專利名稱：制備氨基亞烷基膦酸的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制備大范圍的氨基亞烷基膦酸的方法。特別地，可從在水介質中明確限定的胺、以100%-600%的過量使用的亞磷酸和甲醛的反應開始，由此產生不溶于介質的反應產物，來制備符合通式的氨基亞烷基膦酸。根據需求可將反應產物即氨基亞烷基膦酸分離和洗滌，并且以常規(guī)的方式回收。除了反應所需的化學計量水平，過量的亞磷酸的計算可通過使胺中的N原子總數乘以反應的胺的摩爾數再乘以1-6以由此確定要使用的亞磷酸的摩爾數。在優(yōu)選的實施方案中，從P4O6開始在原位制備亞磷酸。
背景技術：
氨基亞烷基膦酸化合物在本領域是普遍已知的，已在多種應用中獲得了廣泛的商業(yè)認可，包括水處理、阻垢、去垢添加劑、多價螯合劑、海洋石油鉆井助劑和作為藥物組分。 眾所周知這種工業(yè)應用優(yōu)選需要氨基亞烷基膦酸，其中氨/胺原料的大部分N-H官能團轉化成相應的亞烷基膦酸。本領域因此如所預期的擁擠，具有制備該類化合物的方法。目前工藝水平下，氨基亞烷基膦酸的制備是以轉化由三氯化磷水解產生的亞磷酸或經過添加鹽酸轉化亞磷酸為前提的，其中鹽酸可部分地或全部以胺鹽酸鹽的形式添加。氨基亞烷基膦酸的制備在GB 1. 142. 294中有描述。該技術是以單獨使用通常為三氯化磷的三鹵化磷作為亞磷酸反應物源為前提的。反應實際上需要足量的水的存在，常常高達每摩爾三鹵化磷7摩爾水。水用于三氯化磷的水解，以由此產生亞磷酸和鹽酸。在反應期間發(fā)生甲醛損耗，該反應在30-60°C范圍的溫和溫度下進行，隨后是100-120°C的短暫加熱步驟。GB 1.230. 121描述了一種GB 1. 142. 294的改進技術，其特征在于可通過采用三鹵化磷代替亞磷酸以一步方法制備亞烷基聚氨基亞甲基膦酸，以由此保證經濟節(jié)約。氨基亞甲基膦酸的合成由“Moedritzer和Irani，J. Org. Chem.，第31卷，第1603-1607頁 (1966)，，描述。實際上公開了 Marmich型反應和其他理論反應機理。最佳Marmich條件需要低PH值，如通過利用2-3摩爾濃鹽酸/胺鹽酸鹽產生。在回流溫度向胺鹽酸鹽、亞磷酸和濃鹽酸的反應物溶液混合物逐滴添加甲醛組分。美國專利3，288，846也描述了通過形成包含胺、有機羰基化合物例如醛或酮的PH低于4的水性混合物，并且將混合物加熱至高于70°C的溫度，由此形成氨基亞烷基膦酸來制備氨基亞烷基膦酸的方法。在鹵素離子存在下進行反應，由此抑制正亞磷酸氧化成正磷酸。WO 96/40698涉及通過同時向反應混合物注入水、亞氨基二乙酸、甲醛、亞磷酸源和強酸制備N-膦酰基甲基亞氨基二乙酸。亞磷酸禾口強酸源由三氯化磷表示。Shen Guoliang 等人,在‘‘Study on synthesis process and application of ethylene diamine tetramethylenephosphonic acid",Huagong shikan, 20(1)，50-53(摘要)公開了在化學計量條件合成乙二胺(四亞甲基膦酸)。CN101323627 公開了一種在沒有任何組分過量的情況下制備雙(六亞甲基三胺)五(亞甲基膦酸)的方法。此外，三氯化磷在制備氨基聚亞烷基膦酸中的應用由多個作者如Long等人和 Tang 等人分別在 Huaxue Yu Nianhe, 1993 (1)，27-9 和 1993 34 (3)，111-14 中進行了說明和強調。類似的技術也可從匈牙利專利申請36825和匈牙利專利199488獲知。EP 125766 類似地描述了在鹽酸存在下該化合物的合成。EP 1681295描述了在基本排除氫鹵酸的情況下通過在非均相的布朗斯特酸性催化劑存在下使亞磷酸、胺和甲醛反應制備氨基亞烷基膦酸。合適的催化劑種類可由在烴鏈中具有6-24個碳原子的氟化羧酸和氟化磺酸表示。EP 1681294涉及在基本上排除氫鹵酸的情況下通過在具有等于或小于3. 1的pKa均相酸性催化劑存在下使亞磷酸、胺和甲醛反應制備氨基聚亞烷基膦酸的方法。酸性催化劑可由硫酸、 亞硫酸、三氟乙酸、三氟甲磺酸、乙二酸、丙二酸、對甲苯磺酸和萘磺酸表示。EP 2 112 156 描述了通過向包含均相布朗斯特酸的含水反應介質添加P4O6制備氨基亞烷基膦酸，由此含水介質可包含胺，或其中將胺與P4O6同時添加，或其中胺是在添加完P4O6之后添加的，由此反應介質的PH始終維持在低于5，并且由此反應物、亞磷酸/胺/甲醛/布朗斯特酸以特別限定的比例使用。日本專 利申請57075990描述了通過在較大水平的濃鹽酸存在下使甲醛與二氨基烷和亞磷酸反應制備二胺基烷四(膦?；谆?的方法。磷氧化物和其水解產物在文獻中廣泛地描述。加拿大專利申請2. 070. 949公開了一種制備亞磷酸或相應的P2O3氧化物的方法，通過在1500° K-2500。K的溫度范圍將氣態(tài)磷和水蒸汽引入氣體等離子體反應區(qū)由此完成到P2O3的轉化，然后用水迅速地在1500° K 以上的溫度將磷氧化物淬火到低于1100° K的溫度，由此產生良好純度的駛03。在另外的方法中，如US 6，440，380所述，可通過磷(V)氧化物的催化還原制備磷(I)和(III)氧化物?？蓪⒀趸锼庥纱水a生亞磷酸。EP-A-1. 008. 552公開了一種制備亞磷酸的方法， 在醇存在下氧化元素磷來產生P(III)和P(V)酯，然后選擇性的將亞磷酸酯水解成亞磷酸。 