CN1061981C - 制备n－膦酰基甲氨基羧酸的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备N-膦酰基甲氨基羧酸或其盐的方法，其中包括在有醇存在时在适宜的反应条件下使链烷醇胺、甲醛和亚磷酸二烷基酯接触，生成一种反应混合物，然后在酸性或碱性条件下使反应混合物水解。在一个实施方案中，使N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐类催化氧化，生成N-膦酰基甲氨基羧酸或其盐。

Description

制备N-膦酰基甲氨基羧酸的方法
                      发明背景
本发明涉及制备N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐的方法。一方面，本发明涉及用烷醇胺、甲醛和亚磷酸二烷基酯制备N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐的一种实用的新方法。另一方面，本发明涉及通过N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐的催化氧化制备N-膦羧基(phosphono)甲氨基羧酸或其盐的方法。再一方面，本发明涉及制备用作除莠剂的N-膦羧基甲基氨基乙酸的方法。
N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐适合用作制备农药的原料。N-膦羧基甲氨基羧酸或其盐适合用作农药。特别是N-膦酸基甲基氨基乙酸，也通称为草甘膦，是一种高效的且在商业上是很重要的植物生长抑制剂，用于控制各种杂草和作物的生长。它还适用于控制各种多年生和一年生草和阔叶植物叶子的生长，以使其达到要求。一些工业应用包括控制沿路边、航道和交通线以及在贮存区和其它非农业区的杂草。草甘膦通常以各种盐型配制成除莠剂组合物，这些盐在溶液中，优选在水中能保持草甘膦的阴离子型式。
菲尔兹在其所著的“取代氨基膦酸酯的合成”(美国化学学会杂志，74卷，1528-31页(1952))中公开了伯胺与醛和亚磷酸二酯的反应。然而反应产物含有相当数量所不需要的双-膦羧基甲基化的产物。与此相似，莫德里特泽和艾拉尼在其所著的“α-氨基甲基膦酸的直接合成。与正亚磷酸的Mannich-型反应”(有机化学杂志，31卷，1603-1607页(1966))中公开了伯胺与甲醛和亚磷酸的反应。与菲尔兹的情况相同，反应产物以双-膦羧基甲基化的产物为主。
巴萨科夫等人所著的“新型配合酮类及其衍生物的合成”(普通化学杂志，53卷，第6期，1243-49页(1983)和“新型脂族系列配合酮类的合成和酸性离解机理的研究”(普通化学杂志，55卷，第7期，1594-1600页(1985))公开了乙醇胺与聚甲醛和亚磷酸-氢二甲基酯在胺/亚磷酸酯摩尔比为1.0和甲醛/胺摩尔比为1.0条件下的反应。虽然这些论文公开了反应产物是一膦羧基甲基化的化合物，但重复在试验部分公开的反应却没有任何一膦羧基甲基化的产物生成，即在巴萨科夫实施例中被分析制剂的31P-核磁共振谱表明，N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸的产率为0％(见本文的实施例3)。因此，在巴萨科夫等人论文中所述的方法，不能以工业可行的方式制备N-羟烷基氨基甲基膦酸。
迫切需要一种制备N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐类的方法，该方法在工业上是经济可行的，且可以生产基本上只有一膦羧基甲基化的产物。
                      发明概述
本发明的目的是提供一种工业上可行的经济有效的制备N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐的方法。本发明的另一个目的是提供一种制备N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐的方法，以用于生产N-膦羧基甲氨基羧酸或其盐。本发明的再一个目的是提供一种经济有效的制备用作农药的N-膦羧基甲氨基羧酸或其盐的方法。本发明还有一个目的，是提供一种工业上可行的、经济有效的制备N-膦酸基甲基氨基乙酸的方法。
