CN106632467A - 一种草铵膦铵盐的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种草铵膦铵盐的合成方法，包括以下步骤：1)、甲基亚磷酸二甲酯与丙烯酸甲酯和甲醇反应合成甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯；2)、甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯与草酸二甲酯进行克莱森缩合反应合成2‑[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基‑3‑氧代‑丁酸二甲酯；3)、2‑[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基‑3‑氧代‑丁酸二甲酯在酸性条件下发生水解反应生成4‑羟基甲基膦酰基氧代丁酸；4)、4‑羟基甲基膦酰基氧代丁酸在催化剂作用下，依次与氨气和氢气反应，制得草铵膦铵盐；本发明避免了剧毒物品氰化物的使用，未采用格式反应，生产过程中所用溶剂量少，反应条件温和、易控制，适合于工业化生产，且生产安全便于操作，反应步骤短、收率高。
Description
技术领域
本发明属于草铵膦的制备方法，具体涉及一种草铵膦铵盐的合成方法。
背景技术
草铵膦是一种具有部分内吸作用的高效、低毒、非选择性(灭杀性)触杀型有机膦类除草剂，是由德国赫司特(Hoechst)公司最先开发。其合成方法有发酵法和化学合成法。发酵法主要是用双丙氨酰膦经微生物发酵生产。化学合成法大多是以三氯化膦或亚磷酸脂为起始原料，与某些氨基衍生物反应而制备。
目前，草铵膦的合成方法主要有高压催化合成法、低温定向合成法、盖布瑞尔-丙二酸二乙酯合成法、阿布佐夫-迈克尔法和斯垂克-泽林斯基法等，但其均存在种种的问题，比如高压催化合成法使用了一氧化碳和氢气，在15-20MPa的高压下反应，对设备的要求高，不适合工业化生产，此外一氧化碳也是剧毒气体，不太好控制；低温定向合成法中氢化吡嗪的阴离子化过程需要-80℃的低温，不易工业化生产；另外用到的正丁基锂也是极危险的易燃易爆品，操作不当容易发生事故；盖布瑞尔-丙二酸二乙酯合成法需要用到氯气和溴素，工业化时较难控制，且成本高；阿布佐夫-迈克尔法，由西南科技大学材料学院硕士研究生提出，但其用到了格式试剂，工业化时较难控制；斯垂克-泽林斯基法，由德国赫斯特-舍林农业发展有限公司于1998年8月申请的制备方法专利(专利号98808261)予以公开，反应是在酸酐等条件下，由甲基亚膦酸二乙酯与丙烯醛反应，再经氰化物等反应制备草铵膦，反应中用到了剧毒的氰化钾或钠，容易造成污染和人员伤害；且反应中需要用到大量的醇、乙醚、四氢呋喃等有机溶剂，成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种草铵膦铵盐的合成方法，该方法避免了剧毒物品氰化物的使用，不使用格式试剂，未采用格式反应，生产过程中所用溶剂量少，反应条件温和、易控制，适合于工业化生产，且生产安全便于操作，反应步骤短、收率高。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种草铵膦铵盐的合成方法，包括以下步骤，
步骤一、甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯的制备：甲基亚磷酸二甲酯与丙烯酸甲酯和甲醇反应合成甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯；
步骤二、2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯的制备：在0.4MPa、40-50℃的反应条件下，甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯与草酸二甲酯进行克莱森缩合反应合成2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯；
步骤三、4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸的制备：2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯在酸性条件下发生水解反应生成4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸；
步骤四、草铵膦铵盐的制备：以甲醇溶液为溶剂，4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸在催化剂的作用下，依次与氨气和氢气反应，制得草铵膦铵盐，即：2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵。
进一步的，所述甲基亚磷酸二甲酯的制备方法为：甲基二氯化磷在傅酸剂作用下与甲醇合成甲基亚磷酸二甲酯。
更进一步的，所述缚酸剂为氨气。
更进一步的，所述甲基亚磷酸二甲酯的制备的具体操作方法为：首先于5-15℃的条件下，向无水甲醇中通入氨气，然后使其冷却至10℃以下后，向通有氨气的无水甲醇中滴加甲基二氯化磷，滴加过程中控制温度在10-20℃，滴加完毕后，升温至20-25℃，保温反应至甲基二氯化磷的质量浓度小于1％，即得甲基亚磷酸二甲酯；
进一步的，步骤一中甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯的制备的具体操作方法为：将丙烯酸甲酯和无水甲醇混合，然后将甲基亚磷酸二甲酯加热到50℃后，于50-60℃下向其中滴加丙烯酸甲酯和无水甲醇的混合溶液，控制滴加时间为50-70min，滴加完毕后，于60-65℃保温反应50-70min，然后减压蒸馏除去过量的甲醇和副产物后，即得甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯。
