轉化羥甲基-亞氨二乙酸為磷醯甲基-亞氨二乙酸的製作方法

2023-09-27 07:49:50

專利名稱：轉化羥甲基-亞氨二乙酸為磷醯甲基-亞氨二乙酸的製作方法
N-磷醯甲基甘氨酸(草甘膦)是一種重要的廣譜除草劑。
草甘膦的一種常規的前體是具有下述結構的N-磷醯甲基亞氨二乙酸
獲得式(Ⅰ)化合物的常規途徑，一般包括將亞氨二乙酸(IDA)磷醯甲基化，後者的獲得是通過用無機酸酸化粗製亞氨基二乙腈的水解產物(IDAN)，使IDA結晶出，過濾並乾燥IDA，以回收(IDA)。上述方法在從IDA分離鹼金屬鹽溶液時，由於過濾步驟含有未回收的IDA而造成損耗。實際上，為使鹼金屬鹽沉澱需分級結晶，然後通過離心從IDA溶液中分離該沉澱。在U.S.專利3，808，269中，公開了從硫酸鈉和胺基酸水溶液中回收IDA的方法，該方法中通過調節溶液的pH為1.5-3，使胺基酸形成IDA沉澱和第一母液，分離並回收其中的IDA沉澱。通過濃縮液體可從第一母液中使硫酸鈉沉澱出來並調節溫度避免IDA一起沉澱出。此後可重複此方法。可是，儘管在溶液中存在附加產物，在一些程度上連續分級結晶步驟是不經濟的。U.S.專利3，852，344號公開了一種類似的方法。其中用鹽酸代替硫酸。氯化鈉作為副產物被回收而不是硫酸鈉。
U.S.專利5，011，988號公開了另一種方法，該方法可在，269號專利方法生成的廢流中進行。因此，調節上述廢流的溫度，使得在同一母液中沉澱出IDA和硫酸鈉+水合物。然後從母液中分離混合結晶，並循環至IDA生產工藝的早期步驟中。
如U.S.專利3，288，846中Irani公開的，在鹽酸存在下，可從IDA酸，甲醛和磷酸製備磷醯甲基亞氨二乙酸結晶。
≥1CH2O加入過程≥0.5hrs＠＞70℃
如在U.S.專利4，724，103號中公開的，為了簡化前述方法，可用鹼金屬鹼水解亞氨二乙腈以形成亞氨二乙酸的鹼金屬鹽，再將其轉化成IDA的強酸鹽並磷醯甲基化來製備化合物(Ⅰ)。具體說來，將IDA的鹼金屬鹽進行一系列反應，首先與強無機酸形成IDA的強酸鹽和強酸的鹼金屬鹽，然後使IDA的強酸鹽與磷酸和甲醛反應進行磷醯甲基化以提供化合物(Ⅰ)和鹼金屬鹽。加入足夠溶解鹼金屬鹽的水，式(Ⅰ)化合物作為沉澱分離出。類似的，U.S.專利4，775，498號公開了一種製備N，N-二乙酸氨基亞甲基磷酸的方法，該方法通過於第一份IDA鹼金屬鹽的水溶液加入三氯化磷並形成磷酸和亞氨二乙酸鹽酸鹽和鹼金屬氯化物的混合物，在混合物中加入甲醛的同時加入第二份IDA的鹼金屬鹽，加入足量的水以溶解其鹼金屬鹽，調節所得混合物的pH值至N，N-二乙酸氨基亞甲基膦酸的等電點，並分離沉澱的酸
可是，IDA的鹼金屬鹽溶液，如IDANa2，由於在室溫下其溶解度僅為大約22%，且在60℃數量級下為大約40%，它的商業規模的貯藏和運輸都是不實用的。甚至即使40%的溶解是可接受的，但保持上述溶解度所需要的高溫耗費大且不方便。
因此期望從容易商業規模貯藏和/或在室溫下運輸的中間體生成磷醯甲基亞氨二乙酸(PMIDA)。
根據本發明，在此提供了製備N-磷醯甲基亞氨二乙基(Ⅰ)的另一種方法，該方法中IDA鹼金屬鹽的溶液與甲醛反應以形成羥甲基亞氨基二乙酸(HMIDA)的鹼金屬鹽。隨後HMIDA可與如磷酸這樣的磷源反應，以良好收率生成PMIDA。本發明者發現羥甲基-IDA容易與磷酸反應形成PMIDA，特別是根據現有技術的觀點，必須以IDA酸/酸鹽作為反應物來說這一發現是令人驚異的。
儘管在本發明方法中IDA的其它鹼金屬鹽，如MxH(2-X)IDA(其中M是鹼金屬，且x是1或2)，包括(但不限於)K2IDA也可使用，但優選使用它的鹼金屬鹽Na2IDA。在本方法中使用的IDA鹼金屬鹽的濃度為以IDA酸重量計的大約20-40%，優選以IDA酸重量計大約31%。鹼金屬IDA一般包括1%游離鹼金屬氫氧化物，作為從IDA(較適宜從IDAN)形成的鹽的結果存在。
