DE1793768C3 - Substituierte Methylendiphosphonsäuren und deren wasserlösliche Salze - Google Patents
Substituierte Methylendiphosphonsäuren und deren wasserlösliche SalzeInfo
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Description
worin X Chlor oder Brom und Y Brom, Chlor oder Wasserstoff darstellen, wobei, wenn X Chlor ist, Y
kein Brom bzw, wenn X Brom ist, Y kein Chlor bedeutet
2. Wasserlösliche Salze der Verbindungen der allgemeinen Formel gemäß Anspruch 1.
3. Verbindungen gemäß Anspruch 2, worin »wasserlösliche Salze« Natrium-, Kalium-, Ammonium-
oder substituierte Ammoniumsalze bedeuten.
4. Alkalisa'z der Dichlormeihyiendiphosphonsäure.
5. Alkalisalz der Dibrommethylendiphosphonsäure.
Gegenstand der Erfindung sind substituierte Methylendiphosphonsäuren
der allgemeinen Formel
PO3H2
X-C-Y
PO3H2
worin X Chlor oder Brom und Y Brom, Chlor oder Wasserstoff darstellen, wobei, wenn X Chlor ist, Y kein
Brom bzw., wenn X Brom ist, Y kein Chlor bedeutet und deren wasserlösliche Salze.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen besitzen für einen weiten Bereich von oberflächenaktiven Reinigungsmittelverbindungen
ausgezeichnete Reinigungs-Gerüststoff-Eigenschaften und verbessern die Reinigungskraft
von Wasch- und Reinigungsmitteln.
Die Verwendung von Gerüststoffen als Zusätze zu Seifen und synthetischen Reinigungsmitteln und die
Eigenschaft, welche einige Stoffe hinsichtlich der Verbesserung der Reinigungskraft derartiger Reinigungsmittelverbindungen
zeigen, ist bekannt. Das genaue Verhalten und der Vorgang, wie die Gerüststoffe ihre Aufgabe erfüllen, fand jedoch bisher noch keine
vollständige Erklärung. Zwar lassen sich viele Erklärungen für das Verhalten der Gerüststoffe finden, doch war
es bisher nicht möglich, eine Reihe von Kennzeichen zu ermitteln, die eine genaue Vorhersage erlauben, welche
Verbindungen tatsächlich die Eigenschaften von Gerüststoffen besitzen.
Dies läßt sich zum Teil durch die komplexe Natur des Reinigungsvorgangs selbst und die zahllosen Faktoren
erklären, Welche begrifflich damit verbunden sind. Zu den vielen Eigenschaften von Reinigungsmittelsystemen
mit Gerüststoffzusatz, bei denen man annimmt, daß Gerüststoffe eine bestimmte Wirkung ausüben, zählen
Faktoren, wie z.B. die Stabilisierung von festen Schmutzsuspensionen, die Emulgierung von Schmutzteilchen,
die Oberflächenwirksamkeit der wäßrigen Reinigungsmittellösung, das Löslichmachen von wasserunlöslichen
Materialien, die Schaum- oder Laugenbildung der Waschlösungen, die Peptisierung von
Schmutzagglomeraten, die Neutralisierung von saurem Schmutz und die Inaktivierung der in der Waschlösung
anwesenden Mineralbestandteile, welche dazu neigen, die Waschlösung »hart« zu machen. Es ließen sich noch
andere Gebiete erwähnen, auf denen ein Gerüststoff vielleicht eine wichtige Rolle spielen könnte. Der
springende Punkt ist, daß bisher weder hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften noch hinsichtlich der
chemischen Strukturen eine einheitliche Regel gefunden wurde, mit deren Hilfe man das Verhalten der
chemischen Stoffe als Reinigungs-Gerüststoffe voraussagen könnte.
Zu den bisher beschriebenen Gerüststc fen zählen wasserlösliche anorganische alkalische Aufbausalze,
welche allein oder gemischt Verwendung finden. Beispiele sind Alkalimetallcarbonate, -borate, -phosphate,
-polyphosphate, -bicarbonate und -silikate.
Beispiele für die bisher bekannten organischen Gerüststoffe, welche ebenfalls albin oder gemischt
verwendet werden können, sind Alkalimetall-, Ammonium- oder substituierte Ammoniumaminopolycarbonylate,
z. B. Natrium- und Kaliummethylendiamintetraacetate.
Natrium- und Kalium-N-(2-hydroxyethyI)-ethyIen-diamintriacetat, Natrium- und Kaliumnitrilotriacetat und
Natrium-, Kalium- und TriethanoIanimonium-N-(2-hydroxyethylj-nitrilodiacetat,
Alkalimetallsalze von Phytinsäure, z. B. Natriumphytat eignen sich ebenfalls als
organische Aufbaustoffe.
Das ständig zunehmende Interesse für derartige Gerüststoffe führte zur Entwicklung vieler Anwärter als
Gerüststoffe. Dieses gesteigerte Interesse richtete die Aufmerksamkeit auf den Bedarf an verbesserten
Gerüststoffen, welche frei von den bei den bisher üblichen Gerüststoffen auftretenden Beschränkungen
und Nachteilen sind.
