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Alkandiphosphonsäuren haben in den vergangenen Jahren eine immer grössere Bedeutung erlangt. Sie sind gute Komplexbildner für die verschiedensten mehrwertigen Metallionen, und ausserdem eignen sie sich in
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ist, so dass sie wegen dieser Schwerlöslichkeit für viele Anwendungszwecke ungeeignet ist.
Es sind auch schon an der Aminogruppe substituierte 1-Aminoalkan-1,1-diphosphonsäuren hergestellt worden. Bei diesen Verbindungen sind ein oder zwei Wasserstoff-Atome der Aminogruppe durch Alkyl, Aralkyl, Phenyl oder cycloaliphatische Reste ersetzt, beispielsweise N-Methyl-oder N, N-Dimethyl-l-amino-
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säure schwer löslich.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von neuen, noch nichtbeschriebenen Phosphonsäuren dieser Art, d.s. N-Acyl-1-aminoalkan-1,1-diphosphonsäuren der allgemeinen Formel :
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Wasserstoffdeuten.
Die neuen Verbindungen besitzen eine ausgezeichnete und insbesondere im Vergleich mit den bekannten an der Aminogruppe nicht acylierten Phosphonsäuren eine wesentlich verbesserte steinverhütende und komplexbildende Wirkung. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäss erhältlichen Verbindungen leicht in Wasser löslich, was fdr den Einsatz der Verbindungen sehr wesentlich ist und woran bisher die Verwendung der entsprechenden nicht acylierten Phosphonsäuren in vielen Fällen gescheitert ist.
Die erfindungsgemäss erhältlichen Verbindungen lassen sich durch Acylierung der Alkalimetallsalze der entsprechenden 1-Aminoalkan-1,1-diphosphonsäuren auf einfache Weise herstellen.
Geeignete Acylierungsmittel sind Säureanhydride, Säurechloride oder Ameisensäure.
Zur Herstellung der Verbindungen arbeitet man vorteilhaft so, dass man das Phosphonsäuresalz und das Acylierungsmittel miteinander vermischt und dann bei gleichzeitigem Rühren unter Rückfluss erhitzt. Das Salz der Phosphonsäure kann in fester Form zugegeben werden, man kann aber auch das Salz erst im Reaktionsgemisch durch Zugabe von Lauge herstellen und dann gleich acylieren.
Der Verlauf der Acylierung kann an Hand eines Dünnschichtchromatogrammes verfolgt werden, da sich die Acylierungsprodukte von den Ausgangssubstanzen im RF-Wert stark unterscheiden.
Man erhält eine Reaktionslösung, aus der das Reaktionsprodukt durch Einengen im Vakuum zur Trockne oder durchAusfällen mit einem geeigneten Lösungsmittel, wie einem Alkohol, z. B. n-Butanol, Propanol- - (2) ; Eisessig, Aceton u. a. in fester Form gewonnen wird. Es ist aber auch möglich, die Reaktionslösung ohne Isolierung des Reaktionsproduktes direkt zu verwenden.
Man kann auch gegebenenfalls die Salze der Phosphonsäuren auf übliche Weise durch Neutralisation oder durch Behandlung mit Austauschern in die freien Säuren überführen.
Die erfindungsgemäss erhältlichen N-Acyl-1-aminoalkan-1,1-diphosphonsäuren bzw. deren Salze verhindern schon in unterstöchiometrischen Mengen (Impfmengen) die Abscheidung steinbildender Ablagerungen in wässerigen Systemen. Die neuen Phosphonsäuren besitzen darüber hinaus ein gutes Komplexbindevermö- gen gegenüber zwei-und mehrwertigen Metallionen, z. B. Caleium, Magnesium, Eisen, Chrom, Mangan und andern, und zeigen auch eine korrosionsinhibierende Wirkung. Sie können in feste und flüssige Produkte eingearbeitet werden, die in wässerigen Medien einzusetzen sind. Auch sind die neuen Phosphonsäuren mit den üblichen Wasohrohstoffen verträglich und können Wasch- und Reinigungsmitteln zugesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist auch ihr Einsatz beispielsweise in automatisch arbeitenden Flaschenspülmaschinen oder bei der Tank- und Container-Reinigung.
