CN100467477C - 制备n-取代n-（膦酰基甲基）甘氨酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸(即，草甘膦)、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的改进方法。所述方法包括在贵金属催化剂存在下，使N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物与氧混合。N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物具有结构式(V)，其中，R1和R2独立地选自氢、卤素、-PO3R12R13、-SO3R14、-NO2、烃基和除-CO2R15之外的取代烃基；R7、R8、R9、R12、R13、R14和R15独立地选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。

Description

制备N-取代N-（膦酰基甲基）甘氨酸的方法
发明背景
一般地讲，本发明涉及通过贵金属催化氧化反应，使N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸(有时称作“N-取代的草甘膦”)、N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸类盐和N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯反应，形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸(有时称作“草甘膦”)、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐和N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的改进方法。具体地讲，本发明涉及使用具有单一N-羧甲基官能团的N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐和N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的上述反应。
Franz在US3799758中描述了N-(膦酰基甲基)甘氨酸，具有下述结构式：
Figure C200410047636D00051
N-(膦酰基甲基)甘氨酸及其盐的水制剂适宜用作芽后除草剂。该除草剂是市场上重要的高效广谱除草剂，其用于杀灭或控制各种植物的生长，所述植物包括发芽种子、形成的幼苗、正在成熟和长成的木本和草本植物和水生植物。
在本技术领域，由N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸的各种方法是已知的。例如，Parry等人在US3956370中公开了可以将N-苄基甘氨酸膦酰基甲基化，形成N-苄基N-(膦酰基甲基)甘氨酸，然后与氢溴酸或氢碘酸反应，解离去掉苄基，从而制得N-(膦酰基甲基)甘氨酸。在US3927080中，Gaertner公开了可以将N-叔丁基甘氨酸膦酰基甲基化，形成N-叔丁基N-(膦酰基甲基)甘氨酸，然后经酸解转化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸。正如在例如欧洲专利申请55695中所述，氢解N-苄基N-(膦酰基甲基)甘氨酸也可制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸。在Maier，L.，Phosphorus、Sulfur and silicon，61，65-7(1991)中还有关于氢解N-苄基N-(膦酰基甲基)甘氨酸制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸的专门讨论。上述方法存在的问题是会产生不期望有的诸如异丁烯和甲苯的副产物，这些副产物的潜在毒性会带来麻烦。而且，现已公开的N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸的酸解和加氢仅仅用于烃基，例如，通常已知的易发生上述反应的叔丁基和苄基，至今还未报道过用于N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸脱烷基化的一般方法。
N-(膦酰基甲基)甘氨酸的其它制备方法包括那些涉及氧化裂解N-(膦酰基甲基)亚氨基双乙酸(有时称作“PMIDA”)的方法：
Figure C200410047636D00061
正如Gentilcore在US4775498中所述，由例如三氯化磷、甲醛和亚氨基双乙酸二钠盐水溶液可以合成PMIDA；
由于需要从PMIDA产物中除去氯化钠，因此上述反应是复杂的。由于同离子效应，在HCl存在条件下，氯化钠的溶解度低，而亚氨基双乙酸和PMIDA在HCl和在中性水中都是不溶的。因此，在形成PMIDA的反应完成后，必须将NaCl溶解，才能分离盐。通过用碱中和HCl，然后加入水以确保所有的NaCl溶解来分离盐。在回收过程中使用大量的水会导致PMIDA损失严重，并增加了废液的量。
将PMIDA转化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸的各种方法在本技术领域是已知的。所述方法包括：
1.多相催化氧化法。例如，Franz在US3950402中公开了该方法。Balthazor等人在US4654429中对该方法进行了专门讨论。
2.均相催化氧化法。例如，Riley等人在J.Amer.Chem.Soc.113，3371-78(1991)中公开了该方法。Riley等人在Inorg.Chem.，30，4191-97(1991)中对该方法进行了专门讨论。
3.使用碳电极的电化学氧化法。例如，Frazier等人在US3835000中描述了该方法。
上述方法氧化去除PMIDA上的两个N-羧甲基中的一个N-羧甲基.一般而言，上述氧化脱羧作用依赖于PMIDA的单电子氧化作用，并伴随着脱去二氧化碳形成碳游离基。该碳游离基在随后的单电子步骤中被氧化形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸。这些反应可总结如下：
通常，氧化脱羧作用，尤其是电化学氧化作用(也称作Kolbe反应)在本技术领域是公知的。使用碳电极，Kolbe反应特别易于进行。例如，参见S.Torii and H.Tanaka，Organic Electrochemistry，535-80(H.Lund and M.M.Baizer编，Marcel Dekker，第3版，1991)。
至今还未报道过上述氧化PMIDA制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸的方法可用于从仅具有一个N-羧甲基的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸，所述仅具有一个N-羧甲基的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸是指在下式中R’代表除羧甲基之外的官能团：
Figure C200410047636D00081
如果R’不是羧甲基，则除去R’一般需要N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸的单一双电子氧化作用，而不是两个连续的单电子氧化作用.
发明概述
如上所述，人们需要一种更为通用的氧化N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸及其盐和酯(有时统称为“N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物”)制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸及其盐和酯的方法.在该方法中，有更多的N-取代甘氨酸及其盐(有时统称其为“N-取代甘氨酸反应物”)可被用作制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸及其盐和酯的原料。该方法还能采用N-甲基N-(膦酰基甲基)甘氨酸(有时称作“NMG”)，从PMIDA的碳催化氧化反应中得到的不期望有的副产物，来制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸。该方法还可使用各种N-取代甘氨酸反应物和N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物，与亚氨基双乙酸和PMIDA不同的是，所述N-取代甘氨酸反应物和N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物溶于HCl，因此，当使用PCl3和CH2O膦酰基甲基化N-取代甘氨酸盐时，所述N-取代甘氨酸反应物和N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物更易于从形成的氯化物盐副产物中分离。
本发明满足了上述要求。更具体地说，本发明提供了通过氧化具有单一N-羧甲基官能团的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸及其盐和酯的方法。本发明还提供了用于制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸及其盐和酯的各种原料的制备方法。本发明还提供了可用于催化氧化反应的新催化剂。
简而言之，在一个涉及N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的制备方法的实施方案中，所述方法包括在含有负载于聚合物载体上的贵金属的催化剂存在下，将N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物与氧混合。N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物具有式(V)结构式：
Figure C200410047636D00091
其中，R1和R2独立地选自下述：氢、卤素、-PO3R12R13、-SO3R14、-NO2、烃基和除-CO2R15之外的取代烃基；R7、R8、R9、R12、R13、R14和R15独立地选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。
在另一个涉及N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的制备方法的实施方案中，所述方法包括在含贵金属和助催化剂的催化剂存在下，将N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物与氧混合。N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物具有如上定义的式(V)结构式。助催化剂含有选自铝、钌、锇、铟、镓、钽、锡和锑的金属。至少约0.05重量％的催化剂由助催化剂组成。
在另一个涉及N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的制备方法的实施方案中，所述方法包括先将碳载体表面与氧化剂接触，然后将贵金属沉积在氧化的表面上，形成碳载氧化催化剂。然后，在该碳载氧化催化剂存在下，将N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物与氧混合。N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物具有如上定义的式(V)结构式。
在另一个涉及N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的制备方法的实施方案中，所述方法包括在贵金属催化剂存在下，将含有N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸混合物与氧在氧化反应区中混合，形成含有N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的N-(膦酰基甲基)甘氨酸混合物。然后，从N-(膦酰基甲基)甘氨酸混合物中分离出N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯，以回收分离出的N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯，并形成残余混合物。随后，将残余混合物分成再循环混合物和废料混合物，并将再循环混合物送回氧化反应区.在该实施方案中，N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物具有如上定义的式(V)结构式。
在另一个涉及N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的制备方法的实施方案中，所述方法包括将氧导入到含有N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物和贵金属催化剂的混合物中。在本实施方案中，通过膜将氧导入到混合物中。N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物具有如上定义的式(V)结构式。
在另一个涉及N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的制备方法的实施方案中，所述方法包括在贵金属催化剂存在下，将N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物与氧混合形成反应混合物。在该实施方案中，反应混合物中未溶解氧的量不超过约10体积％。N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物具有如上定义的式(V)结构式。
在另一个涉及N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的制备方法的实施方案中，所述方法包括在搅拌的罐式反应器中，将氧导入到含有N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物和贵金属催化剂的混合物中。在该实施方案中，将氧以气泡导入反应器中，其方式使得基本上没有气泡进入叶轮通过的反应器区域。N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物具有如上定义的式(V)结构式。
在另一个涉及N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的制备方法的实施方案中，所述方法包括在贵金属催化剂存在下，先将N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物与氧在氧化反应区中混合，形成含有(a)酮和(b)N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯的氧化产物。然后将酮从氧化产物中分离，并用作形成N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物的原料。该反应物再在贵金属催化剂存在下，在氧化反应区中与氧混合。除了R1和R2是独立地选自烃基和除-CO2R15之外的取代烃基之外，N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物具有如上定义的式(V)结构式。
本发明还涉及一种制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的方法。在一个实施方案中，该方法包括先将N-取代甘氨酸盐转化成N-取代甘氨酸游离酸。然后将N-取代甘氨酸游离酸膦酰基甲基化，形成N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐。随后，在贵金属催化剂存在下，在氧化反应区中将N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐与氧混合。所述N-取代甘氨酸游离酸具有结构式(XII)：
Figure C200410047636D00111
N-取代甘氨酸盐具有结构式(XIII)：
和N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸具有结构式(I)：
Figure C200410047636D00113
在该实施方案中，R1和R2独立地选自氢、卤素、-PO3R12R13、-SO3R14、-NO2、烃基和除-CO2R15之外的取代烃基；R6是农艺上可接受的阳离子；R12、R13和R14独立地选自氢、烃基和取代烃基；R15选自氢、烃基和取代烃基和农艺上可接受的阳离子。
本发明还涉及制备N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的方法。在一个实施方案中，该方法包括先将H3PO3源、CH2O源和N-取代甘氨酸盐在反应区中混合，形成含有(a)N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐和(b)盐沉淀物的第一混合物。从第一混合物中分离出盐沉淀物，得到含有N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的第二混合物。向第二混合物中加入碱以沉淀N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐。然后，将沉淀出的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐从第二混合物中分离，以回收沉淀出的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐，并形成残余混合物。在本实施方案中，N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸具有结构式(I)，N-取代甘氨酸盐具有结构式(XIII)(两个结构式的定义同上)。
在另一个涉及N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的制备方法的实施方案中，该方法包括先将H3PO3源和N-取代甘氨酸盐在反应区中混合，形成含有(a)N-取代甘氨酸游离酸和(b)盐沉淀物的第一混合物。将盐沉淀物从第一混合物中分离，形成含有N-取代甘氨酸游离酸的第二混合物。然后向第二混合物中加入甲醛源，形成含有N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的第三混合物。向第三混合物中加入碱，沉淀出N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐.然后，从第三混合物中分离出沉淀的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐，以回收沉淀出的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐，并形成残余混合物。N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸具有结构式(I)，N-取代甘氨酸盐具有结构式(XIII)，N-取代甘氨酸游离酸具有结构式(XII)(所有结构式的定义同上)。
本发明还涉及制备N-取代的单乙醇胺的方法.在一个实施方案中，该方法包括在含金属的催化剂存在下，在基本上不含非活性溶剂的反应介质中将酮、单乙醇胺和H2混合.N-取代的单乙醇胺具有结构式(XI)：
Figure C200410047636D00121
酮具有结构式(VIII)：
Figure C200410047636D00122
其中，R1和R2独立地选自烃基和取代烃基。
本发明还涉及含有贵金属和N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基联苯胺的氧化催化剂。
本发明还涉及含有贵金属、电化学活性分子物质和助催化剂的氧化催化剂。在一个实施方案中，至少约0.05重量％的催化剂由助催化剂组成。
本发明还涉及含有贵金属、电化学活性物质和聚合物载体的氧化催化剂。
本发明的其它特征部分是显而易见的，部分在下文指出。
附图说明
图1是将N-取代甘氨酸盐膦酰基甲基化的优选实施方案的示意图。
图2是将N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸氧化的一个优选实施方案的示意图，其中(1)在氧化反应完成前，将反应混合物从氧化反应区排出，(2)沉淀并回收反应混合物中的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，和(3)一部分混合物返回反应区。
优选实施方案的详细说明
本发明提供了制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸及其盐和酯的新的有效方法。这些化合物一般具有下述结构式(IV)：
Figure C200410047636D00131
其中，R3、R4和R5独立地选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子(更典型地，R3、R4和R5独立地选自氢和农艺上可接受的阳离子；进一步更典型地，R3选自氢和农艺上可接受的阳离子，R4和R5是氢)。本发明方法涉及在贵金属催化剂上，通过用氧气氧化裂解N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物制备上述化合物。使用本发明方法由N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸及其盐和酯的优点包括步骤简单、氧化剂成本低(例如，空气或分子氧)和催化剂耐用(即，几个周期后，催化剂不失活或几乎不失活)。
本发明的方法并不限于氧化PMIDA(所述PMIDA具有两个N-羧甲基官能团)。相反，本发明方法能用于通过氧化裂解仅具有一个羧甲基官能团的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯。因此，大量的N-取代甘氨酸反应物和N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物可用作本发明的原料。由于本发明提供了由NMG，由PMIDA的碳催化氧化反应得到的不期望的副产物，制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸的方法，因此本发明是有利的。又由于本发明可使用能溶于HCl，因此与亚氨基双乙酸和PMIDA相比更易于从氯化物盐中分离的N-取代甘氨酸反应物和N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物，因此本发明更是有利的。
A.各种N-取代甘氨酸反应物的制备
多种方法可用于制备N-取代甘氨酸反应物。下文将提供这些方法的几个实例。
在本发明的一个实施方案中，通过缩合氰化氢、甲醛和N-取代的胺，然后水解，可制得N-取代的甘氨酸反应物：
Figure C200410047636D00141
该反应称作Strecker合成。Strecker合成是本技术领域已知的，并由Dyker，G.在Angewandte Chimie Int’l Ed.in English，Vol.36，No.16，1700-2(1997)中公开(在本发明中引作参考)。
在本发明另一个实施方案中，在碱(优选NaOH)存在下，将N-取代的乙醇胺脱氢可制得N-取代的甘氨酸：
Figure C200410047636D00142
Franczyk在US5292936中描述了上述反应(在本发明中引作参考).其它涉及上述反应的专门讨论可参见Franczyk的US5367112(在本发明中引作参考)。进一步的专门讨论可参见Ebner等人的US5627125(在本发明中引作参考)。N-取代的乙醇胺前体可用至少两种方法制备。第一种方法是在氢、溶剂和贵金属催化剂存在下，将酮与单乙醇胺缩合。Cope，A.C.和Hancock，E.M.在J.Am.Chem.Soc.，64，1503-6(1942)中描述了该反应(在本发明中引作参考)。也可通过将单取代的胺(如甲基胺)与环氧乙烷混合形成单取代的乙醇胺来制备N-取代的乙醇胺.Y.Yoshida在日本专利申请95-141575中描述了该反应(在本发明一并引作参考)。
在本发明的另一个实施方案中，在催化剂(例如，含Co催化剂)存在下，将N-取代的酰胺、甲醛和一氧化碳混合。然后水解该酰胺形成N-取代的甘氨酸。反应总结如下：
Figure C200410047636D00151
Beller等人在欧洲专利申请0680948中描述了形成酰胺的上述缩合反应(即，“羧甲基化反应”)。Knifton，J.F.也在Applied Homogeneous Catalysis，159-68(B.Cornils等编，VCH，Weinheim，德国1996)中对该反应进行了专门讨论(在本发明中引作参考)。
在本发明的另一个实施方案中，在催化剂存在下混合羰基化合物、甘氨酸和H2，使甘氨酸还原烷基化，可制得N-取代的甘氨酸反应物：
Figure C200410047636D00152
Sartori等人在US4525294中描述了该反应(在本发明中引作参考)。B.由N-取代的甘氨酸反应物制备各种N-取代N-(膦酰基甲基)甘 氨酸反应物
根据本发明的方法，能被氧化形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸及其盐和酯的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物一般具有下述结构式(V)：