Einer dieser Nachteile tritt bei der wahrscheinlich am häufigsten verwendeten Gruppe von Gerüststoffen auf,
nämlich bei der Reihe der kondensierten anorganischen Polyphosphatverbindungen, wie z. B. den Alkalimetalltripolyphosphaten
und höher kondensierten Phosphaten. Bei der Verwendung in Reinigungsmittelverbindungen
haben diese Verbindungen eine starke Neigung zu weniger kondensierten Phosphorverbindungen zu hydrolysieren,
welche verhältnismäßig minderwertige Gerüststoffe sind und sogar unerwünschte Niederschlä-
->o ge in der wäßrigen Waschlösung bilden. Ein Beispiel für
eine solche niedere Form ist Ortho-Phosphat.
Ein Hauptziel der Erfindung ist daher die Herstellung von neuen substituierten Methylendiphosphonsäureverbindungen
und ihren Salzen, welche höchst wirksame Reinigungsgerüststoffe sind. Bei der Verwendung
wasserlöslicher substituierter Methylendiphosphonatsalze der beschriebenen allgemeinen Formel als
Gerüststoff erhält man bei der Kombination mit aktiven Reinigungsmitteln aus einer großen Gruppe von
oberflächenaktiven Reinigungsmitteln verbesserte Reinigungsmittel, weiche beim Waschen in kaltem Wasser
überraschend wirksam sind. Gegenüber den bisher bekannten Gerüststoffen bieten die wasserlöslichen
Derivate der neuen erfindungsgemäßen Verbindungen die vorteilhafte Möglichkeit, daß man proportional
kleinere Mengen des Gerüststoffes verwenden kann, ohne dadurch die Reinigungsgesamtleistung zu schmälern.
Andere, gleichfalls wertvolle Vorteile, werden
anschließend noch beschrieben. Die erfindungsgemsßen
Verbindungen besitzen ausgezeichnete Ca-Komplexbildungsvermögen.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen haben viele Verwendungszwecke, z. B. können sie als Gerüststoffe,
als Ca-Komplexbildner, als Pharmazeutika oder als wertvolle Zwischenprodukte bei der Herstellung von
anderen Verbindungen, wie z. B. Phosphinoxid-Derivaten dienen, weiche bekannte oberflächenaktive Stoffe
sind. Auch können die aus den erfindungsgemäßen Verbindungen hergestellten Phosphinoxide als Gewinnungsmittel
für Uran Verwendung finden.
Die Verwendung als Pharmazeutika verdanken die erfindungsgemäßen Verbindungen ihrer Eigenschaft,
die anomale Mobilisierung, pathologische Entmineralisierung und Ablagerung von Calciumphosphait in
tierischem und menschlichem Gewebe, die mit anomalem Calcium- und Phosphatstoffwechsel verbunden sind,
zu verhindern.
Erfindungsgenjäß kann jede Alkalimetall- oder
Ammonium- oder substituierte Ammonium- (z. B. Träethanolamnion!um)-Salzform hergestellt werden,
doch werden die Alkalimetall-Derivate bevorzugt Geeignete Alkalimetalle sind Natrium und Kalium. Die
Verbindungen werden im allgemeinen in der Form der Tetranatrium- und Trinatriumsalze hergestellt Jede: der
weniger neutralisierten Formen, wie z. B. die Mononatrium-
und Dinatrium-Derivate oder die freie Säureform, haben eine den Trinatrium- und Tetranatriumsalzformen
vergleichbare Gerüststoffleistung, vorausgesetzt, daß zusätz.iches Alkali zugesetzt wird, um den
pH-Wert de:r Waschlösunc inner' lib eines Bereiches
von etwa 8 bis etwa 12 zu bringen. Für diesen Zweck können die normalen Alkalrmatr-ialien verwendet
werden, z. El. Alkalimetallsilikate, -phosphate, -borate
und -carbonate. Auch können freie Alkaliverbindungen, wie z. B. Natrium- und Kaliumhydroxid, verwendet
werden.
Spezifische Beispiele der neuen Verbindungen sind die folgenden Alkalimetall-Derivate. Obwohl als Beispiel
das Trinatriumsalz angegeben ist, gehören doch selbstverständlich auch andere Alkalimetall- und was
serlösliche Salze in den Bereich der Erfindung.
(1) Trinalriium-monochlormelhylendiphosphonat,
CICH(PO3Na2)(PO3NaH)
O
O
Na—O—P —O —Na
Cl-C --H
Na — O— P- -■() — H
Il
ο
(2) Trinatrium-dichlormelhyleridiprMsphcinat,
Cl2C(PO3Na2)(PO3NaH)
Cl2C(PO3Na2)(PO3NaH)
Il
Na—O—P—O—Na
CI- C — CI
Na—Ο— Ρ—Ο—Η
Na—Ο— Ρ—Ο—Η
Il
ο
(3) Trinatrium-monobromrnethylendiphosphonat,
BrCH(PO3Na2)(PO3NaH)
BrCH(PO3Na2)(PO3NaH)
Il
Na—O—P—O—Na
Br-C-H
Br-C-H
Na—Ο—Ρ—Ο—Η
Il
ο
Trinatriurn-dibrommethylendiphosphonat,
Br2C(PO3Na2)(PO3NaH)
Br2C(PO3Na2)(PO3NaH)
Il
Na—O—P—O—Na
Br-C—Br
Na-Ο—Ρ—Ο—Η
Il
ο
Die synthetische Herstellung dieser neuen Verbindungen umfaßt im iv2sentlichen als erste Stufe eine Art
Oydations-Reduktions-Reaktion zwischen einem Metallierungsmittel, wie z. B. Natrium, Natriumhydrid,
einer Kalium- oder Kalium-Natrium-Eutektikumlegierung
und einem Tetraalkylester der Methylendiphosphonsäure. Diese Reaktion ist stark exotherm, und es ist
wichtig, daß sie bei niederen Temperaturen von etwa O bis 35°C, vorzugsweise zwischen 15 und 30° C
durchgeführt wird. Das Reakiionsprodukt ist ein Carbanion, welches sich von dtr im Amgangsmethylenester
anwesenden Methylengruppe ableitet Diese Stufe läßt sich durch die folgende Gleichung darstellen:
Na + H2C[PO(OR)2]2
1/2H2 + [PO(OR)2]2HC Na +
1/2H2 + [PO(OR)2]2HC Na +
Dieses Carbanion·Reaktionsprodukt wird dann mit einem geeigneten Alkylierungsmittel oder Halogenierungsmittel
umgesetzt und so der gewünschte Tetraalkylester der substituierten Methylendiphosphonsäure
erhalten.
