CS240964B2 - Preparation method of n-phosphonomethylglycine - Google Patents

Description

(54) Způsob přípravy N-fosfonomethylglycinu

Způsob přípravy N-fosfonomethylglycinu spočívající v reakci 1,3,5-trikyanomethylhexahydro-1,3,5-triazinu s acylhalogenidem obecného vzorce III

R - С - X /III/ kde R je alkyl s 1 až 4 atomy uhlíku а X je chlor, brom nebo jod, za vzniku N-kyanomethyl-N-halogenmethylamidu acylhalogenidu obecného vzorce IV

CH₂CN ch₂x a v reakci sloučeniny vzorce IV s fosforitanem obecného vzorce V f^R2

R^r0 - p - 0R₃ /V/ kde R^ a R2 je alkyl s 1 až 6 atomy uhlíku a R3 je alkyl s 1 až 6 atomy uhlíku nebo alkalický kov, za vzniku N-acylaminomethyl-N-kyanomethylfosfonátu obecného vzorce VI

O CH_CN

II ^{2 0R}!

^CH25~-OR, /VI/ ⁰ · a v hydrolýze sloučeniny vzorce VI za vzniku sloučeniny vzorce I. N-fosfonomethylglycin je zejména účinný jako postemergentní herbicid.

Vynález se týká způsobu přípravy N-fosfonomethyl-glycinu.

N-fosfonomethylglycin a určité soli jsou zejména účinné jako post-emergentní herbicidy. Obchodní herbicid je prodáván jako přípravek obsahující isopropylamoniovou sůl N-fosfonomethyl-glycinu.

N-fosfonomethylglycin se může připravit četnými způsoby. Jeden takový způsob, jak popsáno v USA patentu 3 160 632 zahrnuje reakci N-fosfinomethylglycinu /glycinmethylenfosfonová kyselina/ s chloridem rtutnatým ve vodě při teplotě zpětného toku a následující oddělení reakčních produktů.

Dalším způsobem je fosfonomethylace glycinu a reakce ethylglycinátu s formaldehydem a diethylfosforitanem. Poslední způsob je popsán v USA patentu ' č. 3 799 758. Kromě toho existuje řada patentů týkajících se přípravy N-fosfonomethylglycinu, včetně USA patentu č. 3 868 407, 4 197 254 a 4 199 3541,

USA patent č. 3 923 877 uvádí reakci l,3,5-trikyanomethylhexahydro-l,3,5-triazinu s přebytkem disubstltuovaného fosforitanu za tvorby /RO/₂P/O/CH₂NHCH2CN/R je'uhlovodík nebo substituovaný uhlovodík, který se hydrolyzuje za vzniku N-fosfonomethylglycinu.

Vzhledem k použitelnosti N-fosfonomethylglycinu a určitých solí jako herbicidu je zapotřebí zlepšeného způsobu přípravy těchto sloučenin.

vynález se týká způsobu přípravy N-fosfonomethylglycinu vzorce I

/I/ vyznačený tm, . že se nechá reagovat l,3,5-trikyanomethylhexahydro-l,3,5-triazin vzorce II

NCHjC-N^N ^— CH₂CN

I

CH^jCN s acylhalogenidem obecného vzorce III /II/

II

R-C-X /III/ kde R je alkyl s 1 až 4 atomy uhlíku a X je chlor, brom, nebo jod, při teplotě v rozmezí O až ¹⁵⁰ °^C a v rozpou^štědle, jako eth^ylenc^hlori^du^, me^enchtorito, tetra^hydro^furanu ne^bo toluenu, za vytvoření N-kyanomethyl-N-halogenmethylamidu acylhalogenidu obecného vzorce VI

/IV/ kde R a X mají výše, uvedený význam, a sloučenina vzorce IV se nechá reagovat s fosforitanem obecného'' - vzorce V ’ 0R₂