WO 99/43612描述了以高選擇性制備P (III)含氧酸的催化方法。將元素磷催化氧化成磷氧化水平也可從美國專利6，476，256和6，238，637獲知。DD 206 363公開了一種在炭催化劑存在下用水將P4O6轉化成亞磷酸的方法。炭可尤其用來分離雜質，特別是未反應的元素磷。DD 292 214也涉及一種制備亞磷酸的方法。 該方法實質上通過下列方法實現了亞磷酸的制備使元素磷、氧化劑氣體和水反應，然后將反應混合物經過兩個水解步驟制備亞磷酸，即在優(yōu)選1600-2000° K的溫度下以P4 H2O 為1 10-50的摩爾比起始，然后在最小量的添加水存在下在283-343° K溫度下完成水解反應。本領域實質上預期在多步布置中合成氨基亞烷基膦酸酯，由于累積的一系列原因，被認為是有缺陷的和經濟上不合算的。然而，一般來說，P4O6不是商業(yè)上可獲得的，而且沒有發(fā)現商業(yè)應用。用來制備氨基亞烷基膦酸的實際技術基于PCi3的水解，其具有公認的缺點，由于鹽酸的存在，PCl3由于揮發(fā)性和由HCl夾帶而損失，以及形成包含氯的副產物例如甲基氯。本發(fā)明的技術的目的在于提供一種技術上新的、經濟上可接受的途徑，以與長期的希望一致的優(yōu)越方式合成氨基亞烷基膦酸化合物。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的是制備具有高選擇性和產率的氨基亞烷基膦酸。本發(fā)明的另一個目的是提供能夠提供優(yōu)越化合物等級的一步制備方案。本發(fā)明的又一個目的是設法以縮短和節(jié)能的方式合成膦酸化合物。又一個目的是設法提供有效的反應系統(tǒng)，其優(yōu)選在排除與系統(tǒng)無關的反應物的情況下運行。本發(fā)明的另一個目的是提供具有減少的催化劑麻煩的氨基亞烷基膦酸的制備技術，特別是放棄和規(guī)避催化劑分離、破壞和移除。
除非另有限定，貫穿該申請使用的術語“百分比”或“ ％ ”表示“重量百分比”或“wt %”。術語“膦酸”和“膦酸鹽”也當然可根據介質主要的堿度/酸度條件互換地使用。術語 “ppm”表示“百萬分之一”。術語"P2O3”和"P4O6”可互換地使用。除非另有限定，pH值是像這樣在的反應介質上在25°C測量的。名稱“亞磷酸”表示像這樣的亞磷酸，從P4O6開始在原位制備的亞磷酸或從PCl3開始制備的純化亞磷酸或由PCl3與羧酸、磺酸或醇反應制備相應的氯化物來制備的純化亞磷酸。術語“胺”包含胺本身和氨。術語“甲醛”表示可互換地甲醛，狹義的醛類和酮類。術語“氨基酸”表示D、L和DL形式的氨基酸以及D和L形式的混合物。術語母液表示反應介質的連續(xù)液相。術語“任選取代的”表示特定的基團是未取代的或由一個或多個取代基取代的，所述取代基獨立地選自可能的取代基的組。
術語“液態(tài)P4O6”包含液態(tài)P4O6,固態(tài)P4O6和氣態(tài)P406。關于溫度和壓力的術語“周圍環(huán)境”通常表示在海平面的主要的陸地條件，即溫度為約18°c -25°c，并且壓 力為990-1050 mmHgo
具體實施例方式
所述的和其它目的可通過使用本發(fā)明的技術得到滿足，其本質上是用于使胺、顯著過量的亞磷酸和甲醛反應由此產生可常規(guī)地回收的不溶于反應介質的產品的系統(tǒng)。更詳細地，在此的發(fā)明涉及用于制備式(I)的氨基亞烷基膦酸的方法 (X)JN(W) (Y)2Jz (I)
其中X選自=C1-C2cicicicici、優(yōu)選C1-C5cicicici、最優(yōu)選C1-C2cicici的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個C1-C12的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的基團取代，其自由基和/或基團任選被 OH、C00H、COOG, F、Br、Cl、I、0G、SO3H, SO3G 和 / 或 SG 部分取代；ZPO具；[V-N (K)] n-K ； [V-N(Y) ]n-V或[V-0]x-V ；其中V選自C2-5(l的線性、支化、環(huán)狀或芳香族烴自由基，任選被一個或多個CV12線性、支化、環(huán)狀或芳香族基團取代，其自由基和/或基團任選被0H、 C00H、C00R’、F/Br/Cl/I、0R’ ,SO3H,SO3R'和 / 或 SR'部分取代，其中 R’ 是 C1^2 線性、支化、 環(huán)狀或芳香族的烴基，其中G選自C1-C2cicicicici、優(yōu)選C1-C5cicicici、最優(yōu)選(^-(_的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個C1-C12的線性、支化、環(huán)狀或芳香族基團取代，其自由基和/或基團任選被0H、C00H、C00R’、F、Br、Cl、I、0R’、S03H、S03R’和/或SR'部分取代； ZPO3M2 ； [V-N (K) ] n-K ； [V-N (Y) ] n-V 或[V_0] x-V ；其中 Y 是 ZPO3M2，[V-N (K) ] n_K 或[V-N (K)] n-v ；并且X是1-50000的整數；Z是0-200000，由此ζ等于或小于在X中的碳原子數，并且 a是0或1;η是0-50000的整數，優(yōu)選1-50000;當a = 0時ζ = 1 ；并且當ζ = 0和a = 1 時 X 是[V-N ⑷]n_K 或[V-N ⑴]n-V ； Z是亞甲基；