Die auf diese Weise erhaltenen Phosphonsäureester lassen sich gewöhnlich durch einfache Destillation, gegebenenfalls nach der Entfernung der als Nebenprodukt erhaltenen Salze, reinigen. Häufiger wird das rohe Produkt durch dem Fachmann bekannte Verfahren, nämlich durch Hydrolyse mit konzentrierter Salzsäure oder, im Falle von Isopropylestern, durch Pyrolyse direkt in die freie Phosphonsäure umgewandelt. Der Zusatz von Basen, wie z. B. Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, zu den Säuren führt zur Bildung der entsprechenden Salze,
Die auf diese Weise erhaltenen Phosphonsäureester lassen sich gewöhnlich durch einfache Destillation, gegebenenfalls nach der Entfernung der als Nebenprodukt erhaltenen Salze, reinigen. Häufiger wird das rohe Produkt durch dem Fachmann bekannte Verfahren, nämlich durch Hydrolyse mit konzentrierter Salzsäure oder, im Falle von Isopropylestern, durch Pyrolyse direkt in die freie Phosphonsäure umgewandelt. Der Zusatz von Basen, wie z. B. Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, zu den Säuren führt zur Bildung der entsprechenden Salze,
Der als Au.'gangsmaterial für die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen verwendete Tetraalkylester
Von Methylendiphosphonsäure kann nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden,
Herstellung von
Tetraisopropyl-methylendiphosphonat
Tetraisopropyl-methylendiphosphonat
624,7 g Triisopropylphosphit (3 MoI, 681 ecm) und 173,9 g Dibrommethan (1 Mol, 70 ecm) wurden in einer
Reaktionsanlage vereinigt, welche aus einer 1-Liter-Dreihals-Flasche
mit eiiiem Magnetrührer, einem Thermometer und einer Fraktionierkolonne für die
Abtrennung des Isopropylbromid-Nebenproduktes aus dem Rückflußgemisch bestand. Die Fraktionierkolonne
bestand aus einem 90 cm langen Liebig-Kühler, der
0,6 cm große Glasspiralen als Füllmaterial enthielt. Am oberen Ende der Fraktionierkolonne war ein Barrett-Destillationsbehälter
angeschlossen, welcher durch den Zusatz eines Thermometerschachtes und eines Thermo- ι s
meters abgewandelt worden war, und am oberen Ende des Barrett-Behälters war ein Dewar-Kondensator
angeschlossen, welcher mit Trockeneis gekühlt und durch ein Trockenrohr vor der atmosphärischen
Feuchtigkeit geschützt wurde. Die Temperatur des Reaktionsgemisches wurde durch Erhitzen ~nter Rückfluß
rasch auf 143°C gebracht Die Temperatur des in dem mit Füllmaterial gefüllten Rückflußkühler umlaufenden
Wassers wurde bei 65° C gehalten. Diese Temperatur genügte, um nicht umgesetztes Ausgangsmaterial
zurückzuleiten und die Destillation des als Nebenprodukt erhaltenen Isopropylbromids zu erlauben.
Für die Reaktion wurde Wärme in solchem Umfang aufgewandt, daß bei langsamem Erhöhen der Temperatur
des Gemisches ein kräftiges Erhitzen unter Rückfluß fortgesetzt wurde. Nach etwa 2 Stunden Erhitzen wurde
das erste Destillat beobachtet, und nach 5 Stunden waren insgesamt 33 g Isopropylbromide gesammelt.
Man ließ die Temperatur des Reaktionsgemisches während einer Zeit von 12 Stunden auf 1850C steigen
und hielt sie für den übrigen Teil der Reaktion mittels eines elektronischen Temperaturreglers auf diesem
Stand. Nach etwa 16 Stunden war die Reaktion im wesentlichen vollständig, wie die Ausbeute an Isopropylbromid
von 231 g. Ausbeute von etwa 92%, zeigte. Weiteres Erhitzen war zwecklos, doch wurden gelegentlich
Reaktionszeiten von 20 Stunden verwendet.
Sobald die Reaktion vollständig war, wurde das Reaktionsgemisch in einen Destillationskolben gebracht.
