DE4026028A1

DE4026028A1 - Verfahren zur herstellung von aminomethanphosphonsaeure und aminomethyl-phosphinsaeuren aus n-hydroxymethyl-amiden

Info

Publication number: DE4026028A1
Application number: DE4026028A
Authority: DE
Inventors: Hanss-Jerg Dr Kleiner
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1990-08-17
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1992-02-20
Also published as: CN1059146A; IL99201A; PT98701B; WO1992003448A1; PT98701A; CN1029616C; AU8309891A; IE912921A1; IL99201A0; ZA916501B

Description

Von Aminomethanphosphonsäure sind herbizide und pflanzenwachtumsregulierende Wirkungen bekannt; Aminomethyl-phosphinsäuren sind ebenfalls technisch wertvolle Verbindungen mit biologischer Aktivität oder verwendbar als Zwischenprodukte zur Herstellung biologisch aktiver Verbindungen (siehe den Artikel von L. Maier "Advances in the Chemistry of Aminophosphinic Acids" in der Zeitschrift "Phosphorus and Sulfur" 1983, Vol. 14, S. 295-322, insbesondere 317-323 und dort zitierte Literatur. Aminomethanphosphonsäure ist weiterhin wertvoll als Zwischenprodukt zur Herstellung von N-Phosphonomethylglycin (siehe EP-A-2 14 578).

Bisher ist Aminomethanphosphonsäure z. B. zugänglich durch Umsetzung von N-Hydroxymethylamiden mit Phosphortrichlorid und anschließender Hydrolyse zu Acylaminomethanphosphonsäuren, die anschließend durch Erhitzen in Salzsäure weiter zum Endprodukt hydrolysiert werden (US-A-23 04 156; US-A-23 28 358). Ein besonderer Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Bildung von Bischlormethyläther als unerwünschtem Nebenprodukt, das als krebserzeugend bekannt ist. Das Nebenprodukt entsteht bei den Hydrolyseschritten durch Umsetzung von Salzsäure mit Formaldehyd, der herstellungsbedingt in Spuren in den N-Hydroxymethylamiden bzw. den Acylaminomethanphosphonsäuren enthalten ist. Die restliche Entfernung dieses Nebenprodukts erfordert jedoch eine besondere Reinigung und die Handhabung im Produktionsverfahren besondere Sicherheitsmaßnahmen. Gesucht sind daher industriell anwendbare Verfahren, die die Bildung dieses Nebenproduktes ausschließen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel I,

worin R¹ Hydroxy C₁-C₄-Alkyl oder Phenyl bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man N-Hydroxymethylamide der allgemeinen Formel II,

R²-CONHCH₂OH (II)

worin R² Wasserstoff, Alkyl mit 1 bis 6 C-Atomen vorzugsweise mit 1 bis 3 C-Atomen, Benzyl oder Phenyl, das unsubstituiert oder durch ein oder mehrere Reste aus der Gruppe C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy und Halogen substituiert ist, bedeutet, mit phosphoriger Säure bzw. phosphonigen Säuren der allgemeinen Formel III,

worin R¹ die genannte Bedeutung hat, in Gegenwart von mindestens äquimolarer Menge Essigsäureanhydrid, bezogen auf die Verbindung der Formel II, umsetzt und das nach der Umsetzung anfallende Reaktionsprodukt anschließend mit Wasser bei 80 bis 300°C, vorzugsweise 150 bis 250°C, umsetzt.

Vorzugsweise ist R¹ Hydroxy, Methyl oder Phenyl. R² ist vorzugsweise CH₃ oder Phenyl, daß durch Methyl oder Halogen substituiert sein kann; R² ist insbesondere unsubstituiertes Phenyl.