RjO - P - 0R3 /V/ kde Rj a R₂ je alkyl s 1 až 6 atomy uhlíku a Rj je alkyl s ' 1 až 6 atomy uhlíku nebo alkalický к°/в vý^ho^dou sodík nebo ^asH^ ^při tepmtě v rozmezí 0 a^ž 150 °c a za pouští roz^pou^štědethylehchloridu, methylenchloridu, tetrahydrofuranu nebo toluenu, s výhodou rozpou3 240964 štědla použitého výše, za vzniku N-acylaminomethyl-N-kyanomethylfosfonátu obecného vzorce VI

/VI/ kde R, a · R₂ mají ' výše definovaný význam a sloučenina vzorce VI se hydrolyzuje za přítomnosti silné kyseliny nebo zásady a kyselého katalyzátoru, jako kyseliny chlorovodíkové nebo bromovodíkové, za vzniku sloučeniny vzorce I.

Jako silná kyselina se použije kyselina chlorovodíková, bromovodíková,·jodovodíková, sírová, fosfonová nebo chloroctová, s výhodou kyselina chlorovodíková nebo bromovodíková. Jako·silná zásada se použije hydroxid sodný nebo hydroxid draselný, s výhodou ve vodném, vodnoalkoholickém nebo alkoholickém roztoku. S výhodou probíhá hydrolýza za přítomnosti silrté ' kyseliny.

Povaha skupin R, Rj a R₂ není rozhodující, protože se odstraní po hydrolýze · sloučeniny vzorce VI. · Je však nutné se vyhnout skupinám, které by zasahovaly do výše uvedených reakcí.

Skupina alkyl' ··s 1 až 4 atomy uhlíku zahrnuje methyl, ethyl,· n-propyl, isopropyl n-butyl, isobutyl, sek. butyl a terč, butyl. Skupina alkyl s 1 až 6 atomy uhlíku”, zahrnuje stejné zbytky jako alkyl s 1 až 4 atomy uhlíku zahrnuje stejné zbytky jako alkyl s 1 až 4 atomy uhlíku + 6 pentylů a 16 hexalů.

Reakce sloučeniny vzorce II se sloučeninou vzorce III s výhodou probíhá při teplotě ^{v r}ozmez^í 0 až 150 °^ výhodn^ěji 40 až 110 °C a nejvýhodn^ěji 75 až 85 °C. Tento s^pen reakcí se může provádět při atmosferickém tlaku a tlaku vyšším nebo nižším než atmosférickému, s výhodou při atmosferickém tlaku. S výhodou se reakce provádí v rozpouštědle pro acylhalogenid, jako ethylendichloridu, methylenchloridu, tetrahydrofuranu nebo toluenu.

K reakci je zapotřebí tří molů acylhalogenidu a jednoho molu 1,3,5-trikyanomethylhexahydro-l,3,5-triazinu. K zajištění úplné reakce s · triazinem se může použít přebytek acylhalogenidu.

Větší přebytek acylhalogenidu může sloužit jako rozpouštědlo v tomto reakčním stupni. Rozpouštědlo nebo jakýkoliv přebytek acylhalogenidu se může odstranit k izolaci N-kyanomethyl-N-chlormethylamidu acylhalogenidu ve vysokém výtěžku. Avšak tento amid se rychle'tepelně a hydrolýzou rozkládá a při izolaci se musí udržovat v inertní atmosféře.

S výhodou se nepoužije přebytek acylhalogenidu a rozpouštědlo použité při výše uvedené reakci se po skončení reakce neodstraní a použije se jako rozpouštědlo při reakci sloučeniny vzorce IV se sloučeninou vzorce 'V.

Při této reakci reagují s výhodou stejná molární množství N-kyanomethyl-N-halogenmethylamidu acylhalogenidu a fosforitanu. Méně výhodně se mohou použít až 2 moly přebytku a nejméně výhodně se může použít až 10 molů přebytku.