Die niedrig siedenden Materialien (überschüssi- 4>
ges Phosphit usw.) wurden durch einen kurzen einteiligen Destillationskolben unter einem Vakuum
von 0,1 mm Quecksilber und bei Kopftemperaturen bis zu 500C entfernt. Zu üiesem Zeitpunkt wog der Inhalt
des Kolbens etwa 330 g und bestand zu 93 bis 95% aus V) den Tetsaisopropylestetn der Methylendiphosphonsäure.
Die Reinheit dieses Materials reichte aus, um die Herstellung der neuen erfindungsgemäßen Verbindungen
fortzusetzen.
Falls ein reineres Produkt erwünscht ist. kann man eine HocMdbtungs-Vakuumpumpe in das System
einführen und den Druck auf 0,005 mm Quecksilber senken. Das zwischen 80 und 1160C siedende Material
wird gesammelt und durch eine elektrisch erhitzte 60 cm große Vigreaux-Kolonne umdestilliert.
Bei der Herstellung des Tetraalkylester-Reaktionsteilnehmers muß besonders darauf geachtet werden,
daß die Ausgangsmaterialien fein und frisch destilliert sind, da die Anwesenheit von sauren Rückständen im
Produkt beim Versuch einer Destillation vorzeitig'; Zersetzung verursach. Wenn dies eintritt, muß das
Produkt sofort neutralisiert werden, worauf die Destillation erneut aufgenommen wird. Die Neutralisation
ist zeitraubend und mühevoll und ist keine empfehlenswerte Form für die anfängliche Reinigung
der Reaktionsteilnehmer.
Es sei darauf hingewiesen, daß ein durch das Fraktionieren durch eine Vigreaux-Kolonne erzieltes
Produkt, fast genauso rein ist, wie jenes, das man durch
sorgfältiges Fraktionieren durch eine 60 cm große Spiralband-Kolonne erzielt; außerdem wird die Ausbeute
erheblich verbessert, da der schnellere Durchsatz die Erhitzungszeit herabsetzt und infolgedessen die Menge
dsr undestillierbaren harzförmigen Rückstände herabsetzt
Der harzförmige Rückstand in der Rasche sollte jedoch nicht verworfen werden, da die Hydrolyse dieses
Materials Methylendiphosphonsäure von beachtlicher Reinheit ergibt
Der so hergestellte Tetraalkylesier der Methylendiphosphonsäure
wird bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Verbindungen gemäß den folgenden Beispielen eingesetzt
(A) Herstellung des Tetraisopropylesters
der Brommethylendiphosphonsäure
der Brommethylendiphosphonsäure
12,07 g (0,5 Mol) Natrium wurden in 110 ecm
siedendem Toluol dispergiert welches in einer 1-Liter-Dreihals-Flasche,
die mit einem Thermometer, einem 50 ecm fassenden Absatz, einem zusatzartigen Trenntrichter,
einem Allihn-Kondensator und einem Hochgeschwindigkeits-Rührwerk ausgestattet war, enthalten
war. Die Dispersion wurde auf 20° C abgekühlt und tropfenweise mit solcher Geschwindigkeit mit 172,7 g
(0,5 Mol) Tetraisopropylester der Methylendiphosphonsäure versetzt, daß sich die Reaktionstemperatur durch
Außenkühlung mit einem Trockeneisbad regulieren und bei 25-300C halten ließ. Sobald die Reaktion vollzogen
war, wurde das Reaktionsgemisch auf 1000C erhitzt und tropfenweise mit Brom (79,92 g, 0,5 Mol) versetzt, wobei
wie zuvor ein Trockeneisbad verwendet wurde, um eine Temperatur von weniger als 300C aufrecht zu erhalten.
Nach Beendigung der Reaktion wurde das Gemisch auf ein konstantes Volumen konzentriert, in 600 ecm Hexan
gelöst und mit Wasser extrahiert, bk> der Extrakt frei von Halogenid war. Die Konzentration der Hexanlösung
ergab 200 g Produkt, welches vorwiegend aus dem Tetraisopropylester der Brommethylendiphosphonsäure,
BrCH[PO(OC)H?-i)2]2
bestand; Ausbeute 95,4%. Obwohl die Reinigung dieses Materials durch Destillation etwas schwierig war, wurde
das Gemisch durch wiederholte Refraktionierung rektifiziert, so daß man ein reines Produkt /Vf 1,4594
erhielt.
6,91, P = 14,64;
7,15, P = 15,00.
7,15, P = 15,00.
Analyse berechnet
Ben: Br = 18,81, C = 36,89, H
gef.: Br = 18,10, C = 37,18, H
gef.: Br = 18,10, C = 37,18, H
(B) Umwandlung in Brommethyletidiphosphonsäure
37,1 g (0,09 Mol) Tetraisopropylester der BrommethylendiphosphoKSäure
BrCH[PO(OC3H7-I)2]J,
welcher mil einem kleinen Prozentsatz Tetraisopropyl-
welcher mil einem kleinen Prozentsatz Tetraisopropyl-
ester der Dibrommethylendiphosphonsäure Br2QPO(OC3H7-i)2]2
verunreinigt war, wurde in 250 ecm konzentrierter Salzsäure gelöst und 5 Stunden unter Rückfluß erhitzt.
Nach Konzentrieren der Säurelösung und Azeotropieren mit 2-Propanol zur Entfernung von Spuren von
Wasser, blieben verschiedene Versuche, das zähflüssige Produkt zu kristallisieren (22 g, 98,5% Ausbeute) |0
erfolglos. Zur Erzielung einer analytischen Probe wurde ein Anilinüberschuß zugesetzt, um die Säure in das
Dianiliniumsalz umzuwandeln. Das Salz wurde durch Umkristallisieren aus einem Wasser-Methanol-Gemisch
gereinigt. Das auf diese Weise erzielte reine Dianiliniumsalz schmolz bei 185— 187°C.