根据本发明，提供一种制备N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐的方法，其中包括在有醇存在时在适宜的反应条件下使链烷醇胺、甲醛和亚磷酸二烷基酯接触，生成一种反应混合物，然后在酸性或碱性条件下使反应混合物水解。在一个实施方案中，使N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐催化氧化，生成N-膦羧基甲氨基羧酸或其盐。
根据本发明，还提供一种制备N-膦羧基甲基氨基乙酸或其盐的方法，其中包括在有醇存在时在适宜的反应条件下，使乙醇胺、甲醛和亚磷酸二烷基酯接触，生成一种反应混合物，在酸性或碱性条件下使反应混合物水解，生成N-羟乙基氨基甲基膦酸或其盐，然后使其催化氧化。
                      发明详述
本发明涉及制备通式为
Figure 9519479100051
的N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐的方法，其中包括：(a)在有醇(通式为R(OH)m，式中R是含1至约18个碳原子的烷基且m为1-3)存在时，在时间和温度适宜的反应条件下，使链烷醇胺(通式为H2N-(CH2)n-OH，式中n为2-6)，甲醛和亚磷酸二烷基酯接触，生成一种反应混合物，其中链烷醇胺与亚磷酸酯的摩尔比为1∶1至约8∶1和甲醛与链烷醇胺的摩尔比为约0.125∶1至约3∶1，和(b)在酸性或碱性条件下使反应混合物水解。
对于制备通式为
Figure 9519479100061
的N-膦羧基甲氨基羧酸或其盐，本发明的方法还包括(c)使N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐催化氧化。
本发明还涉及制备N-膦羧基甲基氨基乙酸或其盐的方法，其中包括：(a)在有醇(通式为R(OH)m，式中R是含1至约18个碳原子的烷基且m为1-3)存在时，在时间和温度适宜的反应条件下，使乙醇胺、甲醛和亚磷酸二烷基酯接触，生成一种反应混合物，其中乙醇胺与亚磷酸酯的摩尔比为约1∶1至约8∶1和甲醛与烷醇胺的摩尔比为约0.125∶1至约3∶1，(b)在酸性或碱性条件下使反应混合物水解，生成N-羟乙基氨基甲基膦酸或其盐类，和(c)使N-羟乙基氨基甲基膦酸或其盐催化氧化。
本文所用的术语“N-羟烷基氨基甲基膦酸盐”是指N-羟烷基氨基甲基膦酸的碱金属或碱土金属盐，和术语“N-膦羧基甲氨基羧酸盐”是指N-膦羧基甲氨基羧酸的碱金属或碱土金属盐。因此，水解和氧化反应的产物会包括酸及其盐类或它们的任何混合物，这取决于具体反应和所选择的反应条件。
根据本发明可采用的链烷醇胺通式为H2N-(CH2)-OH式中n为2-6。链烷醇胺的实例包括乙醇胺、3-氨基-1-丙醇、4-氨基-1-丁醇、5-氨基-1-戊醇、6-氨基-1-己醇及其混合物。本文优选的链烷醇胺是乙醇胺，因为它容易得到，且用它作原料制备的产物具有商业意义。
根据本发明，甲醛可以以聚甲醛或甲醛水溶液的形式使用。在市场上可以买到的含水甲醛是37-50％(重量)的甲醛水溶液，其中可能含有甲醇、乙醇或正-丁醇。
在本发明的方法中使用的亚磷酸二烷基酯可以在市场上买到，或很容易用常规方法制备，例如使PCl3或P4与包括多元醇在内的醇进行反应。如果采用多元醇作反应物，亚磷酸酯产物可能有环状结构，即环状亚磷酸酯。例如，利用PCl3的方法，可见福特-穆尔等人(有机合成，选集，Ⅳ卷，955页)和库克等人(化学学会杂志，635页(1949))的论文，而利用P4的方法，可见美国专利2，661，364。亚磷酸二烷基酯中的烷基是含1-18个碳原子的直链或有支链的烷基，和任选用-OH取代的烷基。优选的烷基是那些有支链的或有空间位阻的、或者用-OH取代的烷基。
适宜的亚磷酸二烷基酯的实例包括但并不限于亚磷酸二乙基酯、亚磷酸二异丙基酯、亚磷酸二(2-丁基)酯、亚磷酸二丁基酯、亚磷酸二甲基酯、亚磷酸二癸基酯、亚磷酸二异辛基酯、亚磷酸二月桂基酯、亚磷酸二(1，2-二羟乙烷)酯、亚磷酸二(1，2-二羟丙烷)酯、亚磷酸二(1，3-二羟丙烷)酯、5，5-二甲基-1，3，2-二噁磷英烷(-dioxaphosphorinane)-2-氧化物及其混合物。在本发明的方法中所用烷醇胺的量，可以用原料中烷醇胺与亚磷酸酯的摩尔比表示。烷醇胺与亚磷酸酯的摩尔比一般为约1∶1至约8∶1，优选为约1∶1至约3∶1，且最优选为约1∶1至约1.5∶1。