In der nachfolgenden Tabelle 1 wird die überraschend bessere Impfwirkung der erfindungsgemäss erhält-
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l-diphosphonsäuren- diphosphonsäuren im alkalischen Bereich und in Tabelle 2 bei PH 7 gezeigt. Es wurden dazu die gemäss den Beispielen erhaltenen Natriumsalze der Phosphonsäuren auf freie Phosphonsäuren umgerechnet.
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Tabelle 1 : Impfwirkung im alkalischen Bereich
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<tb>
<tb> Substanz <SEP> : <SEP> Menge <SEP> : <SEP> Impfwirkung <SEP> in <SEP> Tagen <SEP> : <SEP>
<tb> mg <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP>
<tb> N-Propionylamino-3 <SEP> 0 <SEP>
<tb> methan-diphosphonsäure <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> (Beispiel <SEP> 1) <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0---Aminomethan- <SEP> 3 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> diphosphon- <SEP> 5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> säure <SEP> 10 <SEP> 0
<tb> N-Acetyl-N-methyl- <SEP> 3 <SEP> 0
<tb> aminomethandiphosphonsäure <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> (Beispiel <SEP> 3)
<SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> N- <SEP> Methylamino- <SEP> 3 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> methan-diphosphon- <SEP> 5 <SEP> 0
<tb> säure <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> N-Acetyl-l-amino-3 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> äthan-I, <SEP> 1-diphos- <SEP>
<tb> phonsäure <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> (Beispiel <SEP> 6) <SEP>
<tb> N-Propionyl-1-amino-3 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> äthan-1,1-diphosphonsäure <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> (Beispiel <SEP> 2)
<tb> 1-Aminoäthan-1,
1- <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> diphosphonsäure <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> N-Acetyl-1-amino- <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> propan-1, <SEP> 1-diphosphon- <SEP>
<tb> säure <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> (Beispiel <SEP> 4)
<tb> 1-Aminopropan-1,
1-di- <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> phosphonsäure <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb>
0 = kein Belag an Glasstab und der Wandung des Becherglases - = Caleitabscheidung
Zur Bestimmung der Impfwirkung wurde in einem 1000 ml Becherglas eine bestimmte Menge der zu testenden Substanz in 11 Wasser von 18,9 dH gelöst und 12 gÄtznatron zugegeben. Das Becherglas wurde mit einem Uhrglas bedeckt und bei Zimmertemperatur stehen gelassen. Es wurde dann geprüft, ob sich am Glasstab bzw. an der Wandung des Becherglases Kristalle abgesetzt hatten.
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Tabelle 2 : Impfwirkung bei PH 7 und 800C
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<tb>
<tb> Substanz <SEP> mval <SEP> Erdalkaliionen <SEP> : <SEP>
<tb> N- <SEP> Propionylaminomethan- <SEP>
<tb> diphosphonsäure
<tb> (Beispiel <SEP> 1) <SEP> 4, <SEP> 86 <SEP>
<tb> Aminomethandiphosphonsäure <SEP> 2, <SEP> 79 <SEP>
<tb> N-A <SEP> cetyl-N-methylamino- <SEP>
<tb> methan-diphosphonsäure
<tb> (Beispiel <SEP> 3) <SEP> 5, <SEP> 25 <SEP>
<tb> N-Methylaminomethandiphosphonsäure <SEP> 4, <SEP> 46 <SEP>
<tb> N- <SEP> Propionyl-1- <SEP> amino <SEP> äthan- <SEP>
<tb> 1, <SEP> 1-diphosphonsäure <SEP>
<tb> (Beispiel <SEP> 2) <SEP> 4, <SEP> 54 <SEP>
<tb> Aminoäthan-1, <SEP> 1-diphosphon- <SEP>
<tb> säure <SEP> 3, <SEP> 97 <SEP>
<tb> N- <SEP> Acetyl-1- <SEP> aminopropan- <SEP>
<tb> 1, <SEP> 1-diphosphonsäure <SEP>
<tb> (Beispiel <SEP> 4) <SEP> 5, <SEP> 25 <SEP>
<tb> 1-Aminopropan-1,
<SEP> 1- <SEP>
<tb> diphosphonsäure <SEP> 5, <SEP> 04 <SEP>
<tb>
Zur Bestimmung der Wirkung bei PH 7 wurden 100 ml Wasser bekannter Härte mit 2, 0 mg Substanz (berechnet als freie Säure) versetzt, auf PH 7 eingestellt und in einem Wärmeschrank 16 h bei 800C gehalten. Dann wurde mit destilliertem Wasser auf 100 ml aufgefüllt, durch ein doppeltes Faltenfilter filtriert, im Filtrat die Besthärte bestimmt und gemäss DIN 19640 in mval Erdalkaliionen im Liter umgerechnet (1 mval Erdalkaliionen = 2, 8 dH).