Analyse berechnet für BrCuHi9O6P2N2:
Ber.:
Br = 18,l. C = 35,39, H=434, P= 14,1, N = 6,35;
gef.:
Br = 18,8, C=35,0, H =43. P= 14,8, N = 5,25.
B e i s ρ i e 1 2
(A) Herstellung des Tetraisopropylesters der Dichlormethylendiphosphonsäure
Das Carbanion von 1 Mol (3443 g) Tetraisopropyl- 30 Analyse berechnet (auf Trockenbasis) für (
methylendiphosphonat, Ber.: Cl = 213, C = 3,6, P = 18,6, Na = 27,6;
gef.: Cl = 213, C= 4,0, P = 183, Na = 27,8.
(B) Umwandlung in Dichlormethylendiphosphonsäure
41,3 g (0,1 Mol) reiner Tetraisopropylesler der
Dichlofmethyldiphosphonsäurej
CI2QPO(OC3H7 -I)1]I
wurden durch Erhitzen unter Rückfluß mit 250 ecm konzentrierter Salzsäure in Dichlormethylendiphos^
phonsäure,
Cl2qpÖ(OH)2]2
umgewandelt Die saure Lösung wurde zu einem konstanten Volumen konzentriert und zweimal mit
2-Propanoi azeotropiert, um letzte Spuren von Wasser und HCI zu entfernen. Die entstehende kristalline Masse
wurde filtriert und mit Aceton gewaschen, dann wurde sie in einem Vakuum-Exsikkator über Silicagel und
Kaliumhydroxid getrocknet Die 2i3 ε (98prozentige
Ausbeute) der auf diese Weise erhielten sehr hygroskopischen Säure schmolzen bei 249—251°C.
Analyse berechnet für Cl2CH^6P2:
Ber.: Cl = 28,95, C = 4,91, H = 1,65, P = 25,30;
gef.. Cl = 28,63, C = 4,85, H = 1,80, P = 25,0.
gef.. Cl = 28,63, C = 4,85, H = 1,80, P = 25,0.
Die Näutralisierung der genannten Säure mit 4
Äquivalenten Natriumhydroxid ergab das Tetranatriumsalz, welches als das Octahydrat isoliert wurde.
wurde dadurch hergestellt, daß man gleiche Molmengen
des Tetraisopropylesters der Methylendiphosphonsäure unter Anwendung des gleichen allgemeinen Verfahrens
und der Reaktionsanlagen wie im vorstehenden Beispie* 1 mit Natrium umsetzte. Dem Reaktionsgemisch,
welches während der gesamten exothermen Reaktion durch Kühlen von außen mit einem Trockeneisbad auf
20°C—30°C gehalten wurde, setzte man trockenes Chlor zu. Die Wärmeentwicklung hörte nach 45
Minuten Reaktionszeit auf, wobei während dieser Zeit ein lOOprozentiger Chlorüberschuß verbraucht wurde.
Das Reaktionsgemisch wurde eine Stunde auf 70° C erhitzt, und dann wurde es zwei Tage bei Raumtemperatur
gerührt Das entstehende Gemisch wurde zu einem konstanten Volumen konzentriert, in 800 ecm Hexan
gelöst und mit Wasser extrahiert, bis der Extrakt frei von Halogenid war. Die Hexanlösung wurde mit MgSÜ4
getrocknet und konzentriert, so daß man 399 g rohen Tetraisopropylester der Dichlormethylendiphosphon-
(A) Herstellung des Tetraisopropylesters
der Dibrommethylendiphosphonsäure
der Dibrommethylendiphosphonsäure
saure,
CI2C[PO(OC3H7-i)2]2,
entsprechend 94,5prozentiger Ausbeute, erhielt Dieses
Material kristallisierte langsam und ergab ein Produkt mit einem Schmelzpunkt bei 49,8—51°C Vor dem
Erstarren des Produktes wurde eine Dichte von 1,543 bei 25°C und ein Brechungsindex von 1,4518 bei 25°C
festgestellt
Analyse berechnet für Ci2Ci3H2SOeP2:
Ber.: Cl = 17,16, C = 37,79, H = 6,S3, P = 14,99; gef.: Cl = 17,42, C = 37,89, H = 6,71, P = 14,6.
Der Ester der Dibrommethylendiphosphonsäure wurde aus den wiederholten Refraktionierungen des
Gemisches aus den Monobrom-,
BrCH[PO(OC3H7-i)2]2,
und dibromierten Produkten,
und dibromierten Produkten,
Br2qPO(OC3H7-i)2]2,
45
45
die in Beispiel 1 erwähnt wurden, hergestellt Der Tetraisopropylester der Dibrommethylendiphosphonsäure,
Br2qPO(OC3H7-i)2]2
hatte ein Nr' von 1,4710.
Analyse berechnet für Br2Ci3H2SO6P2:
Ber.: Br = 31,89, C = 31,16, H = 5,63, P = 1236; gef.: Br = 31,2, C = 31,5, H = 5,72, P = 12,0.