在本发明的方法中所用的甲醛量可以用原料中甲醛与链烷醇胺的摩尔比表示。甲醛与链烷醇胺的摩尔比一般为约0.125∶1至约3∶1，优选为约0.66∶1至约2.5∶1，且最优选为约1.7∶1至约2.3∶1。
链烷醇胺、甲醛和亚磷酸酯的反应是在适宜的温度下进行的，该温度可在很宽的范围内变动。反应温度一般为约50℃至约150℃，优选为约60℃至约120℃，且最优选为约70℃至约110℃。链烷醇胺、甲醛和亚磷酸酯的反应需进行适当的时间，该时间可在很宽的范围内变动，这取决各种参数，例如反应温度。反应时间一般为耗完亚磷酸酯所需的时间至约16小时，优选为约2小时至约16小时，且最优选为约4小时至约6小时。
链烷醇胺、甲醛和亚磷酸酯的反应是在有醇溶剂存在下进行的，其中的醇可用通式R(OH)m表示，且式中R是含1至约18个碳原子的烷基和m为1-3。烷基R可以是直链或支链的，且优选R与亚磷酸二烷基酯原料中所用的烷基相同。
适宜的醇类的实例包括但并不限于甲醇、乙醇、异丙醇、正-丁醇、2-丁醇、异辛醇、癸醇、异癸醇、月桂醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、丙三醇、2-羟甲基-2-甲基-1，3-丙二醇、1，3，5-三羟基环己烷及其混合物。
水解反应可在酸性或碱性条件下采用本领域技术人员已知的几种常规方法中的任一种方法进行。
当水解反应在酸性条件下进行时，优选的方法是先从反应混合物以及任选存在的任一醇共溶剂中除去过量的链烷醇胺，然后使反应混合物在盐酸中水解。盐酸的浓度优选为6N HCl-12N HCl(浓HCl)。酸性水解反应的温度一般为盐酸的沸点至约250℃，优选为80℃-120℃。反应时间一般为发生水解所需要的时间至约24小时，优选为约2小时至约16小时。在水解反应完成之后，可用本领域技术人员所知的任一常规方法回收N-羟烷基氨基甲基膦酸。
当水解反应在碱性条件下进行时，优选的方法是使反应混合物与碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物接触，优选碱金属氢氧化物。碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物的浓度一般为约15％(重量)至约90％(重量)，优选为约40％(重量)至约60％(重量)，且最优选为约50％(重量)。在水解反应中所用的碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物的量可用氢氧化物的当量数与原料亚磷酸酯摩尔数的比例表示。该比例一般为约2∶1至约5∶1，优选为约2.5∶1至约4∶1，且最优选为约3∶1。
在碱性条件下优选的水解实施方案中，在水解过程中例如用蒸馏法从反应混合物中除去在水解过程中生成的醇，即除去相应于亚磷酸二烷基酯中烷基的醇。例如当在该方法中使用亚磷酸二异丙基酯时，在水解过程中除去异丙醇。
用于本发明方法的碱金属氢氧化物包括氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷和氢氧化铯。优选氢氧化钠和氢氧化钾，因为它们容易买到又容易处理，且特别优选氢氧化钠。
用于本发明方法的碱土金属氢氧化物包括氢氧化铍、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化锶和氢氧化钡。本文优选氢氧化钙，因为它容易买到。
碱性水解反应的温度一般为约80℃至约250℃，优选为约80℃至约180℃，最优选为约120℃至约150℃。反应时间一般为发生水解所需要的时间至约48小时。优选为约2小时至约24小时且最优选为约2小时至约16小时。在水解反应完成之后，可采用本领域技术人员已知的任一常规方法回收N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐。
N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐的氧化是在催化剂存在下进行的。适宜的氧化催化剂是本领域技术人员所熟知的，例如Raney铜以及在美国专利4，810，426和5，292，936中所述的催化剂，在此引入作为参考。