其中，R1和R2优选独立地选自氢、卤素、-PO3R12R13、-SO3R14、-NO2、烃基和除-CO2R15之外的取代烃基；R7、R8、R9、R12、R13、R14和R15独立地选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。应当认识到，R1和R2还可一起形成环，所形成的环可以是烃环或杂环，并且环上的至少一个氢可如下文定义取代烃基官能团那样被取代。
在一个优选的实施方案中，R1是氢；R7、R8和R9是氢或农艺上可接受的阳离子；R2是具有至多约19个碳原子的直链、支链或环状烃基。在一个更优选的实施方案中，R7、R8和R9是氢或农艺上可接受的阳离子；-CHR1R2选自：甲基(即，R1和R2是氢)、乙基(即，R1是氢，R2是甲基)、异丙基(即，R1和R2都是甲基)、苄基(即，R1是氢，R2是苯基)和正戊基(即，R1是氢，R2是4个碳原子的直链烃基)。
通过例如下述反应，将相应的N-取代的甘氨酸膦酰基甲基化，可制得许多适用于本发明的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸：
Figure C200410047636D00162
仲胺的膦酰基甲基化一般是本技术领域已知的，并且Redmore，D.在Topics in Phosphorous Chemistry，Vol.8，515-85(E.G.Griffith &M.Grayson编，John Wiley & Sons1976)中进行了详细描述(在本发明中引作参考)，在Mastalerz，P.，《有机磷化学手册》(Handbook of Organophosphorus Chemistry)，277-375(RobertEngel编，Marcel Dekker 1992)中的标题为“α-substitutedPhosphonates”的章节中也进行了详细专门的讨论(在本发明中引作参考)。正如Baysdon等人在US5688994(在本发明中引作参考)中所述，膦酰基甲基化仲胺的一个实例是将亚氨基双乙酸膦酰基甲基化，形成PMIDA。
膦酰基甲基化反应优选在高温下进行。反应温度优选为约100-约150℃。反应时间优选为约10-约120分钟，更优选为约20-约60分钟。优选使反应的用水量最小，以优化回收N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸。
膦酰基甲基化反应中使用的甲醛一般可来源于任何甲醛源。合适的甲醛源包括，例如，甲醛本身、福尔马林和低聚甲醛。
膦酰基甲基化反应中使用的亚磷酸(H3PO3)一般也可来源于任何亚磷酸源。合适的亚磷酸源包括：例如，纯亚磷酸、三氯化磷、三溴化磷、亚磷酸酯、氯膦酸、亚磷酸酯、氯膦酸和氯膦酸酯。一种优选的亚磷酸源是三氯化磷(PCl3)，当N-取代的甘氨酸原料是盐时，三氯化磷是特别优选的亚磷酸源。当PCl3与水混合时，PCl3水解，形成H3PO3和3当量HCl(加入PCl3的速率优选取决于反应中形成的HCl气体能被安全除去的速率)。所述水解反应是本技术领域已知的，并在例如G.Bettermann，W.Krause，G.Riess，and T.Hofmann，Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，Vol.A19，P.527-43(B.Elvers，S.Hawkins & G.Schulz，编，VCH，Weinheim，第5版1991)中公开(在本发明中引作参考)。下述N-取代的甘氨酸钠盐的反应是使用PCl3将N-取代的甘氨酸盐反应物膦酰基甲基化的一个实例：
Figure C200410047636D00171
其中，优选R1和R2独立地选自氢、卤素、-PO3R12R13、-SO3R14、-NO2、烃基和除-CO2R15之外的取代烃基；R12、R13、R14和R15选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。除钠盐外，还可使用其它盐，其中，含有农艺上可接受的阳离子的盐是优选的。由于N-取代的甘氨酸碱金属盐成本低廉，而且在膦酰基甲基化反应中使用N-取代的甘氨酸铵盐(已知的另一种盐)可能会导致不期望的副反应发生，因此特别优选使用N-取代的甘氨酸碱金属盐。
向N-取代的甘氨酸盐溶液中加入CH2O和PCl3的次序并不重要(特别是当在HCl存在下，N-取代的甘氨酸反应物和N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物都可溶时)，可将CH2O和PCl3加入到同一反应器或不同反应器中(即，“反应区”可含有一个或多个反应器)。另外，可以在除去氯化物盐沉淀之前或之后向混合物中加入CH2O(同样，特别是当在HCl存在下，N-取代的甘氨酸反应物和N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物都可溶时)。通常最优选的是在加入PCl3并除去氯化物盐后再加入CH2O。
优选在pKa不大于约1.0的强酸存在下，将约等摩尔量的H3PO3和N-取代的甘氨酸反应物与至少等摩尔量的CH2O混合。溶液中强酸浓度优选大于H3PO3浓度，向反应混合物中加入的CH2O的摩尔数优选至少超过H3PO3或N-取代的甘氨酸反应物摩尔数10％，更优选超过约15-约25％。虽然可使用更低和更高浓度的CH2O溶液，但优选用大约3-约20分钟将含有约37-约50％CH2O的CH2O水溶液加入到溶液中。
在本发明的一个特别优选的实施方案中，在HCl存在下，N-取代的甘氨酸反应物和得到的膦酰基甲基化产物N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸都是可溶的。所述N-取代的甘氨酸和N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸易于与在向溶液中加入PCl3后沉淀的NaCl或其它氯化物盐分离(例如，使用任何方便的过滤法)。因此，上述化合物的膦酰基甲基化反应较用PCl3将亚氨基双乙酸膦酰基甲基化成PMIDA的反应更加容易进行(正如本发明背景技术部分所述，在HCl存在下，亚氨基双乙酸和PMIDA基本上都不溶，使得分离盐的成本更高)。在一个特别优选的实施方案中，N-取代的甘氨酸反应物选自肌氨酸(即，N-甲基甘氨酸)和N-乙基甘氨酸，最优选肌氨酸。
图1表示通过混合N-取代的甘氨酸盐、CH2O、PCl3和水可制备N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸的一个实施方案的示意图。为了便于说明，N-取代的甘氨酸盐是肌氨酸钠盐(即，N-甲基甘氨酸钠)。在该实施方案中，优选将PCl3导入含有搅拌的CH2O和N-甲基甘氨酸钠的含水混合物的水解反应器1中。反应除了形成期望的N-甲基N-(膦酰基甲基)甘氨酸(“NMG”)外，还形成副产物HCl和NaCl沉淀。使用例如过滤器2，优选将NaCl沉淀从混合物中除去，从溶液中除去盐沉淀后，优选通过向溶液中加入碱(优选NaOH)并从溶液中除去水(优选使用蒸发器/结晶器3)，将NMG沉淀。优选的是，所除去的水量不要太大，以防加入碱产生的盐(如，NaCl)沉淀出来。可在除水之前、除水的同时或除水之后加入碱，加入的碱量优选为基本上中和溶液中的HCl所需要的碱量。NMG沉淀后，优选从溶液中回收NMG，例如，使用离心机4进行回收。实施例18进一步说明了上述膦酰基甲基化方法。
应该说明的是上述方法可有多种改变。例如，如上所述，上述方法可在单个反应器中进行或在两个或更多个串联反应器中进行，这样可以将例如CH2O和PCl3加入到在不同反应器中的N-取代甘氨酸盐溶液中。通过冷却反应混合物，也可至少部分沉淀出N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸。而且，所述方法可间歇、半间歇或连续进行。在本发明的一个特别优选的实施方案中，将至少一部分溶液(除去NMG后的残余溶液)再循环回至水解反应器1中，以利用仍存在于溶液中的任何未反应的N-甲基甘氨酸反应物，并减少未沉淀的NMG的损失。图1所示的实施方案包括了上述再循环物流。
本发明的一个具体实施方案涉及将式(XIII)的N-取代甘氨酸盐膦酰基甲基化：
Figure C200410047636D00191
其中，R1和R2独立地选自氢、卤素、-PO3R12R13、-SO3R14、-NO2、烃基和除-CO2R15之外的取代烃基；R6是农艺上可接受的阳离子；R12、R13和R14独立地选自氢、烃基和取代烃基；R15选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。在该实施方案中，在进行膦酰基甲基化之前，先将所述盐转化成N-取代的甘氨酸游离酸。游离酸具有结构式(XII)：
Figure C200410047636D00201
其中，R1和R2的定义与上文对N-取代的甘氨酸盐的定义相同。该实施方案能避免将N-取代甘氨酸盐直接进行膦酰基甲基化而生成的R6的盐所带来的麻烦。
一种特别优选的将N-取代的甘氨酸盐转化成相应的游离酸的方法包括用阳离子交换膜中和含盐溶液。更具体地说，将含有N-取代甘氨酸盐的溶液与阳离子交换膜的一侧接触，同时将阳离子交换膜的另一侧与含有能中和该盐的强酸的溶液接触。如下图含有N-取代甘氨酸钠盐的溶液和含有任意酸(“HA”)的溶液所示，两种溶液通过膜相互中和：
Figure C200410047636D00202
      碳交换膜
形成了含有N-取代的甘氨酸游离酸的物流和含有HA的钠盐的物流。为了防止膜堵塞，N-取代的甘氨酸盐的浓度优选低于相应的N-取代的甘氨酸游离酸在中和温度下的溶解度。另外，酸的用量优选足以完全中和N-取代的甘氨酸盐，但基本上不超过该用量。优选强酸的pKa不大于约1.0。特别优选不含卤素的酸(如，甲磺酸、甲苯磺酸、硝酸和硫酸)，以避免膜破裂时卤素污染N-取代的甘氨酸游离酸的物流.之所以期望减少上述污染的风险，是由于卤素对氧化催化剂是有害的，在膦酰基甲基化反应后使用所述氧化催化剂将N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸转化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸。
优选阳离子交换膜在反应条件下具有机械稳定性(例如，在温度至少为约50℃时，膜优选不分解)，并且N-取代的甘氨酸盐和N-取代的甘氨酸游离酸不会通过膜而渗漏。合适的阳离子交换膜的实例是ESC7000和Sybron MC3470膜(购自the Electrosynthesis Company ofLancaster，PA)、ICE-450膜(购自Gelman Sciences)和Neosepta阳离子交换膜(购自Tokoyama Soda Co.Ltd，Tokyo，日本)、Ionclad和Raipore膜(购自Pall Specialty Materials of Port Washington，NY)和Nafion117、350和450膜(由杜邦公司生产。购自theElectrosynthesis Company和Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI.)。通过离子交换进行中和(称作“道南渗析”)一般是本技术领域已知的，并在例如K.Scott，Handbook of Industrial Membranes705(Elsevier，纽约，1995)中描述(在本发明中引作参考)。
电水解是另外一种将N-取代的甘氨酸盐转化成相应的游离酸的方法。通过电水解将酸式盐转化成游离酸(也称作“电渗析”)是本技术领域已知的。常用方法已在例如H.P.Gregor，Encyclopedia of Chemical Processing and Design，17，349-63(J.J.Mcketta&W.A.Cunninghams编，Marcel Dekker，纽约，NY1983)中公开(在本发明中引作参考)。通过电水解将氨基酸盐转化成相应的游离酸的实例可参见Kuwata等人的US3330749(在本发明中引作参考)。由于电解往往会降低对盐转化成游离酸的转化率的控制，因此，电水解与离子交换中和相比，更优选离子交换中和。
通过离子交换中和法、电水解法或其它合适的方法形成N-取代的甘氨酸游离酸后，优选将其膦酰基甲基化，形成式(I)的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐：
Figure C200410047636D00211
其中，R1和R2独立地选自氢、卤素、-PO3R12R13、-SO3R14、-NO2、烃基和除-CO2R15之外的取代烃基；R12、R13和R14独立地选自氢、烃基和取代烃基；和R15选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。进行膦酰基甲基化反应的优选方法包括将N-取代的甘氨酸游离酸、水、CH2O源、pKa不大于约1.0的强酸和H3PO3源混合。H3PO3源可以是PCl3，例如，可以将PCl3直接加入到含有N-取代的甘氨酸游离酸的溶液中。或者，H3PO3源可以是例如不含有卤素的H3PO3源，其中特别优选纯H3PO3或含有H3PO3的水溶液。例如，通过水解亚磷酸烷基酯，然后蒸馏除去醇可得到含有H3PO3的溶液。在一个特别优选的实施方案中，在一个与含有N-取代的甘氨酸游离酸的溶液分开的容器中，通过在水中水解PCl3，可得到含有H3PO3的水溶液。虽然，PCl3水解时，会形成约3当量的HCl，但基本上所有的HCl都进入气相，因此，HCl能容易地与水解反应混合物分离。然后可以将HCl气体与水混合，形成HCl水溶液。这样，可非常容易地得到两种溶液：(1)含HCl溶液，和(2)卤素(即，氯化物)浓度较低的含H3PO3溶液。HCl溶液可再用作N-取代的甘氨酸盐溶液的离子交换中和反应的酸源。
如果H3PO3源不含卤素，则特别优选用于膦酰基甲基化反应的酸源也不含卤素。在这种情况下，特别优选H2SO4。如上所述，之所以期望使用这种不含卤素的酸源，是因为卤素对膦酰基甲基化以后使用的将N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物转化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸的氧化催化剂是有害的。
一般而言，在膦酰基甲基化反应结束时，优选将强酸中和。中和反应通常有助于N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸的回收。当N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸用于合成N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸酯时，中和反应往往还会减少由强酸导致的麻烦。强酸往往会抑制N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸的反应。
在一个优选的实施方案中，通过使用膦酰基甲基化反应混合物中的强酸作为酸源，将N-取代的甘氨酸盐转化成N-取代的甘氨酸游离酸(通过上述的阳离子交换膜法)，从而可以中和膦酰基甲基化反应混合物，所述N-取代的甘氨酸游离酸随后在膦酰基甲基化反应中用作原料。在这种情况下，将膦酰基甲基化反应混合物与阳离子交换膜的一侧接触，同时阳离子交换膜的另一侧与含有N-取代的甘氨酸盐的溶液接触：
Figure C200410047636D00231
     阳离子交换膜
实施例29 将进一步描述该实施方案。
或者，在膦酰基甲基化反应基本上完成后，通过简单地向反应混合物中加入碱，可中和膦酰基甲基化反应混合物。在该实施方案中，如果用N-取代的甘氨酸游离酸作为膦酰基甲基化反应的原料，一般优选用NaOH作中和反应的碱。另一方面，如果用N-取代的甘氨酸盐作为原料，优选的碱通常是与N-取代的甘氨酸盐中的阳离子相同的阳离子的氢氧化物。例如，如果使用N-取代的甘氨酸钠，则优选的碱是NaOH。
也可组合使用上述中和膦酰基甲基化反应混合物方法。当通过阳离子交换膜法获得的中和度小于基本上中和混合物中的所有强酸所需的中和度时，优选组合使用上述中和方法。在这种情况下，在完成阳离子交换膜中和法后，优选加入足量的碱来基本上中和强酸。
在许多情况下，在膦酰基甲基化反应后，优选回收固体N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸。例如，(在膦酰基甲基化反应过程中或在膦酰基甲基化反应结束后)通过形成含有过饱和浓度的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸的反应混合物，使N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸沉淀出来，可以回收固体N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸。当N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸，在过饱和条件下易于沉淀时，例如，N-甲基N-(膦酰基甲基)甘氨酸，特别优选使用上述实施方案。例如，通过(1)使用高浓度的N-取代甘氨酸反应物(并在除去任何含卤盐沉淀后加入CH2O源)；或(2)除去反应混合物中的水、向反应混合物中加入碱和/或在膦酰基甲基化反应结束并除去含卤盐沉淀后降低反应混合物的温度，就可形成过饱和状态。当在连续反应物系中进行膦酰基甲基化反应时，通常特别优选将N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸沉淀，这样可以降低回收N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸的中和步骤的必要性。在这种情况下，当N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸沉淀时，优选将其从反应混合物中过滤出来，并将滤液返回膦酰基甲基化反应器。在上述体系中，优选除去反应混合物中的一部分水，以使膦酰基甲基化反应区中的体积保持不变。例如，在滤出N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸后，通过蒸发可除去反应混合物中的一部分水。然而，在特别优选的实施方案中，在过滤之前，从反应混合物中除去至少一部分水(例如，通过蒸发)，以使更多的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸沉淀出来。
在有些情况下，不太优选在膦酰基甲基化反应后回收固体N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸。与NMG不同，有些N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物(例如，N-异丙基N(膦酰基甲基)甘氨酸)即使在过饱和条件下也不易沉淀。在这种情况下，通常优选中和膦酰基甲基化反应混合物，并随后在不分离固体N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物的条件下，直接对中和后的混合物进行催化氧化。在这种情况下，期望反应混合物中不含卤素，因为，如上所述，卤素对用于氧化N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物的贵金属催化剂往往是有害的。因此，在这种情况下，膦酰基甲基化反应优选使用不含卤素的H3PO3源(与其相反，PCl3源含卤素)。同样，在膦酰基甲基化反应过程中，优选使用不含卤素的酸(特别优选H2SO4)。
应当说明的是，上述膦酰基甲基化的方法不是制备N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物的唯一方法。例如，通过PMIDA的碳催化氧化反应也以不期望有的副产物的形式获得NMG。
C.通过氧化N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物制备N-(膦酰 基甲基)甘氨酸及其盐和酯
根据本发明，通过氧化N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物可制得N-(膦酰基甲基)甘氨酸及其盐和酯。该氧化反应通常是多相催化反应。优选将含有N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物的溶液与含氧气体或含有溶解氧的液体一起导入反应器中。在贵金属催化剂(即，含有贵金属的催化剂)存在下，将N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物氧化性转化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸和各种副产物：
Figure C200410047636D00251
其中，优选R1和R2独立地选自氢、卤素、-PO3R12R13、-SO3R14、-NO2、烃基和除-CO2R15之外的取代烃基；R3、R4、R5、R7、R8、R9、R12、R13、R14和R15独立地选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。优选随后通过过滤分离出催化剂，并通过沉淀(例如，蒸发除去部分水并冷却)分离出N-(膦酰基甲基)甘氨酸。
贵金属催化剂优选含有选自Pt、Pd、Rh、Ir、Os和Au的贵金属.一般而言，更优选Pt和Pd，最优选Pt。因为Pt是最优选的，所以下文的许多讨论涉及Pt的应用。然而，应当理解的是，同样的描述一般也适用于其它贵金属及其混合物。
贵金属催化剂可以是无载体催化剂(例如，铂黑)，可通过各种渠道购得，例如，购自Aldrich Chemical Co.(Milwaukee，WI)，EngelhardCorp.(Iselin，NJ)和Degussa Corp.(Ridgefield Park，NJ)。
或者，催化剂可含有负载于载体表面的贵金属，所述载体是诸如碳、三氧化二铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)、硅氧烷或硫酸钡(BaSO4)的载体。被负载的金属通常是本技术领域常见的并可从各种渠道购得，例如，负载于活性炭上的5％Pt，Aldrich Catalogue No.20，593-1；负载于氧化铝粉末上的Pt，Aldrich Catalogue No.31，132-4；负载于硫酸钡上的Pd(还原的)，Aldrich Catalogue No.27，799-1；和负载于活性炭上的5％Pd，Aldrich Catalogue No.20，568-0。使用本技术领域的任何已知方法，通过将贵金属沉积于载体表面，也可制得含有负载于载体上的贵金属的催化剂。上述方法包括诸如反应沉积技术(例如，通过还原贵金属化合物沉积和通过水解贵金属化合物沉积)，离子交换技术，过量溶液浸渍和初期湿润(incipient wetness)浸渍的液相方法，诸如物理沉积和化学沉积的气相方法，沉淀法，电化学沉积法和无电沉积法。例如，在Cameron，D.S.，Cooper，S.J.，Dodgson，I.L.，Harrison，B.，和Jenkins，J.W.，“Carbons as Supports for PreciousMetal Catalysts，”Catalysis Today，7，113-137(1990)中公开了金属沉积法(在本发明中引作参考)。Stiles，A.B.在Catalyst Supports and Supported Catalysts，Theoretical and Applied Concepts(Butterworths，Boston，MA 1987)中也专门讨论了金属沉积法(在本发明中引作参考)。其它的关于在载体表面沉积金属的各种方法的专门讨论可参见R.L.Moss在Experimental Methods in Catalytic Research，Vol.2，Ch.2，pp 43-94(R.B.Anderson & P.T.Dawson编，Academic Press，New York，NY 1976)中记载的有关章节(在本发明中引作参考)。
如果使用碳载体，优选石墨碳载体(这种载体往往具有较高的N-(膦酰基甲基)甘氨酸选择性)或优选在将贵金属沉积于载体表面之前，载体表面已被强氧化剂氧化的载体。对于后一种类型的载体，例如，可通过将载体浸入含有H2O2的沸腾溶液，将载体氧化。所述溶液优选含有至少约10重量％(即，10％重量)H2O2，更优选含有至少约20重量％H2O2，进一步更优选至少约30重量％的溶液是H2O2。优选将载体浸入所述沸腾溶液中至少约15分钟，更优选浸入至少约30分钟，进一步更优选浸入至少约60分钟。
在本发明的另外一个特别优选的实施方案中，将贵金属负载于聚合载体(即，含有聚合物的载体)上。优选聚合物载体在反应条件下具有机械稳定性(例如，优选硬聚合物，并耐磨损、耐热降解、耐水解和耐酸)。另外，优选的聚合物是交联颗粒型聚合物，这使得催化剂易于处理、分散在反应混合物中，并在反应结束后易于过滤。优选颗粒是多孔的，且其表面积至少为约10m2/g，贵金属均匀分散在其表面。在一个特别优选的实施方案中，聚合物还呈碱性(即，优选聚合物能被酸性贵金属化合物质子化)，这样，使用酸性贵金属化合物(例如，H2PtCl6)，聚合物易于用贵金属(例如，Pt)浸渍。各种聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚脲和聚酯都可用作聚合物。优选的聚合物载体选自：聚乙烯亚胺、聚丙烯酸盐、聚苯乙烯、聚氨基苯乙烯、被二甲基胺基取代的聚苯乙烯、磺化聚苯乙烯和聚乙烯基吡啶(“PVP”)，更优选聚合物选自PVP和磺化聚苯乙烯。在有些实施方案中，最优选PVP。
使用任何已知的将贵金属沉积在载体表面上的方法(参见上文)，可将贵金属沉积于聚合物载体上。在一个特别优选的实施方案中，贵金属是Pt，并使用含有H2PtCl6的溶液将其沉积于载体表面。将贵金属沉积于载体上后，优选将载体和贵金属在还原环境中进行处理，优选采用含有硼氢化钠的水溶液进行处理。实施例20和22进一步描述了该方法。
