DE2918160A1

DE2918160A1 - Verfahren zur herstellung von 1.2-diphosphonobernsteinsaeureestern

Info

Publication number: DE2918160A1
Application number: DE19792918160
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dipl Chem Dr Block; Reinhard Dipl Chem Dr Schliebs; Friedrich Dipl Chem Schwochow
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1979-05-05
Filing date: 1979-05-05
Publication date: 1980-11-06
Also published as: DE2918160B2

Description

Verfahren zur Herstellung von 1.2-Diphosphonobernstein-
säureestern Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1,2-Diphosphonobernsteinsäureesternder allgemeinen Formel worin R¹, R2, R3, R4 unabhängig voneinander für einen gegebenenfalls substituierten Alkylrest mit 1-16 C-Atomen, R51R6 unabhängig voneinander und unabhängig von R1, R21 R3 und R4, falls n = 1 bzw. m = für die gleichen Reste wie R1 und, falls n = 0 bzw. m = 0, auch für einen gegebenenfalls substituierten Arylrest mit bis zu 7 C-Atomen, R7, R8 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder für eine 1-6 C-Atome enthaltende ggfs.
durch Carboalkoxygruppen, Cyangruppen, Carbonamidogruppen, Carbonylgruppen oder Alkoxyphosphonogruppen substituierte Alkylgruppe oder für Brom oder Chlor und n, m unabhängig voneinander für die Zahlen 0 oder 1 stehen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß Phosphonomaleinsäureester der allgemeinen Formel worin R1, R3, R4, R5, R die gleiche Bedeutung haben wie in Formel I, mit Dialkylphosphiten oder Alkylphosphoniten der allgemeinen Formel worin R2, R6 und m die gleiche Bedeutung haben wie in Formel I, ungesetzt werden und das gebildete Produkt mit R7=Wasserstoff ggfs. noch alkyliert und/oder ggfs.
noch chloriert oder bromiert wird: 1,2-Diphosphonobernsteinsäureester sind vielseitig verwendbare Stoffe, die z.B. als Flammschutzmittel und Haftvermittler verwendet werden können und die wertvolle Ausgangsstoffe für die Synthese von menrere Phosphonogruppen enthaltenden Wirkstoffen wie beispielsweise Sequestriermitteln, Korrosionsschutzmitteln, Flammschutzmitteln, Dispergiermitteln, Pharmaceutica und Pestiziden darstellen (vgl. z. B. US-PS 3579 570, US-PS 3 933 944 oder DE-OS 28 19 112).
Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der 1,2-Diphosphonobernsteinsäureester der Formel I sind die Phosphonomaleinsäureester der Formel II, die durch Dehydrohalogenierung von 1-Halogenphosphonobernsteinsäureestern der Formel IV erhalten werden können, welch letztere durch Halogenierung von Phosphonobernsteinsäureestern der Formel V erhalten werden können, wobei R , R3, R4, R5, R8 und n die gleiche Bedeutung haben wie in Formel I und Hal für Chlor oder Brom steht.