Die Komplexbindefähigkeit gegenüber Caleiumionen wird in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
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<tb>
<tb> Substanz <SEP> ml <SEP> mg <SEP> CaC03 <SEP> Mol <SEP> Ca <SEP> pro
<tb> 0, <SEP> 25 <SEP> molare <SEP> pro <SEP> g <SEP> Subst. <SEP> Mol <SEP> Subst. <SEP>
<tb>
Ca-acetatlsg.
<tb>
N-Propionylaminomethan-diphosphonsäure
<tb> (Beispiel <SEP> 1) <SEP> 60, <SEP> 6 <SEP> 1515, <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 90 <SEP>
<tb> N-Formylaminomethan-diphosphonsäure
<tb> (Beispiel <SEP> 7) <SEP> 37, <SEP> 5 <SEP> 936 <SEP> 2, <SEP> 02 <SEP>
<tb>
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Tabelle 3 (Fortsetzung)
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<tb>
<tb> Substanz <SEP> ml <SEP> mg <SEP> CaC03 <SEP> Mol <SEP> Ca <SEP> pro
<tb> 0, <SEP> 25 <SEP> molare <SEP> pro <SEP> g <SEP> Subst. <SEP> Mol <SEP> Subst. <SEP>
<tb>
Ca-acetatlsg.
<tb>
Aminomethandiphosphonsäure <SEP> 24, <SEP> 5 <SEP> 612, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 17 <SEP>
<tb> N-A <SEP> cetyl- <SEP> N-methylamino- <SEP>
<tb> methan-diphosphonsäure
<tb> (Beispiel <SEP> 3) <SEP> 87, <SEP> 0 <SEP> 2175, <SEP> 0 <SEP> 4, <SEP> 46 <SEP>
<tb> N-Methylaminomethandiphosphonsäure <SEP> 45, <SEP> 6 <SEP> 1140, <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 34 <SEP>
<tb> N-Acetyl-1- <SEP> amino <SEP> äthan- <SEP>
<tb> 1, <SEP> 1-diphosphonsäure <SEP>
<tb> (Beispiel <SEP> 6) <SEP> 55 <SEP> 1375 <SEP> 4, <SEP> 06 <SEP>
<tb> N-Propionyl-l-amino-
<tb> äthan-1,1-diphosphonsäure
<tb> (Beispiel <SEP> 2) <SEP> 65, <SEP> 1 <SEP> 1627, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 34 <SEP>
<tb> Aminoäthan-1, <SEP> 1- <SEP>
<tb> diphosphonsäure <SEP> 49, <SEP> 6 <SEP> 1240, <SEP> 0 <SEP> 2, <SEP> 54 <SEP>
<tb> N-Acetyl-l-aminopropan-
<tb> 1, <SEP> 1-diphosphonsäure <SEP>
<tb> (Beispiel <SEP> 4) <SEP> 100,
<SEP> 4 <SEP> 2510, <SEP> 0 <SEP> 5, <SEP> 50 <SEP>
<tb> 1-Aminopropan-1, <SEP> 1- <SEP>
<tb> diphosphonsäure <SEP> 57, <SEP> 8 <SEP> 1445, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 17 <SEP>
<tb>
Zur Bestimmung des Komplexbindevermögens gegenüber Caleiumionen wurde 1 g der zu prüfenden Substanz in 70 ml destilliertem Wasser gelöst und unter Rühren durch Zugabe von 1 n NaOH ein PH-Wert von 11, 5 eingestellt. Die klare Lösung wurde mit 10 ml 2%iger Sodalösung versetzt und dann tropfenweise eine 0, 25 molare Caleiumacetatlösung zugegeben bis eine permanente Trübung erreicht wurde, d. h., die Zahlen oder Buchstaben auf einer hinter dem Becherglas aufgestellten Karte nicht mehr gelesen werden konnten.
Beispiel 1 : 19, 1 g (0, 1 Mol) Aminomethandiphosphonsäure werden in 9 ml Wasser (0, 5 Mol) und 12 g NaOH (0, 3 Mol) gelöst. Danach gibt man 130,14 g (1 Mol) Propionsäureanhydrid dazu und kocht 3 bis 4 h unter leichtem Rückfluss. Man erhält die N-Propionylaminomethandiphosphonsäure in Lösung.