(B) Umwandlung in Dibrommethylendiphosphonsäure
Dibrommethylendiphosphonsäure wurde durch wiederholtes Umkristallisieren eines Gemisches der
Anilinsalze eines monobromierten und dibromierten Produktes mit einem Wasser-Methanol-Lösungsmittelsystem
gewonnen (vgl. Beispiel 1 B). Das erhaltene Salz schmolz bei 270-2710C
Analyse berechnet für Br2Ci3Hi8O6P2N2:
65 Ber.: Br=30,74, C=30,0, H=3,48, P = HA N=539;
gef.:
Br=29,5, C=31,0, H=3Ä P=12Ä N=5,4.
Durch Zusatz von zwei Äquivalenten Natriumhydroxid zu einer wäßrigen Lösung dieses Salzes erhielt man
das Dinatriumsalz.
Jede der nach dem obigen Verfahren hergestellten Säuren ließ sich sehr leicht dadurch in eine Salzform
umwandeln, daß man sie mit einer Base, wie z. B. NkTiumhydroxid, umsetzte, wie dies z. B. in Beispiel 2
erläutert wird. Die entstehenden Verbindungen dienen — wie bereits oben erwähnt wurde — als ausgezeichnete
Reinigungsgerüststoffe.
Wie bereits erwähnt, wurde bereits vorgeschlagen, synthetische Reinigungsverbindungen mit verschiedenen
Gerüststoffsalzen zur Herstellung von gerüststoffhaltigen Reinigungsmitteln zu vereinigen.
Jedoch wurden bisher die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen als Gerüststoff und die
erfindungsgemäßen Kombinationen von Verbindungen
Stabilität gegenüber der 2;ersetzung während des Lagern·; und der Verwendung bieten, ferner hohe
Reinigungskraft und hervorragende Leistungen in hartem Wasser, sowie ausgezeichnete Weiß- und
Weißerhaltungskraft, nicht vorgeschlagen.
Diese und weitere Vorteile lassen sich mit Reinigungsmitteln erzielen, welche im wesentlichen aus einer
organischen oberflächenaktiven Reinigungsverbindung bestehen und als Gerüststoff ein organisches wasserlösliches
Salz einer der erfindungsgemäßen Verbindungen enthalten, wobei das Gewichtsverhältnis des Gerüststoifs
zu der oberflächenaktiven Reinigungsverbindung im Bereich von etwa 1 :3 bis etwa 10:1, vorzugsweise
im Bereich von etwa 1 :2 bis etwa 5 :1, liegt und das
genannte Gemisch in der Lösung einen pH-Wert zwischen etwa 8 und etwa 12 ergibt, wobei der optimale
pH-Bereich zwischen 9,5 und 11,5 liegt.
Zu den organischen oberflächenaktiven Reinigungsverbindungen, denen man die erfindungsgemäßen
Verbindungen als Gerüststoffe mit Erfolg zusetzen kann, zählen bekannte anionische, nichtionische, ampholytische
und zwitterionische oberflächenaktive Reinigungsmittel und Gemische dieser Mittel.
Die organischen, synthetischen Reinigungsverbindungen und die erfindungsgemäßen neuen Gerüststoffe
lassen sich zu jeder der vielen im Handel erwünschten Formen, z. B. zu Körnern, Flocken, Flüssigkeiten und
Tabletten verformen.
Das bevorzugte Mengenverhältnis des Gerüststoffs zu dem aktiven Reinigungsmittel in einem körnigen
Produkt beträgt etwa 1 :2 bis etwa 5:1.
In einer flüssigen Reinigungsmittelzusammensetzung, welche ebenfalls einen Gerüststoff und ein aktives
Reinigungsmitte! enthält, beträgt das bevorzugte Mengenverhältnis von etwa 1 :2 bis etwa 3:1. Die
Kaliumsalzform der Gerüststoffe wird für die Verwendung in flüssigen Reinigungsmitteln mit Gerüststoffzusatz
vorgezogen.
Angesichts der zunehmenden Aufnahme von gerüststoffhaltigen
flüssigen Reinigungsmitteln für praktisch alle Wasch- und Reinigungssituationen, einschließlich
Wäschewaschen und Geschirrspülen, besteht der bedeutende Beitrag der vorliegenden Erfindung darin,
die Herstellung eines verbesserten gerüststoffhaltigen flüssigen Reinigungsproduktes mit einer Reinigungskraft
zu ermöglichen, welche zumindestens der Reinigungskraft eines flüssigen Produktes mit einem Zusatz
von Natriumtripolyphosphat oder Kaliumpyrophosphat als Gerüststoff entspricht oder sie sogar übertrifft, ohne
daß das lästige Stabilitätsproblem auftritt
Die meisten der gegenwärtig im Handel erhältlichen gerüststoffhaltigen, flüssigen Reinigungsmittel beruhen
entweder auf Wassergrundlage oder enthalten ein Gemisch aus Wasser und Alkohol als flüssigen Träger.
Derartige Träger lassen sich erfindungsgemäß zur Herstellung eines gerüststoffhaltigen, flüssigen ReinigungsmiUelproduktes,
ohne daß das Auftreten von Stabilitätsproblemen befürchtet werden muß, verwenden.
Ein geriiststoffhaltiges, flüssiges Reinigungsmittel kann im wesentlichen aus einer erfindungsgemäßen
substituierten Methylendiphosphonsäure-Verbindung Und einem oberflächenaktiven Reinigungsmittel in den
oben beschriebenen Mengen bestehend, während der Rest aus einem Trägermedium, z. B. Wasser, einem
Wassur-Alkoholgemisch usw. beträgt.
