DE2439355C3 - N-(Diphosphonomethyl)-formamidine, Verfahren zur Herstellung und deren Verwendung zur Steinablagerung In wäßrigen Medien - Google Patents
N-(Diphosphonomethyl)-formamidine, Verfahren zur Herstellung und deren Verwendung zur Steinablagerung In wäßrigen MedienInfo
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Description
Z N-(Diphosphonomethyr)-N,N'-dimethylfonnamidin
der Formel
PO3H2
HC — N — CH = N — CH3
PO3H2 CH,
PO3H2 CH,
20
3. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß
man Formamid oder N-Methyl-formamid mit phosphoriger Säure in Gegenwart von Acetylchlorid
oder P2O5 umsetzt
4. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß man
Formamid oder N-Methylformamid mit dem Reaktionsgemisch
aus Phosphortrichlorid und Eisessig (1 :3) umsetzt
5. Verwendung der Verbindungen nach Anspruch 1 und 2 zur Verhinderung der Steinabscheidung in
wäßrigen Medien.
40
Die vorliegende Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.
Phosphonsäuren haben in den vergangenen Jahren eine große Bedeutung erlangt, da sie nicht nur gute
Komplexbildner sind, sondern auch schon in unterstöchiometrischen Mengen steinbildende Ablagerungen in
wäßrigen Medien verhindern.
Eine wichtige Klasse der Phosphonsäuren sind die Alkan-di-phosphonsäuren und hier ist der bedeutendste
Vertreter die 1-Amino-äthan-l.l-diphosphonsäure. Diese
Verbindung wird durch Umsetzung von Acetonitril mit Phosphortribromid oder Phosphortrichlorid oder
aus Acetamid mit Phosphortrichlorid bzw. einem Gemisch aus Phosphortrichlorid und phosphoriger
Säure und anschließender Hydrolyse des Zwischenproduktes erhalten.
Es sind auch schon an der Aminogruppe substituierte l-Amino-äthan-l.l-diphosphonsäuren hergestellt worden.
Bei diesen Verbindungen sind ein oder zwei der Η-Atome der Aminogruppe durch Alkyl-, Aralkyl-,
Phenyl- oder Cycloaliphatische Reste ersetzt, z. B. N-Methyl- oder Ν,Ν-Dimethylaminoäthan-l.l-diphosphonsäure.
Nachteilig bei all diesen Verbindungen sind die relativ teuren Ausgangsmaterialien und die umständliche
Herstellungsweise.
Es wurden nun neue bisher noch nicht beschriebene Phosphonsäuren mit einer guten Impfwirkung gefunden,
nämlich: N-(Diphosphonomethyl)-formamidin der Formel
PO3H2
HC — N = CH — NH,
PO3H2
undN-(Diphosphonomethyl)-N,N'-dimethylformamidin
der Formel
PO3H2
HC — N — CH = N — CH3
I \
PO3H2 CH3
die sich auf einfache Weise aus billigen Ausgangsmaterialien herstellen lassen.
Für N-(Diphosphonomethyl)-formamidin wäre theoretisch
auch die tautomere Form
ΡΟ.,Η,
HC-NH- CH
PO3H2
NH
(la)
möglich. Man erhält bei der Synthese jedoch nur ein einheitliches Reaktionsprodukt Dies steht auch im
Einklang zu den Angaben der Literatur, wonach es bisher noch nicht gelungen ist, zwei tautomere Formen
eines Amidins zu isolieren oder überhaupt nachzuweisen (Honben - Weyl, Band 11/2, S. 38).
Die erfindungsgemäßen Phosphonsäuren werden bei der Umsetzung von Formamid oder N-Methyl-formamid
mit phosphoriger Säure in Gegenwart von Acetylchlorid oder P2O5 erhalten.
Es ist auch möglich, anstatt phosphoriger Säure und Acetylchlorid ein Reaktionsgemisch aus Eisessig und
Phosphortrichlorid=3 :1 zu verwenden. Hierbei bildet
sich phosphorige Säure und Acetylchlorid, die dann mit dem Säureamid weiter reagieren.
Zur Herstellung der Verbindungen arbeitet man vorteilhaft so, daß man beispielsweise zu einem
Gemisch aus Formamid und phosphoriger Säure Acetylchlorid hinzutropft, wobei die Temperatur im
Kolben leicht ansteigt und anschließend erst im siedenden Wasserbad und darauf im ölbad bei 130°
erhitzt Man kann aber auch zu einem Gemisch aus Formamid und Eisessig Phosphortrichlorid tropfen und
das Wasserbad langsam aufheizen, wobei ein starker Rückfluß an Acetylchlorid entsteht der mit fortschreitender
Reaktion langsam nachläßt.