Der Verlauf der Acylierung kann an Hand eines Dünnschichtchromatogrammes verfolgt werden. Die N-Acylverbindung besitzt einen kleineren RF-Wert als die nicht acylierte Phosphonsäure.
Laufmittel : 350 ml Propanol- (2), 50 ml Wasser, 20 g Trichloressigsäure gelöst in 80 ml Wasser, 0, 5 ml konz. Ammoniak.
Zur Isolierung der Verbindung wird die Lösung im Vakuum eingeengt. Den teilweise kristallisierten dicken Sirup rührt man in 60 ml n-Butanol an und saugt den reinweissen Niederschlag ab. Nach dem Trocknen erhält man 28, 4 g (90, 8% der Theorie) N-Propionylaminomethandiphosphonsäure-tri-Natriumsalz.
Analyse :
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<tb>
<tb> berechnet <SEP> : <SEP> N <SEP> 4, <SEP> 47% <SEP> ; <SEP> P <SEP> 19, <SEP> 8% <SEP> ; <SEP> Na <SEP> 22, <SEP> 05% <SEP>
<tb> gefunden <SEP> : <SEP> N <SEP> 4, <SEP> 60% <SEP> ; <SEP> P <SEP> 19, <SEP> 5% <SEP> ; <SEP> Na <SEP> 21, <SEP> 00%. <SEP>
<tb>
Beispiel2 :20,5g(0,1Mol)1-Aminoäthan-1,1-diphosphonsäuregibtmanunterRührenineinekalte NaOH-Lösung (18 g Wasser und 4 g NaOH). Man erhält für 2 bis 3 s eine klare Lösung des Mono-NatriumSalzes. Diese erstarrt dann sofort zu einer polymerisatähnlichen Paste. Diese fast feste Masse trägt man dann in 169, 2 g (1, 3 Mol) Propionsäureanhydrid ein, kocht 3 bis 4 h unter Rückfluss und filtriert dann ab. Das Filtrat enthält die N-Propionyl-1-aminoäthan-1, 1-diphosphonsäure als Mono-Natrium-Salz. Der Verlauf der
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Acylierung wird an Hand eines Dünnschichtchromatogrammes verfolgt. Die N-Acylverbindung besitzt einen kleineren RF-Wert als die nicht acylierte Phosphonsäure.
Zur Kristallisation kühlt man die Lösung auf 10 C ab. Dabei erhält man das kristalline Phosphonsäuresalz.
Analyse :
EMI5.1
<tb>
<tb> berechnet <SEP> : <SEP> N <SEP> 4,95%; <SEP> P <SEP> 21,9%; <SEP> Na <SEP> 8, <SEP> 1% <SEP>
<tb> gefunden <SEP> : <SEP> N <SEP> 5, <SEP> 25% <SEP> ; <SEP> P <SEP> 23, <SEP> 0% <SEP> ; <SEP> Na <SEP> 8, <SEP> 2%. <SEP>
<tb>
Beispiel 3 : 24, 9g (0, 1 Mol) N-Mefhylamlnomefhan-diphosphonsa. ure-di-Natrium-Salzwerdenln 51 g (0, 5 Mol) Essigsäureanhydrid 2 h unter Rückfluss gekocht
Die klare Lösung des Reaktionsproduktes ist zirka 40%ig und kann direkt eingesetzt werden.
Zur Herstellung des festen Phosphonsäuresalzes engt man die Lösung im siedenden Wasserbad unter Vakuum ein. Der Rückstand wird pulverisiert, in 200 ml Äthylalkohol kurz aufgekocht, abgesaugt und bei 130 C im Vakuum über Nacht getrocknet
Ausbeute : 27, 6 g (95, 0% der Theorie) N-Acetyl-N-mefhylaminomethan-diphosphonsäure-di-Natrium- Salz.
Analyse :
EMI5.2
<tb>
<tb> berechnet <SEP> : <SEP> N4, <SEP> 8% <SEP> ; <SEP> P <SEP> 21, <SEP> 3% <SEP> ; <SEP> Na <SEP> 15,8%
<tb> gefunden <SEP> : <SEP> N <SEP> 5,2%; <SEP> P <SEP> 21,8%; <SEP> Na <SEP> 15, <SEP> 2%. <SEP>
<tb>
Beispiel 4: 21,9g (0,1 Mol) 1-Aminopropan-1,1-diphosphonsäure gibt man zu einer kalten Lösung aus 81, 7 g (0, 8 Mol) Essigsäureanhydrid und 13 g verdünnter NaOH (4 g NaOH in 9 g H20), erwärmt unter Rühren und kocht 3 bis 4 h unter Rückfluss. Die entstandene Lösung wird im Vakuum eingeengt, der Rückstand pulverisiert, in Alkohol aufgeschlämmt, abgesaugt und getrocknet.