Ein fertiges Reinigungsmittel kann kleinere Mengen Stoffe enthalten, welche das Produkt noch wirksamer
oder attraktiver .tischen. Beispiele sind !ösHche
Natriumcarboxymethylcellulose, ein das Beschlagen verhinderndes Mittel, wie z. B. Benzotriazol oder
Ethylenthioharnstoff (bis zu etwa 2%), fluoreszierende Stoffe, Parfüm und Farbe (bis zu etwa 1%), ein
alkalisches Material oder Alkali, wie z. B. Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, außerdem Wasser, Aufhellungsmittel,
Natriumsulfat und Natriumcarbonat, sowie Korrosionsverhinderungsmittel und Hydrotrope, wie
wasserlösliche Alkalimetallsalze von Toluolsulfonat, Benzolsulfonat und Xylolsulfonat
Die Reinigungskraft der neuen erfindungsgemäßen Verbindungen als Gerüststoffe wurde untersucht. Der
Ausdruck »Reinigung« bedeutet die Fähigkeit eines gerüststoffhaltigen Waschmittels, tief eingelassene
Schmutzränder oder -ablagerungen, wie sie an Kragen und Manschetten auftreten, zu entfernen.
Die Reinigungseigenschaften der erfindungsgemäßen substituierten Methylendiphosphonsalze wurden festgestellt,
indem man natürlich verschmutzte weiße Hemden mit genormten Reinigungsmitteln wusch, welche als
Zusatz verschiedene Gerüststoffe, einschließlich der erfindungsgemäßen, enthielten. Hemden mit abnehmbaren
Kragen und Manschetten wurden an zwei normalen Arbeitstagen unter gewöhnlichen Bedingungen von
Männern getragen. Dann wurden die Kragen und Manschetten abgenommen und in einer kleinen
Trommelmaschine unter Verwendung wäßriger Lösungen der zu bewertenden Reinigungsmittel gewaschen.
Die spezifischen Waschbedingungen werden unten beschrieben.
Nach dem Waschen und Trocknen wurden die Kragen und Manschetten visuell mit anderen Kragen
und Manschetten verglichen, welche auf ähnliche Weise getragen und verschmutzt wurden, jedoch mit einem
normalen Waschmittel gewaschen wurden. Dieser visuelle Vergleich wurde von einer Gruppe von 5
Personen durchgeführt, denen der Aufbau und der Zweck des Tests unbekannt war und die ihr Urteil
unabhängig voneinander bildeten. Ihre visuellen Urteile wurden auf einer Skala von 0 bis 10 ausgedrückt, und auf
diese Weise wurden die relativen Reinigungsleistungen festgestellt
Natriumtripolyphosphat wurde aufgrund seiner weitgehenden Aufnahme und Verwendung in der Praxis in
den Versuchen verwendet Diese Verbindung wurde sozusagen als Norm für die Leistung von Gerüststoffen
angesehen. Verbindungen, weiche dieser Verbindung hinsichtlich der Leistung als Gerüststoffe entsprechen
oder sie übertreffen, werden als annehmbare Gerüststoffe angesehen.
Als Vertreter der erfindungsgemäßen Verbindungen wurde Trinatrium-dichlormethylendiphosphonat ausgewählt
und in dieser Vergleichsreihe geprüft und so die relative Gerüststoffleistung der erfindungsgemäßen
Verbindungen ermittelt
Bei dieser Reihe Von Reinigungsversuchen bestanden
die Reinigungsmittel aus einem oberflächenaktiven Reinigungsmittel und einem Gerüststoff, wobei die
Konzentration des oberflächenaktiven Mittels in der Waschlösung stets bei 0,03 Gew.-% lag und die der
Gerüststoffe in der Waschlösung 0,03 Gew.-% betrug.
Die Waschlösung hatte einen pH-Wert von 10. Das Wasser hatte bei einer Temperatur von 6O0C eine Härte
von 6,7° d (als CaCO3); der Waschvorgang dauerte 10 Minuten.
Die Ergebnisse dieses Reinigungs-Tests sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt:
fabeile I
Reinigungsbewertung unter Verwendung von Natriumtetrapropylenbenzolsulfonat
als oberflächenaktives Reinigungsmittel in 0,03prozentiger Konzentration: Temperatur 60rC
Gerüststoff Reinigungs-
(bei einer Konzentration von 0,03%) grade
1. Trinatrium-dichlormethylen- 0,8
diphosphonat
diphosphonat
2. Natrium-tripolyphosphat 0,7
Tabelle Π | Tempe ratur |
gCa/lOOgSalz pH 11,0 12,0 |
4,0 6,6 |
Verbindung | 25 25 |
5,0 7,9 |
|
Na4P2O7 Na4P3Ot0 |
|||
Bei einer Betrachtung der Leistungsdaten in Tabelle I zeigt es sich, daß die erfindungsgemäße Verbindung,
welche als Gerüststoff mit dem genannten oberflächenaktiven Reinigungsmittel getestet wurdu, bessere
Leistungen als Natriumtripolyphosphat zeigte, d.h. diesem überlegen ist
Die in der Tabelle I genannten absoluten Werte sind an sich nicht bedeutend. Die Hauptbedeutung dieser
Daten beruht auf der relativen Leistung von jeder dieser Verbindungen im Vergleich rait den anderen. Außerdem
fanden — wie bereits oben erwähnt — nur die wesentlichsten Bestandteile eines gerüststoffhaltigen
Reinigungsmittels Verwendung, nämlich ein oberflächenaktives Reinigungsmittel und ein Gerüststoff.