M選自H、質子化的胺、銨、堿和堿土陽離子； W選自H、X禾口 ZPO具，但是X和W不能同時為CH2COOH ； K是ZPO3M2或H，由此當ζ = 0和a = 1時或當W是H或X時，K是ZPO3M2 ； a)在45°C-200°C范圍的溫度使具有通式(II )的胺、亞磷酸和甲醛在水性介質中反應1分鐘-10小時，由此產生不溶于反應介質的反應產物，(X)b_) (H)2Jz (II)
其中X選自=C1-C2cicicicici、優(yōu)選C1-C5cicicici、最優(yōu)選C1-C2cicici的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個C1-C12的線性、支化、環(huán)狀或芳香族基團取代，其自由基和/或基團任選被 OH、COOH、COOG、F、Br、Cl、I、0G、SO3H, SO3G 和 / 或 SG 部分取代；H; [V-N(H)Jx-H 或[V-N(Y)]n-V或[V-0]x-V，其中V選自C2-5(l的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個C1-C12線性、支化、環(huán)狀或芳香族基團取代，其自由基和/或基團任選被0H、 COOH、CO OR'、F/Br/Cl/I、OR'、SO3H, SO3R'和 / 或 SR'部分取代，其中 R'是 C1-C12 線性、支化、環(huán)狀或芳香族烴自由基；其中G選自C1-C2ticicic^優(yōu)選C1-C5cicicici、最優(yōu)選C1-C2cicici的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個C1-C12線性、支化、環(huán)狀或芳香族的基團取代，其自由基和/或基團任選被0H、C00H、C00R’、F、Br、Cl、I、0R，、S03H、S03R’和/或SR，部分取代；H ； [V-N(H)Jn-H ； [V-N(Y)Jn-V 或[V_0]x_V ；其中 Y 是 H，[V-N(H)Jn-H 或[V-N(H)] n-V,并且χ是1-50000的整數；η是0-50000的整數；ζ是0-200000，由此ζ等于或小于在 X中的碳原子數，并且b是0，1或2;當b = 0時ζ = 1 ；并且X是[V-N(H)]X-H或[V-N(Y)] n-V，b = 1，且當ζ = 0時η是1-50000的整數；當X不同于H時b=2時W = H;當W和X為 S 時 ζ = 1。W選自H和X，但是X和W不能同時為CH2COOH;并且
亞磷酸100 %-600 %的過量，該過量由胺中的N原子總數乘以反應的胺的摩爾數乘以 1-6來計算，由此確定除了反應需求的化學計量水平之外要使用的亞磷酸的摩爾數；
b)分離和任選洗滌不溶的反應產物。a)在本發(fā)明的另一個實施方案中，本發(fā)明的方法的步驟(a)是使具有通式(II )的胺、亞磷酸和甲醛組分在45-200°C范圍的溫度反應1分鐘-10小時，由此產生不溶于反應介質的反應產物，
(X)b[N(W) (H)2Jz (II)
其中X選自=C1-C2ciwcici的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個 C1-C12線性、支化、環(huán)狀或芳香族基團取代，其自由基和/或基團任選被OH、COOH、C00G、F、 Br、Cl、I、0G、S03H、S03G*/或 SG 部分取代；H; [V-N(H)Jx-H^ [V-N(Y)Jn-V^ [V_0]x_V， 其中V選自C2_5(I線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個C1-C12線性、支化、環(huán)狀或芳香族基團取代，其自由基和/或基團任選被0H、C00H、C00R’、F/Br/Cl/I、0R’、 SO3H, SO3R'和/或SR'部分取代，其中R’是C1-C12線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基； 其中G選自C1-C2cicicicici的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個C1-C12線性、支化、環(huán)狀或芳香族基團取代，其自由基和/或基團任選被OH、COOH、COOR'、F、Br、Cl、 I、OR，、SO3H、SO3R'和 / 或 SR'部分取代；H ； [V-N(H)Jn-H ； [V-N(Y)Jn-V 或[V-0]x-V ；其中 Y 是 H、[V-N(H)Jn-H 或[V-N(H)Jn-V,并且 χ 是 1-50000 的整數；η 是 0-50000 的整數；ζ 是 0-200000，由此ζ等于或小于在X中的碳原子數，并且b是0，1或2;當b = 0時ζ = 1 ；當 ζ = 0 禾口 b = l 時，X 是[V-N(H) ]X-H 或[V-N(Y)]n-V ；當 X = H 時 W 不同于 H。W選自H、X，但是X和W不能同時為CH2COOH ；并且
亞磷酸以100 %-600 %的過量，該過量由胺中的N原子總數乘以反應的胺的摩爾數乘以1-6來計算，由此確定除了反應需求的化學計量水平之外的要使用的亞磷酸的摩爾數； 該甲醛組分包含甲醛、其它醛和/或酮。
