DD252830A1

DD252830A1 - Verfahren zur herstellung einer n-bisphosphonoalkyl-iminodi-alkancarbonsaeure

Info

Publication number: DD252830A1
Application number: DD29472686A
Authority: DD
Inventors: Klaus Hertzog; Renate Kayser; Ulrich Schuelke
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1987-12-30

Abstract

Erfindungsbetreff ist ein Herstellungsverfahren einer N-Bisphosphonoalkyliminodialkancarbonsaeure der allgemeinen Formel mit R-H, -OH, C1-C5-alkyl, m0-5 und n1 bis 4. Alkanbisphosphonsaeuren, ihre Substitutionsprodukte, Derivate und Salze sind hervorragende Komplexierungsmittel. Finden technische Anwendung bei der Wasseraufbereitung, der Erzaufbereitung, in der Hydrometallurgie. Die Alkanbisphosphonsaeuren finden weiterhin Anwendung in der kosmetischen und pharmazeutischen Industrie. Erfindungsgemaess wird in einem Einstufenverfahren im wesentlichen ein Gemisch aus Phosphor(III)-oxid, wasserfreier H3PO4 und Carbonsaeureamid mit 1 bis 6 C-Atomen oder Aminoalkancarbonsaeure mit 2 bis 6 C-Atomen eines bestimmten Molverhaeltnisses bei 280 K bis 480 K umgesetzt und das Umsetzungsgemisch in alkalischer Loesung mit Halogenalkancarbonsaeure mit 2 bis 5 C-Atomen im Molverhaeltnis zwischen 1:1,1 und 1:4 weiter umgesetzt. Das Zielprodukt wird isoliert. Formel

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer N-Bisphosphonalkyl-iminodialkancarbonsäure der allgemeinen Formel

PO₃H₂

R-C-(CH₂)_m-

PO₃H₂

in der R ein Wasserstoffatom, ein Hydroxylrest oder ein Alkylrest mit 1 bis 5 C-Atomen, m eine ganze Zahl zwischen 0 und 5 und η eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 bedeuten. Alkanbisphosphonsäuren, ihre Substitutionsprodukte, Derivate und Salze sind als hervorragende Komplexierungsmittel bekannt geworden. Sie haben breite und noch weiter zunehmende technische Anwendung in der Wasserbehandlung, der Erzaufbereitung sowie in hydrometallurgischen Prozessen gefunden. Anwendung finden die Alkanbisphosphonsäuren in vielen weiteren Gebieten, z. B. weisen viele von ihnen herbizide und/oder korrosionshemmende Eigenschaften auf, auch werden sie in der kosmetischen Industrie und der Pharmakologie eingesetzt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Von den Aminoalkanbisphosphonsäuren, insbesondere den N-Bisphosphonoalkyl-aminoalkahcarbonsäuren, sind bereits Herstellungsverfahren bekannt. So lassen sich nach DE-PS 2318416 N-Bisphosphonoalkyl-aminoalkan- bzw. -arylalkancarbonsäuren aus Aminoalkan- bzw. -arylalkanphosphonsäuren durch Umsetzung mit Formaldehyd und Alkalicyaniden in alkalischer Lösung herstellen. Dieses Verfahren ist nur für die Herstellung von Glycinderivaten anwendbar.

Nach DE-OS 2846835 werden Acylaminocarbonsäuren mit pyrophosphoriger Säure oder H₃PO3-PCI₃-Gemischen umgesetzt, wodurch sich ein breites Spektrum von N-Bisphosphonalkyl-aminoalkancarbonsäuren herstellen läßt. Weiterhin können N-Bisphosphonoalkyl-aminoalkancarbonsäuren aus Aminoalkancarbonsäuren durch Umsetzung mit ungesättigten Carbonsäuren hergestellt werden (DE-OS 3107673 A1), wobei hiernach beispielsweise N-Bisphosphonoalkyl-glycine nicht zugänglich sind, und N-Bisphosphonomethyl-aminoalkancarbonsäuren durch Umsetzung von N-Formyl-aminocarbonsäuren in Gegenwart von Eisessig und Acetanhydrid mit Phosphoriger Säure (DE-OS 3133308 A1).

