)利申請(qǐng)披露了一種方法，其中N-乙?；鶃啺被宜嵬ㄟ^(guò)連續(xù)的 氨基羧甲基化反應(yīng)形成。在此反應(yīng)中，N-(乙?；﹣啺被宜崾窃谝粋€(gè)氨基羧甲基化 反應(yīng)器系統(tǒng)中形成，向該系統(tǒng)中連續(xù)供給以下每一種來(lái)源：（1)乙酰胺或乙酰胺衍生物（2) 甲醛或甲醛生成物或衍生物（3)羰基化催化劑（4) 一氧化碳以及任選地（5)氫。該N-(乙 ?；﹣啺被宜峄蛘呤牵海?)與亞磷源和甲醛源在酸的存在下反應(yīng)以形成含有N-(膦 ?；谆﹣啺被宜岷鸵宜岬撵Ⅴ；谆磻?yīng)產(chǎn)物，或（2)脫酰基并環(huán)化以形成 2, 5-二酮哌嗪衍生物并且然后與亞磷源和甲醛源在酸的存在下反應(yīng)以形成含有N-(膦酰 基甲基）亞氨基二乙酸和乙酸的膦?；谆磻?yīng)產(chǎn)物。無(wú)論哪種方式，沉淀該N-(膦酰 基甲基）亞氨基二乙酸并回收該沉淀物。
[0008] WO 0192208專(zhuān)利申請(qǐng)披露了一種在羧甲基化催化劑前體（通常包含來(lái)自周期表 的第VIII族的一種金屬、并且優(yōu)選包含鈷、以及一種促進(jìn)劑）的存在下通過(guò)一種酰胺、酰 胺前體或酰胺源化合物的羧甲基化用于制備氨基羧酸、N-乙?；被人?、或其衍生物的 方法。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該促進(jìn)劑是一種負(fù)載貴金屬的促進(jìn)劑。羧甲基化反應(yīng)混合 物是通過(guò)將一種促進(jìn)劑、酰胺、酰胺前體或酰胺源化合物、一氧化碳、氫、醛或醛源化合物以 及一種羧甲基化催化劑前體引入一個(gè)羧甲基化反應(yīng)區(qū)形成的。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中， 該酰胺化合物和醛被選擇為產(chǎn)生N-乙?；被人?，該N-乙?；被人崛菀椎剞D(zhuǎn)化為 N-(膦酰基甲基）甘氨酸、或其鹽或酯。
[0009] 在WO 9835930、WO 0009520和WO 0192208專(zhuān)利申請(qǐng)中，N-(膦酰基甲基）甘氨 酸可以由或者N-乙?；被宜峄蛘逳-乙?；鶃啺被宜峄蛘哂蒒-乙酰基亞氨基二 乙酸的環(huán)化二聚獲得的N，N'_雙（羧甲基）-2, 5-二酮哌嗪的膦酰基甲基化制備。當(dāng)涉及 N，N'_雙（羧甲基）-2,5-二酮哌嗪時(shí)，可以直接對(duì)N，N'_雙（羧甲基）-2,5-二酮哌嗪或 對(duì)從N，N'_雙（羧甲基）-2, 5-二酮哌嗪的水解獲得的氨基二乙酸進(jìn)行膦酰基甲基化。除 N-(膦?；谆└拾彼嶂?，形成了乙酸、甲醛和二氧化碳。
[0010] 亞氨基二乙酸或其衍生物的環(huán)化二聚已經(jīng)是許多出版物的主題。
[0011] Silva 和同事們?cè)?Acta Crystallographica[晶體學(xué)報(bào)]2003, C59,第 562-563 頁(yè) 報(bào)道了在氯化鎳（II)的存在下亞氨基二乙酸在一種乙醇/水溶液中的環(huán)化反應(yīng)。在60°C 下16小時(shí)后，將溶液冷卻并在室溫下緩慢蒸發(fā)以產(chǎn)生2, 5-二酮哌嗪-1，4-二乙酸的小的 單晶。
[0012] 如 Kong 等人在 Dalton Transactions [道爾頓匯刊]，2〇〇9,第 I7O7-I7O9 頁(yè)所報(bào) 道的在鑭系3D配位聚合物的合成過(guò)程中觀察到在水中在草酸、硝酸和Ln2O3 (其中Ln = Dy、 Ho、Er或Yb)的存在下亞氨基二乙酸轉(zhuǎn)化為2, 5-二酮哌嗪-1，4-二乙酸鹽。亞氨基二乙 酸的分子間脫水偶聯(lián)是在180°C下進(jìn)行100小時(shí)。