Rea^kce je exot^hermn^í a m^ůže se ^prov^ádět ^{při t}e^plot^ě v rozmez^í O až ¹⁵⁰ °^ v^ýh^odně^ji v rozmezí ⁴0 až 10⁰ °^ nejvýtodn^i. v rozmezí ⁷⁵ až ^{85 o}c.

K reakci není zapotřebí žádného rozpouštědla, avšak může se použít jakékoliv inertní ^z^uštědl^ š vý^ho^dou rozpouštělo majíc^{í t}ep^lotu varu v r^ozmez^{í 40} a^ž ' ¹⁰⁰ °C. ^í^adern takového rozpouštědla je ethylenchlorld, methylenchlorid, tetrahydrofuran a toluen.

Použití ' inertního rozpouštědla napomáhá rozptýlení reakčního tepla. Nejvýhodnější je mn7Douštěd¹c noužlté oři reakci sloučeniny vzorce II se sloučeninou vzorce III.

Jakékoliv použité rozpouštědlo, které se může odstranit odpařením*

Fosforitan alkalického kovu vzorce V

OR I

RjO - P - 0R₃ /V/ kde R a mají výše definovaný význam a R₃ je alkalický kov, reaguje s N-kyanomethyl-N-halogenmethylamidem v inertní atmosféře, jako dusíku. Může se připravit reakcí alkoxidu alkalického kovu, hydridu alkalického kovu, nebo alkalického kovu se stejným molárním množstvím disubstituovaného fosforitanu vzorce VI , ?^R2 ^ri⁰ - ? - ^H /VI/ kde . Rj a R₂ mají výše definovaný význam. Tato reakce se provádí v inertní atmosféře, jako dusíku.

Fosforitan alkalického kovu vzorce V

0R₂

Rj0 - P - OM /V/ kde Rj a R₂ mají výše uvedený význam a M je alkalický kov, může mít vzhledem k tautomerii následující další strukturní vzorec

kde R, R a M mají výše definovaný význam.

Sloučenina vzorce VI /1 moO/ se hydrolyzuje 5 moly vody. Hyddolýza se provádí za pfíocmnosti silné kyseliny nebo zásady, jak uvedeno výše. S výhodou se hydrolýza katalyzuje kyselinou, s výhodou anorganickou kyselinou a nejvýhoiněji chlorovodíkovou nebo bromovodíkovou kyselinou.

Hyyrolýzou se získá žádaný N-fo8fonoIтеthhdglycin. S výhodou se použijí alespoň dva. moly kyseliny. Výhoodnji se použije větší přebytek než dva moly. Výhodná chlorovodíková'nebo, brcmovodíková kyselina se může pouužt v koncentrované nebo vodné formě.

Tento poslední reakční stupeň ' se provádí při teplotě v rozmezí O až ' 200 °C, s výhodou 50 až 125 °C a nejvýhocdněl 100 až 125 °C.

Může se atmosferický tlak, tlak vyšší nebo n^ží než atmosferický tlak.. Během hydrolýzy se pobije s výhodou atmooferický tlak.

Pevný N-fssfoěsmehhdglyciě se může získat běžnjm způsobem při hydrolýze sloučeniny vzorce VI. Těkavé kapalné ' produkty, jako alkoholy /methanno/, chloridy /me^hdc^hosid/,. kyseliny /kyselina octová/, voda, a přebytek kyseliny se může ois stranit standardní destilační technikou. Žádaný N-fosfoěomehhdglycin se ' získá ve vysoké ’ čistotě rozpouštěn to ve vodě, upravením pH roztoku na hodnotu v 1 až 2, krystalizaci a filtrací.

Způsob podle vynálezu bude blíže objasněn v následnících'příkladech.