在美国专利4，810，426中，N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸的氧化，是在水和适宜的催化剂存在下与碱金属氢氧化物进行的，催化剂选自镉、锌、铜、钯和铂以及它们相应的氧化物、氢氧化物和盐。氧化反应是在温度200℃-300℃下进行的。
在美国专利5，292，936中，N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸的氧化，是在有效量的Raney铜催化剂存在下与碱金属氢氧化物进行的，催化剂含约50ppm至约10，000ppm选自铬、钛、铌、钽、锆、钒、钼、锰、钨、钴、镍的元素及元素混合物。在上述元素中，铬、钼、和铬与钼的混合物是优选的。氧化反应在温度约120℃-220℃下进行。
另一类特别适用的氧化催化剂是载体混合金属催化剂，例如在美国专利申请08/269，722(顺序号)及其后的部分继续美国专利申请08/407，723(顺序号)中的催化剂，在此引入作为参考。本发明的载体混合金属催化剂是利用沉积法制备的，按催化剂总重量计，有约1％(重量)至约50％(重量)选自铜、钴、镍、镉的元素及元素混合物沉积在耐氢氧化物的载体上，载体含约0.05％(重量)至约10％(重量)选自铂、钯、钌、银、金及其混合物的固定金属(anchor metal)。
适宜的耐氢氧化物的载体包括氧化钛、氧化锆和碳。碳是优选的。活性碳是更优选的。
沉积在耐氢氧化物载体上的细粒状固定金属可以是贵金属。所谓贵金属是指金、银、铂、钯、钌或其混合物。铂和钯是优选的。铂是最优选的。沉积在耐氢氧化物载体上的固定金属量，按催化剂的总重量计，可为约0.05％(重量)至约10％(重量)。如果沉积在耐氢氧化物载体上的固定金属少于约0.05％(重量)，就没有足够的固定金属与铜、钴、镍和/或镉结合，因而不能提供令人满意的催化剂。另一方面，按催化剂的总重量计，如果沉积在载体上的固定金属高于约10％(重量)，沉积金属晶粒的粒度势必增大。沉积单质金属的晶粒较大有时会降低催化性能。按催化剂的总重量计，优选使用约0.1％(重量)和约5％(重量)的固定金属。本文优选的载体混合金属催化剂是碳负载的铜和铂或钯的混合物。
含有适宜固定金属的耐氢氧化物的适宜载体可以在市场上买到。
所沉积的金属(即铜、钴、镍和/或镉的)量应足以覆盖至少某些嵌入的固定金属粒子。除了覆层中的粒子以外，至少还有一些嵌在载体上而未附着在固定金属上的沉积金属的粒子存在。X射线光电子能谱(XPS)是可用来测定催化剂表面原子相对浓度的一种方法。使用这种方法发现，在本发明的催化剂中，沉积金属与固定金属的表面原子比例大于2.0较好，且用XPS测定的表面原子比例大于主体内相应原子的比例更好。
可用许多方法把固定金属沉积在耐碱的基质上和把铜、钴、镍和/或镉沉积在固定金属上，然而优选无电镀金属沉积。无电镀金属沉积是指在不采用外部电源的条件下，在适宜基质上附着金属层的化学沉积。
不管采用何种方法把固定金属沉积在基质上，金属粒子的尺寸都是一个关键的参数，因为它限定了沉积的铜、钴、镍和镉的晶体尺寸。铜、钴、镍和镉的晶体尺寸应小于约500，和就铜而言，优选晶体尺寸小于约300。虽然申请人不愿受任何特定理论的约束，但却认为，对于得到高产率，而不需要速率很快的反应，固定金属分布均匀是最有利的。还认为固定金属粒子小、充分还原和高度分散也是很重要的。
实际上，是将含固定金属的基质加到水中制浆。然后在约0℃至30℃或更高的温度下在敞口容器中一边缓缓地搅拌基质和水的浆体，一边按适当的比例将镀液成分混合制备镀液，例如铜镀液。将含配合剂和还原剂的镀液以少量多次的方式加入浆体中，每次加入时都监测pH。在适当的时间间隔后，缓慢地加入下一份浆体。所加镀液的量取决于催化剂中附着在固定金属上所需要的催化金属重量百分比。在催化金属沉积完成时，得到的滤液基本无色。
然后，过滤成品催化剂并用蒸馏水洗涤。过滤必须在惰性气氛例如氮气下进行，以避免催化剂暴露在空气中。洗涤催化剂，除去未反应的成分，例如几个ppm的杂质和未反应的还原剂例如甲醛。已经发现，有约0.5-1.5％(重量)的碱金属留在催化剂上，通常是无害的。催化剂在贮存时应避免与氧接触，优选贮存在水中。
本文优选用于本发明方法的氧化催化剂是美国专利5，292，936中的催化剂和载体混合金属催化剂，特别优选的是载体混合金属催化剂。