Verfahren zur Herstellung von N-Bisphosphonalkyl-iminodialkancarbonsäuren sind dagegen bisher nicht bekannt geworden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, erstmalig ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine N-Bisphosphonoalkyl-iminodialkancarbonsäure der genannten allgemeinen Formel aus technisch leicht zugänglichen Ausgangsstoffen, in technisch einfacher Weise und in relativ hohen Ausbeuten hergestellt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren zu entwickeln, bei dem auf der Grundlage von Phosphor(lll)-oxid (Ρ₄Οβ) und wasserfreier Phosphorsäure bzw. Phosphoriger Säure eine Umsetzung in einem Einstufenverfahren zu einer N-Bisphosphonoalkyl-iminodialkancarbonsäure der genannten allgemeinen Formel möglich ist.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Herstellung einer N-Bis-phosphonoalkyl-iminodialkancarbonsäure der allgemeinen Formel ₍

PO₃H₂

R-C-(CH₂)_m-N PO₃H₂

in der R ein Wasserstoffatom, ein Hydroxylrest oder ein Alkylrest mit 1 bis 5 C-Atomen, m eine ganze Zahl zwischen 0 und 5 und η eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus

— Phosphor(lll)-oxid (P₄O₆), wasserfreier Phosphorsäure und einem Carbonsäureamid mit 1 bis 5 C-Atomen oder einer Aminalkancarbonsäuremit2 bis 5 C-Atomen eines Molverhältnisses zwischen 1:1:1 und 1:3:3, vorzugsweise 1:2:2, oder

— Phosphor(lll)-oxid (P₄O₆), Phosphoriger Säure und gegebenenfalls Wasser, Harnstoff und einer Alkancarbonsäure mit 2 bis 8 C-Atomen eines Molverhältnisses zwischen 1:3:1:3 und 1:6:4:5, vorzugsweise 1:4:2:4,

bei einer Temperatur zwischen 280K und 480K umsetzt, das Umsetzungsgemisch in einer alkalischen Lösung mit einer Halogenalkancarbonsäure mit 2 bis 5 C-Atomen im Molverhältnis zwischen 1:1,1 und 1:4, vorzugsweise 1:3, bei einer Temperaturzwischen 300 K und 375 K weiter umsetzt und die N-Bisphosphonoalkyl-iminodialkancarbonsäure als Alkalisalz oder als freie Säure isoliert.

So läßt sich beispielsweise eine N-iomega-Hydroxy-omega.omega-bis-phosphonoalkyO-iminodialkancarbonsäure der allgemeinen Formel ι

PO₃H₂

in der m eine ganze Zahl zwischen 1 und 5 und η eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 bedeuten, herstellen, in dem man ein Gemisch ausPhosphor(lll)-oxid (P₄O₆), wasserfreier Phosphorsäure und einer Aminoalkancarbonsäure mit 2 bis 6 C-Atomen bei einer Temperaturzwischen 300K und 400K umsetzt und das Umsetzungsgemisch ohne weitere Aufarbeitung mit einem 1,1-bis vierfachen Überschuß einer Halogenalkancarbonsäure mit 2 bis 5 C-Atomen in einer alkalischen Lösung weiter umsetzt.

Auch läßt sich beispielsweise eine N-Bisphosphonomethyl-iminodialkancarbonsäure der allgemeinen Formel _/ PO₃H₂

PO₃H₂-

in der η eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 bedeutet, herstellen, in dem man ein Gemisch aus Phosphor(lll)-oxid (P₄O₆), wasserfreier Phosphorsäure und Formamid bei einer Temperatur zwischen 300K und 400K umsetzt und das Umsetzungsgemisch ohne weitere Aufarbeitung mit einem 1,1 bis vierfachen Überschuß einer Halogenalkancarbonsäuremit2 bis 5 C-Atomen in einer alkalischen Lösung weiter umsetzt.