Příklad 1

Příprava N-kyanomethyl-N-chloromethylacetamidu

CH

gramů /g/ 0,0835 molu/ 1,3,5-trikyanomethylhexahydro-l,3,5-triazinu se . rozmíchá v baňce s kulatým dnem se 150 ml 1,2-dichlorethanu na kaši. Přidá se najednou 40 ml /0,563 molu/ acetylchloridu a reakční směs se vaří 3 hodiny pod zpětným chladičem, potom se destiluje za sníženého tlaku a získá se 26,9 g /79,85%/ N-kyanomethyl-N-chloromethylacetamidu. Struktura byla potvrzena obvyklými analytickými metodami, /infračerveným spektrem, magnetickoresonančním spektrem a hmotovou spektroskopií./

Příklad 2

Příprava 0,0-dimethyl-N-kyanomethyl-N-acetylaminomethylfosfonátu

CH

O

Amidová sloučenina připravená v příkladu 1 /26,9 g, 0,2 molu/ se zředí 75 ml dichlormethanu. Přidá se trimethylfosforitan /25,5 g, 0,206 molu/ a směs se míchá přes noc při teplotě místnosti, vaří se 1/2 hodiny pod zpětným chladičem a destiluje se za sníženého tlaku a získá se 34,9 g /79,32 %/ žádaného produktu. Struktura byla potvrzena infračerveným spektrem, magnetickým resonančním spektrem a hmotovou spektroskopií.

Příklad 3

Příprava N-fosfonomethylglycinu

H-N

'''''-CHP-/OH/

Fosfonátový produkt z příkladu 2 /19,5 g, 0,09 molu/ se spojí se 100 ml /1,21 molu/ koncentrované chlorovodíkové kyseliny, vaří se 3 hodiny pod zpětným chladičem a destiluje se za sníženého tlaku.

Po rozpuštění zbytku ve 30 ml vody se upraví pH 50% hydroxidem sodným na 10, směs se destiluje za sníženého tlaku. Produkt se opět rozpustí ve 30 ml vody a pH se upraví koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou na 1. Směs se přes noc chladí a příští ráno se isoluje filtrací 5,4 g /98,3 % hmot, čistota/ žádaného produktu /35,49 % výtěžek/.

Struktura byla potvrzena infračerveným spektreimf magnetickým resonančním spektrem a kapalinovou chromatografií.

Příklad 4

Příprava N-fosfonomethylglyclnu ml 1,2-dichlorethanu se zahřívá pod zpětným chladičem v 50 ml baňce s kulatým dnem.

Současně během 10 minut se přidá acetylchlorid /5,5 ml, 0,077 molu/ a 3,4 . g /0,0167 molu/ l,3,5-trikyanomethylhexahydro-l,3,5-triazinu, zatímco se udržuje v reakční nádobě přebytek acetylhalogenidu. Směs se vaří 1/2 hodiny pod zpětným chladičem a potom se destiluje za za sníženého tlaku.

Ke zbytku se přidá 5 ml toluenu a 6,6 ml /0,05 molu/ trimethylfosforitanu a tato směs se vaří 15 minut pod zpětným chladičem, 2 hodiny se míchá při teplotě místnosti a destiluje se za sníženého tlaku.

Ke zbytku se přidá 30 ml /0,36 molu/ koncentrované kyseliny chlorovodíkové a směs se vaří 3 hodiny pod zpětným chladičem a destiluje se za sníženého tlaku a získá se 11,3 g pevné látky obsahující 47,9 % hmot, žádaného N-fosfonomethylglycinu, jak stanoveno kapalinovou chromatografií. Struktura byla potvrzena C₁₃ a protonovým magnetickým resonančním spektrem. Celkový výtěžek N-fosfonomethylglycinu byl 64 %.

Příklad 5

Příprava 0,0-dimethyl-N-kyanomethyl-N-ethoxykarbonylaminomethylfosfonátu

V 50 ml baňce s kulatým dnem vybavené míchadlem a zpětným chladičem se spojí ethylchlormravenčan /8 ml, 0,083 molu/ rozpuštěný v 8 ml methylenchloridu a 3,4 g 1,3,5-trikyanomethylhexahydro 1,3,5-triazinu /0,0167 molu/.