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Für die Herstellung der in das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzenden Phosphonomaleinsäureester der Formel II geeignete Phosphonobernsteinsäureester sind z.B.
Dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester Diethoxyphosphonobernsteinsäurediethylester Di-n-butoxyphosphonobernsteinsäuredi-n-butylester Di-i-butoxyphosphonobernsteinsäuredi-i-butylester Di-sek-butoxyphosphonobernsteinsäuredi-sek-butylester Di-2-ethylhexylphosphonobernsteinsäuredi-2-ethylhexylester Di-dodecyloxyphosphonobernsteinsäuredi-dodecylester Diethoxyphosphonobernsteinsäuredi-butylester DimethoxyphosphonobernsteinsSuredi-2-butoxyethylester Dimethoxyphosphonobernsteinsäuredi-cyclohexylester Dimethoxyphosphonobernsteinsäurebis-triethylenglykolester Dimethoxyphosphonobernsteinsäurebis-2-chlorethylester wis-2-e-hoxyethoxyphosphonobernsteinsuredim.ethyles*2r Methyl-methoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester Methylethoxyphosphonobernsteinsäurediethylester Ethyl-methoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester Phenyl-methoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester Dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 2-Methyl-1-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester bzw. deren Mischester, wie sie sich zumeist spontan und freiwillig durch Umesterung aus Phosphonobernsteinsäureestern mit unterschiedlichen Alkoxyresten im Molekül bilden.
Die Benennung der voranstehend als Beispiele aufgeführten Phosphonobernsteinsäureester und der anschließend als Beispiele genannten 1 -Halogenphosphonobernsteinsäureester und Phosphonomaleinsäureester und 1 ,2-Diphosphonobernstein'-säureester ist in der Weise vorgenommen worden, daß die an die Gruppe P=o (Phosphonogruppe) gebundenen Alkoxy-oder Alkylreste oder Arylreste der Phosphonogruppe als Präfixe vorangestellt sind, während die an die Carboxylgruppen als Ester gebundenen Alkohole dem Säurenamen nachgestellt sind.
Die Phosphonobernsteinsäureester sind nach bekannten Methoden gut zugängliche Substanzen, die z, T. bereits technisch hergestellt werden (z. B. Journal of General Chemistry of the USSR, 24, S. 121-124 11954)). Ihre Herstellung erfolgt durch Addition von Dialkylphosphiten oder Alkylphosphoniten an Malein- oder Fumarsäureester oder auch durch Veresterung von Phosphonobernsteinsäureteilestern, wie sie beispielsweise bei der Umsetzung von Trialkylphosphiten oder Dialkylphosphoniten mit Fumarsäuren oder Maleinsäuren entstehen, oder auch durch Umsetzung von Trialkylphosphiten oder Dialkylphosphoniten mit Malein- oder Fumarsäuremonoalkylestern.
Die Umwandlung der Phosphonobernsteinsäureester der Formel V in die 1-Halogenphosphor.obernsteinsäure der allgemeinen Formel IV erfolgt durch Halogenierung. Die Halogenierung kann mit Hypohalogeniten sowie mit den elementaren Halogenen Chlor und Brom, mit Interhalogenverbindungen, mit Halogen-abgebenden Stoffen z.B. elementares Halogen ent- haltenden Käfigverbindungen, in Gegenwart von Halogenwasserstoff-Akzeptoren ggf. in Gegenwart von Lösungsmitteln und ggf. bei Anwesenheit eines Puffersystems ausgeführt werden.
Auf diese Weise erhältliche und für die Weiterverarbeitung zu 1,2-Diphosphonobernsteinsäureestern geeignete 1-Halogenphosphonobernsteinsäureester sind z.B.
1-Chlor-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester -diethoxyphosphonobernsteinsäurediethylester -di-n-butoxyphosphonoberns teins äur edi-n-butyles ter -di-i-butoxyphosphonobernsteinsäuredi-i-butylester " -di-sek-butoxyphosphonobernsteinsäuredi-sek-butylester -di-2-ethylhexylphosphonobernsteinsäuredi-2-ethylhexylester II -di-dodecyloxyphosphonobernsteinsäuredi-dodecylester 1-Chlor-diethoxyphosphonobernsteinsäuredi-butylester -dimethoxyphosphonobernsteinsäuredi-2-butoxyethylester " -dimethoxyphosphonobernsteinsäuredi-cyclohexylester " -dimethoxyphosphonobernsteinsäurebis-triethylenglykolester II -dimethoxyphosphonobernsteinsäurebis-2-chlorethylester 1-Chlor-bis-2-ethoxyethoxy-phosphonobernsteinsäuredimethylester " -methyl-methoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1-Chlor -methyl-ethoxyphosphonobernsteinsäurediethylester " -ethyl-methoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester " -phenyl-methoxyphosphonobernsteinsäuredimethyleste " -dimethylphosphonobernsteinsäuredimethylester 1 -Brom-dimethoxyphosphonoberns teinsäuredimethy les ter "-diethoxyphosphonobernsteinsäurediethylester "-methyl-methoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1-Fluor-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 2-Methyl-1 -chlor-1 -dimethoxyphosphonoberns teinsäuredimethylester bzw. deren Mischester, wie sie sich zumeist spontan und freiwillig durch Umesterung aus 1-Halogen-phosphonobernsteinsäureestern mit unterschiedlichen Alkoxyresten im Molekül bilden.
Bei den Halogenwasserstoff-Akzeptoren, die für den Prozeß nach Gl. 2 brauchbar sind, kann es sich sowohl um basische Stickstoff- und Phosphorverbindungen als auch um ionisch aufgebaute Verbindungen mit basisch wirkendem Anion handeln. Geeignete basische Stickstoffverbindungen sind z.B. Amine wie Trialkylamine, Arylamine, Alkylarylamine und zugehörige Polyamine und gesättigte und ungesättigte fünf- und sechs- und sieben-gliedrige Stickstoff-Heterocyclen sowie Amide und Nitrile. Geeignete ionisch aufgebaute Stoffe mit basisch wirkenden Anionen umfassen z. B. Hydroxide, Oxide, Amide, Alkoholate, Carbonate, Hydrogencarbonate, Hypochlorite, Hypobromite, Phosphate, Hydrogenphosphate, Monoalkylphosphate, Polyphosphate, Metaphosphate, Phosphonate, Silikate, Hydroxy- und Oxokomplexe der Metalle wie Zinkate, Aluminate, Stannate, vorzugsweise in Form ihrer Alkali-, Erdalkali- und Ammonium-Salze sowie weiterhin die Salze von Carbonsäuren, z.B. Fettsäuren, Polycarbonsäuren, Aminocarbonsäuren, Phosphonocarbonsäuren.
Es kann vorteilhaft sein, Gemische verschiedener Halogenwasserstoff-Akzeptoren in den Prozeß nach Gl. 2 einzusetzen.
Phosphonobernsteinsäureester der Formel V, Halogen bzw.
Halogenierungsmittel und Halogenwasserstoff-Akzeptor werden für die Reaktion nach Gl. 2 vorzugsweise im annähernd molaren Verhältnis eingesetzt. Gewünschtenfalls kann für eine unvollständige Halogenierung auch mit weniger als 1 Mol Halogen bzw. Halogenierungsmittel gearbeitet werden, wobei dann auch die Menge an zuzusetzendem Halogenwasserstoff-Akzeptor entsprechend verringert werden kann. Ein Überschuß Halogenierungsmittel bleibt im allgemeinen ohne schädliche Folgen, bietet aber auch keine Vorteile. Ein Überschuß an Halogenwasserstoff-Akzeptor kann insbesondere dann zu unerwünschten Nebenreaktionen, z.B. Spaltung der Ester, führen, wenn es sich um einen stark alkalischen oder leicht alkylierbaren Stoff handelt.
Das Verfahren nach Gl. 2 kann in Abwesenheit von Lösungsmitteln oder, wie es bevorzugt wird, in Gegenwart von einem oder mehreren Lösungsmitteln ausgeführt werden. Dabei können sowohl einphasige wie auch zweiphasige Systeme auftreten.
Menge und Art der optimal einzusetzenden Lösungsmittel sind von den Rahmembedingungen wie Arbeitstemperatur, Art des Halogenwasserstoff-Akzeptors und des Halogenierungsmittels und des umzusetzenden Phosphonobernsteinsäureesters abhängig und müssen im Einzelfall ermittelt werden. Vorzugsweise werden Lösungsmittel eingesetzt, die sowohl gegen die verwendeten Halogenwasserstoff-Akzeptoren wie auch gegen das Halogenierungsmittel unter den Reaktionsbedingungen stabil sind. Vorzugsweise verwendete Lösungsmittel sind Wasser, Alkohole, Kohlenwasserstoffe und Chlorkohlenwasserstoffe, aber auch Amine, Ether und Carbonsäurenitrile sowie Ester und Amide von Carbonsäuren und von anorganischen Säuren u. a. sind verwendbar.
Die Säure- bzw. Basenaktivität im verwendeten System für die Durchführung der Reaktion nach Gl. 2 sollte so abgestimmt sein, daß ein schwach saures bis deutlich alkalisches Medium vorliegt, d.h. in den besonders bevorzugten Wasser-haltigen Systemen-sollte der pH-Wert zwischen etwa 3 und etwa 13 liegen; stärker saure Medien machen die Halogenwasserstoff-Akzeptoren unwirksam und in wesentlich stärker alkalischen Medien treten Ausbeute-Verluste durch Alkylierung oder Esterspaltung ein. Vorzugsweise beträgt der pH-Wert in der wäßrigen Phase zwischen 7 und 11. Zur Aufrechterhaltung eines konstanten pH-Wertes oder als Sicherung gegen starke Ausschläge des pH-Wertes kann auch in Gegenwart von Puffersystemen gearbeitet werden, vorzugsweise wird durch die Wahl der Halogenwasserstoff-Akzeptoren eine Puffer-ähnliche pH-Stabilisierung erreicht.
Weiterhin können dem System Salze zugesetzt werden, die die pH-Stabilisierung begünstigen sowie durch Änderung der Dichte einer Phase, insbesondere der wäßrigen Phase, die Phasentrennung in zweiphasigen Systemen erleichtern sowie in geeigneten Fällen als Phasentransfer-Katalysatoren wirken.
Das Verfahren nach Gl. 2 kann in einem weiteren Tempera-" turbereich von ca. -30 bis ca. l6o0C1vorzugsweise zwischen 0 und 500C durchgeführt werden. Nach unten ist die Temperatur durch das Festwerden des jeweils angewendeten Systems und nach oben durch die Flüchtigkeit der jeweils eingesetzten Reaktionsteilnehmer und Lösungsmittel und durch die Neigung der Produkte, der 1 -Halogen- 1 -phosphonobernsteinsäureester, zur Halogenwasserstoff- und Alkylhalogenid-Abspaltung begrenzt.
Das Verfahren nach Gl. 2 kann sowohl kontinuierlich wie auch diskontinuierlich gestaltet werden. Bei der diskontinuierlichen Verfahrensweise wird entweder, wie bevorzugt, der Phosphonobernsteinsäureester der Formel V ggfs. mit einem oder mehreren Lösungsmitteln sowie ggfs. mit einem oder mehreren Halogenwasserstoff-Akzeptoren sowie ggfs. mit einem Puffersystem vorgelegt und das Halogenierungsmittel gasförmig oder flüssig ggfs. mit einem Lösungsmittel sowie ggfs. mit einem Halogenwasserstoff-Akzeptor und ggfs. mit einem Puffersystem nachgeführt, wobei Halogenierungsmittel und Halogenwasserstoff-Akzeptor sowohl gemeinsam wie auch getrennt zugegeben werden können, oder aber das Halogenierungsmittel wird ggfs. mit einem oder mehreren Lösungsmitteln sowie ggfs mit einem oder mehreren Halogenwasserstoff-Akzeptoren sowie ggfs. mit einem Puffersystem vorgelegt und der Phosphonobernsteinsäureester'ggfs. mit einem oder mehreren Lösungsmitteln sowie ggfs. mit einem oder mehreren Halogenwasserstoff-Akzeptoren sowie ggfs. mit einem Puffersystem nachgeführt, wobei Phosphonobernsteinsäureester und Halogenwasserstoff-Akzeptor sowohl gemeinsam wie auch getrennt zugegeben werden können. Schließlich ist es auch möglich, den Halogenwasserstoff-Akzeptor ggfs. zusammen mit Lösungsmittel und/oder Puffersystem und ggfs. mit dem Chlorierungsmittel oder aber mit dem Phosphonobernsteinsäureester vorzulegen und den oder die noch fehlenden Reaktionspartner nachzuführen. Der kontinierlichen Verfahrensweise kommt es am nächsten, alle Reaktionspartner getrennt oder teilweise vereint, ggfs. zusammen mit Lösungsmitteln und/oder Puffer gleichmäßig in den Reaktionsraum oder in vorgelegte Lösungsmittel und/oder Puffer einzudosieren.
