DE2541981A1 - Verfahren zur herstellung von azacycloalkandiphosphonsaeuren - Google Patents
Verfahren zur herstellung von azacycloalkandiphosphonsaeurenInfo
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Description
- Verfahren zur Herstellung von Azacycloalkandiphosphonsäuren
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Azacycloalkandiphosphonsäuren durch Umsetzung von cyclischen Lactamen mit Phosphortrihalogeniden in Gegenwart von Wasser.
- N-Aminodiphosphonsäuren sind als Komplexbildner für Erdalkalimetallionen bekannt und finden in dieser Eigenschaft vielseitige technische Anwendung, z.B. in Wasch- und Reinigungsmitteln, bei der Abbindeverzögerung von Gips, als Schlickerverflüssigungsmittel, in Mund- und Zahnpflegemitteln.
- Besonders geeignet für die hier genannten Anwendungsswecke sind cyclische Aminophosphonsäuren, die Azacycloalkandiphosphonsäuren. Derartige Azacycloalkandiphosphonsäuren sind insbesondere ausgezeichnete Sequestrierungsmittel für 2- und 3-wertige Metallionen.
- Aus der DT-OS 2 343 196 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Azacycloalkandiphosphonsäuren der allgemeinen Formel (n=3-5, R=H oder Alkylrest mit 1-3 C-Atomen) bekannt geworden, bei dem ein cyclisches Lactam der allgemeinen Formel mit einem Phosphortrihalogenid oder mit einer Mischung aus Phosphortrihalogenid und phosphoriger Säure umgesetzt wird. Die bei diesem Verfahren erreichbaren Ausbeuten sind jedoch unbefriedigend. Im Falle der Verwendung von Phosphortribromid gehen sie, wie die Ausführungsbeispiele in dieser DT-OS zeigen, kaum über 25 % d. Th. hinaus. Phosphortrichlorid soll sogar noch schlechter reagieren.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung derartiger Verbindungen in wesentlich besserer Ausbeute erlaubt.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Azacycloalkandiphosphonsäuren der Formel wobei R für Wasserstoff oder einen niederen Allylrest mit 1 - 3 O-Atomen und n für eine ganze Zahl zwischen 3 und 11 steht, durch Umsetzung eines Lactams der allgemeinen Formel wobei R und n die oben angegebene Bedeutung besitzen, mit einem Phosphor(III) -halogenid, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Reaktion in Gegenwart von 1 - 2 Mol Wasser pro Mol Phosphor(III)-halogenid durchgeführt wird.
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß in die Reaktionsmischung vor, während oder nach Zugabe des Phosphortrihalogenides begrenzte Mengen an Wasser und zwar pro eingesetztes Mol Phosphorhalogenid 1 bis 2 Mol, vorzugsweise 1,5 Mol, Wasser eingeführt werden.
- Dabei wird die Zugabe sowohl des Wassers als auch des Phosphorhalogenids bei Temperaturen unterhalb von 400, vorzugsweise von 0 - 200, vorgenommen, so daß nach der Zugabe des Phosphorhalogenids und des Wassers eine homogene Reaktionsmischung resultiert. Die Menge des einzusetzenden Phosphorhalogenids soll 2,5 - 5 Mol pro Mol Lactam betragen.
- Vorsugsweise wird Phosphortrichlorid angewandt. Erfindungsgemäß wird das Reaktionsgemisch anschließend auf eine Temperatur von 90 - 1500, vorsugsweise 100 - 1200, hochgeheizt, wobei die Verweilzeit oberhalb 900 mindestens 3 - 10 Stdn., vorzugsweise 4 - 6 Stdn., betragen soll.
- Anschließend wird die Hydrolyse des Reaktionsproduktes in an sich bekannter Weise durch Zugabe eines Überschusses an Wasser zu der Reaktionsmischung vorgenommen. Daran anschließend können die Rohsäuren durch Behandlung mit Alkali, Ammoniak usw. gegebenenfalls in die wasserlöslichen Salze überführt werden, von unlöslichen Nebenprodukten abgetrennt werden und durch Zugabe von Mineralsäuren in reiner Form ausgefällt werden.
- Auf diese Weise lassen sich die Azacycloalkan-diphosphonsauren in sehr guten Ausbeuten gewinnen, die bisher nach dem Stand der Technik fUr die betreffenden Verbindungen nicht zu erreichen waren.
