CN85108853A - α-氨基烷基膦酸和α-氨基烷基次膦酸的生产方法 - Google Patents

Abstract

化学式为Ⅰ的α-氨基烷基膦酸和α-氨基烷基

Description

本发明涉及α-氨基烷基膦酸和α-氨基烷基次膦酸的生产方法。这些化合物的化学式为：

式中n＝1或0

R₁＝H，CH₃或CH₂-C₆H₅，

R₂＝H（n＝1时），烷基或苯基（n＝0）。

n＝1时是α-氨基烷基膦酸

n＝0时是α-氨基烷基次膦酸

这些化合物，一部分具有生物学活性，如氨基甲基膦酸：

这类化合物是已知有除草和调节植物生长的作用的;也可以将这些化合物的一部分进一步加工成具有生物学活性的物质，请参阅期刊“磷和硫”（Phosphorus    and    Sulfur）1983年第14卷第295-322页，特别是第317-320页L.Maier的论文：“氨基次膦酸的化学进展”（Advances    in    the    Chemistry    of    Aminophosphinic    Acids）。此文虽如标题所表明，主要讨论氨基次膦酸，但也谈到了氨基膦酸。因此在这篇论文的第296-315页上的A部分-氨基次膦酸的制备-不仅叙述了生产氨基次膦酸的一系列已知方法，而且也叙述了生产氨基膦酸的各种不同方法。按照这些方法，原则上也可获得由上述化学式Ⅰ代表的一些化合物。

在上述论文中未提到的一种方法是在M.Soroka和P.Mastalerz的论文：“霍夫曼降解和膦酰基醋酸衍生的酰胺的溴化作用”（Hofmann    Degradation    and    Bromination    of    Amides    derived    from    Phosphonoacetic    Acid）〔四面体通讯（Tetrahedron    Letters）第52期，5201-5202页，1973年〕中叙述的方法。此法通过霍夫曼降解和不同的磷羧酸酰胺酯的酸性水解来生产一些特殊的α-氨基烷基膦酸。

羧酸酰胺在碱性介质中用氯或溴处理（在此生成相应的次卤酸盐），通过霍夫曼降解可转化成比原来少一个碳原子的胺〔请参阅有机化反应（Organic    Reactions）第3卷（1946年）第267页“霍夫曼反应”，特别是参阅第268页）。下面提出的反应方程式（式中的卤素为溴）代表霍夫曼降解：

（R＝有机基）

在M.Soroka和P.Mastalerz的论文中叙述的霍夫曼降解反应可用下面的反应式表达：

此反应的α-氨基膦酸的产率是理论量的70～80%。

如果与磷连接的碳原子上的氢没有被取代或被其它基团取代，在霍夫曼降解时主要产生卤代磷酰羧酸衍生物（实际上没有不含卤素的胺）：

如果这里不用霍夫曼降解一向惯用的一克分子的NaOBr，而用二克分子的NaOBr，那么化合物氨基羰基-二溴甲基磷酸二乙酯

的产率应该达到75%。

继续水解时，c），d）和e）反应产物中的膦酸酯基肯定也会转化成OH基。

正如一些试验已表明的那样，在上面提到的反应c）中用NaOCl取代NaOBr时，实际也不产生无卤素的胺：

用同样的方法，在次膦酸系列中，氨基羰基甲基-甲基次膦酸乙酯也不产生理论上所希望的胺：

在改变由M.Soroka和P.Mastalerz论述过的（在c）、d）和e）中引证的）反应，使正常的不含卤素的霍夫曼降解产品（α-氨基烷基膦酸也有高的产率的努力中，以及需要时把此反应扩大到其它类似的P-C化合物上的努力中发现，要达到此目的，就不要从相应的氨基羰基烷基膦酸酯（上面引证的M.Soroka和P.Mastalerz法）出发，而从各个酯盐出发。在氨基羰基烷基次膦酸系列中，反应以类似方式用氨基羰基烷基次膦酸盐作为原始化合物而获得成功。

因此本发明的主题是生产具有化学式Ⅰ的α-氨基烷基膦酸和α-氨基烷基次膦酸的方法。

式中    n＝1或0

R₁＝H，CH₃或CH₂-C₆H₅

R₂＝H（n＝1时）和

＝烷基或苯基（n＝0时）

此法的特征在于使化学式为（Ⅱ）的化合物进行霍夫曼降解，用已知方法得到化学式为（Ⅰ）的化合物。

其中n和R₁的含义与化学式（Ⅰ）中的相同

R₂＝烷基（n＝1时）

＝烷基或苯基（n＝0时）

Mp⁺＝p原子价的阳离子

在这里，化学式为（Ⅰ）的α-氨基烷基膦酸和α-氨基烷基次膦酸的产率无例外地为理论量的70～90%之间。这里特别使人感到意外的，因为按照M.Soroka、P.Mastalerz以及按照上面所述的实验和在酸中水解化学式（Ⅱ）代表的完全酯化的化合物的严格试验，主要得到卤代的膦酸衍生物和次膦酸衍生物，实际上没有不含卤素的霍夫曼降解产物（胺）。对原料的相当微小的改动（只是不用酯而用酯盐或者盐）根本不可能指望有完全不同的-与本发明相称的-反应进程。

