由Ｎ－膦酰甲基-2-**唑烷酮制取甘氨膦之方法技术

将Ｎ－膦酰甲基－２－＿＿唑烷酮水解，并分离出联产物二氧化碳，然后将水解产物氧化成为甘氨膦，此方法与先有技术所述方法相比较，效率可显著提高。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制备N-膦酰甲基甘氨酸的方法，特别是涉及以N-膦酰甲基-2-噁唑烷酮为起始物质制备N-膦酰甲基甘氨酸之方法。美国专利4，547，324号披露了一种制备N-膦酰甲基甘氨酸的方法，该法是使N-膦酰甲基-2-噁唑烷酮在氧化镉催化剂存在下与碱金属氢氧化物水溶液进行反应，然后将反应产物酸化，生成该种酸。按美国专利4，547，324号中的唯一实例重做实验，得到的甘氨膦收率很低，(40.2%)。因此，上述专利中所述的方法是不能令人满意的。另外，这个方法只可以用氧化镉作为催化剂。现已发现了比美国专利4，567，324号的方法有显著改进的新方法，这个新方法可以提高收率并减少反应物需用量，并可在较广范围内选用催化剂。本专利技术的方法包括将N-膦酰甲基-2-噁唑烷酮水溶液加热，使其中的噁唑烷酮基发生水解，生成气态二氧化碳;将此反应一直继续下去，直至其中噁唑烷酮基本上完全转化为N-膦酰甲基乙醇胺或它的环内酯为止，并且除掉联产物二氧化碳;然后，在把该膦酰甲基中的酸基中和之后，加入过量于按1∶1摩尔计算的碱水溶液以及选自镉、锌、铜、钯和铂以及它们的相应氧化物、氢氧化物和盐的催化剂，对该水解产物进行氧化;并加热至200-300℃温度;然后将反应混合物酸化，从而制成N-膦酰甲基甘氨酸。可以看到，上述方法与美国专利4，547，324号的不同之处不仅于上述方法可达到更高收率，还在于该噁唑烷酮化合物的水解反应是在氧化反应之前进行。这是一项最关紧要的区别，因为业已发现，在中性或酸性条件下，噁唑烷酮的水解反应是伴随着释放出二氧化碳。按上述专利所述，若水解反应和氧化反应是在同一反应容器中同时进行，则二氧化碳就与碱反应而生成碳酸盐，已发现这些碳酸盐对该反应的速率与收率都是起不利作用的。此外，这个反应要消耗掉碱，因此完全氧化反应就需要更多量的碱。借助于在加入碱和氧化催化剂之前就将该噁唑烷酮水解并释放出气态二氧化碳，就可以避免生成会使催化剂效能下降的抑制剂。此外，避免了浪费两个当量的碱(这些碱本来是用于与二氧化碳反应并生成碱金属碳酸盐)，并且在其后的酸化步骤中又节省了两个当量的酸。再者，在中和步骤中，生成盐的当量数也较少。由于盐生成量少，使这种方法的废料体积大大减少。在具催化有效量的一种具非亲核阴离子的酸，例如硫酸存在下进行此反应是可行的，但是这样当然不能作到充分发挥出节省反应中所需碱量的潜在优越性，因为这些催化有效量的酸需要在进行下一个氧化步骤之前中和掉。能达到本专利技术目的的优选方法是在水中将该噁唑烷酮水解，并且在停止逸出二氧化碳气并将之除掉之后，方才加入碱和催化剂以进行氧化反应。在美国专利4，547，324号中描述了该噁唑烷酮衍生物的制备，包括使2-噁唑烷酮与多聚甲醛反应，随后是在一种羧酸溶剂中，于加热条件下例如用三氯化磷与之反应。水解反应可以在压热釜中于100-300℃温度进行。但已发现优选温度是175-250℃。当然，所生成的二氧化碳必须在为了进行氧化反应而加入碱和催化剂之前就从反应器中脱除。可以有许多种方法脱除二氧化碳，其中有反应器放空和/或用惰性气体排空，这对本
的技术人员来讲都是显而易见的方法。已发现，通过水解反应生成N-膦酰甲基乙醇胺以及其按下式的环内酯 在该氧化步骤的条件下，此环内酯转化成为所需要的N-膦酰甲基甘氨酸以及它的非环状前体。在加热温度并于水和一种适当催化剂存在下，由该N-膦酰甲基乙醇胺(或其环内酯)与碱反应，就发生氧化作用而得到N-膦酰甲基甘氨酸。其反应温度可以在约150-300℃。但已发现，温度较高使副反应加剧，所以优选的氧化反应温度为约200-350℃。在压热釜中在自生压力条件下进行反应是很方便的。可以使用进行水解反应的同一反应釜。催化剂最好是选自镉、锌、铜、铂和钯的氧化物，但其中氧化镉是最适宜的催化剂。应当指出，这些金属的相应金属细粉末或它们的盐也可以用作此反应的催化剂。在某些情况下，使用载于惰性载体上的催化剂可能是有利的，这些载体例如可用活性碳或其他市售载体。