步驟(b)按照如上所述。應當理解要求保護的技術是特別有益的，在于反應介質是均勻的，反應物與將制備的產品成分是相同的，即系統(tǒng)在排除系統(tǒng)外來組分的情況下運行，其具有顯著的益處。這尤其包括下列事實，在分離反應產物后，反應介質即母液的剩余部分通?？蓻]有任何限制地回收。在某些情況下，反應產物在反應介質中的不溶解性可通過添加水和/或水溶性的有機稀釋劑增強。該步驟需要在分離技術領域眾所周知的常規(guī)測量。合適的有機溶劑的實例包括醇例如乙醇和甲醇。使用的如水/醇的沉淀添加劑的水平可基于反應介質變化并且按常規(guī)確定。不言而喻，在回收母液之前，應該通過如蒸餾除去有機溶劑。例如為了回收目的，不溶的氨基亞烷基膦酸反應產物可從液相分離，通過本領域已知的物理手段如通過沉淀、過濾或壓榨。同樣的方法的實例包括重力沉降，有時通過運用離心 力，如在旋風分離器中；濾網、真空或離心過濾；和使用分批或連續(xù)壓榨機如螺旋壓榨機的壓榨。亞磷酸反應物是在本技術領域中眾所周知的商品材料。它可通過例如各種技術制備，其中一些是眾所周知的，包括水解三氯化磷或磷氧化物。亞磷酸和相應的磷氧化物可源自于任何合適的前體，包括含天然磷的巖石，其可以巳知的方式轉化成元素磷，然后通過氧化形成磷氧化物和可能的亞磷酸。亞磷酸反應物的制備也可以如下進行從水解PCi3開始， 通過除去來源于水解的鹽酸和其他氯化物中間體來純化如此獲得的亞磷酸。在另一個方法中，亞磷酸可有利地通過使三氯化磷與羧酸或磺酸或醇中任一的試劑反應來制備。在酸試劑或氯化物(例如源于PCi3與相應的醇的反應的烷基氯化物)的情況下，PCl3與試劑反應形成亞磷酸和?；?。含氯產品，如烷基氯和/或?；?，可方便地通過本領域已知的方法例如蒸餾與亞磷酸分離。盡管如此制備的亞磷酸可以如這樣在要求保護的方案中使用，需要并且常常優(yōu)選通過基本上除去或減少含氯產品和未反應原料的水平純化形成的亞磷酸。 優(yōu)選地，以亞磷酸100%計，從PCl3制備的亞磷酸包含低于400 ppm的氯。該純化是眾所周知的，在有關的制備技術領域中是十分標準的。該技術的合適的實例包括有機雜質選擇性吸附在活性炭上或利用水相分離來分離亞磷酸組分。關于三氯化磷和例如羧酸或醇的試劑白勺反應白勺 言；窗、可在 Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, in chapter Phosphorous Compounds，2000 年 12 月 4 曰，John Wiley & Sons Inc.得至lj。在這里的特別優(yōu)選的實施方式中，從液態(tài)P4O6開始制備亞磷酸，將該液態(tài)P4O6添加到PH總是低于5、優(yōu)選低于3、特別是低于2的水性反應介質，由此該反應介質選自
i 包含胺(II)的水性反應介質；
水性反應介質，其中胺(II)與P4O6同時添加；和
iii 水性反應介質，其中在P4O6的添加/水解完成后添加胺(II)。應當理解反應介質的pH自始總是優(yōu)選通過亞磷酸的存在控制。同時添加胺和P4O6應優(yōu)選并行實施，即在添加到反應介質之前，因顯而易見的原因應該避免胺和P4O6的預混。亞磷酸應該以100%_600%、優(yōu)選100%_500%、特別是200%_400%的過量使用。通過將胺中的N原子總數乘以反應的胺的摩爾數乘以1-6來計算過量的亞磷酸，由此確定要使用的過量亞磷酸的摩爾數。除了將包含亞磷酸的母液作為均相反應物再循環(huán)到反應介質中， 亞磷酸實際上不需要任何措施就增強了反應。由于目前在本領域技術的應用中需要純化和分離方法，不存在任何與要合成的膦酸組合物無關的產品構成本技術領域的顯著的進步。鑒于選擇的要制備的膦酸的結構，在本發(fā)明的方法中，試劑通常是以化學計量比使用。該關系式適用于亞磷酸、胺和甲醛，并且在排除100%-600%過量的亞磷酸的情況下， 包括在合成中需要的試劑水平，如說明書解釋和權利要求詳述的。具體地，試劑(α)亞磷酸；(β)胺(II)；和(Y)甲醛組分以如下比率使用
(α) :(β)為 0.05 1-2 1 ； (γ) :(β)為 0· 05 1- 5 1 ；和 (γ) :(α)為 5 1- 0. 25 1 ；
由此(α)和(Y)表示摩爾數并且(β)表示摩爾數乘以胺(II)中的N-H官能團數。 應當理解的是，如申請文件中提出確定的，特別是200%-400%的“過量”亞磷酸是附加于上述比率水平的。在更優(yōu)選的實施中，反應物比率如下 (α) :(β)為 0· 1 1- 1. 50 1 ；
(Y) :(β)為 0· 2 1-2 1 ；和 (γ) :(α )為 3 :1-0. 5 :1。 特別優(yōu)選的比率是