本发明中的反应可在常压下进行，或在密闭的反应容器中在加压条件下进行。当反应在压力容器中进行时，其压力一般为在反应条件下反应混合物的蒸汽压。
                      实施例
总程序当能买到亚磷酸二烷基酯时，从Aldrich Chemical购买。如果在市场上买不到亚磷酸二烷基酯，就采用福特-穆尔等人的方法(有机合成，选集，Ⅳ卷，955页)或库克等人的方法(化学学会杂志，635页(1949))用PCl3和相应的醇合成。甲醛以37％水溶液的形式从AldrichChemical购买。聚甲醛(91-93％)从Hoechst Celanese Corporation购买。N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐的产率是在D2O中用亚甲基二膦酸作内标用31P-核磁共振谱确定的。核磁共振谱样品一般是用含有HCl的D2O制备的，其浓度使样品的pH=7。用Varian VXR-300或者Varian VXR-400谱仪获得核磁共振谱。定性和定量的质谱是用Finnigan MAT 90、Finnigan 4500和VG40-250T谱仪进行的。
                      实施例1
这个对比例说明，在没有醇存在下使用各种亚磷酸二烷基酯合成N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸。
将亚磷酸二异丙基酯(17g，0.1mmol)、聚甲醛(3.6g，0.12mmol)和乙醇胺(48.8g，0.8mmol)加入装有电磁搅拌棒和回流冷凝器的圆底烧瓶中。将反应加热到100℃，保持16小时。加入2N NaOH(16g 50％的溶液)并加热到120℃，使中间产物酯类碱性水解16小时。使反应冷却并在真空下浓缩。向反应混合物中加水(30ml)，且取样做31P-核磁共振谱分析。N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸的产率(13％)基于加入的亚磷酸酯的摩尔数计算。
采用与上述相同的试验方案，但用不同的亚磷酸二烷基酯以及各种试剂比例进行反应，所得的结果总结于表1。
                      表1
采用各种亚磷酸二烷基酯制备N-2-羟乙基氨基甲基膦酸
           摩尔         反应温度，水解方法 产率b，亚磷酸酯  乙醇胺  甲醛a    ℃               ％
二甲基0.1     0.8    0.12(p)     80      碱       20二乙基0.1     0.8    0.1(p)      70      酸       18c二异丙基0.1     0.8    0.12(p)     100     碱       13二另丁基0.1     0.8    0.12(p)     100     碱       15
a甲醛以37％的水溶液加入，(p)表示使用聚甲醛b由31P-核磁共振谱测定并根据加入的亚磷酸酯摩尔数计算的产率c反应进行6小时
                      实施例2
这个实施例说明在用亚磷酸二烷基酯制备N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸时利用醇作溶剂的优点。
将聚甲醛(4.0g，0.13mol)、乙醇胺(6ml，0.097mol)、亚磷酸二异丙基酯(17g，0.1mol)和50ml异丙醇溶液在120℃下搅拌16小时，将该溶液浓缩至干，然后加入17ml 50％的NaOH。在回流下将溶液加热16小时，冷却到室温，然后在真空下浓缩。加水(100ml)，使混合物均匀。在D2O中在pH=0.8的条件下，用31P-核磁共振谱分析反应产物。制备的N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸的产率为33％。
                      实施例3
这是一个对比例，它说明了巴萨科夫等人在所著的“新型配合酮及其衍生物的合成”(普通化学杂志，53卷，第6期，12243-49页，(1983))中所报道的，利用亚磷酸二甲基酯制备N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸的方法。