Směs se vaří 1 hodinu pod zpětným chladičem a destiluje se za sníženého tlaku. Zbytek se rozpustí v 5 ml methylenchloridu. Přidá se trimethylfosforitan /5 ml, 0,042 molu/ rozpuštěný v 15 ml methylenchloridu.

Tato reakční směs se vaří 1 hodinu pod. zpětným chladičem. К ochlazené směsi se přidá 50 ml vody. Směs se extrahuje 3x 50 ml methylenchloridu. Organické části se spojí a suší se síranem hořečnatým a destilují se ve vakuu a získá se 6,9 g žádaného produktu, což je 50% výtěžek.

Struktura byla potvrzena infračerveným spektrem, magnetickým resosnančním spektrem a hmotovou spektroskopií.

Příklad 6

Příprava N-fosfonomethylglycinu

Fosfonátový reakční produkt z příkladu 5 /4,9 g, 0,02 molu/ se spojí s 20 ml /0,24 molu/ koncentrované kyseliny chlorovodíkové, vaří se 3 hodiny pod zpětným chladičem a destiluje se za sníženého tlaku.

Po rozpuštění zbytku ve 30 ml vody se pH upraví 50% hydroxidem sodným na 10 a směs se destiluje za sníženého tlaku. Produkt se opět rozpustí asi v 5 ml vody. Struktura byla potvrzena magnetickým resonančním spektrem a kapalinovou chromatografií.

Příklad 7

Příprava Ο,Ο-diethyl-N-kyanomethyl-N-acetylaminomethylfosfonátu ch₂cn ^сн2Р-^/ос2^н ₅/₂

5,6 g /0,05 molu/ terc.butoxidu draselného se rozmíchá na kaši v baňce s kulatým dnem s 25 ml tetrahydrofuranu /sušeného na molekulárním sítu/ a kaše se ochladí na vodní lázni. Ke kaši se přidá po kapkách během 5 minut a pod dusíkovou atmosférou 6,44 ml /0,05-molu/ N-kyaňomethyl-N-chloromethylacetamidu zředěného 50 ml tetrahydrofuranu.

Směs se nechá ohřát na teplotu místnosti a 3 hodiny se míchá. Směs se filtruje přes dikalit a tetrahydrofuran se oddestiluje za sníženého tlaku a získá se 9,0 g žádaného produktu. Struktura byla potvrzena infračerveným spektrem, magnetickým resonančním spektrem, hmotovým spektrem, c-13 magnetickým resonančním spektrem.

Příklad 8

Příprava fosfonomethylglycinu

5,4 g /0,022 molu/ sloučeniny připravené v příkladu 7 se spojí s 30 ml /0,363 molu/ koncentrované kyseliny chlorovodíkové, vaří se 3 hodiny pod zpětným chladičem a potom se destiluje za sníženého tlaku a získá se 10,8 g žádaného produktu, hnědé polopevné látky.

Struktura byla potvrzena infračerveným spektrem, magnetickým resonančním spektrem, C-13 magnetickým resonančním spektrem a kapalinovou chromatografií.

Příklad 9

Příprava 0,0-dimethyl-N-kyanomethyl-N-acetylarainomethylfosfonátu

O .CH-CN a ² ch₂p-/och₃/₂ o

1,44 g /0,06 molu/ hydridu sodného se rozmíchá na kaši s 25 ml tetrahydrofuranu /sušeného na molekulárním sítu/ pod suchým dusíkem. Po kapkách během 15 minut se přidá 6,4 ml / /0,05 molu/ dimethylfosforitanu.