(α ) :(β)為 0· 4 :1- 1. 0 :1. 0 ； (γ) :(β)為 0· 4 1- 1. 5 1 ；禾口 (γ) :(α )為 2 :1-1. 0 :1。合成本發(fā)明的氨基亞烷基膦酸所需的合適的胺(II)組分可選自多種巳知的種類。優(yōu)選的胺(II)實例包括氨；亞烷基胺；烷氧基胺；鹵素取代的烷基胺；烷基胺；和烷醇胺。胺組分也可以為氨基酸，例如α _，β-, Y-, δ-, ε_等氨基酸，如精氨酸，組氨酸，異白氨酸，白氨酸，蛋氨酸，蘇氨酸，苯丙氨酸，D, L-丙氨酸，L-丙氨酸，L-賴氨酸，L-半胱氨酸，L-谷氨酸，7-氨基庚酸，6-氨基已酸，5-氨基戊酸，4-氨基丁酸和β -丙氨酸。應當理解聚合物類是包括在內的。舉例來說，術語“烷基胺”還包括_聚烷基胺-，_烷基聚胺-和-聚烷基聚胺_。感興趣的胺的各個種類包括氨；乙二胺；二亞乙基三胺；三亞乙基四胺；四亞乙基五胺；六亞甲基二胺；二六亞甲基三胺；1，3-丙二胺-N，N’-雙 (2-氨基甲基)；聚醚胺和聚醚聚胺；2-氯乙基胺；3-氯丙基胺；4-氯丁基胺；具有C1-C25W 線性或支化或環(huán)狀的烴鏈的伯或仲胺，特別是嗎啉；正丁胺；異丙胺；環(huán)己胺；月桂胺；硬脂酰胺；和油胺；聚乙烯胺；支化或線性的聚乙烯亞胺或其混合物；乙醇胺；二乙醇胺；丙醇胺；二丙醇胺；D，L-丙氨酸，L-丙氨酸，L-賴氨酸，L-半胱氨酸，L-谷氨酸，7-氨基庚酸， 6_氨基已酸，5-氨基戊酸，4-氨基丁酸和β-丙氨酸。主要的甲醛組分是眾所周知的商品成分。狹義的被稱為氧亞甲基的分子式為CH2O 的甲醛作為包含可變的、常常較少的、例如0. 3-3%的甲醇的水溶液進行生產和銷售，并且通常以37 %甲醛為基礎記錄，盡管可使用不同濃度。甲醛溶液作為寡聚物的混合物存在。 該甲醛前體例如可為多聚甲醛，通常具有十分短鏈長(η = 8-100)的線性聚(氧亞甲基二醇)和分別由術語三惡烷和四惡烷表示的甲醛的環(huán)狀三聚體和四聚體的固體混合物。甲醛組分還可由分子式為R1R2C=O的醛類和酮類表示，其中R1和R2可相同或不同并且選自氫和有機自由基的組。當R1是氫時。該材料是醛。當R1和R2均是有機自由基時， 該材料是酮。除甲醛外，有用的醛種類還有乙酸，己酸，尼古丁酸，巴豆酸，戊二酸，對甲基苯甲醛，苯甲醛，萘甲醛和3-氨基苯甲醛。適合在此使用的酮種類有丙酮，丁酮，2-戊酮，二丙基酮，乙酰苯和2-丙酮基環(huán)己酮。優(yōu)選作為甲醛組分的是氧化亞甲基，也以低聚物或聚合物形式，特別是作為水溶液。

在這里使用的液態(tài)P4O6可為包含至少85 %、優(yōu)選大于90 %、更優(yōu)選至少95 % 和在一個特定實施方式中至少97 % WP4O6的大體上純的化合物。盡管在本發(fā)明上下文內適合使用的六氧化四磷可通過任何已知的技術制備，在優(yōu)選的實施方式中，可根據WO 2009/068636 名稱為“Process for the manufacture of P4O6，，禾口 / 或 TO 2010/055056 名 ^^J "Process for the manufacture of P4O6 with improved yield" fff^Jf^iTj^M^ 六氧化物。詳細地，在1600-2000° K范圍的溫度，在反應單元中以實質上化學計量的量使氧氣或氧氣和惰性氣體的混合物與氣態(tài)或液態(tài)磷反應，通過除去磷和氧氣的放熱反應產生的熱量，同時保持0. 5-60秒的優(yōu)選的停留時間，然后在低于700° K的溫度把反應產物淬火，并且通過蒸餾精煉粗反應產物。如此制備的六氧化物是包含通常至少97 %的氧化物的純產品。如此制備的P4O6 —般為包含優(yōu)選低于1000 ppm (以P4O6是100%計)的特定低水平的元素磷P4的高純度液態(tài)材料。優(yōu)選的停留時間為5-30秒、更優(yōu)選8-30秒。在一個優(yōu)選的實施方式中，可把反應產物淬火到低于350° K的溫度。如清楚說明的，術語“液態(tài)P4O6”包含任何形態(tài)的P406。然而假定在45°C -200°C的溫度參與反應的P4O6必然是液態(tài)或氣態(tài)的，雖然理論上講固體類可用于制備反應介質。在優(yōu)選的實施方案中，將液體形式的P4O6 (熔點23. 8°C;沸點173°C)添加到pH總是具有低于5的水性反應介質。通常從環(huán)境溫度開始在攪拌下將P4O6添加到反應混合物。 反應介質可包含胺(II)，盡管也可以將胺(II)與P4O6同時添加或在完成P4O6的添加(水解)之后添加，由此也總是將反應介質的PH保持在低于5、優(yōu)選低于3、最優(yōu)選等于或低于 2。該反應介質由此包含P4O6水解物和胺(II)，其可能為鹽。在環(huán)境溫度條件(20°C ) 到最高約150°C進行水解。盡管可使用例如高達20(TC乃至更高的高溫，該溫度一般需要利用反應釜或可能在自發(fā)的壓力增加下以連續(xù)方式進行。在P4O6添加期間的溫度升高可由放熱的水解反應產生，給反應混合物提供溫度條件，這是與甲醛組分的反應所需的。如果P4O6 水解是在胺(II)的存在下進行的，胺(II)可在添加P4O6存在于反應介質中或胺(II)可與 P4O6同時添加。本發(fā)明的方法可在基本上排除超過水解P4O6所需的化學計量水平之上的添加水的情況下進行。然而，應當理解的是，本發(fā)明的方法固有的反應即形成N-C-P鍵將產生水。在任何情況下，在添加甲醛組分之前添加余量的包括過量的亞磷酸。在完成P4O6水解之后，殘余水的量為胺重量的0%_60%。根據本發(fā)明的反應是以在本技術領域常規(guī)的已知的方式進行的。如在實驗說明中所示，可這樣進行該方法結合主要的反應物并將反應混合物加熱到通常45°C -200°C范圍內的溫度，如果使用提高的壓力則使用更高的溫度，更優(yōu)選70°C _150°C。溫度上限實際目的在于防止任何實質上不當的亞磷酸反應物的熱分解。