Überraschenderweise wird erfindungsgemäß nicht der Amid-Stickstoff acetyliert, wie dies auf Grund von
Angaben der Literatur zu erwarten wäre, wonach sich aus Säureamiden und Säurehalogeniden Di-acyl-amide
bilden (vgl. Houben-Weyl, Band 8, S. 709), und es
reagieren auch nicht Acetylchlorid mit phosphoriger Säure oder Phosphortrichlorid mit Essigsäure zu
l-Hydroxy-äthan-l.l-diphosphonsäuie (DT-AS
12 48 654, DT-AS 1194 852), vielmehr bildet sich
erfindungsgemäß nach einer noch nicht aufgeklärten Reaktion N-(Diphosphonomethyl)-formamidin.
Zu der gleichen Verbindung kommt man, wenn man Formamid und phosphorige Säure unter Rühren und
Kühlung portionsweise mit Phosphorpentoxid versetzt und anschließend auf eine Innentemperatur von 8O0C
erhitzt Auch diese Umsetzung war nicht zu erwarten.
Aus der deutschen Patentschrift 22 03 340 ist bekannt, daß bei der Umsetzung von Acetamid mit phosphoriger
Säure in Gegenwart von P2Os l-Aminoäthan-l.l-diphosphonsäure entsteht Diese Umsetzung erfordert
Temperaturen von über 120°, vorzugsweise über 160°, während bei tieferen Temperaturen keine Reaktion
stattfindet Es war daher überraschend, daß mit Formamid anstatt Acetamid bei relativ niederer
Temperatur die erfindungsgemäße Phosphonsäure vom Amidin-Typ entsteht
In analoger Weise reagiert N-Methyl-formamid zu N-(Diphosphonomethyl)-N,N'-dimethylfonnamidin.
Die neuen Phosphonsäuren sind ausgezeichnete Komplexbildner für zwei und mehrwertige Metalhonen,
wie z. B. Calcium, Magnesium, Eisen, Chrom, Mangan
und anderen. Sie lassen sich in feste und flüssige Produkte einarbeiten, die in wäßrigen Medien eingesetzt werden. Auch sind die neuen Phosphonsäuren mit
den üblichen Waschrohstoffen verträglich und können Wasch- und Reinigungsmitteln zugesetzt werden.
Vorteilhaft ist ihr Einsatz beispielsweise in automatisch arbeitenden Flaschenspülmaschinen und bei aer Tank-
und Containerreinigung. Schon unterstöchiometrische Mengen (Impfmengen) der erfindungsgemäßen neuen
Phosphonsäuren verhindern die Abscheidung von steinbüdenden Ablagerungen in wäßrigen Systemen.
Es wurde gefunden, daß die neuen Phosphonsäuren vor allem auch bei dem eigenen pH-Wert des Wassers
einen ausgezeichneten Stabilisiereffekt aufweisen. Sie sind deshalb besonders zur Stabilisierung der Wasserhärte in Kühlkreisläufen !geeignet Hier sind sie den
bekannten Phosphonsäuren, z. B. Nitrilo-tris-(methylenphosphonsäure), überlegen
In der nachfolgenden Tabelle wird beispielsweise die gute Wirkung von N-(Diphosphonomethyl)-N,N'-dimethylformamidin im Vergleich zu Nitrilo-ti is-(methylenphosphonsäure) gezeigt
Dazu wurden 100 ml Wasser bekannter Härte mit 2,0 mg Substanz versetzt auf pH 7 eingestellt und in
einem Wärmeschrank 16 Stunden bei 800C gehalten. Dann wurde mit destilliertem Wasser auf 100 ml
aufgefüllt durch ein doppeltes Faltenfilter filtriert im Filtrat die Resthärte bestimmt und gemäß DIN 19640 in
mval Erdalkaliionen im Liter umgerechnet (1 mval Erdalkaliionen = 2,8° dH).
Versuchs- | Phosphonsäure | mval Erd |
Nr. | alkaliionen | |
1 | erfindungsgemäße | |
Phosphonsäure | 5,25 | |
2 | Nitrilo-tris-(rnethylen- | |
phosphonsäure) | 4,50 | |
3 | Blindwert | 1,07 |
Zu 45 g (1 Mol) Formamid und 360 g (6 Mol) Eisessig werden innerhalb von 20 Minuten unter Rühren und
Wasserbadkühlung 275 g (2 Mol) Phosphortrichlorid getropft, wobei die Temperatur auf ca. 25° gehalten
wird. Dann wird das Wasserbad zum Sieden gebracht Ab ca. 45° beginnt ein kräftiger Rückfluß von
Acetylchlorid, gleichzeitig entweicht HCl-Gas. Ab ca.
60° wird der Kolbeninhalt fest ab 80° zerfällt er wieder.