Es ist als vorteilhaft anzusehen, wenn man die Umsetzung des Ausgangsgemisches in einem gegenüber Phosphor(lll)-oxid und wasserfreier Phosphorsäure inerten organischen Lösungs- und Verdünnungsmittel, insbesondere 1,4-Dioxan, vornimmt.

Die weitere Umsetzung des Umsetzungsgemisches in der alkalischen Lösung sollte bevorzugt bei einem pH-Wert zwischen 9 und 11 vorgenommen werden.

Als Carbonsäureamide mit 1-6 C-Atomen können beispielsweise eingesetzt werden: Formamid, Acetamid, Propionsäureamid, Buttersäureamid, Valeriansäureamid und Hexansäureamid.

AlsAminoalkancarbonsäuren mit 2-6 C-Atomen können beispielsweise eingesetzt werden: Glycin, 0-Alanin, 4-Aminobuttersäure, 5-Amino-valeriansäure und 6-Amino-hexansäure.

Als Alkancarbonsäuren mit 2-8 C-Atomen können beispielsweise eingesetzt werden: Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Hexansäure, Heptansäure und Octansäure.

Als Halogencarbonsäuren mit 2-5 C-Atomen können beispielsweise eingesetzt werden: Monochloressigsäure, 3-Chlorpropionsäure, 4-Chlor-buttersäure und 5-Chlor-valeriansäure.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird durch folgende Ausführungsbeispiele noch näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1

N-Bisphosphonomethyl-iminodiessigsäure

20g wasserfreie Phosphorsäure und 9g Formamid werden in 100ml 1,4-Dioxan gelöst, dazu werden 22g P₄O₆ getropft. Die Reaktionsmischung wird 2 h bei 50°C gerührt, dann noch 0,5h auf dem siedenden Wasserbad gehalten. Das Lösungsmittel wird abgezogen und der Rückstand mit Natron-oder Kalilauge gelöst, wobei ein pH-Wert von etwa 9-10 eingestellt wird. Die Lösung wird 2 h am Rückfluß gekocht, dann werden 40g Chloressigsäure zugefügt, wobei der pH-Wert wieder auf 9-10 eingestellt wird, und noch 2h am Rückfluß gekocht.

Aus der abgekühlten Lösung können 16,2g N-Bisphosphonomethyliminodiessigsäure durch Kristallisation aus saurer methanolischer Lösung erhalten werden.

Ausbeute: 52,8%

Beispiel 2

N-(3-Hydroxy-3,3-bisphosphono-propyl)-glycin und

N-(3-Hydroxy-3,3-bisphosphono-propyl-)-iminodiessigsäure

20g H₃PO₄ krist. werden in 60ml Dioxan gelöst, darin werden 25g/3-Alanin suspensiert und 22g P₄O₆ zugetropft. Die Reaktionsmischung wird 3 h bei 40-50⁰C verrührt und dann noch 1 h am Rückfluß gekocht. Das Lösungsmittel wird abgezogen, der Rückstand in 5N NaOH gelöstund damit ein pH von etwa 9-11 eingestellt. Nach Zusatz von 22g Monochloressigsäure wird die Lösung 2 h am Rückfluß gekocht. Es wird eine Lösung erhalten, die nach ³¹PNMR-Spektren enthält:

37% N-(3-Hydroxy-3,3bisphosphono-propyl)-glycin

32% N-(3-Hydroxy-3,3-bisphosphono-propyl(-iminodiessigsäure

31%3-Amino-1-hydroxy-propan-1,1-bisphosphonsäure.