载体表面的贵金属浓度可在很宽的范围变化。其浓度优选为约0.5-约20重量％([贵金属质量÷催化剂总质量]×100％)，更优选为约3-约15重量％，进一步更优选为约5-约10重量％。当贵金属浓度大于约20重量％时，贵金属往往形成层和结块。因此，相对于贵金属的总用量，表面贵金属原子较少，这样往往会降低催化剂活性，并且是对昂贵贵金属的浪费使用。
在反应混合物中，贵金属对N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物的重量比优选为约1:500-约1:5，更优选为约1:200-约1:10，进一步更优选为约1:50-约1:10。
在本发明的一个优选实施方案中，催化剂可含有贵金属和助催化剂。助催化剂可以在未被载体负载的贵金属表面，或者，对于负载型贵金属催化剂，所述助催化剂可以在贵金属和/或其载体的表面。含有助催化剂的贵金属催化剂较不含助催化剂的贵金属催化剂往往具有较高的选择性。助催化剂优选含有选自Al、Ru、Os、In、Ga、Ta、Sn和Sb的金属。更优选含有选自Ga、In、Ru和Os的金属。
虽然助催化剂可来自各种来源(例如，催化剂可包括本来就含有助催化剂的载体)，但通常是将助催化剂加到贵金属表面(应当认识到，如果催化剂含有载体，那么，一般是将助催化剂加到贵金属表面、载体表面或贵金属和载体表面)。用于沉积助催化剂的方法一般是本技术领域已知的，并包括上文所述的用于将贵金属沉积于载体上的同样方法。在一个特别优选的实施方案中，通过在溶液中搅拌催化剂，将助催化剂的卤素化合物溶液用于沉积助催化剂。用于沉积助催化剂的合适的卤素化合物的实例包括：对于In，是InBr3；对于Ga，是GaBr3；对于Fe，是FeCl3·6H2O；对于Sn，是SnCl2·2H2O。实施例25用实验说明了使用含有助催化剂的卤素化合物溶液沉积助催化剂。
助催化剂的用量(不论助催化剂是与贵金属、沉积了贵金属的载体一起使用，还是与二者一起使用)可在很宽的范围变化，且部分取决于所用的助催化剂。助催化剂的重量百分比优选为至少约0.05％([助催化剂的质量/催化剂总质量]×100％)。在一个优选的实施方案中，通过将催化剂前体露置于过量的助催化剂使最大量的助催化剂沉积于催化剂表面，从而将助催化剂加入到催化剂中。
在本发明另一个优选的实施方案中，贵金属催化剂含有电化学活性分子物质(即，通过电子转移能被可逆氧化或还原的分子物质)。上述电化学活性分子物质优选位于贵金属表面(如果催化剂含有载体，上述电化学活性分子物质优选位于贵金属表面、载体表面或二者表面)。根据本发明，现已发现，尤其是在将催化剂用于将NMG氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸时，电化学活性分子物质的存在可以提高贵金属催化剂的选择性和/或转化率。在这种情况下，优选电化学活性分子物质是疏水的，并且其氧化电势(E1/2)至少为约0.3伏vs.SCE(饱和甘汞电极)。
电化学活性分子物质还可用于将N-异丙基N-(膦酰基甲基)甘氨酸氧化成N-(膦酰基甲基)甘氨酸。在这种情况下，特别优选催化剂含有负载于石墨碳载体上的贵金属和电化学活性分子物质。根据本发明，现已发现，在石墨碳或氧化活性炭载体存在下，电化学活性分子物质可提高贵金属催化剂对N-(膦酰基甲基)甘氨酸的选择性。
通常，适用的电化学活性分子物质的实例包括：三苯基甲烷；N-羟基邻苯二甲酰亚胺；氯化5，10，15，20-四(五氟苯基)-21H，23H-卟吩铁(III)(缩写“Fe(III)TPFPP氯化物”)；2，4，7-三氯芴；三芳基胺，例如，N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基联苯胺(有时称作“TPD”)和三(4-溴苯基)胺；2，2，6，6-四甲基哌啶N-氧化物(有时称作“TEMPO”)；氯化5，10，15，20-四苯基-21H，23H-卟吩铁(III)(有时称作“Fe(III)TPP氯化物”)；4，4’-二氟二苯甲酮；5，10，15，20-四苯基-21H，23H-卟吩镍(II)(有时称作“Ni(II)TPP”)和吩噻嗪。当贵金属催化剂用于催化氧化NMG形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸时，特别优选的电化学活性分子物质是三芳基胺、N-羟基邻苯二甲酰亚胺、TEMPO、Fe(III)TPP氯化物和Ni(II)TPP。在许多实施方案中，三芳基胺(特别是TPD)是最优选的电化学活性分子物质。例如，在反应温度大于约130℃时，最优选的电化学活性分子物质TPD。
电化学活性分子物质的氧化电势可查阅文献。在Encyclopedia of Electrochemi stry of the Elements(A.Bard and H.Lund编，MarcelDekker，New York，各卷的出版日期不同)汇编了大量电化学活性分子物质的氧化电势和可逆性(在本发明中用作参考)。例如，在Perichon，J.，Herlem，M.，Bobilliart，F.，和Thiebault，A.，Encyclopedia of Electrochemistry of the Elements，vol.11，p.163(A.Bard andH.lund编，Marcel Dekker，New York，NY1978)中公开了三苯甲烷的氧化电势。例如，查阅电化学活性分子物质的氧化电势的其它资料包括如下：
1.N-羟基邻苯二甲酰亚胺的氧化电势可查阅Masui，M.，Ueshima，T.Ozaki，s.，J.Chem.Soc.Chem.Commun.，479-80(1983)(本发明中引作参考)。
2.三芳基胺的氧化电势可查阅Dapperheld，S.，Steckhan，E.，Brinkhaus，K.，Chem Ber.，124，2557-67(1991)(本发明中引作参考)。三芳基胺的氧化电势的另一资料可参见Koene，B.E.，Loy，D.E.，和Thompson，M.E.，Chem Mater.，10，2235-50(1998)(本发明中引作参考)。
3.2，2，6，6-四甲基哌啶N-氧化物的氧化电势可查阅Semmelhack，M.，Chou，C.，和Cortes.D.，J.Am.Chem.Soc.，105，4492-4(1983)。
4.氯化5，10，15，20-四(五氟苯基)-21H，23H-卟吩铁(III)的氧化电势可查阅Dolphin，D.，Traylor，T.，和Xie，L.，Acc. Chem.Res.，30，251-9(1997)(本发明中引作参考)。
5.各种卟啉的氧化电势可查阅Fuhrhop，J.H.，PorDhyrins and Metalloporphyrins 593(K.Smith，编，Elsevier，New York，1975)(本发明中引作参考)。
6吩噻嗪的氧化电势可查阅D.Alagli，G.Bazan，M.Wrightonand R.Schrock，J.Am.Chem.Soc.，114，4150-58(1992)(本发明中引作参考)。
在将催化剂加入氧化反应混合物之前，可将电化学活性分子物质沉积到贵金属催化剂上。可采用本技术领域通常已知的各种方法进行上述沉积。例如，使用液相沉积法或气相沉积法，可将电化学活性分子物质吸附到催化剂上。实施例8描述了使用液相沉积法沉积电化学活性分子物质。
或者，可以将电化学活性分子物质与贵金属催化剂分开，将其直接加入到氧化反应混合物中。例如，正如实施例13所述，可将2，2，6，6-四甲基哌啶N-氧化物(“TEMPO”)加入到反应混合物中，而不用先将其沉积于贵金属催化剂上。不受任何特定理论的限制，我们相信，在所述实施方案中，在反应混合物中的电化学活性分子物质会沉积到贵金属催化剂上。
反应介质中N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物的初始浓度可以在很宽范围变化的。其浓度一般为约1-约80重量％([N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物质量/总反应物料质量]×100％)，更优选为约5-约50重量％，更优选为约20-约40重量％。
用于氧化反应的氧源可以是，例如，任何含氧气体或含溶解氧的液体。优选的氧源是含氧气体。本发明所称的“含氧气体”是指含有分子氧的任何气体混合物，所述气体混合物可任选含有一种或多种在反应条件下与氧、反应物和产物不反应的稀释剂。上述气体的实例包括空气、纯分子氧或被氦气、氩气、氖气、氮气或其它不含分子氧的气体稀释的分子氧。优选至少约20体积％的含氧气体是分子氧，更优选至少约50体积％的含氧气体是分子氧。
向反应混合物中导入氧的速率优选足以将溶解氧的浓度保持在一定水平。当反应温度在约125℃或以下时，氧的导入速率应足以保持溶解氧的浓度不大于约2.0ppm，同时又能以足够高的浓度维持所需的反应速率。
可以采用任何适用的方式将氧导入反应介质，使反应混合物中溶解氧的浓度保持在所需水平。如果使用含氧气体，优选以能使气体与反应溶液进行最大接触的方式将含氧气体导入到反应介质。例如，通过诸如玻璃熔块或金属玻璃料(优选其孔的最大尺寸不大于约20μm，更优选不大于约1μm)扩散器分散气体，同时摇动或搅拌反应器内容物以改善液气接触并增加氧的溶解，从而可实现上文所述的最大接触。虽然还有其它合适的导入氧的方法，但却不太优选，这些方法包括例如：(1)将氧导入反应器的顶部空间，然后通过叶轮产生的涡旋将其引吸入反应混合物中(这种方法有时称为“返混流操作”)；或(2)使氧通过填充了催化剂并有反应介质通过的管式反应器。
本发明发现，过量的含氧气泡(即，未溶解的氧)会降低反应的选择性。因此，优选使溶液中未溶解的氧的量最小，特别优选使与贵金属催化剂接触的未溶解的氧的量最小。实现该目的的一种方法是通过与溶液接触的膜导入氧。例如，Semmens，M.J.和Gantzer，C.J.在FEDVol.187，Aeration Technology，Book No.G00865，pp.51-8(R.E.A.Arndt and A.Prosperetti编，1994)中对使用膜进行无气泡气体输送进行了全面的讨论(在本发明中引作参考)。优选膜在反应条件下是稳定的(即，膜不分解)。
在一个特别优选的实施方案中，在带有旋转叶轮的搅拌槽式反应器中，将含氧气泡导入反应溶液上液面的下方，进行反应。为了避免(或至少降低)由含氧气泡导致的反应选择性下降，叶轮的速度优选不大于防止含氧气体导入溶液后含氧气泡直接上升至溶液表面所必需的速率。或者，可以将含氧气泡在离叶轮一定距离处导入溶液，以使基本上没有气泡进入叶轮通过的反应器区域，更优选使没有气泡进入叶轮通过的反应器区域。例如，可以在液体上液面的紧下方、远远高于叶轮处导入氧，从而使气泡能逸散到顶部空间内而不会在叶轮周围形成气/液湍流区。实施例27进一步描述了在反应溶液表面的紧下方将氧导入搅拌槽式反应器中。
通过将氧以不大于约10％体积的反应混合物由未溶解的氧组成的方式引入到反应混合物中，常常也可避免或减小未溶解的氧的副作用。在更优选的实施方案中，不大于约4％体积的反应混合物由未溶解的氧组成，最优选，不大于约1％体积的反应混合物由未溶解的氧组成。
通过采用如上所述的含有电化学活性分子物质的贵金属催化剂常常也可避免或减小在反应溶液中未溶解的氧的副作用。电化学活性分子物质的存在(特别是N，N′-双-(3-甲基苯基)-N，N′-二苯基联苯胺)已证明特别有利于NMG氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸。实施例27进一步阐述了采用N，N′-双-(3-甲基苯基)-N，N′-二苯基联苯胺减少未溶解氧的副作用的用途。
优选地，氧化反应在约50-约200℃进行。更优选，反应在约100-约190℃进行，仍更优选约125-约160℃进行。
氧化反应中反应器的压力部分取决于所用的温度。优选地，压力应足以防止反应混合物沸腾。如果含氧气体用作氧源，压力也优选应足以使氧以足够保持所需反应速率的速率溶解到反应混合物中。压力优选至少等于大气压。优选地，氧分压为约5-约500psig。更优选，当温度为约125-约160℃时，氧分压为约50-约200psig。
氧化反应可用多种间歇、半间歇或连续反应器体系进行。这种体系也可包括在至少部分N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物已从反应产物混合物中除去后，循环剩下的残余溶液。循环残余溶液使得任何未反应的N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物被利用，并增加反应产物混合物中任何未沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的回收。
在本发明连续体系的一个实施方案中，仅有部分残余溶液被循环，余下的被排出。该实施方案特别用于在残余溶液中存在杂质的反应物系。例如这种杂质可为N-取代的甘氨酸反应物膦酰基甲基化后中和强酸时形成的盐副产物。如果全部的残余溶液被循环回氧化反应区，则反应混合物中盐杂质的浓度随时间增加。最终，这种增加将导致污染N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物的盐沉淀的形成。为降低杂质增多的速率，可排出部分残余溶液(这种排出的部分有时称为“废溶液”)。剩余部分(有时称为“循环溶液”)被循环回到氧化反应段中。可通过例如加压残余溶液并使之与膜接触从而完成排出，所述膜选择性通过杂质以形成废溶液，同时保留N-取代的N-(膦酰甲基)甘氨酸反应物和未沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物以形成循环溶液，因为该膜选择性地通过杂质并保留N-取代的N-(膦酰甲基)甘氨酸反应物和未沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，所以废溶液(也称为“渗透物”)较之循环溶液含有更高浓度的杂质和更低浓度的N-取代的N-(膦酰甲基)甘氨酸反应物和未沉淀的N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物。优选该膜的分子量截止值(cutoff)低于约1,000道尔顿，且在反应条件下是机械稳定的。合适的市售膜的例子包括从LCI公司(Charlotte，NC)购得的SelRO膜、MPF-34和MPF-36。该实施方案在实施例30中进一步描述。
在本发明的另一实施方案中，在得到N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物的完全转化之前，停止氧化反应。已经发现，根据本发明催化剂的活性和选择性在氧化反应接近完成时往往降低。但是，还发现因为许多N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物(包括NMG和N-异丙基N-(膦酰基甲基)甘氨酸)比N-(膦酰基甲基)甘氨酸本身(或其盐或其酯)更易溶解，因此在完成氧化反应之前除去N-(膦酰基甲基)甘氨酸、N-(膦酰基甲基)甘氨酸的盐或N-(膦酰基甲基)甘氨酸的酯，从而可克服催化剂的活性和选择性的降低。这可通过例如在没有完全转化之前，除去催化剂(例如通过过滤)，蒸发反应混合物中的部分水，并冷却反应混合物而实现。蒸发和冷却步骤沉淀了溶液中的许多N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物，从而使N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物从反应溶液中除去。含未反应的N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸的残余溶液然后循环回氧化反应器中。
优选地，当约20-约95％N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸已被消耗时，N-(膦酰基甲基)甘氨酸被沉淀并除去。更优选地，当约50-约90％N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸被消耗时，进一步更优选，当约50-约80％N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸被消耗时，最优选当约50-约70％N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸被消耗时，N-(膦酰基甲基)甘氨酸被沉淀并除去。较低的转化产生了不希望的高循环速率，而较高的转化(如上所述)与差的催化剂活性和降低的选择性相联系。
采用该实施方案的合适的反应物系由图2所示。其中，为了说明，N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物为NMG。NMG的水溶液与多相贵金属催化剂混合并在氧的存在下，在氧化反应器1中被加热直至得到所需的向N-(膦酰基甲基)甘氨酸的转化率(如上所述)。当得到所需的转化时，通过例如过滤或离心除去催化剂，滤液在蒸发器2中部分蒸发以沉淀至少部分N-(膦酰基甲基)甘氨酸产物。然后，N-(膦酰基甲基)甘氨酸沉淀从滤液中分离，例如在离心机3中离心以回收N-(膦酰基甲基)甘氨酸并形成第二滤液，所述第二滤液然后再次在氧存在下，在氧化反应器1中与贵金属催化剂混合以继续仍残留在第二滤液中NMG的氧化反应。在连续方法中，优选仅有部分滤液被送回到氧化反应器中，残余的部分从体系中排出以保持反应物系的纯度。
制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的特别有用的方法包括循环具有仲烷基作为其取代基的N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物被氧化时作为副产物产生的酮，
Figure C200410047636D00351
其中优选R1和R2独立地选自烃基和除-CO2R15之外的取代烃基；R3、R4、R5、R7、R8、R9和R15独立地选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。在该实施方案中，酮副产物用作原料以进一步合成N-取代的甘氨酸反应物，其又可以膦酰基甲基化，然后氧化形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐。大量众所周知的采用酮作为原料的N-取代的甘氨酸合成路径可用于该目的。一般而言，通过还原烷基化或还原胺化(本领域众所周知的反应)，将酮与胺偶合。通常参见A.Streitwieser，Jr.和C.H.Heathcock，Introduction to Organic Chemistry，748(Macmillan，纽约，NY，第2版，1981)(在此引作参考)。
在本发明优选的实施方案中，酮用作原料经贵金属催化剂，优选铂或钯，通过甘氨酸的还原烷基化反应形成相应的N-取代的甘氨酸反应物：
Figure C200410047636D00352
其中优选R1和R2独立地选自烃基和除-CO2R15之外的取代烃基，R15选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。例如在Sartori等，美国专利4,525,294(在此引作参考)中描述了该反应。
在本发明特别优选的实施方案中，在含金属的催化剂的存在下，酮与H2和氨反应以形成伯胺。通过任何本领域已知的方法可将伯胺转化为N-取代的甘氨酸。许多这些方法描述在Dyker，G.Angewandte Chimie Int’1 Ed.in English，36卷，16期，1700-2(1997)(在此引作参考)。两种特别有用的方法是：(1)Strecker反应(如上所述)，其中伯胺与CH2O和HCN水溶液反应，然后水解；以及(2)Wakamatsu反应，其中胺首先转化为相应的酰胺，然后经钴或钯催化剂与CH2O和CO反应，进而水解。
在本发明特别优选的实施方案中，经固体的含金属催化剂，酮与单乙醇胺和H2反应形成N-取代的单乙醇胺，经固体含铜催化剂，所述单乙醇胺可通过与强碱(优选NaOH)混合而转化为相应的N-取代的甘氨酸盐：
Figure C200410047636D00361
其中优选R1和R2独立地选自烃基和除-CO2R15之外的取代烃基，R15选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。对于第一步，实施例28(下述)阐明了这种经含金属催化剂，单乙醇胺与酮和H2的还原烷基化反应。采用乙醇作为溶剂，该反应已显示具有高选择性。参见Cope，A.C.和Hancock，E.M.，J.Am.Chem.Soc.，64，1503-6(1942)(在此引作参考)。实施例28显示该反应也可用含Pt或Pd的催化剂，在基本上没有乙醇或任何其它非活性溶剂的条件下进行(即反应混合物基本上不含非活性溶剂，更优选不含非活性溶剂)。对于上述反应的第二步，醇的铜催化脱氢形成相应的羧酸盐是本领域已知的，并由Franczyk在美国专利5,292,936描述(在此引作参考)。其另外由Franczyk在美国专利5,367,112描述(在此引作参考)。其还由Ebner等在美国专利5,627,125描述(在此引作参考)。
无论使用什么样的路径从酮副产物合成N-取代的甘氨酸反应物，N-取代的甘氨酸反应物都可根据关于膦酰基甲基化N-取代的甘氨酸反应物较早的讨论，膦酰基甲基化以形成相应的N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物。
应当注意，本发明的方法能在其它化学物质的存在下，氧化N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸反应物，所述化学物质可在先前已知的N-(膦酰基甲基)甘氨酸制备方法期间产生。例如，这些方法能在磷酸和/或膦酰基甲基化物质(PMIDA碳催化氧化的产物)存在下氧化NMG，如氨基甲基膦酸(“AMPA”)、甲基氨基甲基膦酸(“MAMPA”)和N-(膦酰基甲基)甘氨酸。
定义
应使用下列定义，除非另有说明：
术语“烃基”指仅由碳和氢组成的基团。烃基可为支化或非支化的，饱和或不饱和，并可含有一个或多个环。合适的烃基部分包括烷基、链烯基、链炔基和芳基部分。它们也包括被其它脂族或环烃基取代的烷基、链烯基、链炔基和芳基部分，如烷基芳基、链烯基芳基和链炔基芳基。
术语“取代烃基”指其中至少一个氢原子已经被除氢外的原子或原子团取代的烃基。例如，氢原子可被卤素原子，如氯或氟原子取代.氢原子也可被氧原子取代形成例如羟基、醚、酯、酸酐、醛、酮或羧酸。氢原子也可被氮原子取代形成例如酰胺或硝基官能团，尽管优选避免被氮取代形成胺或腈官能团。另外，氢原子可被硫原子取代形成例如-SO3H，尽管优选避免被硫取代形成硫醇(或酚)。
术语“农艺上可接受的阳离子”是指使N-(膦酰基甲基)甘氨酸阴离子具有农业和经济上有用的除草活性的阳离子。农艺上可接受的阳离子可为，例如碱金属阳离子(如Na离子)、铵离子、异丙基铵离子、四烷基铵离子、三烷基锍离子、质子化伯胺、质子化仲胺或质子化叔胺。
实施例
为了进一步阐明和解释本发明，给出下列的一些实施例。
概述
采用离子交换分离的高压液相色谱(“HPLC”)分析在下列实施例中讨论的反应过程中形成的产物。柱后反应形成钼磷酸盐复合物之后，用紫外/可见检测测定分析样。该方法可分辨NMG、草甘膦和磷酸，但不能分辨AMPA和MAMPA，因为它们是一起洗脱的。尽管如此，因为AMPA和MAMPA具有相同的响应因子(以摩尔为基础)，所以可以可靠的测定AMPA和MAMPA的总浓度。在下列实施例中以(M)AMPA记录该值。
实施例1
该实施例阐明典型的NMG合成。
混合约89.09g肌氨酸(1.00mol)、82.0g亚磷酸(1.0mol)和110g浓盐酸，并在130℃油浴中回流。然后，经20分钟滴加89.3g37％福尔马林(1.1mol)，反应再进行85分钟。此时，NMR显示了下列产物分布(以摩尔为基础)：89.9％NMG、2.1％亚磷酸、1.9％磷酸、0.4％羟甲基亚磷酸和5.7％未知产物(NMR：三重峰，8.59ppm)。冷却至室温后，加入40g NaOH，再加入250g水。这形成了白色沉淀，其随后经过滤回收并用HPLC分析。以所用的肌氨酸和亚磷酸的量为基础计，回收的NMG总产率为70.5％。
其它N-烷基草甘膦也可以类似方式制备。
实施例2
该实施例阐明用Pt催化剂和氧，使NMG转化为草甘膦。
约10.0g NMG、140g水和1g铂黑(Aldrich ChemicalCo.，Inc.，Milwaukee，WI)混合在装有水冷却的回流冷凝器的圆底烧瓶中，该圆底烧瓶浸渍在150℃油浴中。鼓入氧4小时同时搅拌该溶液。结束时，HPLC分析显示了下列产物分布(以摩尔为基础)：86.4％草甘膦、8.7％NMG、2.2％(M)AMPA和2.7％磷酸。冷却到室温后，从溶液中沉淀出草甘膦。
在第二个实验中，10.0gNMG、2.0g铂黑和使混合物的总体积为200ml的足量的水的混合物，在80℃搅拌2.7小时，同时在1atm向混合物中鼓入氧。反应混合物的分析指出了下列的产物分布(以摩尔为基础)：85.4％草甘膦、8.1％磷酸和6.5％未知组分。未检测到NMG。
实施例3
该实施例阐明了用Pt催化剂和氧，使N-异丙基草甘膦转化为草甘膦。约1.0g N-异丙基草甘膦、10g水和0.3g铂黑(Aldrich ChemicalCo.，Inc.，Milwaukee，WI)混合在圆底烧瓶中(装有水冷却的回流冷凝器)，并浸渍在80℃油浴中。将氧气流引入到溶液表面18小时，同时搅拌溶液。结束时，31P NMR显示了下列产物分布(以摩尔为基础)：91％草甘膦、1％氨基膦酸、6％磷酸和2％未知产物(15.0ppm)。冷却到室温，从溶液中沉淀出草甘膦。
实施例4
在实施例3描述的相同条件下，用多种N-烷基草甘膦制备草甘膦.换而言之，在下式中变化的唯一参数是R’：
Figure C200410047636D00391
表1显示了所用的烷基(即R’)以及转化率和草甘膦的选择性。
表1
用多种N-烷基草甘膦制备草甘膦
 
