CN100503624C - 制备草胺膦及其衍生物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是草胺膦(I)及其衍生物制备方法，尤其涉及甲基亚膦酸酯(II)与丙烯醛(III)发生Michael加成反应的制备方法，其特征是所述反应的缩合剂为合适的弱酸，采用三步反应制备草胺膦产品。选用弱酸作缩合剂，可以获得收率高且纯度高的草胺膦产品。使用合适弱酸代替酸酐作缩合剂并且不使用醇的改进还可以大量节省生产成本。

Description

制备草胺膦及其衍生物的方法
技术领域
本发明是关于对草胺膦及其衍生物制备方法，特别是利用合适弱酸作缩合剂制备草胺膦及其衍生物的方法。
背景技术
目前已有较多文献报道如何制备草胺膦(严海昌，何红东，农药，2002，41(9)，46-48)，但普遍存在反应步数多，反应收率偏低和生产成本偏高的问题。最近Hoechst公司开发的草胺膦合成路线(CN1267-305A)以甲基亚膦酸酯为原料，以酸酐为缩合剂，在醇存在下与丙烯醛加合反应，然后进行Strecker反应和酸水解反应制备草胺膦。该路线虽然缩短了反应步骤，但以酸酐作缩合剂时在草胺膦产品中存在较多难分离的杂质。另外，为配合酸酐作缩合剂必须使用醇作助剂，因而既增加了反应副产物，又增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种收率高、纯度高的草胺膦及其衍生物制备方法。
本发明提供的草胺膦及其衍生物制备方法，尤其涉及甲基亚膦酸酯(II)与丙烯醛(III)发生Michael加成反应的制备方法，其特征是所述反应的缩合剂为合适的弱酸，采用三步反应制备草胺膦产品。其步骤如下：
1)在合适弱酸性物质存在下甲基亚膦酸酯(II)与丙烯醛(III)反应，产生甲基膦酸酯有效中间体(如IV-1)。
反应式1：
2)将甲基膦酸酯有效中间体(如IV-1)与氨/氯化铵及氰化钠、或与氨及氢氰酸的混合物、或与氨及氢氰酸盐反应，产生α—氨基腈类或其盐类(V)。
反应式2：
Figure C200510061141D00051
3)在酸性的或碱性的条件下，使α—氨基腈类或其盐类(V)水解产生草胺膦(I)或其盐类。
反应式3：
在步骤1)中，根据本发明的方法是以弱酸作缩合剂，使甲基亚膦酸酯与丙烯醛发生Michael加成反应。适用于将弱酸组分加成到丙烯醛中。甲基亚膦酸酯与丙烯醛的反应可在不含溶剂或含溶剂下进行，溶剂为水或有机溶剂，有机溶剂指脂肪烃、芳香烃、卤代烃、醚或醇等，例如二氯甲烷、氯仿、甲苯、二甲苯、氯苯、乙醚、1，4-二氧六环、甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等，或此类溶剂的混合物。
弱酸组分所使用的摩尔比(基于甲基亚膦酸酯)可在较大范围内变化，优选摩尔比为1:1至2:1，特别是等摩尔比。
根据本发明，甲基亚膦酸酯与丙烯醛的反应通常在反应温度介于-80-50℃，优选为-10-20℃下反应。反应时间一般则介于0.5-24h，优选为1-2h，具体时间依反应温度、批量大小、反应物的性质、缩合剂及溶剂的种类和数量而异。
在步骤1)中，根据本发明的方法所述甲基亚膦酸酯(II)中的R、R’代表相同基团或不同基团，R或R’为氢、烷基、不饱和烯烃基、芳香烃基，其中烷基为含C1-C18的烷基以及一个或多个取代的烷基，不饱和烯烃基为含C1-C18的烯烃基以及一个或多个取代的烯烃基，芳香烃基为苯基、苄基、取代的苯基、取代的苄基，其中取代基为卤素、硝基、磺酰基、醚氧基、醚硫基、酯基、硫代酯基或氰基等。
在步骤1)中，根据本发明的方法所述弱酸包括含C1-C18的脂肪族羧酸、含芳香基的脂肪族羧酸、卤代脂肪族羧酸、未取代或取代的芳香族羧酸、未取代或取代的酚、β-二羰基化合物(如乙酰丙酮、乙酰乙酸酯、丙二酸酯)等。
根据本发明所述多个甲基膦酸酯有效中间体除(IV-1)外，其它可能为：
Figure C200510061141D00061
根据本发明所述上述各个甲基膦酸酯中间体均可以最终以化合物(IV-1)的等效形式发生Strecker反应或类似反应，生成甲基膦酸氨基腈(V)或其盐类。
根据本发明所述其中R’可以是氢，也可以是未水解离去基团，R’为氢、烷基、不饱和烯烃基、芳香烃基，其中烷基为含C1-C18的烷基以及一个或多个取代的烷基，不饱和烯烃基为含C1-C18的烯烃基以及一个或多个取代的烯烃基，芳香烃基为苯基、苄基、取代的苯基、取代的苄基，其中取代基为卤素、硝基、磺酰基、醚氧基、醚硫基、酯基、硫代酯基或氰基等。
在步骤2)中，甲基膦酸酯有效中间体可在类似于由醛或酮制备氨基腈类的通常条件下进行。将含有粗产物甲基膦酸酯有效中间体的反应溶液加入到碱金属氰化物、氯化铵及氨水的溶液或悬浮液中。此步反应也可使用步骤1)所及溶剂或它们的混合物。作为碱金属氰化物的替代，也可用碱土金属氰化物、氰化亚铜、氰化铵或氢氰酸与氨水溶液。
根据本发明所述甲基膦酸酯中间体溶液与氰化钠、氨水及氯化铵溶液混合，按Strecker反应方法来制备甲基膦酸氨基腈或其盐类；也可以将甲基膦酸酯中间体溶液与氰化钠、氨水及乙酸溶液混合，按Dimroth改良法来制备甲基膦酸氨基腈或其盐类；甲基膦酸酯中间体可以先与氨水反应，生成甲基膦酸亚胺离子(VI)化合物后再与氰化钠水溶液反应生成甲基膦酸氨基腈或其盐类；甲基膦酸酯中间体也可以先与氰化钠水溶液反应，生成甲基膦酸氰基醇(VII)后再与氨反应生成甲基膦酸氨基腈或其盐类。