Im allgemeinen wird das Verfahren nach Gl. 2 bei Normaldruck ausgeführt, doch kann auch unter erhöhtem oder vermindertem Druck gearbeitet werden, wobei ein erhöhter Druck wegen der dadurch verminderten Flüchtigkeit, insbesondere der Halogenierungsmittel und/oder der Lösungsmittel Vorteile bieten kann.
Die Isolierung der nach dem Verfahren nach Gl. 2 dargestellten Halogenphosphonobernsteinsäureester aus der Reaktionsmischung erfolgt nach üblichen Methoden, z.B.
durch Phasentrennung oder Extraktion mit einem Lösungsmittel und Entfernung des Lösungsmittels; weitere Reinigung kann erfolgen durch Waschen des Rohproduktes mit Wasser oder wäßrigen Lösungen von Säuren oder Basen oder Reduktionsmitteln zur besseren Entfernung gelöster Verunreinigungen und nachfolgendes Trocknen. Die derart aufbereiteten Halogenphosphonobernsteinsäureester sind im allgemeinen rein genug für weitere chemische Umsetzungen.
Die Umwandlung der 1-Halogenphosphonobernsteinsäureester der Formel 1V in die für das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzenden Phosphonomaleinsäureester der Formel II erfolgt durch Dehydrohalogenierung mittels Basen.
Für die Umwandlung der Halogenphosphonobernsteinsäureester in Phosphonomaleinsäureester geeignete Basen gehören sowohl der Gruppe basisch wirkender Stickstoff-Verbindungen und Phosphor-Verbindungen wie auch der Klasse ionisch aufgebauter Verbindungen mit basisch wirkendem Anion an.
Auf diese Weise erhältliche und für die Weiterverarbeitung zu 1,2-Diphosphonobernsteinsäureestern durch Umsetzung mit Dialkylphosphiten oder Alkylphosphoniten geeignete Phosphonomaleinsäureester der allgemeinen Formel II sind z. B.
Dimethoxyphosphonomaleinsäuredimethylester Diethoxyphosphonomaleinsäurediethylester Di-n-butoxyphosphonomaleinsäuredi-n-butylester Di-i-butoxyphosphonomaleinsäuredi-i-butylester Di-seli-butoxyphosphonom.aleinsSuredl-sek-butylester Di-2-ethylhexylphosphonomaleinsäuredi-2-ethylheæBylesser Di-dodecyloxyphosphonomaleinsäuredi-dodecylester Diethoxyphosphonomaleinsäuredi-butylester Dimethoxyphosphonomaleinsäuredi-2-butoxyethylester Dimethoxyphosphonomaleinsäure-di-cyclohexylester Di:nethoxyphosphonornaleinsäure-bis-triethylenglykolester Dimethoxyphosphonomaleinsäurebis-2-chlorethylester Bis-2-ethoxyethoxyphosphonomaleinsäure-dimethylester Methyl-methoxyphosphonomaleinsäure-dimethylester Methyl-ethoxyphosphonomaleinsäure-diethylester Ethyl-methoxyphosphonomaleinsäure-dimethylester Phenyl-methoxyphosphonomaleinsäure-dimethylester 2-Methyl-1-dimethoxyphosphonomaleinsäuredimethylester Dimethylphosphonomaleinsäuredimethylester bzw. deren Mischester, wie sie sich zumeist spontan und freiwillig durch Umesterung aus Phosphonomaleinsäureestern mit unterschiedlichen Alkoxyresten im Molekül bilden.
Für die Durchführung der Reaktion nach Cl. 3 geeignete basische Stickstoffverbindungen sind z.B. Amine wie Trialkylamine, Arylamine, Alkylarylamine und zugehörige Polyamine und gesättigte und ungesättigte fünf- und sechs- und sieben-gliedrige Stickstoff-Heterocyclen sowie Amide und Nitrile. Für den gleichen Zweck geeignete basische Phosphorverbindungen sind z. B.
Trialkylphosphine, Hydroxylalkylphosphine, Trialkylphosphite, Alkylarylphosphite, Alkylphosphonite, Alkylphosphinite.
Für die Durchführung der Reaktion nach Gl. 3 geeignete ionisch aufgebaute Stoffe mit basisch wirkenden Anionen umfassen z.B. Hydroxide, Oxide, Amide, Alkoholate, Phenolate, Carbonate, Hydrogencarbonate, Phosphate, Hydrogenphosphate, Monoalkylphosphate, Phosphite, Polyphosphate, Metaphosphate, Phosphonate, Silikate, Hydroxy-und Oxokomplexe der Metalle wie Zinkate, Aluminate, Stannate, vorzugsweise in Form ihrer Alkali-, Erdalkali-und Ammonium-Salze sowie weiterhin die Salze von Carbonsäuren, z.B. Fettsäuren, Polycarbonsäuren, Aminocarbonsäuren, Hydroxycarbonsäuren, Phosphonocarbonsäuren.
Es können auch Gemische verschiedener Basen eingesetzt werden und die Wirkung der Basen kann auch durch Zusatz puffernd wirkender Stoffe modifiziert werden.
Die verwendete Base, der umzusetzende 1-Halogenphosphonobernsteinsäureester und die sonstigen Reaktionsbedingungen müssen für ein optimales Reaktionsergebnis nach Gl. 3 aufeinander abgestimmt werden, so daß insbesondere die Entalkylierung des 1-Halogenphosphonobernsteinsäureesters und des daraus gebildeten Phosphonomaleinsäureesters durch die Base und durch das Basenhydrohalogenid bzw.
durch das aus Base und abgespaltenen Halogenwasserstoff gebildete Halogenid hintangehalten wird.
1-Halogenphosphonobernsteinsäureester und Base werden vorzugsweise im Molverhältnis von ca. 1 :1 eingesetzt.
Gewünschtenfalls kann auch mit einem Überschuß Base gearbeitet werden, während ein Unterschuß Base unvollständige Reaktion zur Folge hat. Größere Abweichungen vom Molverhältnis 1:1 bieten im allgemeinen keine Vorteile.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Halogenierung des Phosphonobernsteinsäureesters der Formel V zum 1-Halogenphosphonobernsteinsäureester der Formel IV und die Umwandlung des 1-Halogenphosphonobernsteinsäureesters der Formel IV in den Phosphonomaleinsäureester der Formel II als Eintopfreaktion auszuführen, wobei der Halogenwasserstoff-Akzeptor der erstgenannten Reaktion und die Base der letztgenannten Reaktion gleich oder verschieden sein können und die beiden Reaktionsschritte sowohl zeitlich nebeneinander wie auch zeitlich nacheinander ablaufen können.
Das Verfahren nach Gl.3 kann in Gegenwart oder in Abwesenheit von Lösungsmitteln ausgeführt werden.
Dabei können sowohl einphasige flüssige wie auch zweiphasige flüssige Systeme mit oder ohne feste Phase auftreten. Das Lösungsmittel kann auch mit der verwendeten Base identisch sein. Zu den verwendbaren Lösungsmitteln gehören beispielsweise Wasser, Alkohole, Ether, Kohlenwasserstoffe und Chlorkohlenwasserstoffe, Säureamide und Nitrile. Bei Verwendung von Alkoholen als Lösungsmittel sowie besonders von Alkoholaten als Basen in Alkoholen als Lösungsmittel ist es bevorzugt, die Bestandteile Alkohol und Alkoholat auf die im umzusetzenden 1-Chlorphosphonobernsteinsäureester verestert enthaltenen Alkohole abzustimmen und möglichst gleich zu machen. Bei Arbeiten in zweiphasigen flüssigen Systemen können Phasentransfer-Katalysatoren zugesetzt werden.
Das Verfahren nach Cl. 3 kann in einem weiten Temperaturbereich von ca. -80°C bis ca. 150°C ausgeübt werden, bevorzugt ist ein Bereich von -10°C bis ca.
1000C.
Das Verfahren nach Cl. 3 kann sowohl kontinuierlich wie auch diskontinuierlich gestaltet werden. Bei der diskontinuierlichen Verfahrensweise wird vorzugsweise die Base dem vorgelegten 1-Halogenphosphonobernstein-' säureester hinzugefügt, jedoch ist es auch möglich, Base und 1-Halogenphosphonobernsteinsäureester gleich- zeitig in den Reaktionsraum einzugeben und es ist auch möglich, 1-Halogenphosphonobernsteinsäureester zu vorgelegter Base hinzuzuqeben. Das oder die Lösungsmittel können sowohl der Base wie dem 1-Halogenphosphonobernsteinsäureester wie auch beiden zugesetzt werden oder aber unabhängig dosiert werden.
Im allgemeinen wird das Verfahren nach Cl. 3 bei Normaldruck ausgeführt, doch kann auch unter erhöhtem oder vermindertem Druck gearbeitet werden, wobei ein erhöhter Druck wegen der dadurch verminderten Flüchtigkeit insbesondere der Basen und/oder der Lösungsmittel Vorteile bieten kann. Druckveränderungen können auch benutzt werden, um den Siedepunkt des Systems z. B. für eine Siedekühlung in einen optimalen Bereich zu verlagern.
Die Isolierung der nach dem Verfahren nach Cl. 3 hergestellten Phosphonomaleinsäureester kann nach herkömmlichen Methoden erfolgen. Die Entfernung der Basenhydrohalogenide oder der aus den Basen entstandenen Halogenide kann z.B. durch Filtrieren, Zentrifugieren etc. oder durch Auswaschen mit Wasser oder wässrigen Lösungen vorgenommen werden, oder der Phosphonomaleinsäureester selbst wird mit einem Lösungsmittel ggfs. nach vorherigem Zusatz von Wasser extrahiert.
Lösungsmittel und nicht umgesetzte Basen können vor oder nach Abtrennung des Basenhydrohalogenides bzw. des aus der Base entstandenen Halogenides z.B. durch Destillation ganz oder teilweise entfernt werden. Die nach Gl. 3 dargestellten Phosphonomaleinsäureester können als Rohprodukt wie in Lösung weiter gereinigt werden durch Waschen mit Wasser oder wäßrigen Lösungen von Säuren oder Basen oder durch Kontaktieren mit Adsorbentien und nach Entfernen des Lösungsmittels ggfs. auch durch Destillation.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von 1,2-Diphosphonobernsteinsäureestern nach cl. 1 geeignete Dialkylphosphite und Alkylphosphonite sind z.B.: Dimethylphosphit Diethylphosphit Di-n-propylphosphit Di-i-propylphosphit Di-n-butylphosphit Di-i-butylphosphit di-sek-butylphosphit Di-2-ethylkexylphosphit Di-dodecylphosphit Methylethylphosphit Methylbutylphosphit Dicyc1oexylphosphit Di-butoxyethylphosphit Di-2-chlorethylphosphit Di-2-oromeshylphosphit Dimethylthiophosphit Phosphorigsäure-bis-triethylenglykolester Phosphorigsäure-propylenglykol-1,2-ester Methanphosphonigsäuremethylester Methanphosphonigsäureethylester Methanphosphonigsäurebutylester Ethanphosphonigsäuremethylester Ethanphosphonigsäure-2-ethylhexylester Otuanphosphonigsäurernethylester Benzolphosphonigsäuremethylester Vinylphosphonigsäuremethylester Chlorethanphosphonigsäuremethylester 4-DimE-thyla.-.inobenzolphosphoni.säuremethylester Methanthiophosphonigsäuremethylester Etbanthiophosphonigsäuremethylester Ditr.ethy1phosphnoxid Dioktylphosphinoxid Dialkylphosphite (Phosphorigsäuredialkylester) und Alkylphosphonite (Alkanphosphonigsäurealkylester und Arylphosphonigsäurealkylester) sind nach vielen Methoden gut zugängliche Substanzen (vgl. Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. XII, Teil 1, S. 20-15, S. 84-87 und Bd. XII, Teil 2, S. 320 - 323, S. 331), von denen einige auch im großtechnischen Maßstab produziert werden.