Es wird weiter gerührt wobei die Innentemperatur auf
98° ansteigt und der Rückfluß langsam nachläßt Dann
wird abgekühlt der Kolbeninhalt abgenutscht und getrocknet Man erhält 200 g (92% der Theorie) eines
kristallinen Rohproduktes. Zur Reinigung wird das
Rohprodukt in 11 Wasser aufgeschlämmt durch Zugabe von Lauge bis ca. pH 4 gelöst die Lösung mit
Aktivkohle behandelt und in 400 ml konzentrierte Salzsäure filtriert Innerhalb einiger Stunden kristallisiert das N-(DiphosphonomethyI)-fonnamidin aus. Nach
ίο Absaugen, Waschen und Trocknen erhält man 173 g
Kristallisat mit einem Zersetzungspunkt von 2500C
Analyse C2H8O6N2P2, MG 218:
Berechnet: N 123, P 28,4;
gefunden: N 12,3, P 28,4.
Das 3IP-NMR-Spektrum zeigt nur ein Phosphor-Resonanzsignal, woraus hervorgeht daß nur eine Sorte
Phosphor im Molekül vorhanden ist Sowohl dieses Spektrum wie auch das H-NMR-Spektmm stehen mit
der Amidin-Struktur im Einklang.
Das IR-Spektrum zeigt bei 1715 und 1640cm-' je
eine Bande, die den Gruppierungen
C N— und -C-NH,
zuzuordnen sind, wodurch die Lage der Doppelbindung
in Formel I gesichert ist
Zu 45 g (1 Mol) Formamid und 164 g (2 Mol) phosphoriger Säure werden unter Rühren und Kühlung
142 g (1 Mol) Phosphorpentoxid portionsweise innerhalb von 45 Minuten zugefügt wobei die Innentemperatur auf maximal 40° gehalten wird. Anschließend wird
ca. 3 Stunden lang bei 800C Innentemperatur gerührt
Den dabei entstehenden Sirup !fist man in 1 Liter Wasser. Nach Erkalten beginnt Kristallabscheidung.
Man läßt über Nacht bei Raumtemperatur stehen und saugt den kristallinen Niederschlag ab. Ausbeute 122 g
(56% der Theorie).
Das Reaktionsprodukt ist laut IR-Spektrum und Dünnschicht-Chromatogramm mit dem im Beispiel 1
beschriebenen N-(Diphosphonomethyl)-formamidin der Formel I identisch.
45 g (1 Mol) Formamid und 82 g (1 Mol) phosphorige Säure werden vorgelegt Unter Rühren werden
innerhalb von 25 Minuten ohne Kühlung 157 g (2 Mol) Acetylchlorid zugetropft wobei die Temperatur im
Kolben auf 55° ansteigt Anschließend wird noch 1 Stunde im siedenden Wasserbad gerührt wobei der
Rückfluß langsam aufhört und 2 Stunden bei 130°. Das
sirupartige Reaktionsprodukt von 126 g, das im Dünnschicht-Chromatogramm mit N-(Diphosphonomethyl)-formamidin der Formel I identisch ist kann mit
Wasser zu 30% gelöst und direkt eingesetzt werden.
In das Gemisch von 59 g (1 Mol) N-Methyl-formamid und 164 g (2 Mol) phosphoriger Säure werden unter
Rühren und KHhlung 71 g (0,5 Mol) Phosphorpentoxid
portionsweise innerhalb von 15 Minuten eingetragen, wobei die Temperatur auf maximal 35° gehalten wird.
Anschließend wird etwa 3 Stunden lang im siedenden Wasserbad erhitzt Man erhält 280 g eines sirupartigen
•i
Reaktionsproduktes, das in beliebiger Konzentration in
Wasser gelöst und in der Praxis verwendet werden kann.
Zur Kristallisation wird der Sirup etwa 50%ig in
Wasser gelöst, mit Aktivkohle behandelt und in 2 1 Methanol filtriert Nach 48stöndigen Stehen wird das
abgeschiedene Kristallisat abgenutscht, mit Methanol gewaschen und bei 600C getrocknet Man erhält 90 g
(123 g) reines N-(Diphosphonomethyl)-N,N'-dimethyiformamidin
mit einem Zersetzungspunkt von 252° C.
Analyse C4H12O6N2P2, MG 246:
Berechnet: C 19,5, H 4,9, N 1138, P 25,22;
gefunden: C 19,5, H 4,9, N 11,1. P 25,9.
Das 31P-NMR-Spektrum steht mit Formel II im
Einklang.
Claims (1)
- Patentansprüche:.= . 1. N-(Diphosphonomethyl)-formamidin der FormelPO3H2
HC-N = CH-NH2PO3H2
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Applications Claiming Priority (1)
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DE19742439355 DE2439355C3 (de) | 1974-08-16 | N-(Diphosphonomethyl)-formamidine, Verfahren zur Herstellung und deren Verwendung zur Steinablagerung In wäßrigen Medien |
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DE2439355A1 DE2439355A1 (de) | 1976-02-26 |
DE2439355B2 DE2439355B2 (de) | 1976-07-22 |
DE2439355C3 true DE2439355C3 (de) | 1977-03-24 |
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