- Besonders überraschend war es, daß gerade bei den cyclischen Lactamen, die bekanntlich durch HC1 eine Ringspaltung oder auch Polymerisation erleiden können, die erfindungsgemäße Umsetzung mit Phosphortrichlorid oder Phosphortribromid und Wasser zutt Erfolg führt, und daß eine längere Verweilzeit bei höheren Temperaturen nicht zu einer Ausbeuteverschlechterung sondern zu einer Ausbeuteverbesserung rührt. Dies war auch deshalb überraschend, weil bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von offenkettigen «-Aminodiphosphonsäuren aus offenkettigen Carbonsäureamiden mit Phosphortrichlorid oder Phosphortribromid und Wasser nur sehr niedere Ausbeuten an Diphosphonsäure erhalten werden (vgl. Z. für Anorg. allg.
- Chem. 589 (1972) 5. 128).
- Als Ausgangsverbindungen für daa erfindungsgemäße Verfahren eignen sich z.B. folgende Lactame: Pyrrolidon, N-Methylpyrrolidon, Piperidon, Caprolactam, N-Methylcaprolactam, 7-Methylcaprolactam, Capryllactam, Laurinlactam.
- Die Umsetzung kann in An- oder Abwesenheit von Löeiingsmitteln erfolgen. Als mitzuverwendende inerte Lösungsmittel seien genannt: Diglykoldimethyläther, Dioxan, 1,1,2,2-Tetrachloräthan, 1,1,1,2-Tetrachloräthan, frichloräthylen, Tttrachloräthylen, Chlorbenzol, m-Chlornaphthalin u.ä.
- Als Phosphorhalogenid kommt PC13 oder PBr3 infrage. Au8 wirtschaftlichen Gründen wird man im allgemeinen dem PC13 den Vorzug geben.
- Die nach der Hydrolyse mit Wasser anfallenden Rohprodukte werden zur Reinherstellung der Diphosphonsäuren z.B. in Natronlauge oder wäßrigen Ammoniak gelöst und von färbenden, unlöslichen Bestandteilen abgetrennt, wobei zur Erleichterung der Abtrennung Filterhilfsmittel wie z.B. A-Kohle, Kieselgele oder Bleicherden, wie z.B. Tonsil mitverwendet werden können, und mit starken Mineralsäuren ausgefällt.
- Sofern die Diphosphonsäuren >asserlöslich sind, können sie mit organischen Lösungsmitteln, wie z.B. Athanol, Aceton, Isopropylalkohol, Dioxan, ausgefällt werden. Durch längeres Trocknen bei Temperaturen von 80 - 1000C im Vakuum lassen sich die Säuren in reiner Form und wasserfrei erhalten.
- Anhand der folgenden Beispiele soll das erfindungsgemäße Verfahren noch näher erläutert werden: Beispiel 1 339 g Caprolactam werden in 600 g Chlorbenzol gelöst. Die Lösung wird unter Stickstoff auf 50C abgekühlt. Dann läßt man innerhalb 1 1/2 Stdn. bei 5 - 6°C unter Rühren 1200 g Phosphortrichlorid zulaufen, wobei sich ein weißer, kristalliner Niederschlag bildet. Sodann werden 236 g Wasser bei 5 - 1500 unter ständiger Kühlung innerhalb von 4 Stdn., eingetropft.
- Die Reaktion ist, besonders im Anfang, stark exotherm und verläuft unter lebhafter HOl-Entwicklung. Das Reaktionsgemisch liegt danach in Form einer klaren, homogenen Lösung vor. Der Ansatz wird nun innerhalb von 6 Stdn. bis auf 900C aufgeheizt, wobei sich weiterhin HC1 abspaltet. Bei Erreichen einer Temperatur von etwa 800C wird das Reaktionsgemisch inhomogen und es scheidet sich aus der Lösung das harzige Reaktionsprodukt ab.
- Deshalb wird das Rühren eingestellt. Nach weiterem Aufheizen in ca. 1 Stde. bis auf 10000 wird die Reaktionsmischung noch 6 Stdn. bei 100 - 11000 gehalten. Am Anfang dieser Heizphase ist Rückfluß zu beobachten, der später aufhört.