Beispiele für die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren 1,2-Diphosphonobernsteinsäureester sind: 1,2-Bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1,2-Bis-diethoxyphosphonobernsteinsäurediethylester 1,2-Bis-di-i-butoxyphosphonobernsteinsäuredi-i-butylester 1 , 2-Bis-sek-butoxyphosphonobernsteinsäuredi-sek-butylester 1 , 2-Bis-di-2-ethylhexyloxyphosphonobernsteinsäuredi-2-ethylhexyles ter 1 , 2-Bis-di-dodecyloxyphosphonobernsteinsäuredidodecylester 1-Dimethoxyphosphono-2-diethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1-DimethOxyphosphono-2-diethoxyphosphonobernsteinsäurediethylester 1 , 2-Bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredibutoxyethylester 1,2-Bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredicycloheXylester 1,2-Bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäure-bis-triethylenglykolester 1,2-Bis -methyl-methoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1 , 2-Bis-ethyl-methoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1,2-Bis-phenyl-methoxyphosphonobernsteinsäuremethylester 1-Dimethylphosphono-2-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1 , 2-Bis-dimethoxythiophosphonobernsteinsäuredimethylester 1 -Dimethoxyphosphono-2-dimethoxythiophosphonobernsteinsäuredimethylester 1-Methyl-1,2-bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1-Ethyl-1,2-bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1-Ethyl-1,2-bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäurediethylester 1-(2'-Carbomethoxyethyl)-1,2-bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1-(1'-Methyl-2'-carbomethoxyethyl)-1,2-bis-dimethOxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1-(2'-Cyanethyl)-1,2-bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethyles ter 1 - (2' -Dimethoxyphosphonoethyl) -1 ,2-bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1 -2-Dimethyl-1 , 2-bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1,2-Bis-(2'-Carbomethoxyethyl)-1,2-bis-dimethOxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1-Chlor-1,2-bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1-Brom-1,2-bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäure-dimethylester 1,2-Dichlor-1,2-bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester 1-(2l-Carbomethoxyethyl)-2-chlor-1,2-bis-dimethOxyphosphonobernsteinsäuredimethylester Für die Durchführung der erfindungsgemäßen Reaktion, nämlich für die Addition der Dialkylphosphite und Alkylphosphonite der Formel III an die Phosphonomaleinsäurester der allgemeinen Formel II zu den 1,2-Diphosphonobernsteinsäureestern der Formel I, ist ein alkalischer Katalysator erforderlich.
Geeignete alkalische Katalysatoren sind z.B. die Alkali- und Erdalkalimetalle selbst sowie alle Basen, bei denen der negative dekadische Logarithmus der Dissoziationskonstanten der zugehörigen Säure (sogen. pks-Wert), die durch Proton-Anlagerung aus der Base gebildet werden kann, größer als 11 ist, wie z.B. die Alkoholate, Mercaptide, Sulfide, Phosphide, Amide und Hydroxide der Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, der höheren Erdmetalle und der Tetraalkylammonium-Ionen, weiterhin die Alkali- und Erdalkalisalze der Dialkylphosphite und Alkylphosphonite sowie Grignard-Verbindungen, metallorganische Verbindung und andere Carbanionen-haltige oder Carbanionen-bildende Stoffe.
Die für die Durchführung der erfindungsgemäßen Reaktion erforderliche Menge an alkalischem Katalysator beträgt zwischen 5 und 200 mmol, vorzugsweise zwischen 10 und 100 mmol pro 1 Mol umzusetzenden Phosphonomaleinsäureester. Geringere Mengen haben normalerweise unvollständige Reaktion zur Folge, während höhere Mengen an alkalischem Katalysator das Reaktionsergebnis nicht weiter verbessern.
Phosphonomaleinsäureester der Formel II und Dialkylphosphite oder Alkylphosphonite der Formel III werden vorzugsweise im Molverhältnis von ca 1:1 in die erfindungsgemäße Reaktion eingesetzt. Gewünschtenfalls kann auch mit einem Überschuß an einer Komponente gearbeitet werden, doch bieten größere Abweichungen vom Molverhältnis 1:1 im allgemeinen keine Vorteile.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Gegenwart oder in Abwesenheit von Lösungsmitteln ausgeführt werden.
Zu den verwendbaren Lösungsmitteln zählen insbesondere Alkohole, Ether, Ester, Amine, Kohlenwasserstoffe, Chlorkohlenwasserstoffe, Säureamide, Nitrile. Bei Verwendung von Alkoholen als Lösungsmitteln sowie besonders von Alkoholaten als Basen in Alkohol als Lösungsmittel - eine bevorzugte Ausführungsform - ist es bevorzugt, die Bestandteile Alkohol und Alkoholat auf die in dem umzusetzenden Phosphonomaleinsäureester und dem Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit verestert enthaltenen Alkohole abzustimmen und möglichst gleich zu machen. Wasser ist in dem umzusetzenden System nur in kleinen Mengen tolerierbar und sollte möglichst ausgeschlossen werden. Ebenso sind solche Stoffe, die mit der katalytisch wirkenden Base zu nicht mehr katalytisch wirksamen Produkten reagieren, als Lösungsmittel auszuschließen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem Temperaturbereich von ca. -300C bis ca. 10000 ausgeübt werden, bevorzugt ist ein Bereich von ca. -150C bis ca. 4000.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl kontinuierlich wie diskontinuierlich gestaltet werden. Bei der diskontinuierlichen Verfahrensweise wird vorzugsweise der alkalische Katalysator dem Gemisch aus Phosphonomaleinsäureester und Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit hinzugefügt oder der Phosphonomaleinsäureester wird gleichzeitig mit dem Katalysator dem vorgelegten Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit, insbesondere einem Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit mit mehr als 1 C-Atom in der Alkylestergruppe, hinzugefügt oder das Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit wird gleichzeitig mit dem Katalysator dem vorgelegten Phosphonomaleinsäureester zugesetzt oder der Phosphonomaleinsäureester und das Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit werden dem vorgelegten Katalysator zugesetzt oder die genannten Verfahrensweisen werden gemischt angewendet.
Dem kontinuierlichen Verfahren am nächsten kommt die Vorgehensweise, alle Komponenten gleichzeitig und in abgestimmtem Verhältnis in den Reaktionsraum, verteilt über einen gewissen Zeitraum, einzutragen.
Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Normaldruck ausgeführt, doch kann auch unter erhöhtem oder vermindertem Druck gearbeitet werden.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die erfindungsgemäße Reaktion der Synthese der 1,2-Diphosphonobernsteinsäureester aus Phosphonomaleinsäureestern und Dialkylphosphiten oder Alkylphosphoniten mit der Synthese der Ausgangsmaterialien, also der Phosphono- maleinsäureester und/oder der Dialkylphosphite oder Alkylphosphonite, zu kombinieren und auf diese Weise Verf ahrensvereinfachungen zu erzielen und Ein topfsynthesen" durchzuführen. Dabei können die erfindungsgemäße Reaktion nach Gl. 1 und Reaktionen zur Erzeugung der Ausgangsprodukte für diese Reaktion, also der Phosphonomaleinsäureester und/oder der Dialkylphosphite oder Alkylphosphonite zeitlich nebeneinander wie auch nacheinander ablaufen. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Reaktion nach Gl. 1 zusammen mit der Synthese der Phosphonomaleinsäureester der Formel II aus den 1-Halogenphosphonobernsteinsäureestern der Formel IV durchgeführt werden, indem 1-Halogenphosphonobernsteinsäureester der Formel IV und Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit der Formel III mit der wenigstens stöchiometrischen Menge einer Base zusammengebracht werden, wobei letztere Base auch gleichzeitig Katalysator für die Addition des Dialkylphosphits oder Alkylphosphonits an den erzeugten Phosphonomaleinsäureester sein kann, anderenfalls muß zusätzlich ein geeigneter alkalischer Katalysator zugesetzt werden. Wird als Base für die Dehydrohalogenierung der 1 -Halogenphosphonobernsteinsäureester der Formel IV zu den Phosphonomaleinsäureestern ein Trialkylphosphit oder ein Dialkylphosphonit als Base eingesetzt, so wird daraus bei der Dehydrohalogenierung ein Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit erzeugt, so daß beide Reaktionsprodukte, nämlich Phosphonomaleinsäureester und Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit durch Zugabe eines alkalischen Katalysators in erfindungsgemäßer Weise zu den 1,2-Diphosphonobernsteinsäureestern umgesetzt werden können.
Weiterhin ist es möglich, Phosphonomaleinsäureester und Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit in Form der rohen Produkte, wie sie bei ihrer Synthese entstehen, also auch in Gegenwart der Beiprodukte, wie z.B. der aus den für die Dehydrohalogenierung verwendeten Basen entstandenen Halogenide, miteinander umzusetzen.
Darüberhinaus ist es möglich, die Synthese der 1,2-Diphosphonobernsteinsäureester aus Phosphonomaleinsäureestern in Kombination mit der Synthese der Phosphonomaleinsäureester unter Bedingungen durchzuführen, unter denen die Phosphonomaleinsäureester nur als Zwischenprodukte auftreten, aber normalerweise nicht oder nur in geringen Mengen isoliert werden können. So werden z.B. 1,2-Diphosphonobernsteinsäureester in guten Ausbeuten erhalten, wenn Halogenmaleinsäureester oder Halogenfumarsäureester mit ca. der zweifach molaren Menge Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit und der ca. molaren Menge Base, wie sie für die Dehydrohalogenierung der zwischenzeitlich auftretenden Halogenphosphonobernsteinsäureester erforderlich ist, umgesetzt werden, obgleich die zwischenzeitlich auftretenden Phosphonomaleinsäureester in präparativen Mengen nicht isoliert werden können, sondern sich vielmehr sofort weiter mit dem vorhandenen Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit zu 1,2-Diphosphonobern- steinsäureestern umsetzen. In ebenfalls sehr guten Ausbeuten werden 1,2-Diphosphonobernsteinsäureester erhalten, wenn 1,2-Dihalogenbernsteinsäureester mit der ca. zweifach molaren Menge Dialkylphosphit oder Alkylphosphonit und der ca. zweifach molaren Menge Base umgesetzt werden, wobei in einer ersten Reaktionsstufe die schon zuvor genannten Halogenmaleinsäureester gebildet werden, die in beschriebener Weise über Phosphonomaleinsäureester zu 1,2-Diphosphonobernsteinsäureestern umgesetzt werden, wie es das nachfolgende Schema 1 zeigt.