在化学式为Ⅱ的原始化合物中，

R₁最好是H或甲基

R₃是C₁-C₈烷基，最好是C₁-C₄烷基，特别是只有C₂H₅基（n＝1时）;或者是C₁-C₈烷基，最好是C₁-C₄烷基（n＝0时）

Mp⁺最好是Na⁺或K⁺（m＝1）

n＝1时化学式Ⅱ所代表的化合物是氨基羰基烷基膦酸的酯盐（Ⅱa）

这类化合物可按文献中已知的方法制取，例如通过亚磷酸酯和α-卤代羧酸酰胺〔如有机化学杂志（J.Org.Chem.）23，1883-1886页（1958）〕反应，接着进行部分皂化：

部分皂化通常是在水溶液或醇溶液中，通过和金属氢氧化物作用，最好是和氢氧化钠或氢氧化钾作用来实现的。

n＝0时，化学式Ⅱ代表的化合物是氨基羰基烷基次膦酸盐（Ⅱb）：

这类盐也按已知方法制取，例如，类似于上述的氨基羰基膦酸酯盐的制备方法：

以化学式Ⅱ代表的化合物的霍夫曼降解（用氯或溴/碱液）按通常熟悉的反应类型进行。

其步骤最好是先在碱性氢氧化物中通过氯或溴的作用制取碱性的次卤酸盐溶液。在约为10-20℃下把以化学式Ⅱ代表的化合物以固体或水溶液的形式加到此溶液中，卤素∶碱性氢氧化物∶化合物Ⅱ的克分子比为约1至1.2∶约4至6∶约1是较好的。

加入化合物Ⅱ之后，将温度升到50至90℃（最好升到60至75℃）30-90分钟（最好是30-40分钟）。产生的反应溶液按原来已知的方法处理。例如为了释放出α-氨基烷基膦酸或α-氨基烷基次膦酸（Ⅰ）而和酸反应。在制备α-氨基烷基膦酸（式（Ⅰ）化合物，n＝1）时，例如，是通过用盐酸酸化并在高温下加热约2至4小时，最好是在反应介质的沸点温度（回流）。

在制备α-氨基烷基次膦酸（化学式为Ⅰ的化合物，n＝0）时，同样用盐酸酸化，但无需加热。然后（分离同时产生的碱性卤化物后），按已知的方法将最终产物Ⅰ进行分离，最好通过蒸发以浓缩盐酸溶液，并通过醇溶液中的盐酸化合物与环氧乙烷、甲基环氧乙烷或弱有机碱（如吡啶）的作用而分离。

现用下面的实例较详细地对本发明加以说明。跟在发明实例（A）之后还有两个对比实例（B）。从这些实例可得出结论：在霍夫曼降解的条件下，从氨基羰基甲基膦酸二乙酯中和从氨基羰基甲基-甲基次膦酸乙酯中实际上不产生氨基甲基膦酸或氨基甲基-甲基次膦酸。

A）发明实例

实例1

氨基甲基膦酸

a）原料化合物氨基羰基甲基膦酸单乙酯钠盐

的制备：

用已知的Arbusov法从亚磷酸三乙酯和氯乙酰胺得到氨基羰基甲基膦酸二乙酯。

把195.2克（1克分子）氨基羰基甲基膦酸二乙酯溶于500毫升冷却至-15℃的绝对乙醇中制成溶液，然后在其中加48.0克（1.2克分子）氢氧化钠。将此温升至65℃的溶液搅拌3.5小时，不需冷却。接着吸滤沉淀产品，并用乙醚洗涤，获得156克（80%）氨基羰基甲基膦酸单乙酯钠盐。

b）按照发明的反应：

在室温下，将100毫升水中溶有75.6克（0.4克分子）的氨基羰基甲基膦酸单乙酯钠盐的溶液加到在0℃用67.2克（1.68克分子）氢氧化钠、29.8克（0.42克分子）氯和400毫升水制成的次氯酸盐溶液中。15分钟后，于75℃下加热30分钟并通入氯化氢至饱和。将反应液回流加热2小时，冷却到10℃以后，滤掉108克氯化钠。蒸干滤液，加入150毫升浓盐酸，再滤掉13克氯化钠，又蒸干并加入200毫升甲醇和30毫升吡啶，得到32克（72%）氨基甲基膦酸。