烷基 转化率(％) 草甘膦选择性(％)
甲基 91 95
异丙基 79 98
异丙基 100 91
正戊基 62 82
苄基 81 89
环己基 66 11
实施例5
该实施例阐明用未负载的铂和分散在非碳载体上的各种铂催化剂，使NMG转化成草甘膦。
将约1.0g NMG、10g水和2.0g 5％在硫酸钡上的铂混合在圆底烧瓶中(装有水冷却的回流冷凝器)，并浸渍在95℃油浴中。将氧气鼓入反应23小时，同时搅拌溶液。结束时，HPLC分析显示了下列产物分布(以摩尔为基础)：78.2％草甘膦、2.4％NMG、9.4％(M)AMPA和10.0％磷酸。冷却到室温，从溶液中沉淀草甘膦。
在另一个实验中，在磁搅拌的，装有回流冷凝器的圆底烧瓶中，加热回流含1g NMG、20ml水和含有5mg铂金属的足量催化剂的混合物，得到表2中的数据。用针鼓入氧5小时。然后过滤除去催化剂，滤液用HPLC分析。
如表2所示，测定的两种催化剂为铂黑催化剂。Engelhard V2001(Engelhard Corp.，Iselin，NJ)催化剂比Aldrich铂黑催化剂(Aldrich Chemical Co.，Inc.，Milwaukee，WI)表面积小得多。如表2中的结果所示，Engelhard V2001催化剂具有较低的选择性和转化率，即使与Aldrich催化剂(即5mg)相比，使用30倍的Engelhard催化剂(即150mg)。
表2
在NMG氧化期间采用未负载的和负载的Pt
 