Figure C200510061141D00062
根据本发明所述甲基膦酸酯中间体可以先与氰化钠水溶液反应，生成氰基醇后再与碳酸铵反应生成甲基膦酸环基脲(VIII)。
Figure C200510061141D00071
基于甲基亚膦酸酯计算的氰化物或氢氰酸所使用的摩尔比为1.0-1.5:1，以等摩尔比为佳。基于甲基亚膦酸酯计算的氨用量为1.0-8.0:1，优选为1.0-4.0:1。反应温度介于-10-100℃，优选为0-45℃。
根据本发明所述甲基膦酸氨基腈在酸性或碱性条件下水解，先生成甲基膦酸酰胺化合物(IX)，然后继续水解获得草胺膦或其盐类。
Figure C200510061141D00072
在步骤3)中，α—氨基腈类或其盐类在酸性或碱性介质中加热水解，水解反应温度介于30-150℃，优选为90-110℃。水解时间为1-24h，优选为2-5h。
根据本发明所述草胺膦的衍生物包括草胺膦与酸或碱反应生成的盐类；以及有关草胺膦的中间体，如甲基膦酸酯有效中间体、甲基膦酸氨基腈、甲基膦酸亚胺离子化合物、甲基膦酸氰基醇、甲基膦酸环基脲和甲基膦酸酰胺化合物。
本发明所产生的技术效果是：利用合适弱酸作缩合剂使甲基亚膦酸酯与丙烯醛发生Michael加成反应，生成甲基膦酸酯有效中间体。利用合适弱酸作缩合剂可以获得收率高且纯度高的草胺膦产品。使用相应弱酸代替酸酐作缩合剂并且不使用醇可以大量节省生产成本。
具体的实施方式
以下的实施例旨在说明此方法的实质，而非局限其可能实行的反应条件。
实施例1
在室温下将新蒸馏的5.61g丙烯醛(0.10mol)加至6.00g乙酸(0.10mol)中，逐滴加入到13.61g甲基亚膦酸二乙酯(0.10mol)中。搅拌2h后，逐滴加至4.9g氰化钠(0.10mol)、10.7g氯化铵(0.20mol)的50ml 25％氨水溶液中，溶液呈棕褐色。搅拌2h后，不经分离逐滴加至200ml 37％盐酸中，加热回流2h。用旋转蒸发仪在50-60℃下基本蒸干水份，得淡黄色粘稠物质。加入125ml甲醇溶解，过滤去氯化铵固体得滤液。蒸去甲醇，加入15ml蒸馏水，用5N氢氧化钠溶液调至pH3.0-3.5。加入40ml甲醇，低温放置，析出白色晶体17.7g。用高效液相色谱分析产品，获得草胺膦纯度为97.8％，理论收率为96％(基于甲基亚膦酸二乙酯摩尔数)。
实施例2
在室温下将新蒸馏的5.61g丙烯醛(0.10mol)加至6.00g乙酸(0.10mol)中，逐滴加入到13.61g甲基亚膦酸二乙酯(0.10mol)中。搅拌2h后，逐滴加至4.9g氰化钠(0.10mol)、10.7g氯化铵(0.20mol)的50ml 25％氨水溶液中，溶液呈棕褐色。搅拌2h后，不经分离逐滴加至200ml 20％氢氧化钠溶液中，加热回流2h。用5N氢氧化钠溶液调至pH3.0-3.5，然后用旋转蒸发仪在50-60℃下基本蒸干水份，得淡黄色粘稠物质。加入125ml甲醇溶解，过滤去氯化钠固体得滤液。蒸去甲醇，加入15ml蒸馏水溶解，然后加入40ml甲醇，低温放置，析出白色晶体16.4g。用高效液相色谱分析产品，获得草胺膦纯度为98.0％，理论收率为89％(基于甲基亚膦酸二乙酯摩尔数)。
实施例3
在室温下将新蒸馏的5.61g丙烯醛(0.10mol)与6.00g乙酸(0.10mol)混合形成溶液。将该溶液逐滴加入到13.61g甲基亚膦酸二乙酯(0.10mol)和4.6g乙醇(0.10mol)的溶液中。混合物在室温下搅拌2h后，逐滴加至4.9g氰化钠(0.10mol)、10.7g氯化铵(0.20mol)的50ml25％氨水溶液，溶液呈棕褐色。搅拌2h后，将此粗氨基腈逐滴加至200ml 37％的盐酸中。将该混合物加热回流3.5h。用旋转蒸发仪在50-60℃下基本蒸干水份，得淡黄色粘稠物质。加入125ml甲醇溶解，过滤去氯化铵固体得滤液。蒸去甲醇，加入15ml蒸馏水，用5N氢氧化钠溶液调至pH3.0-3.5。加入40ml甲醇，低温放置，析出白色晶体17.0g。用高效液相色谱分析产品，获得草胺膦纯度为98％，理论收率为92％(基于甲基亚膦酸二乙酯摩尔数)。
实施例4
在室温下将新蒸馏的5.61g丙烯醛(0.10mol)加至7.4g丙酸(0.10mol)混合形成溶液。将该溶液逐滴加入到13.61g甲基亚膦酸二乙酯(0.10mol)中。混合物在室温下搅拌2h后，逐滴加至4.9g氰化钠(0.10mol)、10.7g氯化铵(0.20mol)的50ml25％氨水溶液，溶液呈棕褐色。搅拌2h后，将此粗氨基腈逐滴加至200ml 37％盐酸中。将该混合物加热回流3.5h。用旋转蒸发仪在50-60℃下基本蒸干水份，得淡黄色粘稠物质，加入125ml甲醇溶解，过滤去氯化铵固体得滤液。蒸去甲醇，加入15ml蒸馏水，用5N氢氧化钠溶液调至pH3.0-3.5。加入40ml甲醇，低温放置，析出白色晶体17.9g。用高效液相色谱分析产品，获得草胺膦纯度为97％，理论收率为96％(基于甲基亚膦酸二乙酯摩尔数)。
实施例5-8
其它操作同实验例1，改变弱酸组分，分别获得草胺膦：
 