进一步的，步骤二中2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯的制备的具体操作方法为：向甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯中加入草酸二甲酯，然后于0.4MPa、40-50℃下进行克莱森缩合反应，反应3～5h即得2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯。
进一步的，步骤三中4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸的制备：将2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯加入质量浓度为30％的浓盐酸中，然后加热至100-105℃后回流4-6h，减压蒸馏去除酸水和甲醇，即得4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸。
进一步的，步骤四中草铵膦铵盐的制备：将4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸、质量浓度为95％的甲醇溶液和催化剂依次加入高压反应釜中，然后，于0.2MPa、25℃条件下持续通入氨气，反应4h后，停止通入氨气，然后用氢气置换高压反应釜内的氨气，并控制高压反应釜中氢气压力为1.5MPa，升温至90℃，继续反应6h后结束反应，过滤反应液，滤液继续降温至0-5℃后，再次过滤，滤饼用0-5℃的冷甲醇淋洗，即得草铵膦铵盐，即2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵。
更进一步的，所述冷甲醇的含水量＜0.5％。
更进一步的，所述催化剂为质量分数为5％的铑炭或质量分数为5％的钯碳；所述铑炭或钯碳的含湿量为60％。
本发明涉及到的化学反应如下：
反应一：
反应二：
反应三：
反应四：
反应五：
其中：1为甲基二氯化磷；2为甲基亚磷酸二甲酯；3为丙烯酸甲酯；4为甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯；5为草酸二甲酯；6为2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯；7为4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸；8为草铵膦铵盐，即2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1、本发明在甲基亚磷酸二甲酯、甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯、2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯、4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸和草铵膦铵盐的制备的具体操作方法中所述各反应参数比如反应温度和滴加时间等对产品的收率有着重要影响；不仅降低了成本，还降低了杂质含量，更利于草铵膦铵盐的分离纯化。
2、本发明所述方法中避免了剧毒物品氰化物的使用，不使用格式试剂，未采用格式反应，生产过程中所用有机溶剂仅有甲醇，其即不仅作为溶剂使用，还参加了反应，较斯垂克-泽林斯基法中所用有机溶剂的用量少，一定程度上降低了成本；其次，本发明反应条件温和、易控制，适合于工业化生产，且生产安全便于操作；此外，本发明反应步骤短、损失少，收率高。
具体实施方式
实施例1
步骤一、甲基亚磷酸二甲酯的制备：取64g无水甲醇，首先于10℃的条件下，向无水甲醇中通入34g氨气，然后给其降温至10℃以下后，向通有氨气的无水甲醇中滴加117g甲基二氯化磷，滴加过程中控制温度在15℃，滴加完毕后，升温至23℃，保温反应至甲基二氯化磷的质量浓度小于1％(反应时间约1h)，即得甲基亚磷酸二甲酯；
步骤二、甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯的制备：将86g丙烯酸甲酯和80g无水甲醇混合，然后将步骤一制得的甲基亚磷酸二甲酯加热到50℃后，于50-60℃下向其中滴加丙烯酸甲酯和无水甲醇的混合溶液，控制滴加时间为1h，滴加完毕后，于60-65℃保温1h，减压蒸馏除去过量的甲醇和副产物甲醚后，即得甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯；
步骤三、2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯的制备：向步骤二制得的甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯中加入118g草酸二甲酯，然后于0.4MPa、45℃下进行克莱森缩合反应，反应4h即得2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯。
步骤四、4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸的制备：将步骤三制得的2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯加入到300g质量浓度为30％的浓盐酸中，然后加热至100-105℃后回流5h，减压蒸馏去除副产物酸水和甲醇，即得4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸；