- Nach Abstellen der Heizung werden allmählich 2,5 1 Wasser zugegeben, wobei sich die Hydrolyse des Reaktionsproduktes unter neuerlicher HCl-Abapaltung vollzieht. Die Reaktionsmischung wird nunmehr so lange erhitzt, bis das gesamte Lösungsmittel zusammen mit Wasser abdestilliert ist.
- Zur Entfernung der restlichen Salzsäure wird dann die wäßrige Phase mit einer Fritte abgezogen und anschließend das wasserunlösliche Rohprodukt nochmals mit kaltem Wasser digeriert.
- Nun wird das in Wasser schwerlösltche Rohprodukt mit IOk-iger wäßriger Natronlauge gelöst. Die Menge der Natronlauge wird so bemessen, daß die Lösung einen pH-Wert von ca. 8 zeigt.
- Diese Lösung wird von den ungelösten gefärbten Verunreinigungen durch Filtration abgetrennt. Das Filttat ist wasserklar und wird mit konzentrierter HOi unter Kühlung auf pH 1 gestellt, Dabei fällt die Azacycloheptan-2,2-diphosphonsäure in Form eines feinkristallinen weißen Kristallpulvers aus. Dieses wird <il)riltriert und mit Wasser chloridfrei gewaschen. Nach mehrtägigem Trocknen bei 90° im Vakuum werden 543 g Astcycloheptandiphosphonsäure = 69,9 % d. Th.
- in reiner Form erhalten. Fp. 233 - 2340.
- Analyse: Gef. C 28,0-0 H 5,80 N 5,50-80 P 23,8 Ber. 27,8 6,12 5,41 23,9 Bei einem Vergleichsversuch bei gleichen Gewichtsverhältnissen der Reaktionspartner und gleicher Arbeitsweise, jedoch mit dem Unterschied, daß das Reaktionsgemisch nach der Aufheizperiode nur 1/2 Stde. auf 85 - 900C gehalten wurde, fielen nach Aufarbeitung gemäß Beispiel 1 nur 360 g = 46,3 % d. Th. an Reaktionsprodukt an.
- Bei einem Vergleichsversuch analog Beispiel 1, jedoch mit dem Unterschied , daß das Reaktionsgemisch nur bis 700C aufgeheizt wurde und dann 4 Stdn. bei 70 - 750C belassen wurde, konnten nur 273 g = 35,1 ffi d.Th. an Azacycloheptandiphosphonsäure erhalten werden.
- Beispiel 2 113 g Caprolactam werden mit 200 g Chlorbenzol und 78,5 g Wasser vermischt. Die Mischung wird auf 1500 abgekühlt; dann werden innerhalb von 2 1/4 Stdn. unter Kühlung bei 15 - 20°C 400 g PoCl3 eingetropft. Dabei tritt lebhafte HCl-Entwicklung ein. Das Reaktionsgemisch wird nunmehr langsam innerhalb von 3 Stdn. auf 900C hochgeheizt und anschließend noch 5 Stdn.
- bei 110 - 1120C gehalten. Die weitere Aufarbeitung erfolgt wie in Beispiel 1 angegeben. Es werden 170 g Azacycloheptandiphosphonsäure entsprechend einer Ausbeute von 65 % erhalten. Beispiel 3 63,5 g 7-Methylcaprolactam werden in 100 g Chlorbenzol gelöst. Die Lösung wird auf 500 abgekühlt. Dann werden innerhalb von 40 Min. 200 g Phosphortrichlorid zugegeben.
- Sodann werden bei einer Temperatur von 3 - 20°C innerhalb von 2 Stdn. unter Kühlung 38 g Wasser zugegeben. Dabei tritt starke HCl-Abspaltung ein. Sodann wird die Reaktiosnmischung in 5 1/2 Stdn. auf 10000 aufgeheizt, wobei ständig ein starker HCl-Strom entweicht. Dabei wird das Reaktionsgemisch harzartig. Die Rührung wird abgestellt. Nun wird das Reaktionsprodukt noch etwa 4 Stdn. bei 100 - 110°C gehalten. Danach erfolgt die Hydrolyse mit 450 g Wasser wie im Beispiel 1 angegeben. Die weitere Aufarbeitung des Rohproduktes vollzieht sich ebenfalls wie in Beispiel 1 angegeben. En werden 72,5 g = 53,1 & d. Th. an 7-Methylazacyclohepten-2,2-diphosphansäure erhalten. Fp. 223 - 2250.