实例2

（氨基甲基）-甲基次膦酸

a）原料化合物（氨基羰基甲基）-甲基次膦酸钠盐

的制备：

以通常方法用甲基亚膦酸二乙酯和氯乙酰胺制成（氨基羰基甲基）-甲基次膦酸。类似实例1与氢氧化钠反应得到（氨基羰基甲基）-甲基次膦酸钠盐。

b）按照发明的反应：

在室温下，将50毫升水中溶有63.6克（氨基羰基甲基）-甲基次膦酸钠盐的溶液加到如实例1中制成的次氯酸盐溶液中，在20℃保持15分钟，接着以60℃加热30分钟。通入氯化氢酸化反应液之后，蒸干，加入200毫升甲醇，吸滤出氯化钠（112克）。在甲醇溶液中加24克甲基环氧乙烷，吸滤沉淀出的产品，得到35克（80%）（氨基甲基）-甲基次膦酸。

实例3

1-氨基乙基膦酸

a）原料1-氨基羰基乙基膦酸单乙酯钠盐

的制备：

按照文献〔美国化学会志（J.Am.CHem.Soc.）791963（1957）〕规定，使亚磷酸三乙酯和2-溴丙酸乙酯作用，接着进行氨解得到1-氨基羰基乙基膦酸二乙酯。在83.7克（0.4克分子）1-氨基羰基乙基膦酸二乙酯溶于150毫升无水乙醇形成的溶液中加17.6克（0.44克分子）氢氧化钠，将此温升至35℃的溶液回流沸腾1小时，冷却后过滤出沉淀产品（60.3克，相当于74%产率），并用乙醚洗涤。

b）按照发明的反应：

在室温下将61克（0.3克分子）1-氨基羰基乙基膦酸单乙酯钠盐加到在0℃用时52.8克（1.32克分子）氢氧化钠、22克（0.31克分子）氯和300毫升水制成的次氯酸盐溶液中，15分钟后，加热至70℃以70℃加热30分钟，冷却到20℃，用浓盐酸酸化，蒸干之后加80毫升浓盐酸，滤掉不溶解的氯化钠（94克），回流沸腾滤液2小时，然后将反应液蒸发干，加入100毫升甲醇和25毫升吡啶，得到33克（88%）1-氨基乙基膦酸。

B）对比实例

对比实例1

氨基羰基甲基膦酸二乙酯

的霍夫曼降解试验：

在室温下，将78克（0.4克分子）氨基羰基甲基膦酸二乙酯加到在0℃时用67.2克（1.68克分子）氢氧化钠、29.8克（0.42克分子）氯和400毫升水制成的次氯酸盐溶液中。将先不加热而自己升温至50℃的反应液，在65℃下加热30分钟，冷却后用浓盐酸酸化，酸化液在旋转蒸发器中蒸发之后，加入150毫升浓盐酸，滤掉生成的氯化钠，将滤液回流加热2小时。完全蒸发后，加入200毫升甲醇和30毫升吡啶，在此条件下未见到不溶的氨基甲基膦酸沉淀。此外，以薄层色谱法也只能检出痕量的氨基甲基膦酸。

对比实例2

（氨基羰基甲基）甲基次膦酸乙酯 的霍夫曼降解试验：

在以对比实例1完全相同的条件下，用66克（0.4克分子）（氨基羰基甲基）-甲基次膦酸乙酯作反应。反应后，在甲醇溶液中未检查出任何痕量的（氨基甲基）甲基次膦酸乙酯。

Claims (5)

1、α-氨基烷基膦酸和α-氨基烷基次膦酸的生产方法，其化学式为：

式中n=1或0

R₁=H，CH₃或CH₂-C₆H₅

R₂=H(n=1)=H(n=1)

  =烷基或苯基(n=0)

此法的特征在于使化学式为Ⅱ的化合物进行霍夫曼降解并以已知方法制取化合物(Ⅰ)。

式中n和R₁的含义与化学式Ⅰ中相同，

R₃=烷基(n=1)

烷基或苯基(n=0)

Mp⁺=p价的阳离子。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于用作原始化合物的式Ⅱ化合物中

n＝1或0

R₁＝H或CH₃，

R₃＝C₁-C₈烷基，最好是C₁-C₄烷基，特别是只有C₂H₅（n＝1）

或者C₁-C₈烷基，最好是C₁-C₄-烷基（n＝0）

Mp⁺＝Na⁺或K⁺

3、按照权利要求1至2所述的方法，其特征在于用化合物Ⅱ与氯或溴/强碱液作用进行霍夫曼降解。

4、按照权利要求1至2所述的方法，其特征在于霍夫曼降解在温度约为10至20℃之间开始，然后在50至90℃之间，最好是在60至75℃之间完成。

5、按照权利要求3所述的方法，其特征在于霍夫曼降解在温度约为10至20℃之间开始，然后在50至90℃之间，最好是在60至75℃之间完成。