催化剂 转化率(％) 草甘膦选择性(％) (M)AMPA选择性(％)  H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>选择性(％)      
铂黑(Aldrich) 14.7 85.3 3.0 11.7
铂黑(Engelhard V2001)(150mg) 2.7 70.0 17.9 12.1
5％Pt/SnO<sub>2</sub> 18.0 88.7 2.6 8.7
5％Pt/Zr O<sub>2</sub> 13.9 89.5 7.3 3.2
5％Pt/BaSO<sub>4</sub> 31.2 92.2 2.8 5.1
5％Pt/BaSO<sub>4</sub>(不同的催化剂) 34.0 88.6 2.8 8.7
5％Pt/Ti O<sub>2</sub> 47.4 91.9 1.7 6.4
5％Pt/Si O<sub>2</sub> 23.7 88.9 2.3 8.8
进行第三个实验，其阐明氧化铝和硅氧烷(Deloxan，DegussaCorp.，Ridgefield Park，NJ)可用作金属催化剂的载体。用1g NMG、10ml水和等价于0.1g铂金属的足量催化剂，在95℃和1atm下过夜进行下列实验。在50sccm(即标准cm3/分钟)用针引入氧。过滤得到的溶液并用HPLC分析。用电感偶合等离子体/质谱分析溶解的铂浓度。结果如表3所示。
表3
在NMG氧化期间采用未负载的和负载的Pt
 
催化剂 转化率(％)   草甘膦选择性(％) (M)AMPA选择性(％)  H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>选择性(％)
铂黑(Aldrich) 98.5 85.7 6.1 8.2
铂黑(EngelhardS 3005) 76 82.3 11.5 6.1
5％Pt/SiO<sub>2</sub> 82.7 79.1 11.1 9.8
5％Pt/Si O<sub>2</sub>(不同的催化剂) 96.7 83.6 10.6 5.9
5％Pt/BaSO<sub>4</sub> 97.6 80.1 9.6 10.2
5％Pt/Ti O<sub>2</sub> 61.3 83.5 12.2 4.2
3％Pt/硅氧烷 52.4 52.8 39.2 8.0
5％Pt/硅氧烷 57.7 70.9 26.5 2.6
5％Pt/氧化铝 33.8 46.7 44.4 8.9
5％Pt/氧化铝(不同的催化剂) 48.5 37.9 50.1 5.8
5％Pt/氧化铝(不同的催化剂) 55.2 44.4 51.6 4.0
实施例6
该实施例阐明采用钯代替铂作为催化剂将NMG氧化至草甘膦。
在水冷却的回流冷凝器下，将含3.0g NMG、0.3g钯黑和57g水的溶液在空气中回流一个周末。NMR分析指出下列产物分布(以摩尔为基础)：97.2％NMG、2.8％草甘膦和0.05％磷酸。
实施例7
本实施例比较了采用含非石墨碳的催化剂，中度含石墨碳的催化剂以及含石墨碳的催化剂的转化率和选择性。该实施例表明含石墨碳的催化剂对于NMG氧化中的草甘膦往往具有更好选择性。
三种不同的含分散在市售碳载体上的铂催化剂分别用于氧化NMG：
1.5％Pt/F106碳(乙醇洗涤的)。F106碳和Pt/F106碳可从Degussa Corp.(Ridgefield Park，NJ)购得。F106碳不是石墨的。
2.3％Pt/Sibunit碳。按Surovikin等在美国专利4,978,649(在此引作参考)描述的方法制备Sibunit碳，并可从Boreskov Instituteof Catalysis(Novosibirsk，Russia)(可以是负载在Sibunit碳上的铂催化剂)购得。该碳为中度石墨的(即比F106碳具有更多的石墨，比Vulcan SC-72R碳具有较少的石墨)。通过将碳浸渍在铂盐中，然后用硼氢化钠还原来制备此处所用的特定催化剂。将铂负载在碳载体上的常用制备方法是本领域已知的，并描述在例如，Stiles，A.B.，Catalyst Supports and Supported Catalysts，Theoretical and ApDlied Concepts(Butterworths，Boston，MA1987)。关于负载在碳载体上的Pt的常用制备方法的另一讨论在R.L.MossExperimental Methods in Catalytic Research，第2卷，第2章，43-94页(R.B.Anderson & P.T.Dawson编，Academic Press，纽约，NY 1976)(在此引入参考)中。
3.20％ Pt/Vulcan LX-72R碳。该催化剂含有石墨碳。其由Johnson-Matthey制备并可从Alfa/Aesar(Ward Hill，MA)购买。
在NMG氧化期间，约100mg催化剂(除非另有指出)、10ml水和1gNMG回流5小时，同时经针鼓入氧。然后过滤反应混合物并用HPLC分析。表4显示了结果。
表4
在NMG氧化期间使用含石墨碳载体
 
催化剂 转化率(％)   草甘膦选择性(％) (M)AMPA选择性(％)  H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>选择性(％)  
5％Pt/F106碳；乙醇洗涤的(50mg) 98.9 62.2 29.0 8.7
3％Pt/Sibunit碳 53.7 73.7 18.1 8.2
20％Pt/Vulcan XC-72R碳 53.6 83.5 10.4 6.1
实施例8
该实施例显示了用含贵金属和电化学活性物质的催化剂得到的选择性。在该实施例中，所有沉积在铂黑上的电化学活性分子物质通过电子转移进行氧化和还原反应。因此，在此处例举通过电化学活性分子物质及其氧化前体处理铂黑。
为制备各种有机处理的催化剂(即那些含N-羟基邻苯二甲酰亚胺、三(4-溴苯基)胺、TEMPO、三苯基甲烷，或4，4’-二氟二苯甲酮的催化剂)，将0.5g铂黑(Aldrich Chemical Co.，Inc.，Milwaukee，WI)加入到在50ml无水乙腈中的25mg电化学活性分子物质的溶液中。该混合物在锥形瓶中封装四天(除了4，4’-二氟二苯甲酮催化剂仅处于溶液中一天)。随后，过滤回收催化剂，用乙腈和二乙醚清洗，并在空气中干燥过夜。
采用0.3g Pt黑和30ml在乙腈/1％CH2Cl2溶液中的含834.5ppm2，4，7-三氯芴溶液(用于促进电化学活性分子物质的溶解)制备2，4，7-三氯芴催化剂，所述乙腈/CH2Cl2溶液在室温下蒸发。随后催化剂用乙醇洗涤并空气干燥。
将0.50g Pt黑、50ml四氢呋喃和25或100mg无机电化学活性分子物质混合，并在室温下，密闭的125ml锥形瓶中搅拌过夜而制备各种无机处理的催化剂。过滤回收催化剂，用二乙醚洗涤，并在空气中干燥过夜。所用的无机物质，均购自Aldrich Chemical，(Milwaukee，WI)，为：
1.5，10，15，20-四(五氟苯基)-21H，23H-卟吩铁(III)氯化物(在表5中缩写为“Fe(III)TPFPP氯化物”)。约25mg用于制备该催化剂。
2.5，10，15，20-四苯基-21H，23H-卟吩铁(III)氯化物(在表5中缩写为“Fe(III)TPP氯化物”)。约25mg用于制备该催化剂。
3.5，10，15，20-四苯基-21H，23H-卟吩镍(II)(在表5中缩写为“Ni(II)TPP”)。约25mg用于制备该催化剂。
4.三(2，2’-联吡啶)二氯化钌(在表5中缩写为“[Ru(bpy)3]Cl2”)。约100mg用于制备该催化剂。
5.二茂铁。约100mg用于制备该催化剂。
在磁搅拌的，装有回流冷凝器的圆底烧瓶中，加热回流含1gNMG、20ml水和含50mg铂金属的催化剂的混合物进行各氧化反应。用针将氧鼓入混合物5小时。然后过滤除去催化剂，且滤液用HPLC进行分析。
表5显示了结果。在表5中报导了电化学活性分子物质的可得到的氧化电位(E1/2)的文献数据。该实施例显示了在水中相对可溶的电化学活性分子物质(例如二茂铁和[Ru(bpy)3]Cl2)对于增高草甘膦选择性往往效率较低。疏水性电化学活性分子物质往往增加催化剂的选择性。氧化电位比约+0.3V vs SCE更负的电化学活性分子物质易于降低转化率。因此，优选的用于增加NMG氧化的选择性和转化率的电化学活性分子物质可为有机的或无机的，但优选疏水的，且氧化电位比约0.3Vvs.SCE正。
表5
在NMG氧化期间使用电化学活性分子物质
 