Schema 1:

0

H CH . C-0-R3

Hal - C C-o-R4

R8 o

1 LsIol Base

o

n

Hal C - C-O-R

li 4

C C-O-R

28 o

> , l Mol III

o o

n /

P

| \(o)n-R5

Hal C C-o-R3

II

0 oder

R1,0 0

CH-C-O-R4 C-OR4

R'8 ¼ p?lC COR4

R > R5-(o) / 28 8

n

X 1 Mol Base

I

Le A 19 622

L

Im vorangestellten Schema haben R1, R2 , R3, R4, R5, R6, R8 n, m, Hal die gleiche Bedeutung wie in den früher erläuterten Formeln I-V, dabei werden jedoch n und m sowie R¹ und R² sowie R5 und R6 jeweils gleich sein, wenn nicht Gemische von Dialkylphosphiten und/oder Alkylphosphoniten eingesetzt werden. In dem vorangestellten Schema sind die für die Additionsreaktionen erforderlichen Mengen alkalischen Katalysators, die der für die Dehydrohalogenierung erforderlichen Menge an Base zuzuschlagen sind, nicht aufgeführt.

1,2-Diphosphonobernsteinsäureester der Formel I, in denen R7 und/oder R8 für Wasserstoff steht, können durch Alkylierung in solche 1,2-Diphosphonobernsteinsäureester umgewandelt werden, in denen R7 und/oder R8 für eine 1 bis 6 C-Atome enthaltende ggfs. durch Carboalkoxygruppen, Cyangruppen, Carbonylgruppen oder Alkoxyphosphonogruppen substituierte Alkylgruppe stehen. Diese Alkylierung kann vorgenommen werden durch Umsetzung der 1 , 2-Diphosphonobernsteinsäureester der Formel I mit R7 und/oder R8 gleich Wasserstoff mit Alkyl-Halogen-Verbindungen z.B. Alkylhalogeniden oder Halogencarbonsäureestern oder -salzen oder mit Schwefelsäurealkylestern, Sulfonsäurealkylestern, Phosphorsäurealkylestern und Phosphonsäurealkylestern in Gegenwart annähernd stöchiometrischer Mengen Alkali oder nach vorhergehender Metallierung oder aber durch Umsetzung mit aktivierten ungesättigten Systemen, z.B. Acrylsäure-, Methacrylsäure-, Itaconsäure-, Vinylphosphonsäure- und Vinylsulfonsäure-Derivaten, Acrylnitril und Vinylketonen, in Gegenwart katalytischer Mengen Alkali.
1,2-Diphosphonobernsteinsäureester der Formel I, in denen R7 und/oder R8 für Wasserstoff steht, können durch Bromierung oder Chlorierung in solche 1,2-Diphosphonobernsteinsäureester umgewandelt werden, in denen R7 und/oder R8 für Brom oder Chlor steht. Diese Halogenierung - Bromierung oder Chlorierung - kann vorgenommen werden durch Umsetzung der bezeichneten 1,2-Diphosphonobernsteinsäureester mit den elementaren Halogenen selbst, mit Interhalogenen, mit Halogen-abgebenden Stoffen oder mit Hypohalogeniten in Gegenwart von Basen.
Die Produkte der alkalisch katalysierten Addition der Dialkylphosphite oder Alkylphosphonite an Phosphonomaleinsäureester nach Gl. 1 einschließlich Schema 1, also die 1 ,2-Diphosphonobernsteinsäureester, werden in hinreichender Reinheit gebildet, so daß eine Abtrennung aus dem Reaktionsgemisch durch vollständige Destillation nicht erforderlich ist. Im allgemeinen liegen die genannten Produkte nach Abziehen flüchtiger Anteile im Vakuum in hoher Reinheit vor.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert. (Die %-Angaben beziehen sich - soweit nichts anderes vermerkt - auf Gew.-%).
Beispiel 1 Zu 254 g Dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester (1,0 mol) in 1000 ml Methylenchlorid werden bei OOC im Verlaufe von 4 Minuten 530 ml einer Bleichlauge-Lösung mit einem Gehalt von 86 g (1,2 mol) Aktiv-Chlor zugetropft. Die Reaktionsmischung wird intensiv gerührt und von außen gekühlt. Nach Beendigung der Bleichlauge-Zugabe wird die Reaktionsmischung in einen Scheidetrichter überführt. Die spezifisch schwerere Methylenchlorid-Phase wird abgenommen und die verbleibende wäßrige Lösung noch einmal mit 100 ml Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden eingeengt und der Rückstand wird dann bei 1000C im Vakuum an der Wasserstrahlpumpe (14 Torr) von flüchtigen Anteilen befreit. Der Rückstand, der nach dieser Behandlung 268 g wiegt, besteht nach gaschromatographischer Analyse aus 96,3 % 1-Chlor-1-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester und 2,6 % Dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester.
Beispiel 2 Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wird wiederholt mit der Abänderung, daß die Reaktion bei 400C durchgeführt wird. Es werden 234 g rohes 1-Chlor-1-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester mit einer gaschromatographisch bestimmten Reinheit von 96,8 % erhalten.
Beispiel 3 Die Verfahrensweise von Beispiel 1 wird wiederholt mit der Abänderung, daß nur 500 ml Methylenchlorid als Lösungsmittel eingesetzt werden. Es werden 249 g rohes 1 -Chlor-1 -dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester mit einer gaschromatographisch bestimmten Reinheit von 97,3 % erhalten.
Beispiel 4 Zu 254 g Dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester in 500 ml Wasser werden bei OOC im Verlauf von 5 Minuten 530 ml einer Bleichlauge-Lösung mit einem Gehalt von 86 g Aktiv-Chlor zugetropft. Aus der zunächst homogenen Reaktionslösung scheidet sich im Verlauf der Reaktion ein Teil des Produktes als zweite flüssige Phase ab.
Nach Beendigung der Bleichlauge-Zugabe werden für die Sammlung des Produktes 500 ml Methylenchlorid zugesetzt, die organische Phase wird dann im Scheidetrichter abgetrennt und die wäßrige Phase noch dreimal mit je 200 ml Methylenchlorid extrahiert. Nach dem Einengen im Vakuum hinterbleiben 149 g Rückstand aus den vereinigten organischen Phasen. Der Anteil des 1-Chlor-1-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylesters im Rückstand beträgt 98,08.
Beispiel 5 Zu 264 g Dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester in 1000 ml Methylenchlorid wird bei OOC im Verlauf einer Stunde eine aus 190 g Brom, 88 g Natriumhydroxid und 450 ml Wasser hergestellte Natriumhypobromit-Lösung zugetropft. Die Reaktionsmischung wird intensiv gerührt und von außen gekühlt. Nach Beendigung der Hypobromit-Zugabe wird die Reaktionsmischung in einen Scheidetrichter überführt. Die spezifisch schwerere Methylenchlorid-Phase wird abgenommen und die verbleibende wäßrige Lösung noch einmal mit 300 ml Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden eingeengt und der Rückstand wird dann bei 1000C im Vakuum an der Wasserstrahlpumpe (14 Torr) von flüchtigen Anteilen befreit. Der Rückstand, der nach dieser Behandlung 302 g wiegt, besteht nach gaschromatographischer Analyse aus 94,8 % 1-Brom-1-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester und 2,9 % Dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester. Beim Stehenlassen kristallisiert der 1 -Brom-1 -dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester zu farblosen nadeligen Kristallen hoher Reinheit.
Beispiel -6 Zu 288,5 g 1 -Chlor-1-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester (1,0 mol) in 500 ml Toluol werden bei 20 - 250C innerhalb einer Stunde 111 g Triethylamin (1,1 mol) hinzugetropft. Nach weiteren 2 Stunden Rühren wird das ausgefallene Triethylammoniumchlorid abgesaugt und mit 250 ml Toluol ausgewaschen. Aus der Lösung wird Toluol im Vakuum bei 14 Torr abgezogen.
Der Rückstand wiegt 249 g. Bei der anschließenden Destillation werden 123 g Destillat (Kp1: 1 370C) und 100 g undestillierbarer Sumpf erhalten. Das Destillat enthät nach gaschromatographischer Analyse 98,2 % des erwünschten Dimethoxyphosphonomaleinsäureesters.
Die 1H-NMR-Untersuchung zeigt, daß 88% des Produktes in der cis-Form (Phosphonomaleinsäure-Form) und 12% des Produktes in der trans-Form (Phosphonofumarsäure-Form) vorliegen.