步骤五、草铵膦铵盐的制备：将步骤四制得的4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸、100g质量浓度为95％的甲醇溶液和1.5g含湿量为60％且质量浓度为5％的钯碳催化剂依次加入高压反应釜中，然后，于0.2MPa、25℃条件下持续通入氨气，反应4h后，停止通入氨气，然后，用氢气置换高压反应釜内的氨气，并控制高压反应釜内氢气压力为1.5MPa，升温至90℃，继续反应6h后结束反应，过滤反应液以回收催化剂，滤液继续降温至0-5℃后，再次过滤，滤饼用0-5℃的冷甲醇含水量＜0.5％)淋洗，即得草铵膦铵盐，即2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵。
实施例2
步骤一、甲基亚磷酸二甲酯的制备：取64g无水甲醇，首先于7℃的条件下，向无水甲醇中通入34g氨气，此时温度处于10℃以下，向通有氨气的无水甲醇中滴加117g甲基二氯化磷，滴加过程中控制温度在12℃，滴加完毕后，升温至20℃，保温反应至甲基二氯化磷的质量浓度小于1％(反应时间约1h)，即得甲基亚磷酸二甲酯；
步骤二、甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯的制备：将86g丙烯酸甲酯和80g无水甲醇混合，然后将步骤一制得的甲基亚磷酸二甲酯加热到50℃后，于50-60℃下向其中滴加丙烯酸甲酯和无水甲醇的混合溶液，控制滴加时间为70min，滴加完毕后，于60-65℃保温70min，减压蒸馏除去过量的甲醇和副产物甲醚后，即得甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯；
步骤三、2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯的制备：向步骤二制得的甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯中加入118g草酸二甲酯，然后于0.4MPa、42℃下进行克莱森缩合反应，反应3.5h时间即得2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯。
步骤四、4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸的制备：将步骤三制得的2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯加入到300g质量浓度为30％的浓盐酸中，然后加热至100-105℃后回流6h，减压蒸馏去除副产物酸水和甲醇，即得4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸；
步骤五、草铵膦铵盐的制备：将步骤四制得的4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸、100g质量浓度为95％的甲醇溶液和1.5g含湿量为60％且质量浓度为5％的钯碳催化剂依次加入高压反应釜中，然后，于0.2MPa、25℃条件下持续通入氨气，反应4h后，停止通入氨气，然后，用氢气置换高压反应釜内的氨气，并控制高压反应釜内氢气压力为1.5MPa，升温至90℃，继续反应6h后结束反应，过滤反应液以回收催化剂，滤液继续降温至0-5℃后，再次过滤，滤饼用0-5℃的冷甲醇(含水量＜0.5％)淋洗，即得草铵膦铵盐，即2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵。
实施例3
步骤一、甲基亚磷酸二甲酯的制备：取64g无水甲醇，首先于14℃的条件下，向无水甲醇中通入34g氨气，然后给其降温至10℃以下后，向通有氨气的无水甲醇中滴加117g甲基二氯化磷，滴加过程中控制温度在18℃，滴加完毕后，升温至25℃，保温反应至甲基二氯化磷的质量浓度小于1％(反应时间约1h)，即得甲基亚磷酸二甲酯；
步骤二、甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯的制备：将86g丙烯酸甲酯和80g无水甲醇混合，然后将步骤一制得的甲基亚磷酸二甲酯加热到50℃后，于50-60℃下向其中滴加丙烯酸甲酯和无水甲醇的混合溶液，控制滴加时间为50min，滴加完毕后，于60-65℃保温50min，减压蒸馏除去过量的甲醇和副产物甲醚后，即得甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯；
步骤三、2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯的制备：向步骤二制得的甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯中加入118g草酸二甲酯，然后于0.4MPa、50℃下进行克莱森缩合反应，反应4.5h时间即得2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯；
步骤四、4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸的制备：将步骤三制得的2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯加入到300g质量浓度为30％的浓盐酸中，然后加热至100-105℃后回流4.5h，减压蒸馏去除副产物酸水和甲醇，即得4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸；
步骤五、草铵膦铵盐的制备：将步骤四制得的4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸、100g质量浓度为95％的甲醇溶液和1.5g含湿量为60％且质量浓度为5％的钯碳催化剂依次加入高压反应釜中，然后，于0.2MPa、25℃条件下持续通入氨气，反应4h后，停止通入氨气，然后，用氢气置换高压反应釜内的氨气，并控制高压反应釜内氢气压力为1.5MPa，升温至90℃，继续反应6h后结束反应，过滤反应液以回收催化剂，滤液继续降温至0-5℃后，再次过滤，滤饼用0-5℃的冷甲醇(含水量＜0.5％)淋洗，即得草铵膦铵盐，即2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵。