應當理解且眾所周知的是，亞磷酸和更通常的任意其它各個反應物的分解溫度可根據另外的物理參數變化，如壓力和反應混合物中成分的定性和定量參數。本發(fā)明的反應可在環(huán)境壓力下進行，并且根據反應溫度蒸餾水，由此也除去最小量的未反應甲醛。反應持續(xù)時間可從幾乎瞬時例如1分鐘到例如10小時的延長周期之間變化。該持續(xù)時間一般包括在反應期間逐漸添加甲醛和可能的其它反應物。在設立的一個方法中，將亞磷酸和胺添加到反應器，然后從例如70°c -150°c范圍的溫度開始在逐漸添加甲醛組分下加熱該混合物。該反應可在環(huán)境壓力下、蒸餾或者未蒸餾通常為水和某些未反應甲醛的情況下進行。在另一個操作方案中，反應可在自發(fā)的壓力增大下在密閉容器中進行。在該方法中，將全部或部分的反應物在開始時添加到反應容器。在部分混合物的情況下，一旦達到有效反應溫度，另外的反應物可單獨或與任意一個或多個其它反應物一起逐漸地添加。可在反應期間例如將甲醛組分單獨或與部分胺(II)或亞磷酸一起逐漸地添加。
在又一個操作程序中，在結合的蒸餾和壓力布置中進行反應。具體地，將包含反應混合物的反應容器保持在選擇的反應溫度和環(huán)境壓力下。然后通過在自發(fā)的(反應釜原理)壓力增大下運行的反應器，使混合物(可能連續(xù)地)循環(huán)，由此根據需求逐漸地添加甲醛組分或另外的反應物。反應實質上在壓力下完成，然后反應混合物離開密閉容器，并且再循環(huán)到反應器，其中根據反應變量特別是溫度進行水和其它未反應成分的蒸餾。上述過程變量由此表明，可通過多種實質上互補的布置進行反應。因此通過在(1) 自發(fā)的壓力增大下的密閉容器中，或(2)回流條件下，或(3)在蒸餾水和最小量的未反應甲醛組分的情況下，將通常為亞磷酸和胺的初始反應物加熱到優(yōu)選70°C _150°C范圍的溫度， 以分批方法進行反應，由此，如實施例中所示，在反應期間逐漸地添加甲醛組分。在特別優(yōu)選的實施方案中，在100°C -150°C范圍的溫度在密閉容器中進行反應，尤其是同時逐漸添加甲醛組分，持續(xù)時間為1分鐘-30分鐘，在更優(yōu)選的實施中為1分鐘-10分鐘。在另一個方法中，可能在自發(fā)的壓力下作為連續(xù)方法進行反應，由此在優(yōu)選 700C -150°C范圍的溫度將反應物連續(xù)注入到反應混合物中，并且連續(xù)地取出膦酸反應產物。在又一個方案中，該方法為半連續(xù)的布置，由此連續(xù)地進行膦酸反應，而部分組分之間的初步反應可分批進行。氨基亞烷基膦酸反應產物可隨后并且根據需要部分或全部被氨、胺、堿金屬氫氧化物、堿土金屬氫氧化物或其混合物中和。通過以下實施例非限制性地說明本發(fā)明。實施例1
在裝有機械攪拌器和Dean-Stark管的三口圓底燒瓶中，將15 g (0.25 mol)乙二胺與 164 g (2 mol，4當量用于反應和4當量作為酸催化劑)亞磷酸和60 mL水混合。將反應混合物加熱至回流并且通過Dean-Stark管蒸餾水，直到反應混合物的溫度達到136°C。然后經過260分鐘添加83 mL 36.6 wt%的甲醛水溶液(4. 6當量)。在添加期間，將92 mL 水通過Dean-Stark管從反應混合物除去，同時保持反應混合物的溫度在130°C到136°C之間。反應混合物的31P NMR分析表明以48. 2%產率形成乙二胺四(亞甲基膦酸)(EDTMPA)， 以28. 8%產率形成乙二胺N-甲基N，N’，N’ -三(亞甲基膦酸)。冷卻和播種EDTMPA晶體之后，沉淀物出現，通過過濾回收粗產物。
實施例2
在裝有機械攪拌器和Dean-Stark管的三口圓底燒瓶中，將32. 8g 6-氨基己酸(0.25 mol)與102. 5 g (1. 25 mol，2當量用于反應和3當量作為酸催化劑)亞磷酸和30 mL水混合。將反應混合物加熱至回流并且將水通過Dean-Stark管蒸餾，直到反應混合物的溫度達到130°C。然后經過124分鐘添加43. 3 mL的36. 6 wt%的甲醛(0. 575 mol)水溶液。在添加期間，將47mL水通過Dean -Stark管從反應混合物除去，同時保持反應混合物的溫度在 130°C到136°C之間。反應混合物的31P NMR分析表明，以91. 4% w/w產率形成6-氨基己酸雙(亞甲基膦酸)。冷卻和添加水之后，膦酸結晶并且可通過過濾回收。實施例3
在裝有機械攪拌器和Dean-Stark管的三口圓底燒瓶中，將37. 54 g (0.50 mol)甘氨酸與205 g (2. 5 mol, 2當量用于反應和3當量作為酸催化劑)亞磷酸和30 mL水混合。 將反應混合物加熱至回流并且將水通過Dean-Stark管蒸餾，直到反應混合物的溫度達到 1360C。然后經過217分鐘添加86. 6 mL的36. 6 wt%的甲醛(1. 15 mol)水溶液。在添加期間，將88 mL水通過Dean-Stark管從反應混合物除去，同時保持反應混合物的溫度在130°C 至IJ136°C之間。反應混合物的31P NMR分析表明以80.7% w/w產率形成甘氨酸雙(亞甲基膦酸)。冷卻之后，膦酸的結晶出現；通過過濾和隨后的干燥回收甘氨酸二磷酸(103. 7g，干燥，80%產率)。沒有過量的亞磷酸的對比實施例4
在下面的條件下以下列材料進行實施例85. 28 g亞磷酸(1.04 mol), 21.46 g 二亞乙基三胺(0. 208 mol)，10 g水和89. 5 g甲醛(36. 6%溶液；1. 092 mol)。包括40%胺的反應物在反應開始注入。在130°C開始的反應期間，經過30分鐘的時間添加60%胺與甲醛。 反應混合物表明5. 2%產率的二亞乙基三胺五(亞甲基膦酸)。沒有過量的亞磷酸的對比實施例5