Nochmalige Destillation im Vakuum liefert ein hochreines, über 99 % iges Produkt.
Beispiel 7 Zu 167 g 1 -Brom-1 -dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester (0,5 mol) in 300 ml Toluol werden bei 20-250C im Verlauf einer halben Stunde 51 g Triethylamin (0,5 mol) hinzugetropft. Nach weiteren 50 Minuten Rühren wird das ausgefallene Triethylammoniumbromid abgesaugt und mit 200 ml Toluol ausgewaschen. Toluol wird bei reduziertem Druck (bis 800C/2Torr) aus der Lösung abdestilliert. Der Rückstand wiegt 122 g. Schonende Destillation durch langsames Eintropfen dieses Rückstandes in den erhitzten Kolben einer Vakuumdestillationsapparatur ergibt 84 g Dimethoxyphosphonomaleinsäuredimethylester.
Beispiel 8 Zu 288,5 g 1-Chlor- 1 -dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester (1,0 mol) in 250 ml Methanol werden bei 250C im Verlauf einer Stunde 232 ml 4,3 m methanolisches Natriummethylat (1,0 mol) hinzugetropft. Das ausgefallene Natriumchlorid wird abgesaugt und mit 150 ml Methanol ausgewaschen. Methanol wird bei reduziertem Druck aus der Lösung bis 1000C/12 Torr abdestilliert.
Der Rückstand wiegt 293 g. Durch Destillation im Vakuum werden daraus 251 g 99,8iiger Dimethoxyphosphonomaleinsäuredimethylester erhalten.
Beispiel 9 Zu 344,5 g 1 -Chlor-1 -diethoxyphosphonobernsteinsäurediethylester (1,0 mol) - hergestellt aus Diethoxyphosphonobernsteinsäurediethylester und Bleichlauge in analoger Weise zu Beispiel 1 - in 500 ml Ethanol werden bei 250C im Verlauf einer Stunde 520 ml 1,92 m ethanolisches Natriumethylat (1,0 mol) hinzugetropft.
Das ausgefallene Natriumchlorid wird abgesaugt und mit 150 ml Ethanol ausgewaschen. Ethanol wird bei reduziertem Druck aus der Lösung abdestilliert. Der Rückstand ergibt bei der Destillation im Vakuum 259 g Diethoxyphosphonomaleinsäurediethylester (Kp.:1690C).
Beispiel 10 Zu 456,5 g 1-Chlor-1-di-i-butoxyphosphonobernsteinsäuredii-butyl-ester (1,0 mol) - hergestellt aus Di-i-butoxyphosphonobernstein-- säuredi-ibutylester und Bleichlauge in analoger Weise zu Beispiel 1 - in 1000 ml Toluol werden bei 20 - 25 OC im Verlauf einer Stunde 152 g DBU (2,3,4, 6,7,8,9, 10-Oktahydropyrimido t1 ,2-a) azepin) (1,0 mol) hinzugetropft. Nach weiteren 60 Minuten Rühren wird das ausgefallene Salz abgesaugt und mit 500 ml Toluol ausgewaschen. Toluol wird bei reduziertem Druck aus der Lösung bis 120QC/2 Torr abdestilliert. Der Rückstand wiegt 423 g, nach gaschromatographischer Analyse besteht er aus 96,9 % reinem Di-i-butoxyphosphonomaleinsäuredi-i-butylester.
Beispiel 11 Zu 268 g einer Mischung von 1-Methyl-1-(dimethoxyphosphono)bernsteinsäuredimethylester (40%) und 2-Methyl-1-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester (60% entsprechend 0,6 mol) werden 64 g Natriumcarbonat (0,6 mol) und 300 g Wasser hinzugefügt. In diese Mischung werden bei 200C im Verlaufe einer halben Stunde 43 g Chlor (0,6 mol) gasförmig eingeleitet. Die Reaktionsmischung wird intensiv gerührt und von außen gekühlt. Nach Beendigung der Chlor-Zugabe wird die Reaktionsmischung in einem Scheidetrichter dreimal mit je 200 ml Methylchlorid extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden wie in Beispiel 1 beschrieben aufgearbeitet. Der Rückstand, der nach dieser Behandlung 205 g wiegt, besteht nach gaschromatographischer Analyse aus 58% 1 -Chlor-1 -dimethoxyphosphono-2-methylbernsteinsäuredimethylester und 42 % der isomeren Methyl-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester.
104 g dieser Mischung, enthaltend ca. 62 g entsprechend 0,2 mol 1-Chlor-1-dimethoxyphosphono-2-methyl-bernsteinsäuredimethylester, werden mit 200 ml Methanol vorgelegt. Bei 250C werden im Verlauf einer halben Stunde 47 ml 4,3 m methanolisches Natriummethylat (0,2 mol) zugetropft. Ausgefallenes Natriumchlorid wird abgesaugt, mit wenig Methanol gewaschen und die Lösung wird im Vakuum eingeengt. Der Rückstand wird destilliert. Das Destillat (Kp1: 134-148°C) wiegt 84 g und besteht nach 1H-NMR-Analyse aus 54 % 1-Dimethoxyphosphono-2-methylmaleinsäuredimethylester und 46% der isomeren Methyldimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester, unter denen das 1 -Methyl-1 -phosphono-Isomere sehr stark überwiegt.
Beispiel 12 Zu 238 g Methyl-methoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester (1,0 mol) in 1000 ml Methylenchlorid werden bei OOC im Verlaufe von 5 Minuten 530 ml einer Bleichlauge-Lösung mit einem Gehalt von 86 g (1,2 mol) Aktiv-Chlor zugetropft. Die Reaktionsmischung wird intensiv gerührt und von außen gekühlt. Nach Beendigung der Bleichlauge-Zugabe wird die Reaktionsmischung in einen Scheidetrichter überführt. Die spezifisch schwerere Methylenchlorid-Phase wird abgenommen und die verbleibende wäßrige Lösung nochmals mit 300 ml Methylenchlorid extrahiert.
Die vereinigten organischen Phasen werden eingeengt und der Rückstand wird dann bei 1000C im Vakuum an der Wasserstrahlpumpe (14 Torr) von flüchtigen Anteilen befreit. Der Rückstand, der nach dieser Behandlung 244 g wiegt, besteht nach gaschromatographischer Analyse aus 82 % 1-Chlor-1-(methyl-methoxyphosphono)-bernsteinsäuredimethylester und 13,2 % Methylmethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester.
133 g dieser Mischung, enthaltend ca. 109 g entsprechend 0,4 mol 1 -Chlor-1 - (methyl-methoxyphosphono) -bernsteinsäuredimethylester, werden mit 300 ml Methanol vorgelegt. Bei 25 °C werden im Verlauf von 10 Minuten 94 ml 4,3 m methanolisches Natriummethylat (0,4 mol) zugetropft. Ausgefallenes Natriumchlorid wird abgesaugt, mit Methanol ausgewaschen, und das Filtrat wird eingeengt. Die Destillation ergibt 103 g Produkt (Kp1:130-135°C), das nach gaschromatographischer Analyse aus 88,5 % 1-(Methyl-methoxyphosphono)-maleinsäuredimethylester und 10,6 % 1-(Methylmethoxyphosphono)-bernsteinsäuredimethylester besteht.
Beispiel 13 Zu 282 g Diethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester (1,0 mol), hergestellt durch Addition von Diäthylphosphit an Maleinsäuredimethylester, in 800 ml Methylenchlorid werden bei OOC im Verlaufe von 5 Minuten 530 ml einer Bleichlauge-Lösung mit einem Gehalt von 86 g (1,2 mol) Aktiv-Chlor zugetropft. Die Reaktionsmischung wird intensiv gerührt und von außen gekühlt. Nach Beendigung der Bleichlauge-Zugabe wird die Reaktionsmischung in einen Scheidetrichter überführt. Die spezifisch schwerere Methylenchlorid-Phase wird abgenommen und die verbleibende wäßrige Lösung noch zweimal mit je 300 ml Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden eingeengt und der Rückstand wird dann bei 1000C im Vakuum an der Wasserstrahlpumpe (14 Torr) von flüchtigen Anteilen befreit. Der Rückstand, der nach dieser Behandlung 285 g wiegt, besteht nach gaschromatographischer Analyse aus 90,1 % 1-Chlor-1-phosphonobernsteinsäureester und 2,8 % Phosphonobernsteinsäureester. Aus dem Gaschromatogramm ist ersichtlich, daß statt des erwarteten einheitlichen 1-Chlor-1-diethoxyphpsphonobernsteinsäuredimethylesters ein Gemisch von Produkten vorliegt, das durch Austausch der Methyl- und Ethylester-Gruppen entstanden ist. Auch das H-NMR-Spektrum weist darauf hin, daß neben C2H5-0-P-Gruppen auch CH3-0-P-Gruppen in nahezu gleicher molarer Menge vorhanden sind.