Ausbeute : 24,9 g (88% der Theorie) N-Acetyl-1-aminopropan-1,1-diphosphonsäure-mono-Natrium-Salz.
Analyse :
EMI5.3
<tb>
<tb> berechnet <SEP> : <SEP> N <SEP> 4,95%; <SEP> P <SEP> 21,9% <SEP> Na <SEP> 8, <SEP> 1% <SEP>
<tb> gefunden <SEP> : <SEP> N5, <SEP> 1% <SEP> ; <SEP> P <SEP> 21, <SEP> 5% <SEP> ; <SEP> Na <SEP> 9, <SEP> 1%. <SEP>
<tb>
EMI5.4
5 : 20, 5 g (0, 1Lösung. Die Reaktion ist nach 2, 5h beendet. Die Lösung wird dann unter Rühren in 400 ml Aceton getropft.
Nach dem Absaugen und Trocknen des rein-weissen Niederschlags erhält man 23,9 g (93,7%) der N- -Formyl-N-methylaminomethan-diphosphonsäure als Mono-Natrium-Salz.
Analyse :
EMI5.5
<tb>
<tb> berechnet <SEP> : <SEP> N <SEP> 5, <SEP> 5% <SEP> ; <SEP> P <SEP> 24, <SEP> 3% <SEP> ; <SEP> Na <SEP> 11, <SEP> 1% <SEP>
<tb> gefunden <SEP> : <SEP> N <SEP> 5, <SEP> 9% <SEP> ; <SEP> P <SEP> 24, <SEP> 1% <SEP> ; <SEP> Na <SEP> 10, <SEP> 5%. <SEP>
<tb>
EMI5.6
: 22, 7g (0, 1 Mol) l-Aminoäfhan-l. l'diphosphonsäure'-mono'-Natrium-Salz werden in30, 6 g (0, 3 Mol) Essigsäureanhydrid etwa 30 min unter Rückfluss gekocht. Dabei entsteht eine klare Lösung.
Nach Erkalten erhält man einen dicken gelblichen Sirup. Den Sirup kann man mit Wasser verdünnen und die wässerige Lösung direkt einsetzen. Zur Kristallisation rührt man den Sirup in 40 ml Eisessig und saugt das entstehende Kristallisat ab.
EMI5.7
3Natrium-Salz. (75, 4% der Theorie).
Analyse :
EMI5.8
<tb>
<tb> berechnet <SEP> : <SEP> N <SEP> 5,2%; <SEP> P23,1%; <SEP> Na <SEP> 8,55%
<tb> gefunden <SEP> : <SEP> N <SEP> 5, <SEP> 3% <SEP> ; <SEP> P <SEP> 24, <SEP> 0% <SEP> ; <SEP> Na <SEP> 9, <SEP> 3 <SEP> %. <SEP>
<tb>
Der Verlauf der Acylierung lässt sich dünnschichtchromatographisch verfolgen. Die N-Acylverbindung besitzt einen kleineren RF-Wert als die nicht acylierte Phosphonsäure.
Beispiel 7 : 19, 1 g (0, 1 Mol) Aminomethandiphosphonsäure werden zunächst in 9 ml Wasser und 4 g
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1tem Rückfluss, Anschliessend wird die klare Lösung unter Rühren in etwa 500 ml Methanol getropft. Man erhält 21, 3 g N-Formylaminomethandiphosphonsäure-mono-Natriumsalz (88, 5% der'Theorie).
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Analyse :
EMI6.1
<tb>
<tb> berechnet <SEP> : <SEP> N <SEP> 5, <SEP> 8% <SEP> ; <SEP> P <SEP> 26, <SEP> 1% <SEP> ; <SEP> Na <SEP> 9, <SEP> 5% <SEP>
<tb> gefunden <SEP> : <SEP> N6,1% <SEP> P25,8%; <SEP> Na <SEP> 10, <SEP> 0%. <SEP>
<tb>