在裝有機械攪拌器和Dean-Stark管的三口圓底燒瓶中，將30. 05g乙二胺(0. 5 mol)與 164 g (2 mol)亞磷酸和55 mL水混合。將反應混合物加熱至114°C，然后經過80分鐘添加 120. 33g的36. 6 wt%的甲醛(2. 2 mol)水溶液。在添加期間，將156 mL水通過Dean-Stark 管從反應混合物除去，同時保持反應混合物的溫度在iio°c到ii8°c之間。反應混合物的 31P NMR分析表明0.4%w/w的乙二胺四(亞甲基膦酸)與3. l%w/w剩余的未反應的亞磷酸和62. 7%w/w磷酸。33. 9%w/w的余量為源自乙二胺的單-和二 -亞甲基膦酸衍生物。在該實施例中，在不存在過量亞磷酸的情況下，主要的化合物是磷酸，而不是氨基亞烷基膦酸。對比實施例4和5清楚地突出顯示，需要過量亞磷酸來以高產率獲得具有優(yōu)異的選擇性的氨基亞烷基膦酸。
權利要求
1.制備具有式(I)的氨基亞烷基膦酸的方法(X)JN(W) (Y)2Jz (I)其中X選自=C1-C2cicicicici的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個 C1-C12線性、支化、環(huán)狀或芳香族的基團取代，其自由基和/或基團任選被OH、COOH、COOG、F、 Br、Cl、I、OG、SO3H, SO3G 和 / 或 SG 部分取代；ZPO3M2 ； [V-N(K)Jn-K ； [V-N(Y)Jn-V 或[V-0] X-V ；其中V選自C2_5(1線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個Ch2線性、 支化、環(huán)狀或芳香族的基團取代，其自由基和/或基團任選被OH、C00H、COOR'、F/Br/Cl/I、 OR' , SO3H, SO3R'和/或SR'部分取代，其中R’是C^12線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴基，其中G選自C1-C2wcicici的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個C1-C12線性、 支化、環(huán)狀或芳香族的基團取代，其自由基和/或基團任選被0H、C00H、C00R’、F、Br、Cl、I、 OR，、SO3H, SO3R'和 / 或 SR'部分取代；ZPO3M2 ； [V-N(K)Jn-K ； [V-N(Y)Jn-V 或[V-Ojx-V ；其中 Y 是 ZPO3M2, [V-N(K)Jn-K 或[V-N(K)Jn-V ；并且 χ 是 1-50000 的整數；ζ 是 0-200000，由此ζ等于或小于在X中的碳原子數，并且a是0或1 ;η是1- 50000的整數；當a = 0時ζ =1 ；并且當 ζ = 0 禾 Pa=I 時 X是[V-N(K)]n-K 或[V_N(Y)]n-V;Z是亞甲基；M選自H、質子化的胺、銨、堿和堿土陽離子；W選自H，X和ZPO具，膽識是X和W不能同時為CH2COOH ；禾口K是ZPO3M2或H，由此當ζ = 0和a = 1時或當W是H或X時，K是ZPO3M2 ；a)在45°C-200°C范圍的溫度使具有通式(II)的胺、亞磷酸和甲醛反應1分鐘_10 小時，由此產生不溶于反應介質的反應產物(X)b[N(W) (H)2Jz (II)其中X選自C1-C2cicicicici的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個C1-C12 線性、支化、環(huán)狀或芳香族的基團取代，其自由基和/或基團任選被OH、C00H、C00G、F、Br、 C1、I、0G、S03H、S03G*/或 SG 部分取代；H; [V-N(H)]X-Hi^ [V-N(Y)]n-Vi^ [V_0]x_V，其中 V選自C2_5(I線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個C1-C12線性、支化、環(huán)狀或芳香族基團取代，其自由基和/或基團任選被OH、C00H、COOR'、F/Br/Cl/I、OR’、SO3H, SO3R'和/或SR'部分取代，其中R’是C1-C12線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基；其中 G選自C1-C2ciwcici的線性、支化、環(huán)狀或芳香族的烴自由基，任選被一個或多個C1-C12的線性、支化、環(huán)狀或芳香族基團取代，其自由基和/或基團任選被OH、C00H、COOR'、F、Br、Cl、 I、OR，、SO3H、SO3R'和 / 或 SR'部分取代；H ； [V-N(H)Jn-H ； [V-N(Y)Jn-V 或[V-Ojx-V ；其中 Y 是 H，[V-N(H)Jn-H 或[V-N(H)Jn-V,并且 χ 是 1-50000 的整數；η 是 0-50000 的整數；ζ 是 0-200000，由此ζ等于或小于在X中的碳原子數，并且b是0，1或2;當b = 0時ζ = 1 ；并且 X 是[V-N(H) ]Χ-Η 或[V-N(Y)]n-V，b = 1，當 ζ = 0 時 η 是 1-50000 的整數；當 X 不同于 H時W = H并且b = 2 ；當W和X為氫時ζ = 1 ；W選自H禾口 X，且X禾口 W不能同時為CH2COOH ；禾口亞磷酸過量100 %-600 %，該過量由胺中的N原子總數乘以反應的胺的摩爾數乘以1-6 來計算，由此確定除了反應需求的化學計量水平之外的要使用的亞磷酸的摩爾數；b)從母液分離并任選地洗滌不溶的反應產物。