在低于20℃下、在氮气氛中、在1小时期间内将亚磷酸二甲基酯(36g，0.3227mol)滴加到搅拌的聚甲醛(9.8g，0.32mol)和乙醇胺(20g，0.32mol)的溶液中。将溶液加热到80℃，保持1小时，然后冷却到室温。如论文所述，将该溶液用350ml苯萃取。然后使苯溶液通过1个装有1kg氧化铝的柱，再用1升苯洗脱该柱。在真空下将苯溶液浓缩至干，然后加入250ml浓HCl。将溶液加热到110℃，保持6小时。用31P-核磁共振谱对反应混合物的分析表明，N-(2-羟乙基)-氨基甲基膦酸的产率为0％。这个实施例证明，与巴萨科夫等人在文献中公开的资料相反，用巴萨科夫等人在文献中谈到的方法没有生成任何N-(2-羟乙基)-氨基甲基磷酸。
                      实施例4
这个实施例说明使用美国专利5，292，936中含铬的Raney铜催化剂，将N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸转化成N-膦羧基甲基氨基乙酸。
将N-2-(羟乙基)氨基甲基膦酸(16.84g，0.11mol)、水(11.3ml)和45％(重量)氢氧化钾(48.7g，0.39mol)以及含943ppm(3.53g)铬的Raney铜催化剂加入160ml装备有搅拌器的镍加压釜中。将加压釜密封并加热到160℃。在9.5kg/cm2压力下搅拌加压釜中的液相。在1.85小时后，氢气逸出停止。钾盐形式的N-膦羧基甲基氨基乙酸的产率为98.5％。
                      实施例5
这个实施例说明本发明的载体混合金属催化剂的制备。
将蒸馏水(169ml)和从纽约Degussa Corporation of RidgefieldPark购买的负载5％铂的湿活性炭粉末(以干基重量计相当于13.37g)加入置于电磁搅拌盘上的1L玻璃烧杯中，杯内装有一个5cm长包覆聚四氟乙烯的电磁搅拌棒。在另一个1L烧杯中在搅拌下加入下列成分制备铜镀液，其中的大部分都是从康涅狄格州的MacDermid，Inc.ofWaterbury购买的，加入顺序为：
(1)687ml去离子水
(2)90ml MACuPlex Ultra Dep 1000 B*
(3)54ml MACuPlex Ultra Dep 1000 A*
(4)18ml MACuPlex Ultra Dep 1000 D*
(5)5ml 37％(重量)甲醛
*MacDermid的专利产品
总体积为854ml
根据MacDermid对编号17970产品的说明书，制备的水溶液包含下列活性成分：
硫酸铜                4.0g/l
甲醛                  6.0g/l
氢氧化钠              9.0g/l
过量的EDTA螯合剂      0.06mol
将制备的镀液过滤，然后在40℃下将其加入载有5％铂的活性炭浆体中，每3min 加入122ml。监测pH以便确定反应进行的程度。当气体逸出过于激烈时，延长两次镀液加入的间隔时间。
在加完镀液之后，采用一个4L真空烧瓶，一个350ml粗制玻璃过滤漏斗，和一个盖在漏斗上充满氮气的拱形罩进行过滤，回收催化剂。在过滤之后，用去离子水洗涤固体制剂3-4次，每次250ml。在这次制备中，按干重量计的产量为18.4g。催化剂的微量分析表明，按催化剂的总重量计，其元素组成为铜13.4％(重量)，铂3.4％(重量)。用XRD谱线增宽法测定，测得的铜晶体平均粒度为157。
                      实施例6
这个实施例示出制备本发明的载体混合金属催化剂的另一种方法。
将蒸馏水(190ml)加入置于电磁搅拌盘上的2L玻璃烧杯中，杯内装有长2.5cm包覆聚四氟乙烯的电磁搅拌棒，然后加入从DegassaCorporation买到的载有5％铂的活性碳，相当于16.42g(干重)。在搅拌条件下将下列成分加入一个4L烧杯中制备镀铜水溶液。
(1)500ml去离子水
(2)NaKC4H4O6·4H2O(酒石酸盐)[29.99g，0.106mol]；
搅拌溶解
(3)在另一个烧杯中将11.79g CuSO4·5H2O(3g Cu)，
(0.047mol)溶于400ml去离子水中