Když se uvolní všechen plynný vodík, směs se ochladí na ledové lázni a přidá se po kapkách během 15 minut 7,33 g /0,05 molu/ N-kyanomethyl-N-chlormethylacetamidu zředěného 50 ml suchého tetrahydrofuranu. Směs se míchá přes noc, filtruje se a destiluje se za sníženého tlaku a získá se 11,5 g žádaného produktu, žlutého oleje.

Struktura byla potvrzena infračerveným spektrem, magnetickým resonančním spektrem, hmotovým spektrem, C-13 magnetickým resonančním spektrem a plyno-kapalínovou chromatografií.

Sloučenina podle příkladu 9 se může hydrolyzovat na fosfonomethylglycin podle způsobu uvedeného v příkladu 3.

Claims (6)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU /I/ vyznačený tím, že se nechá reagovat 1,3,5-trikyanomethylhexahydro-l,3,5-triazin vzorce II

   NCH₂C-N^N — CH₂CN

   I ch₂cn /11/ s acylhalogenidem obecného vzorce III

   I

   R-C-X /111/ kde R je alkyl s 1 až 4 atomy uhlíku a X je chlor, brom nebo jod, při teplotě v rozmezí 0 až ¹⁵⁰ °c a v rozpouě^tědle, jato e^thylenc^hlorⁱčlu^, met^hylenc^hlor^idu^, te^trah^ydrofuranu nebo toluenu, za vzniku N-kyanomethyl-N-halogenmethylamidu acylhalogenidu obecného vzorce IV /IV/ kde R a X mají výše uvedený význam, a sloučenina vzorce IV se nechá reagovat s fosforitanem obecného vzorce V

   0RI ² RjO - P - 0R₃ /V/ kde ^Rx a R2 je alkyl s 1 až 6 atomy uhlíku a R3 je alkyl s 1 až 6 atomy uhlíku nebo, alkalický kov^, s výtodou so^dík neto dras^lík, ^při te^plo^tě v rozmezí ⁰ a^{ž 15}0 °C a ' za ^pou^žití roz^pou^štédla, jako ethylenchloridu, methylenchloridu, tetrahydrofuranu nebo toluenu, š výhodou rozpouštědla použitého výše, za vzniku N-acylaminomethyl-N-kyanomethýlfosfonátu obecného vzorce VI

   O и R-C-N

   CH2CN /VI/ kde Rx a R2 mají výše definovaný význam, a sloučenina vzorce VI se hydrolyzuje za přítomnosti silné kyseliny nebo zásady a kyselého katalyzátoru, jako kyseliny chlorovodíkové nebo bromovodíkové za vzniku sloučeniny vzorce I.
2. 2. způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se použije jako výchozí látka sloučenina vzorce III, kde R je alkyl s 1 až 4 atomy uhlíku a X je chlor.
3. 3. způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se použije jako výchozí látka.sloučenina yzorce III, kde R je alkyl s 1 až 4 atomy uhlíku a X je chlor, á sloučenina vzorce V, kde Ρχ a R2 je alkyl s 1 až 6 atomy uhlíku a R3 je alkyl s 1 až 6 atomy uhlíku, sodík nebo draslík.

   9 240964
4. 4. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se použije jako výchozí látka sloučenina vzorce III, kde R je alkyl s 1 až 2 atomy uhlíku а X je chlor, a sloučenina vzorce V, kde R₂ a Rg je alkyl s 1 až 4 atomy uhlíku a R₃ je alkyl s 1 až 4 atomy uhlíku, sodík nebo draslík.
5. 5. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se použije jako výchozí látka sloučenina vzorce III, kde R je alkyl s 1 až 2 atomy uhlíku а X je chlor, a sloučenina vzorce V, kde Rj a Rg je alkyl s 1 až 2 atomy uhlíku a R₃ je alkyl s 1 až 2 atomy uhlíku.
6. 6. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se použije jako výchozí látka sloučenina vzorce III, kde R je methyl а X je chlor, a sloučenina vzorce V, kde R , Rg a R₃ je methyl.