優選以化學計算量的甲醛加入到鹼金屬IDA中，雖然IDA與甲醛的摩爾比為大約0.5至大約2均宜。為了方便，同福馬林(含有大約1%未反應甲醇的，以重量計44%的甲醛溶液)較優越，但其它甲醛源，如三噁烷或多聚甲醛也可採用。為了限制鹼金屬N-甲基-IDA副產物的形成，鹼金屬IDA與甲醛源的反應可在低於大約70℃，優選低於大約40℃，最優選在大約30至40℃之間的溫度下進行。可用兩小時的時間加入甲醛，優選用一小時或較少的時間加入，加入速率僅受除去反應熱速率的限制。
在室溫下至少高至46.3%濃度(等於39.6%DSIDA)即試驗最高濃度，所得的羥甲基亞氨二乙酸鹼金屬鹽溶液是穩定的(當然較高的濃度是可能的)。因此，上述溶液可很容易地以商業規模儲藏和/或運輸。
此後該溶液與磷酸源，和pKa值低於磷酸PKa的強酸充分反應。強酸例如是硫酸、氫碘酸、氫溴酸、羥甲基磺酸，優選鹽酸，以生成磷醯甲基-IDA。此外，可以PCl3的形式提供磷酸和鹽酸。反應方案示於如下
該反應可在大約100℃下進行。較低的溫度會使產率降低。如果該方法在減壓(例如，20-30psi)下進行，甚至可獲得較高的產率。
下述實施例詳述本發明的方法。通過使133.1g的IDAH2與168.9g的50%Na-OH和130g的H2O反應可製備所用的亞氨基二乙酸二鈉鹽，該鹽形成41%的溶液並含有1%游離NaOH。
實施例1製備一摩爾的48.5%的IDA二鈉鹽(DSIDA)並冷卻到40℃。將1.2M44%的甲醛加入到用冰浴冷卻到35℃的漿狀DSIDA·6H2O結晶中。在22℃攪拌過夜，大部分結晶溶解並反應形成羥甲基-IDANa2。熱至45℃15分鐘後，剩下的少量結晶也溶解了。所得的46.3%的HMIDANa2溶液在室溫下一個月仍無結晶。
實施例2將1.0mole41%DSIDA溶液冷卻到40℃，在該漿液中加入多聚甲醛(1.0mole，91%)並使溫度保持在40℃。約一小時後，所有反應物都溶解，冷卻到室溫後，44.5%HMIDANa2溶液仍無結晶。
實施例3將一摩爾41%IDA二鈉鹽裝入到反應容器中並在58℃保溫。於20分鐘內，將87.7克(1.3mole)的44.45%甲醛加入到容器中，使溫度升至61℃。
在另一個1升反應器中，將337.3g(3.42mol)的37%HCl，96.4g(1.16mole)99%H3PO3和50gH2O加熱至沸騰，加入另外92g的H2O，沸點升至100℃之上。溫度一旦到達100℃，用二個小時的時間，加入IDA二鈉鹽和甲醛反應產物，羥甲基-IDA二鈉鹽。在這段時間內，將反應溫度保持在107°至110℃之間。將混合物保持此狀態另外二小時，用一小時冷卻到17℃，過濾並用100ml冰水洗滌，獲得100%純度的PMIDA，產率70%。
實施例4在1升園底燒瓶中，伴隨攪拌，將含有1.9%游離NaOH的41%DSIDA溶液432g(1.00M)冷卻，用90分鐘的時間將68.2g(1.0mole)44%甲醛加入到DSIDA漿液中，使溫度保持在30℃，如果需要，用壓縮氣流冷卻燒瓶。將羥甲基-IDA二鈉鹽(HMIDANa2)溶液冷卻到室溫，並移入1升錐形燒瓶中。
然後在1升園底燒瓶中裝入35.5g37%HCl(0.36M)和128.9g70%H3PO3(1.10M)。將燒瓶加熱至沸騰，並用90分鐘時間分別將322.4g37%HCl(3.27M)和500.2g HMIDANa2溶液(1.00M)泵入反應混合物中。在這段時間中，從反應燒瓶中蒸餾出275g水。
加入所有HMIDA和HCl後，停止蒸餾出水，使試劑回流，同時用10分鐘時間加入另外的30.7g(0.45M)44%的甲醛。
再回流反應物2小時，此時將275g餾出物加回到反應物中，接著冷卻至室溫。
過濾PMIDA漿液，濾塊用50ml水洗滌，然後乾燥獲得190.4g純度＞99%的PMIDA，這相當於回收83%的PMIDA，用LC分析該液，顯示另有25.7gPMIDA，總的轉化率為94.7%。
實施例5在1升園底燒瓶中，伴隨攪拌，使含有1.9%游離NaOH的41%DSIDA溶液432g(1.00M)冷卻。在30℃，用90分鐘時間，將51.0g(0.75M)44%甲醛加入到DSIDA漿液中。如果需要，用10psi壓縮空氣流冷卻燒瓶，保持溫度在30℃。將所得的羥甲基-IDA二鈉鹽(HMIDANa2)溶液冷卻到室溫，並轉移到1升的錐形燒瓶中。