实施例4-7 弱酸组分 草胺膦理论收率mol％
4 甲酸 81
5 丁酸 82
6 己酸 83
7 庚酸 89

Claims (5)

1.一种草胺膦制备方法，其特征是所述反应的缩合剂为合适的弱酸，采用三步反应制备草胺膦产品，步骤如下：
1)甲基亚膦酸酯II与丙烯醛III在合适弱酸HB存在下发生Michael加成反应，
反应式1：
Figure C200510061141C00021
所述合适弱酸是：C1-C18的脂肪族羧酸、含芳香基的脂肪族羧酸、卤代脂肪族羧酸、未取代或取代的芳香族羧酸、未取代或取代的酚、β-二羰基化合物；
2)甲基膦酸酯有效中间体IV-1与氨/氯化铵及氰化钠进行Strecker反应，生成甲基膦酸氨基腈V或其盐类；
反应式2：
Figure C200510061141C00022
3)将甲基膦酸氨基腈V在酸性或碱性条件下水解生成草胺膦I或其盐类；
反应式3：
Figure C200510061141C00023
反应式中R或R’为氢、烷基、不饱和烯烃基或芳香烃基。
2.根据权利要求1所述的草胺膦制备方法，其特征是所述甲基亚膦酸酯II中的R、R’代表相同基团或不同基团，R或R’为氢、烷基、不饱和烯烃基、芳香烃基，其中烷基为C1-C18的一个或多个取代的烷基，不饱和烯烃基为C1-C18的不包含C1烯烃基的一个或多个取代的烯烃基，芳香烃基为苯基、苄基、取代的苯基、取代的苄基，其中取代基为卤素、硝基、磺酰基、醚氧基、醚硫基、酯基、硫代酯基或氰基。
3.根据权利要求1所述的草胺膦制备方法，其特征是所述甲基亚膦酸酯与丙烯醛在合适弱酸存在下发生Michael加成反应，弱酸组分：甲基亚膦酸酯摩尔比为：1-2:1，甲基亚膦酸酯与丙烯醛的反应温度为：-80℃-50℃，反应时间为：0.5-24小时。
4.根据权利要求1或3所述的草胺膦制备方法，其特征是所述制备甲基膦酸酯有效中间体的在有机溶剂的条件下进行，有机溶剂为：乙醇。
5.根据权利要求1所述的草胺膦制备方法，其特征是所述甲基膦酸氨基腈在酸性或碱性介质中加热水解，水解反应温度30-150℃，水解时间为1-24小时，生成甲基膦酸酰胺化合物IX，然后继续水解获得草胺膦或其盐类，
Figure C200510061141C00031
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