(4)将铜溶液(3)加入制备的酒石酸盐溶液(2)中
(5)加13.60g 50％(重量)的NaOH[0.17mol]
(6)11.35ml 37％(重量)的甲醛[0.15mol]
总体积为1125ml
将制备的镀液共分约12次加入载有5％(重量)铂的碳浆中，每隔2.5分钟加入79ml。监测pH以确定反应进行的程度和如果当溶液放出气体太激烈时，延迟加入的时间。在将镀液加入到浆体中以后，按实施例9所述，用过滤回收催化剂。按干重，产量为20.03g。经分析确定，按催化剂的总重量计，其组成为：铜14.5％和铂3.8％。铜晶体的平均尺寸为119。
                      实施例7
这个对比例说明在没有作溶剂的醇存在时，利用亚磷酸二异丙基酯生产N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸。
在室温下将37％的含水甲醛(8.2g，0.1mol)和乙醇胺(9g，0.15mol)的溶液搅拌1-2小时，然后加入亚磷酸二异丙基酯(17g，0.1mol)。将反应溶液加热到80℃保持3小时。向反应中加水(50ml)和16ml 50％的NaOH，然后在Dean-Stark装置中在150℃下将混合物蒸馏3小时，以使中间产物酯类水解且同时去除水、异丙醇和乙醇胺(除去的总体积为80-100ml)。有白色沉淀物生成，加入50ml水将其溶解。用31P-核磁共振谱对反应混合物的分析表明，N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸的产率为49％，和双-N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸的产率为6％。
                      实施例8
这个对比例说明，在没有作溶剂的醇存在时，改变甲醛用量，用亚磷酸二烷基酯进行反应生产N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸。
除所用的甲醛量为1-2当量(按亚磷酸酯计)以外，所采用的反应条件与实施例7中所述的相同。这些试验的结果总结于表2中。
                            表2
          利用亚磷酸二异丙基酯制备N-羟乙基氨基甲基膦酸
摩尔                                                        产率，％亚磷酸酯           乙醇胺       甲醛a        温度，℃     单a       双b
    0.1     0.15     0.10     80     49     6
    0.1     0.15     0.12     80     37     3
    0.1     0.15     0.16     80     47     6
    0.1     0.15     0.18     80     48     10
    0.1     0.15     0.20     80     38     11
aN-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸b双-N(-2-羟乙基)氨基甲基膦酸
                      实施例9
这个实施例说明，在醇溶剂存在下，采用亚磷酸二烷基酯时，改变反应中甲醛用量所产生的影响。
在典型的反应中，将37％的甲醛(17g，0.2mol)加入乙醇胺(6.1g，0.1mol)与100ml甲醇的混合物中。将混合物加热到70℃，然后将亚磷酸二甲基酯(11g，0.1mol)一次加入。反应在70℃下，搅拌几小时。加入浓HCl(50ml)，然后将反应加热到120℃保持2小时，以使中间产物酯类水解。用31P-核磁共振谱对反应混合物的分析表明，N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸的产率为74％。改变甲醛用量进行同一反应的结果示于表3。
                              表3
           在改变甲醛用量下在甲醇溶剂中用亚磷酸二甲基酯制备N-羟乙基氨基甲基膦酸