实施例1-3中，所述甲基二氯化磷的检测方法采用气相色谱法，色谱条件为：色谱柱：SE-30；柱箱温度120℃，保持5min，升温速率20℃/min，终温250℃，保持10min，进样量0.1微升；样品的预处理方法：吸取步骤一中的反应液直接进样。
Claims (10)
1.一种草铵膦铵盐的合成方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤一、甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯的制备：甲基亚磷酸二甲酯与丙烯酸甲酯和甲醇反应合成甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯；
步骤二、2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯的制备：在0.4MPa、40-50℃的反应条件下，甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯与草酸二甲酯进行克莱森缩合反应合成2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯；
步骤三、4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸的制备：2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯在酸性条件下发生水解反应生成4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸；
步骤四、草铵膦铵盐的制备：以甲醇溶液为溶剂，4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸在催化剂的作用下，依次与氨气和氢气反应，制得草铵膦铵盐，即：2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵。
2.根据权利要求1所述的一种草铵膦铵盐的合成方法，其特征在于，所述甲基亚磷酸二甲酯的制备方法为：甲基二氯化磷在傅酸剂作用下与甲醇合成甲基亚磷酸二甲酯。
3.根据权利要求2所述的一种草铵膦铵盐的合成方法，其特征在于，所述缚酸剂为氨气。
4.根据权利要求3所述的一种草铵膦铵盐的合成方法，其特征在于，所述甲基亚磷酸二甲酯的制备的具体操作方法为：首先于5-15℃的条件下，向无水甲醇中通入氨气，然后使其冷却至10℃以下后，向通有氨气的无水甲醇中滴加甲基二氯化磷，滴加过程中控制温度在10-20℃，滴加完毕后，升温至20-25℃，保温反应至甲基二氯化磷的质量浓度小于1％，即得甲基亚磷酸二甲酯。
5.根据权利要求1所述的一种草铵膦铵盐的合成方法，其特征在于，步骤一中甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯的制备的具体操作方法为：将丙烯酸甲酯和无水甲醇混合，然后将甲基亚磷酸二甲酯加热到50℃后，于50-60℃下向其中滴加丙烯酸甲酯和无水甲醇的混合溶液，控制滴加时间为50-70min，滴加完毕后，于60-65℃保温反应50-70min，然后减压蒸馏除去过量的甲醇和副产物后，即得甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯。
6.根据权利要求1所述的一种草铵膦铵盐的合成方法，其特征在于，步骤二中2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯的制备的具体操作方法为：向甲基甲氧基膦酰基丙酸甲酯中加入草酸二甲酯，然后于0.4MPa、40-50℃下进行克莱森缩合反应，反应3～5h即得2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯。
7.根据权利要求1所述的一种草铵膦铵盐的合成方法，其特征在于，步骤三中4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸的制备：将2-[(甲基甲氧基)磷酰基]甲基-3-氧代-丁酸二甲酯加入质量浓度为30％的浓盐酸中，然后加热至100-105℃后回流4-6h，减压蒸馏去除酸水和甲醇，即得4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸。
8.根据权利要求1所述的一种草铵膦铵盐的合成方法，其特征在于，步骤四中草铵膦铵盐的制备：将4-羟基甲基膦酰基氧代丁酸、质量浓度为95％的甲醇溶液和催化剂依次加入高压反应釜中，然后，于0.2MPa、25℃条件下持续通入氨气，反应4h后，停止通入氨气，然后用氢气置换高压反应釜内的氨气，并控制高压反应釜中氢气压力为1.5MPa，升温至90℃，继续反应6h后结束反应，过滤反应液，滤液继续降温至0-5℃后，再次过滤，滤饼用0-5℃的冷甲醇淋洗，即得草铵膦铵盐，即2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵。
9.根据权利要求8所述的一种草铵膦铵盐的合成方法，其特征在于，所述冷甲醇的含水量＜0.5％。
10.根据权利要求1或8所述的一种草铵膦铵盐的合成方法，其特征在于，所述催化剂为质量分数为5％的铑炭或质量分数为5％的钯碳；所述铑炭或钯碳的含湿量为60％。
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