Andere bekannte Reinigungsmittelzusätze, wie z. B. fluoreszierende Stoffe und Bleichmittel usw, waren bei
diesen Versuchs-Arbeitsgängen nicht anwesend, um die Leistung des Gerüststoffes nicht zu verdecken.
Das Ca-Komplexbildungsvermögen der erfindungsgemäßen
Verbindungen wurde ebenfalls bestimmt und dem von Tetranatriumpyrophosphat und Natriumtripolyphosphat
gegenübergestellt Die erhaltenen Daten sind in der Tabelle II zusammengestellt Die Bestimmung
wurde nach dem von Irani und Call is in »Journal of Physical Chemistry«, Vol.64, 1398 (1960)
beschriebenen Verfahren unter Verwendung des Capry-Iates anstelle des Oxalates bei der nephelometrischen
Endpunktbestimmung durchgeführt
Verbindung
Tempe- g Ca/100 g Salz ratur
pH 11,0 12,0
Trinatrium-benzyl- 25 7,5 11,0
methylendiphosphonat
Tetranatrium-2-carboxy- 25 19,1 18,7
ethyliden-l,l-diphosphonat
Wie die Daten zeigen, ist das Ca-Komplexbildungsvermögen der erfindungsgemäßen Verbindungen dem
der bekannten Verbindungen gegenüber wesentlich erhöht und ist bei höheren pH-Werten überraschend
erhöht.
Weiterhin wurde die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Verbindungen, das Kristallwachstum zu inhibieren,
untersucht. Diese Fähigkeit wurde durch den nachfolgend beschriebenen Test unter Verwendung von
Methandiphosphonsäure als Vergleichsverbindung und Methandibromdiphosphonsäure als erfindungsgemäße
Verbindung demonstriert.
Ein Milliliter einer 0,1 molaren Vorratslösung von NaHiPO4 · H2O wurde mit 22 ml destilliertem Wasser
verdünnt. Ein Milliliter einer wäßrigen Lösung des zu testenden Polyphosphonates (in einer Konzentration,
die ausreichte, die gewünschte Endkonzentration im Reaktionsgemisch bereitzustellen) wurde der verdünnten
NaH2PO4-Lösung zugesetzt, und die Lösung wurde
Unter Verwendung von Natriumhydroxid auf einen pH-Wert von 7,4 eingestellt Diese Lösung wurde mit
1 ml einer zuvor mit Natriumhydroxid auf einem pH-Wert von 7,4 eingestellten, 0,1 molaren Lösung von
CaCl2 · 2 H2O
versetzt Dieses Gemisch wurde während der gesamten Reaktionsperiode bei einem konstanten pH-Wert von
7,4 gehalten.
Nach einer ausreichenden Reaktionszeit, die im allgemeinen im Bereich von 90 Minuten lag, vurde die Lösung durch ein 0,45^-Milliporen-Filter filtriert Der Niederschlag wurde an der Luft getrocknet und durch Röntgenbeugung analysiert Das feste Calciumphosphat, das aus der vorstehend beschriebenen Lösung ohne ein Polyphosphonat ausgefällt wurde, ergab ein typisches Hydroxylapatit-Diagramm, während das CaI-ciumphosphat, das unter den gleichen Bedingungen, jedoch in Gegenwart von kleinen Mengen der Polyphosphonate ausgefällt wurde, amorph ist In der nachfolgenden Tabelle ist die Konzentration der untersuchten Verbindungen wiedergegeben, die zur inhibierung der Bildung von Calciumhydroxylapatit unter den vorstehend spezifizierten Bedingungen erforderlich ist.
Nach einer ausreichenden Reaktionszeit, die im allgemeinen im Bereich von 90 Minuten lag, vurde die Lösung durch ein 0,45^-Milliporen-Filter filtriert Der Niederschlag wurde an der Luft getrocknet und durch Röntgenbeugung analysiert Das feste Calciumphosphat, das aus der vorstehend beschriebenen Lösung ohne ein Polyphosphonat ausgefällt wurde, ergab ein typisches Hydroxylapatit-Diagramm, während das CaI-ciumphosphat, das unter den gleichen Bedingungen, jedoch in Gegenwart von kleinen Mengen der Polyphosphonate ausgefällt wurde, amorph ist In der nachfolgenden Tabelle ist die Konzentration der untersuchten Verbindungen wiedergegeben, die zur inhibierung der Bildung von Calciumhydroxylapatit unter den vorstehend spezifizierten Bedingungen erforderlich ist.
Verbindung
M Konzentration zur Inhibierung
Methandiphosphonsäure,
Trinatriumsalz
Methandibromdiphosphonsäure
1,82XlO"4 5,04 X 10"5
Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, ist die Methandibromdiphosphonsäure
bei der Inhibiening des Kristallwachstums wesentlich wirksamer als die unsubstltuierte
Methandiphosphonsäure.
Claims (1)
1. Substituierte Methylendiphosphonsäuren der allgemeinen Formel
PO3H2
X—C—Y
X—C—Y
PO3H2
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