- Analyse: Gef. G 30,8-9 H 6,28-57 N 5,67-95 P 22,4-6 Ber. 30,77 6,23 5,13 22,71 Beispiel 4 197 g Laurinlactam werden in 200 g Chlorbenzol gelöst. Dazu werden 400 g Phosphortrichlorid und anschließend 78,6 g H20 in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise bei 10-15°C zugegeben.
- Das Reaktionsgemisch stellt danach eine klare homogene Lösung dar und wird beim weiteren Aufheizen immer viskeser. Das Reaktionsgemisch wird in 4 Stunden auf 9500 aufgeheizt und anschließend 3 1/2 Stdn. im Temperaturbereich von 95 - 1100C gehalten. Dann wird nach Hydrolyse mit 900 g Wasser die Aufarbeitung zunächat wie im Beispiel 1 vorgenommen, wobei jedoch wegen der schlechten Löslichkeit des Produktes in verdünnter Natronlauge das Losen in konz. Natronlauge bei einem pH von 10 - 12 erfolgt. Die Natronlaugelösung wird durch Filtration von unlöslichen Bestandteilen befreit und der Rückstand mit viel Wasser nachgewaschen. Das Filtrat wird mit konz. Salzsäure auf pH 1 gestellt, wobei das Reaktionsprodukt ausfällt.
- Nach Trocknen im Vakuum bei 900C werden 211 g = 61,5 % d. Th.
- an Azacyclododecan-2,2-diphosphonsäure erhalten. Fp. 180 -193°.
Claims (1)
- Patentanssrüche: Verfahren zur Herstellung von Azacyclodiphosphonsäuren der allgemeinen Formel wobei R für Wasserstoff oder einen niederen Alkylrest mit 1 - 3 C-Atomen und n für eine ganze Zahl zwischen 3 und 11 steht, durch Umsetzung eines Lactams der allgemeinen Formel wobei R und n die oben angegebene Bedeutung haben, mit einem Phosphor (III)-halogenid, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in Gegenwart von 1 - 2 Mol Wasser pro Mol Phosphor(III) -llalogenid durcKgeführt wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskomponenten bei Temperaturen unterhalb 400C zusammen gegeben werden und das Reaktionsgemisch 9 bis 10 Stunden lang auf einer Temperatur von 90 - 1500C gehalten wird.9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Phosphor(III)-halogenid Phosphortrichlorid eingesetzt wird.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19752541981 DE2541981A1 (de) | 1975-09-20 | 1975-09-20 | Verfahren zur herstellung von azacycloalkandiphosphonsaeuren |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE2541981A1 true DE2541981A1 (de) | 1977-03-24 |
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Family Applications (1)
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|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0332068A2 (de) * | 1988-03-11 | 1989-09-13 | Henkel Kommanditgesellschaft auf Aktien | Verfahren zur Herstellung von Azacycloalkan-2, 2-disphosphonsäuren |
| WO1992019628A1 (de) * | 1991-05-04 | 1992-11-12 | Boehringer Mannheim Gmbh | Arzneimittel enthaltend azacyclodiphosphonsäurederivate, neue azacyclodiphosphonsäurederivate sowie verfahren zu deren herstellung |
| EP0657462A1 (de) * | 1993-12-08 | 1995-06-14 | ALBRIGHT & WILSON UK LIMITED | Phosphorsäuren |
| US5574024A (en) * | 1987-07-06 | 1996-11-12 | Ebetino; Frank H. | Methylene phosphonoalkylphosphinates, pharmaceutical compositions, and methods for treating abnormal calcium and phosphate metabolism |
| US5583122A (en) * | 1984-12-21 | 1996-12-10 | The Procter & Gamble Company | Pharmaceutical compositions containing geminal diphosphonates |
-
1975
- 1975-09-20 DE DE19752541981 patent/DE2541981A1/de active Pending
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| US4876339A (en) * | 1988-03-11 | 1989-10-24 | Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien | Process for synthesis of azacycloalkane-2,2-diphosponic acids |
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| US5659035A (en) * | 1993-12-08 | 1997-08-19 | Albright & Wilson Limited | Substituted phosphonic acids |
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