毒物 E<sub>1/2</sub>V vs SCE 转化率(％) 草甘膦选择性(％) (M)AMPA选择性(％)  H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>选择性(％)
无 --- 45.7 83.1 9.0 7.95
2，4，7-三氯芴 - 52.9 93.5 2.5 4.0
N-羟基邻苯二甲酰亚胺 +1.44 56.3 93.2 2.4 4.4
三(4-溴苯基)胺 +1.05 35.3 93.5 2.5 4.0
TEMPO +0.6 71.2 92.9 2.4 4.6
三苯基甲烷 +0.27 22.1 93.4 ～0 6.6
4，4’-二氟二苯甲酮 - 8.6 91.4 ～0 10.9
Fe(III)TPFPP氯化物 +0.07 22.9 89.7 4.0 6.3
Fe(III)TPP氯化物 +1.11 69.3 91.1 2.6 6.3
Ni(II)TPP +1.15 53.8 90.3 2.9 6.8
[Ru(bpy)<sub>3</sub>]Cl<sub>2</sub> +1.32 37.9 68.9 12.1 19.1
二茂铁 +0.307 70.8 82.6 6.0 11.4
实施例9
该实施例阐明了电化学活性分子物质对于用市购的20％铂在Vulcan XC-72R碳上的催化剂(由Johnson-Matthey制备并可从Alfa/Aesar(Ward Hill，MA)购得)的N-异丙基草甘膦的铂催化氧化的作用。该市售催化剂与含N-羟基邻苯二甲酰亚胺的催化剂和含三苯基甲烷的催化剂相比较。
按先前的实施例所描述的方法(约1g N-异丙基草甘膦代替NMG)将这些催化剂用于氧化N-异丙基草甘膦。电化学活性分子物质提高了用于该反应的在碳上的铂催化剂的选择性。具有较小氧化电位的改性剂(三苯基甲烷)比具有较高氧化电位的改性剂(N-羟基邻苯二甲酰亚胺)更有效。在其表面具有铂的石墨载体在N-异丙基草甘膦氧化期间比其在NMG氧化期间在抑制不希望的副反应方面效率更低(参见实施例7)。
表6
在N-异丙基草甘膦氧化期间使用电化学活性分子物质
 
催化剂 E<sub>1/2</sub>Vvs　SCE 转化率(％)   草甘膦选择性(％) (M)AMPA选择性(％)  H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>选择性(％)
铂黑 --- 77.0 79.8 8.9 11.3
20％Pt/VulcanXC-72R碳(用25mg) +0.07 81.9 20.5 72.1 7.4
20％Pt/用N-羟基邻苯二甲酰亚胺处理的Vulcan，负载量35.3mg/g(用26mg)   +1.44 41.2 31.6 62.1 6.2
20％Pt/用三苯基甲烷处理的Vulcan，负载量305mg/g(用32.6mg)   +0.27 60.2 50.1 25.4 24.5
实施例10
该实施例表明通过使溶解的氧浓度降至最小可提高选择性和转化率。
在300mg316不锈钢高压釜反应器中，在145g去离子水中混合4.4g NMG和1g铂黑。反应混合物在60psig加热到70℃，将氮/氧混合物鼓入混合物中，同时剧烈搅拌混合物4小时。用Orbisphere溶解氧探针测定溶解的氧浓度，校正至在70℃/60psig空气饱和时，读数为26.4ppm O2，并变化N2/O2混合物来控制。用保持在2-3ppm和10ppm的溶解的O2浓度进行两次实验。在2小时和4小时反应混合物的HPLC的分析数据如表7所示。
表7
在NMG氧化期间使溶解的氧浓度降至最低
 
溶解的氧浓度(ppm)        时间(小时)     转化率(％)   草甘膦选择性(％) (M)AMPA选择性(％)  H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>选择性(％)
2.75 2 66％ 75.96 5.48 18.56
2.75 4 82％ 76.16 5.95 17.89
10.4 2 60％ 70.70 14.97 14.33
10.2 4 76％ 69.83 16.21 13.97
实施例11
该实施例阐明了铂催化氧化N-取代的草甘膦，其中N-取代的基团含有除碳或氢之外的原子。具体地讲，该实施例描述了草甘二膦(-HO2CCH2N(CH2PO3H2)2)和N-羟乙基草甘膦的氧化，其可通过在热和强酸存在下，甘氨酸和N-羟乙基甘氨酸分别与CH2O和H3PO3亚磷酸反应而制备。通常膦酰甲基化反应描述在例如Redmore，D.，Topics in Phosphorous Chemistry，第8卷，515-85(E.G.Griffith&M.Grayson编，John Wiley & Sons 1976)(在此引作参考)。通常膦酰甲基化反应也描述在例如，Mastalerz，P.，《有机磷化学手册》，277-375(Robert Engel ed.，Marcel Dekker 1992)名为“α-取代的膦酸酯(或盐)”一章中(在此引作参考)。
将约1g基质、20ml水和50mg铂黑混合在圆底烧瓶中。按实施例8NMG氧化所用的相同步骤进行氧化反应。经31P NMR分析产物分布。
约74.9％的草甘二膦被氧化，草甘膦的选择性为50.2％。其它的主要产物为双(膦酰甲基)胺(-HN(CH2PO3H2)2)，其占氧化的草甘二膦的39.1％。也检测出少量的AMPA和未鉴定的产物。使用实施例8中所述的三(4-溴苯基)胺处理的铂黑催化剂使转化率增至86.8％，但并没有改变选择性。
约46.7％N-羟基乙基草甘膦被氧化。产物分布(以摩尔为基础)为61.2％草甘膦、22.4％N-羟乙基-氨基甲基膦酸和16.3％磷酸。
实施例12
该实施例阐述了在125℃用铂黑进行的NMG氧化反应得到的速率和选择性。此处经七次循环后也没有检测到催化剂的失活。
300ml玻璃耐压瓶装有热电偶和两个多孔过滤器。一个过滤器位于瓶底中心上方约半英寸处，用于气体分散。第二个过滤器位于离瓶底约一英寸处，但不是中心用于排出液体。还设置了引至回压调节阀(用于保持压力在50psig)的气体排出管路。将约60gNMG、3g购自AldrichChemical(Milwaukee，WI)的铂黑和180ml水一起放入容器中。该瓶浸入油浴中，在慢的氮气流下进行磁力搅拌(用搅拌棒)并加热直至内部温度达到125℃，得到均相溶液。然后向反应混合物中分别以1.5和0.5slpm(即，标准升/分钟)鼓入氧气和氮气30分钟。用1slpm的流速的氧气和氮气再连续进行反应30分钟。然后用1.5slpm流速的氮气和0.5slpm流速的氧气再连续进行反应30分钟。继续搅拌且混合物在整个90分钟期间保持均相。然后建立缓慢的氮气流以保持压力.通过液体排出多孔过滤器排出瓶中的内容物，剩下催化剂在瓶中。将约100ml水经过滤器板(frit)注入然后排出以除去反应中的残余物。然后冷却该瓶。这种循环重复6次，每次使用60gNMG和180ml水。结果如表8所示。
第一个周期后，由电感偶合等离子体质谱分析进行测定，最后溶液中铂的浓度为0.3～1.1ppm。尽管在第一个周期中较大量的铂滤至溶液中(即溶解的铂浓度为4.2ppm)，相信大部分损失的铂主要是在铂黑表面上未还原的铂。
表8
经Pt黑在125℃重复氧化NMG
 
运转次数 转化率(％) 草甘膦选择性(％) (M)AMPA选择性(％) H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>选择性(％)
1 89.8 82.4 5.6 12.0
2 80.9 87.1 3.6 9.2
3 84.7 79.0 8.5 12.5
4 66.7 83.4 5.6 11.0
5 79.1 81.8 7.6 10.6
6 75.6 79.5 7.3 13.2
7 78.1 79.4 9.0 11.6
实施例13
该实施例显示了采用低的氧气输送速率、中等的转化率和电化学活性分子物质(即2，2，6，6-四甲基哌啶N-氧化物)氧化N-取代的草甘膦而得到的选择性、转化率和贵金属损失。将电化学活性物质直接加入到反应混合物中，从而未用电化学活性分子物质预处理催化剂。
将约60g NMG、180ml水、3g铂黑(Aldrich Chemical，Milwaukee，WI)和40mgTEMPO(溶解在1ml乙腈中)混合在实施例12所述的压力反应器中。混合物加热到125℃同时在50psig氮气氛下搅拌，形成均相混合物。氮/氧混合物(75体积％氮气，25体积％氧气)以1slpm的流速鼓入混合物中90分钟，同时压力保持在50psig。然后反应混合物经多孔过滤器排出，留下催化剂。然后将另60gNMG、180ml水和40mgTEMPO(在1ml乙腈中)加入到烧瓶中，重复循环。总共进行四次循环。在所有的情况下，(M)AMPA浓度低于可以定量的限度，尽管检测到痕量。仅有的检测到的可以计量的副产物为磷酸。四次循环的每次结束时的转化率和选择性如表9所示。
如实施例12所示，在每次运转结束时通过电感偶合等离子体质谱测定溶解的铂浓度。这种溶解的铂浓度在循环2、3和4中低于0.1ppm。这低于实施例12所观察到的滤沥。如实施例12，在第一次循环中较大量的铂滤至溶液中(即溶解的铂浓度为8.3ppm)，尽管还是相信大部分损失的铂主要是在铂黑表面上未还原的铂。
表9
在TEMPO存在下125℃进行90分钟NMG的氧化
 
循环次数 转化率(％) 苹甘膦选择性(％) H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>选择性(％)
32.6 98.3 1.7
2 38.0 98.1 1.9
3 43.3 98.1 1.9
4 46.2 97.3 2.7
实施例14
该实施例显示了NMG经肌氨酸酰胺(如N-乙酰基和N-丙酰基肌氨酸或肌氨酸酐)而不是肌氨酸本身的直接膦酰甲基化而制备时得到的选择性。
混合约20.0g N-乙酰基肌氨酸(152.5mmol)、12.5g亚磷酸(152.4mmol)和37.6g浓盐酸，并在120℃油浴中回流。经20分钟滴加约13.6g37％的富尔马林(167.6mmol)。继续进行反应19小时。HPLC分析显示以所进料的摩尔计，NMG产率为99％。
在相同条件下，采用11.3g亚磷酸(137.8mmol)、10.0g浓盐酸和12.3g 37％富尔马林(152.1mmol)，使20.0g N-丙酰基肌氨酸(137.8mmol)转化为NMG。HPLC分析显示以所进料的N-丙酰基肌氨酸摩尔数计，NMG产率为96.6％。
也在相同条件下，采用2.38g亚磷酸(29.02mmol)、5.7g浓盐酸和2.6g 37％富尔马林(32.02mmol)，使2.06g肌氨酸酐(14.50mmol)转化为NMG。HPLC分析显示以所进料的肌氨酸酐摩尔数计，NMG产率为97.2％。
在另一实验中，2.0g N-乙酰基肌氨酸(15.3mmol)和1.25g亚磷酸(15.3mmol)与3.1g浓硫酸和1.7g水混合，然后在120℃油浴中回流。经20分钟滴加约1.4g37％富尔马林(16.7mmol)。反应继续进行18小时。31P NMR分析显示以所进料的N-乙酰基肌氨酸摩尔数计，NMG产率为98％。
实施例15
该实施例显示了在非常类似于实施例12的条件下进行NMG的氧化，除了在反应混合物中存在低于化学计量量的碱。
约60g NMG、9.6g 28-30％氢氧化铵(0.25当量)和170ml水混合在实施例12所述的装置中，并在125℃内部温度搅拌1小时，同时在50psig压力下向混合物中鼓入0.75slpm纯氧气。反应混合物的HPLC分析表明23.5％的NMG被氧化，对草甘膦的选择性为65.7％。(M)AMPA和H3PO4的选择性分别为21.1％和13.2％。
如结果所示，尽管转化率和选择性低于那些在不存在碱时得到的转化率和选择性，但仍进行了NMG氧化反应。
实施例16
该实施例显示在草甘膦和类似的化合物存在下，NMG可选择性地氧化为草甘膦。1克铂黑与300g含约6％NMG和较低量的草甘膦、AMPA、MAMPA、甲醛、甲酸及氯化钠的溶液混合。混合物加热到150℃保持4小时，同时在70psig压力下向反应器中通入氧气。反应结束时，NMR和HPLC分析显示大多数的NMG已转化为草甘膦。
实施例17
该实施例显示了在300ml装有用于引入气体和排出液体的过滤器板的搅拌高压釜反应器中，Pt用量对NMG氧化反应的影响。液体排出过滤器板位于搅拌器的下方，气体引入过滤器板位于搅拌器上方一侧。
约160g含水NMG悬浮液(25重量％NMG)与不同量的铂黑(AldrichChemical，Milwaukee，WI)混合。关闭反应器，用N2加压到85psig，并加热到150℃，同时以1000rpm搅拌。当温度稳定后，气体切换到400sccm的氧气和氮气的25/75混合气(以摩尔为基础)。继续反应约80分钟。
表10显示了结果。选择性仅微弱地取决于催化剂负载量，除了在最低负载量时，选择性降低了。转化率随催化剂负载量增加而增加，但变化不太急剧。
表10
在150℃负载量对用铂黑氧化25％NMG的影响
Figure C200410047636D00511
实施例18
该实施例描述了PCl3与肌氨酸钠水溶液之间的反应形成H3PO3、HCl、肌氨酸和沉淀的NaCl。也显示了通过过滤几乎定量的除去NaCl。
将约200.5g肌氨酸和90.03gNaOH(即各2.25mol)与209.4g水混合以制备500ml 50重量％的肌氨酸钠溶液。在玻璃容器中机械搅拌该溶液同时向溶液中低于溶液表面处经61分钟连续泵入324.7g PCl3。加入PCl3完成后，混合物的温度为109℃。在加入期间氯化钠结晶。加入PCl3结束后用两个玻璃烧结布氏漏斗立即过滤混合物，盐饼在过滤器上吸干而无需清洗。
滤饼含有6.8重量％H3PO3和等摩尔数的肌氨酸。通过将样品溶解在水中并用硝酸银滴定来测定滤饼中氯化物的含量。该分析表明滤饼有85重量％NaCl，对应于NaCl的干重量为133.2g(2.28mol)。从而，在反应中形成的几乎所有的NaCl通过过滤而除去。
实施例19
该实施例显示采用负载在碳上的Pt催化剂，该催化剂通过将Pt沉积在已进行剧烈氧化的活性碳上而制备。该实施例也显示了用多种金属卤化物处理该催化剂得到的结果。
将约15-20g KB-FF碳(Norit Americas Inc.，Atlanta，GA)放置在500ml锥形瓶中。该碳慢慢用30％H2O2湿润。产生少量的热。加入更多30％H2O2直至悬浮液的体积约为150ml。然后H2O2溶液在电热板上沸腾约2小时。随后关闭电热板，使碳在H2O2溶液中放置过夜。第二天用烧结玻璃过滤该碳，用去离子水清洗，并在100℃真空烘箱中干燥。
将约4.6g碳放置在锥形瓶中，加入去离子水以产生至少30:1(水比碳)的碳的稀释液。用KOH水溶液调节pH至6.5。在另一个烧杯中，将约2.335g H2PtCl6溶解在160ml水中，且用45％KOH水溶液调节pH至11。经5小时，将Pt溶液以10-20ml等分部分慢慢加入到搅拌的碳中。pH用45wt％KOH周期性地调节至8-8.5。搅拌混合物过夜。在早晨将pH调至10.3，继续搅拌2小时同时用45％KOH使pH保持在10.2。然后混合物迅速加热到85℃，加入5ml等分部分的37％CH2O溶液。使该溶液尽可能快地加热至沸腾。沸腾10分钟后，再加入5ml37％的CH2O。检测pH数次并在沸腾的同时调节pH至8.5和10之间。沸腾1小时后，冷却混合物并在烧结玻璃上过滤。用去离子水洗涤催化剂并在真空烘箱中干燥。该过程得到18.9％Pt/C催化剂。
催化剂样品按实施例25的步骤用金属卤化物进一步改性，除了使用0.3-0.5g催化剂。约100mg每种催化剂用于氧化在20ml水中的1.0gNMG以形成草甘膦。每次试验在装有水冷却回流冷凝器的50ml圆底烧瓶中进行5小时。在整个5小时中在回流下向反应混合物中鼓入氧气。每次结束时，过滤反应混合物以除去催化剂。
结果如表11所示。GaBr3增加了选择性和转化率。AlBr3降低了转化率，对选择性没有显著影响。NbCl5对选择性不利。
表11
在用30％H 2 O 2 氧化的Norit KB-FF 碳上的Pt催化剂的NMG氧化活性的筛选
 