175 g dieses Produktes, enthaltend ca. 158 g 1-Chlor-1-phosphonobernsteinsäureester mit je 2 Methoxygruppen und 2 Ethoxygruppen im statistischen Mittel als Estergruppen pro Molekül - das entspricht ca. 0,5 mol - werden mit 200 ml Methanol vorgelegt. Bei 200C werden im Verlauf einer halben Stunde 140 ml methanolische Natriummethylat- Lösung (0,6 mol) zugetropft. Danach wird das Reaktionsgemisch durch Abziehen des Methanols im Vakuum bei nicht mehr als 200C eingedickt. 100 ml Wasser werden hinzugefügt, die Lösung mit Schwefelsäure neutral gestellt und sodann wird die Lösung dreimal mit 150 ml Methylenchlorid extrahiert. Die vereinigten organischen Extrakte werden wingeegt und der Rückstand wird destilliert.
Das Destillat (Kp1:135-145°C) wiegt 111g. Nach gaschromatographischer Analyse enthält es 78,7 % Dimethoxyphosphonomaleinsäuredimethylester sowie insgesamt 19,8 % leicht höher siedender Komponenten. Das 1H-NMR-Spektrum zeigt, daß Methoxygruppen und Ethoxygruppen im Verhältnis 88 : 12 im Destillat vorhanden sind. Daraus ergibt sich, daß es sich bei den höher siedenden Komponenten um gemischte Methyl-Ethyl-ester der Phosphonomaleinsäure handelt.
Beispiel 14 252 g Dimethoxyphosphonomaleinsäuredimethylester (1,0 mol) (hergestellt nach Beispiel 8) und 110 g Dimethylphosphit werden als Mischung vorgelegt. Bei 20 - 250C werden tropfenweise insgesamt 10 ml einer 4,3 m Lösung von Natriummethylat in Methanol zugesetzt. Schon nach den ersten Tropfen beginnt eine deutlich exotherme Reaktion, so daß die weitere Zugabe vorsichtig immer dann erfolgt, wenn die exotherme Reaktion nachläßt. Nach Ende der erkennbaren Reaktion läßt man noch weitere 8 Stunden stehen und evakuiert dann unter Erwärmen auf 1200C bis 2 Torr. Der kristalline Rückstand wiegt 365 g. Der Anteil des 1 ,2-Bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylesters an den flüchtigen Anteilen beträgt nach gaschromatographischer Analyse 95,5 %. Zweimaliges Umkristallisieren dieses Rückstandes aus Toluol ergibt ein Produkt (Fp. 750C), das 1,2-Bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylester in über 99 %iger Reinheit darstellt.
Beispiel 15 252 g Dimethoxyphosphonomaleinsäuredimethylester (1,0 mol) (hergestellt nach Beispiel 8) und 110 g Dimethylphosphit werden als Mischung vorgelegt. Bei 70 - 750C werden tropfenweise insgesamt 5 ml einer 4,3 m Lösung von Natriummethylat in Methanol zugesetzt. Schon nach den ersten Tropfen beginnt eine deutliche exotherme Rekation, so daß die weitere Zugabe vorsichtig immer dann erfolgt, wenn die exotherme Reaktion nachläßt.
Nach Ende der erkennbaren Reaktion läßt man noch weitere 30 Minuten rühren und 1 Stde. bei dieser Temp.
stehen und evakuiert dann unter Erwärmen auf 1200C bis 2 Torr. Der Rückstand wiegt 364 g. Der Anteil des 1 , 2-Bis-dimethoxyphosphonobernsteinsäuredimethylesters an den flüchtigen Anteilen beträgt nach gaschromatographischer Analyse 89,5 %. Beim Abkühlen kristallisiert der gesamte Rückstand, der Schmelzpunkt ist 65 - 660C.
Beispiel 16 Die Verfahrensweise von Beispiel 14 wird dahingehend geändert, daß die Reaktionsmischung zwischen 0 und 50C gehalten wird und der Katalysator in Form von 30 ml 1,5 m methanolischem Natriummethylat zugefügt wird. Der kristallisierende Rückstand wiegt 359 g, der Gehalt. an Produkt beträgt 93%.
Beispiel 17 Die Verfahrensweise von Beispiel 14 wird insofern geändert, daß der Katalysator in Form von 30 ml einer 1 m Lösung von Trimethylbenzylammonium-methoxid hinzugefügt wird. Der gut kristallisierende Rückstand wiegt 336 g, der Gehalt an Produkt beträgt 90,4 %.
Beispiel 18 308 g Diethoxyphosphonomaleinsäurediethylester (1,0 mol) (hergestellt nach Beispiel 9) und 138 g Diethylphosphit werden als Mischung vorgelegt. Bei 20 - 300C werden tropfenweise insgesamt 27 ml einer 1,5 m Lösung von Natriumethylat in Ethanol zugesetzt. Schon nach den ersten Tropfen beginnt eine deutlich exotherme Reaktion, so daß die weitere Zugabe vorsichtig immer dann erfolgt, wenn die exotherme Reaktion nachläßt. Nach Ende der erkennbaren Reaktion läßt man noch weitere 30 Minuten rühren und evakuiert dann unter Erwärmen auf 1 200C bis 2 Torr. Der Rückstand wiegt 461 g. Der Anteil des i,2-Bis-diethoxyphosphonobernsteinsäurediethylesters an den flüchtigen Anteilen beträgt nach gaschromatographischer Analyse 81,8 %.
Beispiel 19 43,0 g Di-i-butoxyphosphonomaleinsäuredi-i-butylester (0,1 mol) (hergestellt nach Beispiel 10) und 19,4 g Di-i-butylphosphit werden als Mischung vorgelegt. Bei 20 - 300C werden tropfenweise insgesamt 7 ml einer 0,6 m Lösung von Natrium-i-butylat in i-Butacol zugesetzt.
Schon nach den ersten Tropfen beginnt eine deutlich exotherme Reaktion, so daß die weitere Zugabe vorsichtig immer dann erfolgt, wenn die exotherme Reaktion nachläßt. Nach Ende der erkennbaren Reaktion läßt man noch weitere 30 Minuten rühren und evakuiert dann unter Erwärmen auf 1200C bis 2 Torr. Der Rückstand wiegt 67 g. Der Anteil des 1,2-Bis-di-i-butoxyphosphonobernsteinsäuredi-i-butylesters an den flüchtigen Anteilen beträgt nach gaschromatographischer Analyse 78,1 %.
Beispiel 20 252 g Dimethoxyphosphonomaleinsäuredimethylester (1,0 mol) (hergestellt nach Beispiel 8) und 94 g Methylmethanphosphonit werden als Mischung vorgelegt. Bei 20 - 300C werden tropfenweise insgesamt 8 ml einer 4,3 m Lösung von Natriummethylat in Methanol zugesetzt. Schon nach den ersten Tropfen beginnt eine deutlich exotherme Reaktion, so daß die weitere Zugabe vorsichtig immer dann erfolgt, wenn die exotherme Reaktion nachläßt. Nach Ende der erkennbaren Reaktion läßt man noch weitere 30 Minuten rühren und evakuiert dann unter Erwärmen auf 1200C bis 2 Torr. Der Rückstand wiegt 334 g.
Der Anteil des 1-Dimethoxyphosphono-2-methyl-methoxyphosphonobernsteinsäuredimethylesters an den flüchtigen Anteilen beträgt nach gaschromatographischer Analyse 98,0 %.
Beispiel 21 252 g Dimethoxyphosphonomaleinsäuredimethylester (1,0 0 mol) (hergestellt nach Beispiel 8) und 138 g Di-ethylphosphit werden als Mischung vorgelegt. Bei 20 - 300C werden tropfenweise insgesamt 10 ml einer 4,3 m Lösung von Natriummethylat in Methanol zugesetzt. Schon nach den ersten Tropfen beginnt eine deutlich exotherme Reaktion, so daß die weitere Zugabe vorsichtig immer dann erfolgt, wenn die exotherme Reaktion nachläßt. Nach Ende der erkennbaren Reaktion läßt man noch weitere 30 Minuten rühren und evakuiert dann unter Erwärmen auf 1200C bis 2 Torr. Der Rückstand wiegt 383 g. Nach Gaschromatogramm enthält der Rückstand mehrere eng beieinander siedende Komponenten, deren Trennung nicht vollständig gelungen ist. Das 1H-NMR-Spektrum zeigt, daß neben P-O-C2H5-auch C-O-C2H5-Gruppen vorliegen.
Insgesamt wird ein Verhältnis von Methoxy- zu Ethoxy-Gruppen = 4,05 : 1,95 gefunden.
Beispiel 22 47 g des in Beispiel 11 erhaltenen Gemisches aus 54 % 1 -Dimethoxy-phosphono- 2-methyl-maleins äuredimethyles ter und 46% 1-Methyl-1-di-methoxyphosphono-maleinsäuredimethylester werden mit 22 g Dimethylphosphit (0,2 mol) vorgelegt. Die enthaltene Menge 1-Dimethoxyphosphono-2-methylmaleinsäuredimethylester entspricht ca. 0,1 mol. Bei 20 - 25 OC werden tropfenweise 2,0 ml einer 4,3 m Lösung von Natriummethylat in Methanol zu dieser Mischung vorsichtig hinzugetropft. Nach Ende der exothermen Reaktion wird noch eine Weile nachrühren gelassen. Danach werden die leicht flüchtigen Anteile einschließlich des überschüssigen Dimethylphosphits bei max. 1500C und 2 Torr abgezogen. Der Rückstand von 56 g besteht nach 1H-NMR-Spektrum aus einem 1:1 Gemisch von 1-Methyl-1 , 2-bis-dimethoxy-phosphono-bernsteinsäuredimethylester und 1 -Methyl-1 -dimethoxyphosphono-bernsteinsäuredimethylester.