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，反應物比率如下(α)亞磷酸；(β)胺；和(Y)甲醛(α) :(β)為 0.05 1-2 1 ； (γ) :(β)為 0· 05 1- 5 1 ；和 (γ) :(α )為 5 :1- 0. 25 1 ；由此(α)和(Υ)表示摩爾數并且(β)表示摩爾數乘以胺(II )中的N-H官能團數， 由此(α)表示除過量外的亞磷酸試劑。
3.根據權利要求2的方法，其特征在于，反應物比率如下(α)亞磷酸；(β)胺(II)； 和(Y)甲醛組分(α) :(β)為 0· 1 1- 1. 50 1 ； (Y) :(β)為 0· 2 1-2 1 ；和 (Y) :(α)為 3:1-0.5:1; 其中(α)表示除過量外的亞磷酸試劑。
4.根據權利要求1-3任一項的方法，其中胺(II)選自氨；亞烷基胺；烷氧基胺；鹵素取代的烷基胺；烷基胺；烷醇胺；聚乙烯亞胺；聚乙烯胺；和氨基酸。
5.根據權利要求4的方法，其中胺選自氨；乙二胺；二亞乙基三胺；三亞乙基四胺；四亞乙基五胺；六亞甲基二胺；二六亞甲基三胺；1，3-丙二胺-N，N’ -雙(2-氨基甲基)；聚醚胺和聚醚聚胺；2-氯乙基胺；3-氯丙基胺；4-氯丁基胺；具有C1-C25的線性或支化或環(huán)烴鏈的伯或仲胺，特別是嗎啉；正丁胺；異丙胺；環(huán)己胺；月桂胺；硬脂酰胺；和油胺；聚乙烯胺；線性或支化的聚乙烯亞胺或其混合物；乙醇胺；二乙醇胺；丙醇胺；二丙醇胺；D，L-丙氨酸，L-丙氨酸，L-賴氨酸，L-半胱氨酸，L-谷氨酸，7-氨基庚酸，6-氨基已酸，5-氨基戊酸，4-氨基丁酸和β-丙氨酸。
6.根據權利要求1-5任一項的方法，其特征在于，亞磷酸以100%-500%的過量存在。
7.根據權利要求6的方法，其特征在于，亞磷酸以200%-400%的過量存在。
8.根據權利要求1-7任一項的方法，其特征在于，在分離反應產物之后，將母液回收到反應介質。
9.根據權利要求1-8任一項的方法，其特征在于，在70°C-150°C范圍的溫度并結合選自以下的方法進行反應-在蒸餾或者不蒸餾水和未反應甲醛組分的情況下在環(huán)境壓力下進行反應； -在自發(fā)的壓力增大的密閉容器中；-在結合的蒸餾和壓力布置中，由此將含反應混合物的反應容器保持在反應溫度和環(huán)境壓力下，然后通過在自發(fā)的壓下增大下運行的反應容器使反應混合物循環(huán)，從而逐漸添加甲醛和根據需求的其他選擇的反應物；和-連續(xù)法布置，可能在自發(fā)的壓力增大下，由此將反應物連續(xù)注入到反應混合物并且連續(xù)地取出膦酸反應產物。
10.根據權利要求1-9任一項的方法，其特征在于，在115°C-145°C范圍的溫度進行反應。
11.根據權利要求1-10任一項的方法，其特征在于，亞磷酸是從PCl3開始制備的，并且以亞磷酸100%計，其包含低于400 ppm的氯。
12.根據權利要求1-10任一項的方法，其特征在于，通過將液態(tài)P4O6添加到pH總是低于5的水性反應介質在原位制備亞磷酸，所述反應介質選自 i 包含胺(II)的水性反應介質； 水性反應介質，其中胺(II)與P4O6同時添加；和 iii 水性反應介質，其中在P4O6的添加/水解完成后添加胺(II)。
13.根據權利要求12的方法，其特征在于，在添加液態(tài)P4O6期間，水性反應介質的pH總是低于3。
14.根據權利要求13的方法，其特征在于，在將液態(tài)P4O6添加到水性反應介質期間，將反應介質的PH保持在等于或低于2。
15.根據權利要求12-14任一項的方法，其特征在于，以單一連續(xù)方式，在自發(fā)壓力增大下，在70°C-20(TC的溫度進行P4O6水解以及P4O6水解物和胺(II)與甲醛組分的反應，并且連續(xù)地取出膦酸反應產物。
16.根據權利要求12-15任一項的方法，其特征在于，通過在1600-2000°K范圍的溫度以0. 5-30秒的反應停留時間在反應單元中以實質上化學計量的量使氧氣和磷反應，然后在低于700° K的溫度使反應產物淬火，并且通過蒸餾精煉反應產物來制備P406。
17.根據權利要求16的方法，其特征在于，以P406100%計，在P4O6中的元素磷的水平低于 1000 ppm。
全文摘要
公開了一種廣泛地制備氨基亞烷基膦酸的方法。在本質上，在水性介質中使符合特定化學式的胺與亞磷酸和甲醛反應，由此產生不溶于介質的反應產物。形成的不溶的產物即氨基亞烷基膦酸可進行分離，任選地被洗滌，并回收。該方法產生高純度和選擇性的反應產物?？蓪⑦^量膦酸回收到加工序列。
文檔編號C07F9/38GK102448975SQ201080023317
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權日2009年5月28日
發(fā)明者塞德里克·尼古拉斯·皮拉爾, 帕特里克·諾特, 戴維·萊米 申請人:施里特馬克控股公司