然後在1升園底燒瓶中裝入70g 37%HCl(0.71M)和140g 70%H3PO3(1.2M)將混合物溶液加熱至沸騰，用三小時，分別於反應混合物中泵入275g 37%HCl(2.79M)和HMIDANa2溶液(1.0M)。在此加料時間，蒸餾出265g水。
HMIDA和HCl全部加入後，使試劑回流，同時用約30分鐘的時間，將另外的37g 44%的甲醛(0.54M)供給反應。
將反應物保持回流狀態另外四小時，在此回流期結束時，將265g蒸餾物回歸到反應物中，接著冷卻至室溫。過濾PMIDA漿液，用50ml冷水洗滌濾塊，然後乾燥。得到純度＞99%的200.6g的PMIDA。這相當於回收了88.4%的PMIDA。用HPLC分析該液相，發現含有1.3%的PMIDA，這相當於產率4.1%。總轉化率為92.5%。
實施例6在1升園底燒瓶中，伴隨攪拌，使含有1.9%游離NaOH的41%DSIDA溶液432(1.00M)冷卻。在30℃，用90分鐘時間，將68.0g(1.0M)44%甲醛加入到DSIDA漿液中。如果需要，用10psi壓縮空氣流冷卻燒瓶，保持溫度在30℃，將所得的羥甲基-IDA二鈉鹽(HMIDANa2)溶液冷卻到室溫並轉移到1升錐形燒瓶中。
在第二個加料瓶即500ml錐形燒瓶中，裝入151.3gPCl3(1.10M)。然後將1升的園底燒瓶裝入42.4g H2O。然後以1.26g/min(相當於加料大約120分鐘)向反應燒瓶中加入PCl3。
反應在室溫下開始。以1.26g/min供給PCl3五分鐘後，以3.7mls/min速度(相當於大約120分鐘內加完HMIDANa2)開始加入HMIDANa2溶液(1.0M)。在使用外來熱源之前，反應放熱至85℃，最後在115℃下回流。
完成PCl3和HMIDANa2加料後，藉助於HMIDA供料泵於反應物中加入18.7g 37%HCl。此後，反應保持在此狀態十分鐘，然後，用30分鐘時間(隨便的，非長鏈的時間)，在反應物表面之下加入另外的0.3M44.0%甲醛(20.5g)。再回流反應二小時。
回流完後，將反應物冷卻至25℃。過濾PMIDA漿液，用50ml水洗滌濾塊，然後乾燥，獲得202.0g PMIDA，純度為99.8%。這相當於回收89.5%的PMIDA。
權利要求
1.羥甲基-亞氨基二乙酸的製備方法，其中包括亞氨基二乙酸鹼金屬鹽與甲醛源反應。
2.根據權利要求1的方法，所述反應在低於大約70℃的溫度下進行。
3.根據權利要求1的方法，所述反應在大約30至40℃的溫度下進行。
4.根據權利要求1的方法，其中所述的亞氨基二乙酸的鹼金屬鹽是二鈉鹽。
5.根據權利要求1的方法，其中所述的亞氨基二乙酸的鹼金屬鹽是二鉀鹽。
6.根據權利要求1的方法，其中所述的亞氨基二乙酸的鹼金屬鹽是單鈉鹽。
7.根據權利要求1的方法，其中所述的亞氨基二乙酸的鹼金屬鹽是單鉀鹽。
8.根據權利要求1的方法，其中亞氨基二乙酸與所述甲醛源的摩爾比在大約0.5至2之間。
9.根據權利要求1的方法，其中亞氨基二乙酸與所述甲醛源的摩爾比基本上是化學計算量。
10.磷醯甲基-亞氨基二乙酸的製備方法，包括a.使亞氨基二乙酸的鹼金屬鹽與甲醛源反應形成羥甲基-亞氨基二乙酸的鹼金屬鹽;和b.使步驟a的反應產物與磷源和pKa小於或等於約2的強酸反應。
11.權利要求10的方法，其中所述的磷源是磷酸。
12.權利要求10的方法，其中通過加入三氯化磷以提供所述的磷源和強酸。
全文摘要
製備N-磷醯甲基亞氨基二乙酸的方法，其中將IDA鹼金屬鹽的溶液與甲醛反應以形成羥甲基亞氨基二乙酸(HMIDA)的鹼金屬鹽。隨後可將HMIDA與磷酸之類的磷源反應，以良好的產率生產PMIDA。
文檔編號C07C229/16GK1096290SQ9312070
公開日1994年12月14日 申請日期1993年10月28日 優先權日1992年10月29日
發明者B·A·庫倫 申請人:漢普郡化學公司