处理 转化率(％)   草甘膦选择性(％)         (M)AMPA选择性(％)          H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>选择性(％)      
无 41.6 90.2 3.4 6.4
AlBr<sub>3</sub> 28.9 88.9 4.0 7.1
GaBr<sub>3</sub> 57.0 93.6 2.9 3.5
NbCl<sub>5</sub> 49.7 70.0 23.9 6.1
实施例20
该实施例描述了负载在PVP上Pt催化剂的制备和使用。在该实施例中，PVP载体在混合器中研磨以增加其表面积，且Pt主要沉积到PVP表面。
25g湿的Reillex HP聚合物(从Reilly Industries，Indianapolis，IN得到)悬浮在100ml水中并在混合器中研磨20分钟。约1.56g H2PtCl6(Aldrich Chemical，Milwaukee，WI)，其标定金属铂含量至少为37.5重量％，加入到在250ml圆底烧瓶中的聚合物悬浮液中。H2PtCl6的浅黄色在1分钟之内完全转移到树脂中，表明H2PtCl6被PVP树脂完全吸收。然后加入3g在14摩尔NaOH中12重量％的NaBH4(Aldrich Chemical)。因为NaBH4还原了Pt，该树脂立即变为黑色。搅拌1小时后，过滤混合物，固体用水洗涤。然后催化剂在105℃真空中干燥。回收约7.25g催化剂。ICP-MS分析指出催化剂含3.5重量％Pt。
各种负载量的催化剂用于氧化1.0g在20ml水中的NMG以形成草甘膦。在装有水冷却回流冷凝器的50ml圆底烧瓶中进行各轮试验5小时。在整个5小时中，回流下向反应混合物中鼓入氧气。每轮结束时，过滤反应混合物以除去催化剂。为了比较，在相同的反应条件下分别用铂黑(Aldrich Chemical)作为催化剂进行试验。
结果如表12所示。PVP-负载的催化剂/克Pt比铂黑活性更强，尽管其选择性与铂黑非常接近。
表12
PVP-负载的铂催化剂与铂黑催化剂的比较
 
催化剂 催化剂用量(mg)   Pt负载量(mg) 转化率(％)   草甘膦选择性(％) (M)AMPA选择性(％)  H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>选择性(％)  
3.5％Pt/Reillex HP  100 3.5 19.9 70.9 12.0 17.1
相同 200 7.0 43.7 79.3 7.3 13.4
相同 300 10.5 70.8 82.1 6.3 11.6
相同 400 14.0 71.1 79.9 6.9 13.2
相同 500 17.5 85.5 83.2 5.7 11.2
铂黑 5 5 <1 --- --- ---
相同 10 10 <1 --- --- ---
相同 20 20 57.5 86.1 3.7 10.1
相同 30 30 74.8 95.2 3.6 1.2
相同 50 50 80.6 84.2 4.0 11.8
相同 100 100 84.0 90.7 2.3 7.0
注意：对小于1％的转化率，NMG的选择性不能可靠地测定。
实施例21
该实施例显示了实施例20的催化剂对于在125和150℃NMG氧化为草甘膦而言是一种活性的和选择性的催化剂。该实施例也比较了不同氧浓度的转化率和选择性。
约4.501g实施例20的催化剂与116.6g水、40.06gNMG和0.65ml0.041g/ml的TEMPO乙腈溶液混合在300ml装有用于引入气体和排出液体的烧结管的搅拌高压釜中。液体排出管位于搅拌器的下方，气体引入管位于搅拌器的上方一侧。关闭反应器，用氮气加压到85psig并加热到125℃，同时以1000rpm搅拌。当温度稳定后，气体切换到400sccm的氧气和氮气25/75的混合气(以摩尔为基础)。37分钟后，温度设定点升至150℃。8分钟后反应器达到150℃。进行一小时后，在相同的总流速下，气体混合物的组成改变到37.5％氧气(在氮气中)。
结果所表13所示。显示了每15分钟段的转化率和选择性。当温度为150℃并采用400sccm的25％氧气的流速时，在45-60分钟期间达到最高选择性。在较低的温度(125℃)和较高的氧浓度下得到较低的选择性。
表13
经Pt/磨碎的PVP氧化25％NMG
 
间隔(分钟) 温度(℃) O<sub>2</sub>摩尔分数(％) 增加的转化率(％) 增加的选择性(％)
0-15 125 25 10.2 ---
15-30 125 25 8.9 86.7
30-45 加热 25 9.0 81.8
45-60 150 25 6.1 96.5
60-75 150 37.5 8.8 80.8
75-90 150 37.5 7.9 71.9
实施例22
该实施例描述了负载在PVP上的Pt催化剂的制备，其采用下列方法，用酸或酸的混合物预处理PVP树脂，然后在非水溶剂(一般为醇)中中和并还原。酸预处理的目的在于提高Pt的分散，使得Pt主要沉积在聚合物珠粒的内部而不是在外表面。酸优选在还原前被中和以不破坏NaBH4还原剂。该步骤优选使用非水溶剂，因为用碱水溶液处理H2PtCl6浸渍的PVP，使得大部分Pt从树脂中浸提出。而当使用乙醇、甲醇或类似溶剂时则不会发生。
在该实施例中，采用从Reilly Industries(Indianapolis，IN)得到的含水量为69.3重量％的Reillex HP PVP。六种32.6g湿树脂(10.0g干重量)样品与100ml水分别在装有搅拌棒的圆底烧瓶中混合。约0.105mol酸加入到各悬浮液中。所用的酸如表14所示。
表14
用于预处理PVP树脂的酸
 
样品号 所用的酸 酸的比例(mol％) 酸的质量(g)
1 乙酸 100 6.31
2 三氟乙酸 100 11.97
3 硝酸(70％在水中) 100 6.62
4 乙酸三氟乙酸 2575 1.588.58
5 乙酸三氟乙酸 5050 3.155.99
6 乙酸三氟乙酸 7525 4.732.99
酸性树脂混合物搅拌80分钟后，加入约1.35gH2PtCl6(AldrichChemical，Milwaukee，WI)。搅拌1小时后，过滤回收披铂的树脂，用150ml水洗涤三次，在120℃真空干燥68小时。然后每种样品悬浮在100ml混合物中，所述混合物由136g 25重量％甲醇钠的甲醇溶液和450ml甲醇混合而形成。搅拌悬浮液1分钟后，加入6.5g在14molNaOH中的12重量％的NaBH4。悬浮液搅拌90分钟，然后放置16小时。过滤回收固体，用150ml水洗涤三次，在120℃真空干燥过夜。
用光学显微镜定性测定珠的表面和内部的Pt的相对量。采用该方法明显可知催化剂2和3(分别用三氟乙酸和硝酸处理)的Pt深深地沉积在内部。使用硝酸(更强酸)(催化剂3)可观察到更深的渗透.催化剂1和4-6，其使用乙酸和乙酸与更强酸的混合物，则Pt沉积大部分靠近但不在珠的表面。
在实施例8的反应条件下测定用于NMG氧化的催化剂的活性和选择性。结果如表15所示。通常，用酸预处理的催化剂的转化率相对于未用酸预处理的催化剂是差的，参见例如实施例20和21。这表明Pt基本上在PVP珠内部的催化剂比Pt大部分在珠表面的催化剂对于N-取代的草甘膦氧化反应具有较小的活性。数据的更详细的考查还表明使用较强的酸(这使得铂更深的沉积在颗粒中)，往往得到活性较小和选择性较小的催化剂。因此，优选用于氧化N-取代草甘膦的负载于PVP上的Pt催化剂为那些Pt基本上沉积在载体表面的催化剂。
表15
用酸进行预处理制备的催化剂的转化率和选择性
Figure C200410047636D00561
*TFA＝三氟乙酸
实施例23
该实施例描述了负载在不同聚合物载体，磺化聚苯乙烯上的Pt催化剂的制备。使树脂磺化转化为阳离子交换树脂，使基底金属(优选铁)沉积并还原以用作Pt的原位还原剂。具体的制备步骤如下。
A.磺化
下列步骤在通风橱中进行，这是因为在该过程中放出SO3。
约20g聚苯乙烯树脂(Amberlite XAD-16，Sigma Chemical，St.Louis，MO)放置在烧杯中。通过移液管向树脂中慢慢加入氯磺酸来磺化该树脂。因为反应剧烈，所以以分步的方式加入少量。加入氯磺酸使得勉强够覆盖该树脂，从而得到糊状稠度。该树脂在氯磺酸中放置约2小时，偶尔用刮勺搅拌。在该步骤期间树脂转变为黑色。在另一烧杯中，制备约300ml冷的饱和的硫酸钠溶液，向其中加入几毫升浓硫酸。然后将该树脂倒入硫酸钠溶液中。随后，过滤树脂并用饱和的硫酸钠溶液在玻璃熔块上洗涤。最后，用去离子水洗涤树脂并在100℃真空烘箱中干燥。
B.基底金属处理
该步骤优选尽可能快的进行或在惰性气氛下进行，因为树脂上的铁在空气中相对不稳定。
约1.01g干的磺化XAD-16树脂和60ml水在搅拌盘上的烧杯中混合。搅拌下向溶液中加入过量的氯化铁(3-4g)。然后过滤树脂并用去离子水在玻璃上洗涤。将该树脂转回到烧杯中，加入更多的去离子水，并加入NaBH4以还原铁。在玻璃熔块上过滤该树脂并转回到烧杯中以加入更多的水。
C.在树脂上沉积Pt
将XAD-16再次悬浮在60ml水中，并加入0.32g溶解在30ml水中的H2PtCl6。H2PtCl6的量基于树脂的重量和所希望的最终催化剂的Pt含量。搅拌下将该溶液分几部分加入到基底金属树脂中。搅拌约20分钟后，过滤树脂并用去离子水在玻璃熔块上洗涤。然后用NaBH4还原该树脂。Pt被还原后，催化剂用10-30％硫酸洗涤数次以除去残余的铁.过滤催化剂并用去离子水洗涤，然后在100℃真空烘箱中干燥。从而制备了含约10％Pt的催化剂。
D.催化剂的性能
约100mg催化剂用于在20ml水中进行OgNMG的氧化以形成草甘膦。每轮实验在50ml装有水冷却回流冷凝器的圆底烧瓶中进行约5小时。在整个5个小时中，在回流下向反应混合物中鼓入氧气，每轮实验完成时，过滤反应混合物以除去催化剂。为了进行比较，在相同的反应条件下也测试了约100mg磺化的和未磺化的树脂。
结果如表16所示。不含Pt的树脂没有活性，负载于磺化树脂上的Pt的选择性类似于铂黑和在PVP上的Pt。
表16
用负载在聚苯乙烯树脂上的催化剂使NMG氧化成草甘膦
 
催化剂 转化率(％)   草甘膦选择性(％)     (M)AMPA选择性(％)      H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>选择性(％)  
未处理的XAD-16 <2 --- --- ---
磺化XAD-16 <2 --- --- ---
10％Pt/磺化XAD-16 9.2 82.7 3.4 13.9
实施例24
该实施例说明了制备和使用负载于酸性亲水性聚合物珠粒载体上的铂催化剂(即H+形式的磺化交联聚苯乙烯)。
约20g H+形式的磺化聚苯乙烯珠(Amberlyst 15，Rohm&Haas，Philadelphia，PA)与在120ml无水乙醇中的含2.7g H2PtCl6(37.5％Pt，等价于1.0g Pt，Aldrich Chemical，Milwaukee，WI)的溶液和80ml水混合。搅拌下在95℃油浴中回流该溶液40小时。然后，树脂为黑色，溶液为澄清。过滤回收催化剂，用水洗涤，并在200g 20％Na2SO4中浸泡(不搅拌)1小时以使-SO3H基团脱质子。催化剂再次过滤回收并用水洗涤，但不干燥。
随后，该催化剂用于氧化NMG以形成N-(膦酰基甲基)甘氨酸.为了进行氧化，将催化剂与105.4ml水和47.1g NMG一起放置在实施例17描述的300ml高压釜反应器中.在135℃的温度，66psig的压力，且氧流速为100sccm下进行反应2小时。表17显示了得到的选择性和转化率。
表17
用负载于H + 形式的磺化聚苯乙烯珠上的铂氧化NMG
Figure C200410047636D00591
*增加的选择性
实施例25
该实施例描述了制备和使用与无机改性剂(也称“助催化剂”)组合的Pt催化剂。在该实施例中，各种金属化合物(主要为金属卤化物)用于改性铂黑。铂黑和所有的金属化合物均从Aldrich Chemical Co.(Milwaukee，WI.)得到。测试的金属化合物列于下表18中.
由于所有的金属化合物对水分敏感，因此除了水解之外的所有操作在N2气氛下的干的手套箱中进行。将各份铂黑(0.15-0.25g)放置在手套箱外的带有聚四氟乙烯隔膜的40ml小瓶中。指定各份以使用金属化合物对其进行处理。将所有的材料转移到干的手套箱中，在实际进行手套箱操作之前小心地除去空气。将少量金属化合物(约1g)放置在手套箱中其指定的40ml小瓶中。氯苯(约40ml)加入到各金属化合物中。各个小瓶盖上盖并混合以进行溶解。所有这些溶液为饱和的，这一点由小瓶底部残留的固体金属化合物显而易见。将金属化合物溶液(3-5ml)倒入到装铂黑的指定小瓶中，小心不要加入未溶解的金属化合物。各个装铂黑的小瓶封上盖并在手套箱中摇动混合。然后打开小瓶使之在手套箱中放置1小时.随后将装铂黑的小瓶封上盖，从手套箱中取出并放到通风橱中。向各个小瓶中小心加入去离子水(约20ml)以使金属化合物盐水解。然后在玻璃熔块过滤器上过滤各催化剂，用大量水洗涤，并在真空下干燥过夜。
这样制备的约30mg各催化剂用于在20ml水中使1.0gNMG氧化形成草甘膦。各轮试验在50ml装有水冷却回流冷凝器的圆底烧瓶中进行约5小时。在整个这5个小时中，在回流下向反应混合物中鼓入氧气，每轮试验结束时，过滤反应混合物以除去催化剂。为了进行比较，在相同条件下，也采用未改性的铂黑对照样品进行NMG的氧化。
表18列出了测试的金属化合物及其对选择性的影响。镓、铟、钌和锇的化合物对于提高选择性有效。
表18
用金属化合物处理的铂黑催化剂的筛选
Figure C200410047636D00601
实施例26
该实施例描述了在较高的温度和氧化速率下，搅拌速率对N-取代的草甘膦氧化的选择性的影响。
分别进行3次实验，在每次实验中将约4.501g催化剂与116.6g水、40.06gNMG和0.65ml 0.041g/mlTEMPO的乙腈溶液混合在300ml装有用于引入气体和排出液体的烧结管的搅拌高压釜中。液体排出管位于搅拌器的下方，气体引入管位于搅拌器上方一侧。密闭反应器，用氮气加压到85psig，并加热到125℃。
下表19、20和21给出了在三次中各时间间隔的搅拌速率以及在时间间隔中得到的选择性和平均氧化速率。可以看到，随着搅拌速率增加至最佳的1000rpm，速率和选择性都提高了。报导的速率以每小时每升氧化的NMG摩尔数表示。当在第二次试验中，搅拌增加到1200rpm时，选择性降低了。在开始第三次试验时，1200rpm的选择性更差。
在所述的反应器中，随着搅拌速率高达约950rpm，气体被带入由叶轮产生的涡流和阻止未反应的气体鼓泡至表面的程度增加了，此时，实际上所有的气体被带进叶轮周围的涡流区。但是当搅拌速率再增加时，叶轮周围的气液混合涡流区变宽，直至，在约1500rpm，其填充了大部分液体体积。下述数据显示，对于NMG的需氧氧化的最佳搅拌速度为恰好足以基本上防止气泡在其进入溶液时直接上升到溶液的上表面。搅拌速率明显低于该优选值往往导致较低的反应速率和选择性，而搅拌速率明显高于该优选值往往产生较宽的湍流区域，这往往引起选择性下降。
表19
搅拌速率对NMG氧化的影响，实验1
 