Claims

Patentanspruch Verfahren zur Herstellung von 1,2-Diphosphonobernsteinsäureestern der allgemeinen Formel worin R¹, R², R³, R4 unabhängig voneinander für einen gegebenenfalls substituierten Alkylrest mit 1-16 C-Atomen, R5 R6 unabhängig voneinander und unabhängig von R1 R2, R3 und R4, falls n = 1 bzwo m = 1 für die gleichen Reste wie R1 und1 falls n = 0 bzw. m = 0, auch für einen gegebenenfalls substituierten Arylrest mit bis zu 7 C-Atomen, R7, R8 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder für eine 1-6 C-Atome enthaltende ggfs.

durch Carboalkoxygruppen, Cyangruppen, Carbonamidogruppen, Carbonylgruppen oder Alkoxyphosphonogruppen substituierte Alkylgruppe oder für Brom oder Chlor und n, m unabhängig voneinander für die Zahlen 0 oder 1 stehen, dadurch gekennzeichnet, daß Phosphonomaleinsäureester der allgemeinen Formel worin R¹, R², R³, R4, R5, R8 die gleiche Bedeutung haben wie in Formel 1, mit Dialkylphosphiten oder Alkylphosphoniten der allgemeinen Formel worin R², R6 und m die gleiche Bedeutung haben wie in Formel I, umgesetzt werden und das gebildete Produkt mit R7=Wasserstoff gegebenenfalls noch alkyliert und/oder chloriert oder bromiert wird.