摩尔                                                           产率，％亚磷酸酯        乙醇胺       甲醛        温度，℃          N-(2-羟乙基)氨基甲基膦酸
    0.1     0.10  0.10     70     20
    0.1     0.10  0.17     70     58
    0.1     0.10  0.20     70     74
                      实施例10
这个实施例说明，利用亚磷酸环二烷基酯5，5-二甲基-1，3，2-二噁磷英烷-2-氧化物生产N-羟乙基氨基甲基膦酸。
在氮气氛下，将聚甲醛(6.6g，0.22mol)，乙醇胺(6.1g，0.1mol)和甲醇(100ml)的混合物在80℃下搅拌4小时。将5，5-二甲基-1，3，2-二噁磷英烷-2-氧化物(15g，0.1mol)一次加入到混合物中。在80℃下将反应搅拌几小时。加入浓Hcl(50ml)，然后将混合物回流16小时。用31P-核磁共振谱对反应产物的分析表明，N-羟乙基氨基甲基膦酸的产率为59％。

Claims (14)

1．一种制备通式为的N-膦酰基甲氨基羧酸或其盐的方法，其中包括：(a)在有通式为R(OH)m，式中R是含1至18个碳原子的烷基，m为1-3的醇的存在下，在温度为50-150℃的条件下使通式为
           H2N-(CH2)n-OH式中n为2-6的链烷醇胺、甲醛和亚磷酸二烷基酯接触，生成一种反应混合物，其中链烷醇胺与亚磷酸酯的起始摩尔比为1∶1至8∶1，甲醛与链烷醇胺的起始摩尔比为0.125∶1至3∶1，和
(b)在中性、酸性或碱性条件下，使所述的反应混合物水解，生成通式为
Figure 9519479100022
的N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐；
(c)使所述的N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐催化氧化，生成所述的N-膦酰基甲氨基羧酸或其盐。
2．权利要求1的方法，其中的氧化是在有效量的Raney铜催化剂存在下，使所述的N-羟烷基氨基甲基膦酸或其盐与碱金属氢氧化物接触进行的，该催化剂含有50至10，000ppm选自铬、钛、铌、钽、锆、钒、钼、锰、钨、钴、镍的元素及元素混合物。
3．权利要求1的方法，其中氧化是在有效量的碳载混合金属催化剂存在下进行的。
4．权利要求3的方法，其中所述的催化剂是碳载的Cu和Pt或Pd的混合物。
5．一种制备N-膦酰基甲基氨基乙酸或其盐的方法，其中包括：
(a)在有通式为R(OH)m，式中R是含1至18个碳原子的烷基，m为1-3的醇的存在下，在温度为50-150℃的条件下，使乙醇胺、甲醛和亚磷酸二烷基酯接触，生成一种反应混合物，其中乙醇胺与亚磷酸酯的起始摩尔比为1∶1至8∶1，和甲醛与乙醇胺的起始摩尔比为0.125∶1至3∶1
(b)在酸性或碱性条件下，使所述的反应混合物水解，生成N-羟乙基氨基甲基膦酸或其盐，和
(c)使所述的N-羟乙基氨基甲基膦酸或其盐催化氧化。
6．权利要求5的方法，其中在有效量的Raney铜催化剂存在下，使所述的N-羟乙基氨基甲基膦酸或其盐与碱金属氢氧化物接触进行氧化，该催化剂含50至10，000ppm选自铬、钛、铌、钽、锆、钒、钼、锰、钨、钴、镍的元素及元素混合物。
7．权利要求5的方法，其中氧化是在有效量的碳载混合金属催化剂存在下进行的。
8．权利要求5的方法，其中水解是在碱性条件下进行的。
9．权利要求5的方法，其中水解是在碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物存在下进行的。
10．权利要求8的方法，其中在所述水解过程中生成的醇在所述的水解过程中除去。
11．权利要求5的方法，其中乙醇胺与亚磷酸酯的摩尔比为1∶1至3∶1。
12．权利要求5的方法，其中甲醛与乙醇胺的摩尔比为0.66∶1至2.5∶1。
13．权利要求12的方法，其中甲醛与乙醇胺的摩尔比为1.7∶1至2.3∶1。
14．权利要求5的方法，其中所述的亚磷酸酯为亚磷酸二甲酯。
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