此氧化反应中可用的催化剂的总范围是本专利技术的方法区别于美国专利4，547，324号的另一个特征，因后者只许可用氧化镉作为催化剂。在原地生成的碱性金属碳酸盐的不利效应似乎是成为其催化剂选择局限性的原因。所用的碱可以是任一种碱金属的氢氧化物，但由于若干理由，优选的反应物是氢氧化钾，尤其是氢氧化钠。在酸基团中和反应发生之后，碱的存在量是过量于按1∶1摩尔的计算量，其目的是保证所加入的碱量超过为了中和水解产物中的所有酸官能团所需的量，并生成该产物的钠盐。在酸基中和之后，碱对乙醇胺衍生物的摩尔比率较好为1.5∶1至6∶1，最好为1.5∶1至4∶1。反应混合物中碱的浓度(在中和反应发生之后)较适宜是10-50%，最适宜是15-30%。在氧化反应完毕后，反应产物呈N-膦酰甲基甘氨酸碱金属盐的形式。当然，可以用本
中显而易见的许多方法将之制成游离酸，其中一例是在或接近等电点条件进行酸化/结晶。由下述实例对本专利技术进一步说明，这些实例只是用于阐明本专利技术的实施方案并指出本专利技术比美国专利4，547，324号的优越之处。实例1A部分在一个反应器中加入按美国专利4，547，324所述方法用0.025摩尔2-噁唑烷酮所制得的N-膦酰甲基-2-噁唑烷酮。该产物为粘稠油状物。将此产物与10毫升水加热至200℃，并于200转/分搅拌条件下反应4小时。用液相色谱法将该产物分离，证实N-膦酰甲基乙醇胺收率为77.4%，其环内酯收率为9.6%，N-膦酰甲基-2-噁唑烷酮收率为5%。以上的收率均为以起始物质2-噁唑烷酮为准。将色谱分离各组分合并，脱除溶剂得到油状物，然后与5克(0.125摩尔)氢氧化钠，5毫升水及0.1克氧化镉混合加热。这时的氢氧化钠对起始物质2-噁唑烷酮的当量比率为5∶1。加热至225℃，历时80分钟，用盐酸酸化反应混合物，生成其游离酸，然后用Dowex50×8-400离子交换柱与水分离。得到3.6克甘氨膦，按2-噁唑烷酮计收率为85.7%。B部分此部分是阐明本专利技术的方法优于美国专利4，547，324号之处。重复该专利的实例3所述下列条件。在100毫升蒙乃尔压热釜中加入从0.025摩尔2-噁唑烷酮经膦酰甲基化所得反应产物(脱除溶剂后)，还有5克(0.125摩尔)氢氧化钠，25毫升水以及0.325克氧化镉。这样，该反应混合物中碱对噁唑烷酮衍生物的摩尔比率为5∶1。将压热釜加温至260℃，历时1小时。在升温过程中(1/2小时)压力上升至700磅/平方英寸，并在反应期间保持恒定。将反应产物用HCl酸化，并用Dowex50×8-400离子交换柱与水分离。用核磁共振法分析，发现N-膦酰甲基甘氨酸收率为40.2%，氨基甲基膦酸收率为29.2%(按起始物质2-噁唑烷酮计)。C部分本实例是阐明按美国专利4，547，324号的方法，但采用该专利中未提到的更有利的温度条件，同时减少氧化镉催化剂用量，增大碱对噁唑烷酮摩尔比率，从而得到改进。这些反应条件载于与本申请案同日申请的美国专利共同未决申请823，177号中。在B部分所用的同一反应器中，加入6.07克和A、B部分所用相同的，从0.0265摩尔2-噁唑烷酮进行膦酰甲基化所得脱溶剂后的油状反应产物;7.44克(0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备Ｎ－膦酰甲基甘氨酸的方法，包括：使Ｎ－膦酰甲基－２－＊唑烷酮的水溶液进行水解反应，使其中的＊唑烷酮基发生水解并生成二氧化碳；使此反应持续进行至该＊唑烷酮转化成为Ｎ－膦酰甲基乙醇胺或其环内酯为止，并将联产物二氧化碳除去；然后在把膦酰甲基中的酸基团中和之后，加入过量于按１∶１摩尔计算量的碱水溶液以及选自镉、铜、锌、钯和铂以及其相应盐、氧化物和氢氧化物的一种催化剂，将该水解产物氧化；并加热至２００－３００℃；然后将反应混合物酸化，得到Ｎ－膦酰甲基甘氨酸。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：小唐纳德李菲尔德斯，李联芳，托马斯何塞理查德，
申请(专利权)人：孟山都公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]