[0013] Zang等人在Hecheng Huaxue [合成化學(xué)]2008,1，第72頁(yè)報(bào)道了在磷酸的存在下 亞氨基二乙酸的環(huán)化二聚。披露了在170°C下12小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間。
[0014] 在 Heterocycles [雜環(huán)化合物]1997, 45,第 1679 頁(yè)中，Tapia-Benavidis 等人報(bào) 道了在三乙基硼烷的存在下亞氨基二乙酸在甲苯中的環(huán)化二聚。
[0015] 在WO 9835930、WO 0009520和WO 0192208專(zhuān)利申請(qǐng)中N-乙?；拾彼岷蚇-乙 酰基亞氨基二乙酸分別環(huán)化二聚為2, 5-二酮哌嗪和N, Ν' -雙（羧甲基）-2, 5-二酮哌嗪是 在包括在約l〇〇°C與約250°C之間的溫度下進(jìn)行的。
[0016] 當(dāng)制備Ν，Ν'-雙（羧甲基）_2, 5-二酮哌嗪中間體時(shí)，膦酰基甲基化導(dǎo)致形成 N-(膦?；谆﹣啺被宜?，其在隨后的步驟中被氧化為N-(膦?；谆└拾彼帷⒓?醛和二氧化碳。
[0017] WO 2006107824專(zhuān)利申請(qǐng)涉及由N-(膦?；谆﹣啺被宜嶂苽銷(xiāo)-(膦?；?甲基）甘氨酸，并且更具體地涉及用于控制N-(膦?；谆﹣啺被宜岬霓D(zhuǎn)化率的方 法，用于鑒別涉及N-(膦酰基甲基）亞氨基二乙酸轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)終點(diǎn)的方法以及制備具有 受控的N-(膦?；谆﹣啺被宜岷康牟莞熟a(chǎn)品。
[0018] US專(zhuān)利3, 969, 398披露了一種在主要由活性炭組成的催化劑的存在下使用含有 分子氧的氣體作為氧化劑通過(guò)N-(膦?；谆﹣啺被宜岬难趸a(chǎn)N-(膦酰基甲 基）甘氨酸的方法。
[0019] US專(zhuān)利4, 624, 937披露了一種在活性炭催化劑的存在下在反應(yīng)條件下通過(guò)將叔 胺或仲胺與氧氣或含氧氣的氣體放在一起用于仲胺和伯胺的選擇性生產(chǎn)的改進(jìn)的方法，該 改進(jìn)包括使用其中氧化物已從碳的表面除去的活性炭催化劑。說(shuō)明了碳催化劑的兩步處理 對(duì)用Ν，Ν' -雙（膦酰基甲基）亞氨基二乙酸形成N-(膦?；谆└拾彼岬挠绊?。 發(fā)明目的
[0020] 本發(fā)明的目的是提供一種用于生產(chǎn)N-(膦?；谆└拾彼峄蚱溲苌镏坏母?進(jìn)的、更優(yōu)選有效并且環(huán)境友好的方法，該方法不存在現(xiàn)有技術(shù)的方法的缺點(diǎn)。 發(fā)明概沭
[0021] 本發(fā)明披露了一種用于合成N-(膦?；谆└拾彼峄蚱溥x自由其鹽、其膦酸酯 以及其膦酸酯鹽組成的組的衍生物之一的方法，所述方法包括以下步驟： a) 形成一種反應(yīng)混合物，以形成Ν，Ν'-雙（膦酰基甲基-2, 5-二酮哌嗪、其脫水形式或 它們的膦酸酯，所述反應(yīng)混合物包含一種酸催化劑、Ν，Ν'-雙（羧甲基）-2, 5-二酮哌嗪和 一種含有一個(gè)或多個(gè)P-O-P酸酐部分的化合物，其中所述部分包含一個(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； b) 水解所述反應(yīng)混合物以形成N-(膦?；谆└拾彼峄蚱溥x自由其鹽、其膦酸酯以 及其膦酸酯鹽組成的組的衍生物之一。
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