Die Lösung des Gemisches ist für die meisten Anwendungszwecke direkt einsetzbar, doch kann gewünschtenfalls auch eine Trennung durch fraktionierte Kristallisation der Natriumsalze vorgenommen werden. Sie ergibt Ausbeuten von 12% N-(3-Hydroxy-3,3-bisphosphono-propyl)-glycin und 8% N-(3-Hydroxy-3,3-bisphosphono-propyl)-iminodiessigsäure.

Beispiel 3

N-(6-Hydroxy-6,6-bisphosphono-hexyl)-iminodipropionsäure

In einer Lösung von 20g krist. H₃PO₄ in 60 ml Dioxan werden 36,6g 6-Amino-hexancarbonsäurehydrochlorid suspensiert und anschließend 22 g P₄O₆ zugetropft. Die Mischung wird 3 h bei einer Temperatur von 40-50⁰C verrührt, noch 1 h im siedenden Wasserbad erhitzt und das Lösungsmittel abgezogen. Der Rückstand wird in 5 N NaOH gelöst, ein pH-Wert von 9 bis 11 eingestellt, der Lösung werden 65g 3-Chlor-propionsäure zugesetzt und 2 h am Rückfluß gekocht.

Aus der Lösung erhält man durch Kristallisation 42,2g (entsprechen 58,4% d. Th.) der N-(6-Hydroxy-6,6-bisphosphonohexyl)iminodipropionsäure.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer N-Bisphosphonoalkyl-iminodialkancarbonsäure der allgemeinen Formel,

PO₃H₂

K-C-(CH₂J_n-N [(CH₂J_n-COOH).

PO₃H₂

in der R ein Wasserstoffatom, ein Hydroxylrest oder ein Alkylrest mit 1 bis 5 C-Atomen, m eine ganze Zahl zwischen 0 und 5 und η eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus
— PhOSPhOr(III)-OXId(P₄O₆), wasserfreier Phosphorsäure und einem Carbonsäureamid mit 1 bis 6 C-Atomen oder einer Aminoalkancarbonsäure mit 2 bis 6 C-Atomen eines Molverhältnisses

zwischen 1:1:1 und 1:3:3, vorzugsweise 1:2:2, oder
—. Phosphor(lll)-oxid (P₄O₆), Phosphoriger Säure und gegebenenfalls Wasser, Harnstoff und einer Alkancarbonsäure mit 2 bis 8 C-Atomen eines Molverhältnisses zwischen 1:3:1:3 und 1:6:4:5, vorzugsweise 1:4:2:4,

bei einer Temperatur zwischen 280 K und 480 K umsetzt; das Umsetzungsgemisch in einer alkalischen Lösung mit einer Halogenalkancarbonsäure mit 2 bis 5 C-Atomen im Molverhältnis zwischen 1:1,1 und 1:4, vorzugsweise 1:3, bei einer Temperatur zwischen 300K und 375K weiter umsetzt und die N-Bisphosphonoalkyl-iminodialkancarbonsäure als Alkalisatz oder als freie Säure isoliert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung des Ausgangsgemisches in einem gegenüber Phosphor(lll)-oxid und wasserfreier Phosphorsäure inerten organischen Lösungs- und Verdünnungsmittel, insbesondere 1,4-Dioxan, vornimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die weitere Umsetzung des Umsatzgemisches in der alkalischen Lösung bei einem pH-Wert zwischen 9 und 11 vornimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Carbonsäureamid mit 1 bis 6 C-Atomen Formamid, Acetamid, Propionsäureamid, Buttersäureamid, Veleriansäureamid und Hexansäureamid ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminoalkancarbonsäure mit 2 bis 6 C-Atomen Glycin, /3-Alanin, 4-Aminobuttersäure, 5-Amino-valeriansäure und 6-Amino-hexansäure ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkancarbonsäure mit 2 bis 8C-Atomen Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Veleriansäure, Hexansäure, Heptansäure und Octansäure ist. .

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenalkancarbonsäure mit 2 bis 5 C-Atomen Monochloressigsäure, 3-Chlor-propionsäure, 4-Chlor-buttersäure und 5-Chlorvaleriansäure ist.