时间间隔(分钟)   搅拌速率(rpm)    速率(mol/L-小时) 草甘膦选择性(％)        
0-60 200 0.10 81.8
60-120 400 0.30 81.4
120-210 600 0.48 88.0
表20
搅拌速率对NMG氧化的影响，实验2
 
时间间隔(分钟)   搅拌速率(rpm)    速率(mol/L-小时) 草甘膦选择性(％)        
0-30 600 0.31 90.0
30-60 800 0.47 94.0
60-90 1000 0.75 95.4
90-105 1200 0.47 93.8
表21
搅拌速率对NMG氧化的影响，实验3
 
时间间隔(分钟)   搅拌速率(rpm)    速率(mol/L-小时) 草甘膦选择性(％)        
0-15 1200 0.67 78.7
15-30 1400 0.63 81.8
30-45 1600 0.74 82.9
45-60 1800 0.75 83.4
实施例27
该实施例阐述了根据本发明用于降低在反应溶液中未溶解的氧的副作用的多种方法。
进行三次实验。每次NMG用铂黑(Aldrich Chemical Co.，Milwaukee，WI)催化剂氧化为N-(膦酰基甲基)甘氨酸。该反应在实施例17所用的搅拌的反应器中，以1000rpm的搅拌速率进行.
在第一次实验中，通过将N，N’-双-(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基联苯胺(“TPD”)沉积到催化剂表面而改性铂黑催化剂。将0.70g铂黑悬浮在20ml含7mg溶解的TPD的二氯甲烷中，从而制备该催化剂。将催化剂与40.1g NMG和113g水一起引入到反应器中。压力保持在90psig。一旦溶液达到反应温度(150℃)时，将约200sccm氧气鼓入到混合物中。32分钟后，转化率为60.4％，选择性为90.8％。56分钟后，转化率为77.2％，选择性为83.1％。
在第二次实验中，反应器装有0.70g铂黑、40.0gNMG和113.3g水。压力保持在90psig。改进实施例17所用的反应器使氧气经放置在反应溶液表面附近(即距离总深度为约15.2cm的反应混合物的表面约1.3cm处)的过滤器板引入，使得基本上所有的氧气泡可逸散进入液面上空间而不首先与叶轮接触(在这种改进之前，过滤器板的位置在反应混合物中较低处，从而使大量的氧气泡与叶轮接触)。一旦溶液达到反应温度(150℃)时，将约200sccm氧气鼓入到混合物中。30分钟后，转化率为59.6％，选择性为92.0％。60分钟后，转化率为80.5％，选择性为81.8％。
在第三次实验中，在与第三次实验相同的过滤器板的位置，将47.2g NMG、103.7ml水和2.00g铂黑装入反应器中。压力保持在66psig。当溶液达到反应温度(135℃)时，将氧气以100sccm的流速鼓入溶液中。表22显示了反应期间转化率和增量选择性。
表22
用远离叶轮定位的过滤器板氧化NMG
Figure C200410047636D00631
*增量选择性
实施例28
该实施例描述了将单乙醇胺与丙酮还原偶合以形成N-异丙基单乙醇胺(缩写“IMEA”)。
利用各种含Pt和含Pd催化剂来进行一系列实验。在每次实验中，催化剂悬浮在装有搅拌棒的玻璃耐压瓶中的25ml丙酮中。然后将约6.1g(0.1mol)单乙醇胺加入到耐压瓶中，搅拌混合物并放置5-10分钟。放出少量热。然后该瓶用H2加压到90psig，并在室温相同压力下搅拌过夜。随后，将该瓶的压力解除，通过气相色谱测定单乙醇胺、N-异丙基单乙醇胺和N，N-二异丙基乙醇胺的相对比例。
发现表23所示的催化剂为反应优选的催化剂。尽管发现在碳上的铑(表23中未示出)促进了丙酮和单乙醇胺的还原烷基化反应，但其主要得到了二烷基化的产物.阮内镍(表23中也未显示)显示了所期望反应的低的活性(用0.205g的5％Rh/C，<40％转化率)。
没有被任何特定理论所限制，相信表23中定量的丙酮衍生物为羟醛缩合的产物，如下式所示：
Figure C200410047636D00641
除了显示反应优选的催化剂，该实施例也显示了丙酮可用作溶剂和试剂，消除了在传统方案下使用乙醇或其它任何非活性溶剂(即在反应条件下，对反应物和所需产物为非反应性的任何溶剂)的需求。
表23
于90psi H 2 将单乙醇胺与丙酮室温还原烷基化
 
催化剂 催化剂用量(g)    IMEA(％) 二异丙基MEA(％)  ％丙酮衍生物        
5％Pt/SiO<sub>2</sub> .262 96 0.1 0.9
在碳上的53％ Pd(在丙酮中1％H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>)             .438 78.8 0.2 20
在NCP-14碳上10％Pt .301 90.1 2.1 7.3
在碳上的5％Pd .310 81.7 0.1 13.4
氢氧化钯 91.7 73.3 ND 14.3
氧化钯 .0373 27 ND 13.6
无催化剂 --- 1 ND 42.2
实施例29
该实施例显示通过离子交换膜中和肌氨酸钠。该中和反应在由两个玻璃部件组成的装置中进行.除了顶部的边缘具有内切以放置44mmO-环的凹槽，下面的部件为碗形。上面的部件为圆柱形，其底部边缘与下部件相同。在操作中，将Viton O-环放置在上部边缘，将一块膜夹在下部件和O-环之间。两个部件紧紧地用夹子夹在一起。
为了制备使用的装置，装置的下部件装有膦酰基甲基化混合物(27ml)，所述混合物由37.5g(0.205mol)NMG、20.9g浓硫酸(1.0当量)、16.6g 37％福尔马林(0.20当量)和212.3g水混合而成。从而得到了含硫酸和福尔马林的15％NMG溶液，所述硫酸和福尔马林含量是膦酰基甲基化混合物中常用的.
下部件完全填充膦酰基甲基化混合物之后，将该膜放置在顶部，装配该装置。小心避免膦酰基甲基化混合物和膜之间产生气泡。一旦装置装好后，向上部件(圆柱形)加入50ml5％的肌氨酸钠水溶液.将pH探针插入到肌氨酸钠溶液中，并启动两种溶液的磁力搅拌。随着中和反应进行，上面溶液的pH降低了。
用上述装置和方案测试下列膜：Nafion 117(由Wilmington DE的杜邦公司制造，从Mi lwaukee，WI的Aldrich Chemical购得)；IoncladEDS R4010膜(Pall Specialty Materials of Port Washington，NY)以及Raipore R1010，Ionac，和ESC 7000膜(从ElectrosynthesisCompany of East Amherst，NY购得)。所有的膜作为中和反应的媒介均有效。R4010膜最快，每平方厘米质子通量为0.03安培。
实施例30
该实施例显示了采用纳米过滤(nanofiltration)膜从还含有NMG、草甘膦和磷酸二氢盐的模拟态中除去硫酸氢根离子。模拟态中这些组分的比例为那些在制备N-取代的草甘膦方法中有代表性的，N-取代草甘膦的制备是进行H2SO4催化的膦酰基甲基化反应，然后，无需先分离固体的N-取代的草甘膦，中和H2SO4后将其氧化为草甘膦。该实施例表明对于该应用优选分子量截止值低于1000道尔顿。
摸拟态的组合物为在水中的1.0％NMG、0.2％草甘膦、2.7％NaHSO4·H2O和0.3％NaH2PO4·H2O(pH＝1.4)。混合物在室温下为均相。将约100ml摸拟态装入SepaST搅拌的膜测试池(Osmonics Laboratoryand Specialty Products Group，Livermore，CA)。该池装有被测试的膜的45mm盘。氦压力施加到装有模拟态室中并收集渗透物，通过HPLC分析NMG、草甘膦和磷酸盐浓度，用离子色谱仪分析硫酸盐含量。
表24显示了两种类型的低分子量截止值纳米过滤膜的结果。第一组是Nova1k、3k和5k膜(Pall Gelman，Ann Arbor，MI)。这些膜的特征由其制造者定为分子量截止值分别为1000、3000和5000道尔顿。另一组为两个SelRO膜，MPF-34和MPF-36(LCI Corporation，Charlotte，NC)。制造者没有规定分子量截止值，但该膜分别显示了95％和50％的蔗糖排斥性(分子量＝342)。从而分子量截止值的顺序为Nova5k>Nova3k>Nova 1k>SelRO MPF-36>SelRO MPF-34.
表24显示了对NMG和草甘膦的排斥效率，以及相对于NMG，膜对硫酸盐和磷酸盐的相对选择性。选择性值为1.0是指膜没有选择性.SelRO膜显示的选择性明显大于1.0，因此对于这种应用是有效的。
表24
将硫酸盐和磷酸盐与NMG和草甘膦分离的膜的选择性
Figure C200410047636D00661
上述优选的实施方案的说明仅用于使本领域其它技术人员熟悉本发明、其原理及其实际应用，因此本领域其它技术人员可以其各种形式应用本发明，从而符合具体应用的要求。因此，本发明不限于上述实施方案并可有进行多种变通。

Claims (15)

1.一种制备N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的方法，所述方法包括:
在反应区中，将H3PO3源、CH2O源和N-取代的甘氨酸盐混合，形成含有(a)N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐，和(b)盐沉淀物的第一混合物；
从第一混合物中分离盐沉淀，形成含有N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的第二混合物；
向第二混合物中加入碱，沉淀N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐；和
从第二混合物中分离沉淀的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐，以回收沉淀的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐，并形成残余混合物，
其中，N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸具有式(I):
Figure C200410047636C00021
N-取代甘氨酸盐具有式(XIII):
Figure C200410047636C00022
R1和R2独立地选自氢、卤素、-PO3R12R13、-SO3R14、-NO2、烃基和除-CO2R15之外的取代烃基；R6是农艺上可接受的阳离子；R12、R13和R14独立地选自氢、烃基和取代烃基；R15选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。
2.根据权利要求1的制备方法，其中，H3PO3源是PCl3。
3.根据权利要求1的制备方法，其中，盐沉淀含有氯。
4.根据权利要求1的制备方法，其中，R1和R2是氢。
5.根据权利要求1的制备方法，其中，R1是甲基，R2是氢。
6.根据权利要求1的制备方法，其中，R1是甲基，R2选自甲基和乙基。
7.根据权利要求1的制备方法，其中，将至少一部分残余混合物再循环至反应区。
8.根据权利要求1的制备方法，还包括制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐，制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的方法包括在贵金属催化剂存在下，将回收的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐与氧混合。
9.一种制备N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的方法，所述方法包括:
在反应区中，将H3PO3源和N-取代甘氨酸盐混合，形成含有(a)N-取代甘氨酸游离酸，和(b)盐沉淀物的第一混合物；
从第一混合物中分离盐沉淀，形成含有N-取代甘氨酸游离酸的第二混合物；
向第二混合物中加入CH2O源，形成含有N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的第三混合物；
向第三混合物中加入碱，沉淀N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐；和
从第三混合物中分离沉淀的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐，以回收沉淀的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐，并形成残余混合物；
其中，N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸具有式(I):
Figure C200410047636C00031
N-取代甘氨酸盐具有式(XIII):
Figure C200410047636C00041
N-取代甘氨酸游离酸有式(XII):
Figure C200410047636C00042
R1和R2独立地选自氢、卤素、-PO3R12R13、-SO3R14、-NO2、烃基和除-CO2R15之外的取代烃基；R6是农艺上可接受的阳离子；R12、R13和R14独立地选自氢、烃基和取代烃基；R15选自氢、烃基、取代烃基和农艺上可接受的阳离子。
10.根据权利要求9的制备方法，其中，H3PO3源包括PCl3。
11.根据权利要求9的制备方法，其中，盐沉淀含有氯。
12.根据权利要求9的制备方法，其中，R1和R2是氢。
13.根据权利要求9的制备方法，其中，R1是甲基，R2是氢。
14.根据权利要求9的制备方法，其中，将至少一部分残余混合物再循环至反应区。
15.根据权利要求9的制备方法，还包括制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐，制备N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐的方法包括在贵金属催化剂存在下，将回收的N-取代N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其盐与氧混合。
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