Als Ausgangsverbindungen für das erfindungsgemäße Verfahren kommen beispielsweise in Frage: N-Hydroxymethylformamid, N-Hydroxymethylacetamid und insbesondere N-Hydroxymethylbenzamid. Säuren der allgemeinen Formel III sind beispielsweise phosphorige Säure, Methanphonphonigsäure und Benzolphosphonigsäure. Die Verbindungen der Formeln II und III sind allgemein bekannt und im Handel erhältlich oder nach bekannten Verfahren leicht zugänglich.

Von besonderer Bedeutung für die Höhe der Ausbeute ist das Molverhältnis der Komponenten zueinander. Die Ausgangsstoffe N-Hydroxymethylamid der allgemeinen Formel II, Säure der allgemeinen Formel III und Essigsäureanhydrid werden bevorzugt im Molverhältnis von 1 : 1 : 1,5 bis 1 : (1-1,1) : 8, insbesondere im Molverhältnis von 1 : 1 : 1,5 bis 1 : 1 : 4, eingesetzt. Weitere Überschüsse an Essigsäureanhydrid sind möglich.

Die Umsetzung von II und III kann gegebenenfalls in einem organischen Lösungsmittel erfolgen.

Als Lösungsmittel kommen z. B. polare protische und aprotische organische Lösungsmittel, wie Essigsäure, Acetonitril, Tetrahydrofuran oder Dioxan in Frage. Bevorzugtes Lösungsmittel ist Essigsäure. Es kann auch auf die Verwendung von Lösungsmitteln verzichtet werden.

Das Verfahren wird zweckmäßig beispielsweise so durchgeführt, daß die Reaktionskomponenten im Temperaturbereich von 5 bis 60°C, gegebenenfalls unter Kühlung gemischt werden. Dabei ist die Reihenfolge der Zugabe der Komponenten nicht kritisch. Beispielsweise kann man zu dem Essigsäureanhydrid die Lösung der Säure der allgemeinen Formel III, gelöst in einem organischen Lösungsmittel wie Essigsäure zudosieren und dann zu dieser Mischung das gegebenenfalls in Lösungsmittel gelöste N-Hydroxymethylamid der allgemeinen Formel II portionsweise oder kontinuierlich zugeben. Nach beendeter Mischung wird gegebenenfalls noch nachgerührt, z. B. im Temperaturbereich 10 bis 60°C, und dann vorzugsweise zum Rückfluß erhitzt.

Nach beendeter Umsetzung kann es sinnvoll sein, das bei den vorherigen Umsetzungen gegebenenfalls zugesetzte organische Lösungsmittel aber auch überschüssiges Essigsäureanhydrid sowie entstandene Essigsäure zu entfernen, beispielsweise durch Destillation, gegebenenfalls unter reduzierten Druck. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, nach beendeter Umsetzung die im Reaktionsgemisch enthaltene Menge an überschüssigem Essigsäureanhydrid zu hydrolysieren, z. B. durch Wasserzugabe. Das Reaktionsgut kann in manchen Fällen, insbesondere nach der letztgenannten Hydrolyse, auch in kristallisierter Form vom organischen Lösungsmittel durch Absaugen getrennt werden. Das Rohprodukt oder gereinigte Produkt aus der Umsetzung der Verbindungen der Formeln II und III wird dann mit Wasser, gegebenenfalls mit einem Überschuß an Wasser, versetzt und bei 80 bis 300°C, vorzugsweise 150-250°C, umgesetzt.

Die Höhe des Überschusses an Wasser ist für die Reaktion nicht besonders kritisch; beispielsweise kann aus Gründen der besseren Handhabbarkeit ein 2- bis 30molarer, vorzugsweise 10- bis 25molarer Überschuß an Wasser zweckmäßig sein. Die Reaktionstemperaturen betragen 80 bis 300°C, vorzugsweise 150 bis 250°C. Die Reaktionszeiten hängen von Substrat, Reaktionstemperatur und Druck ab und sind in der Regel im Bereich von 5 bis 40 Stunden, vorzugsweise 10 bis 35 Stunden.

Die Aufarbeitung nach dieser Umsetzung ist einfach; beispielsweise kann eine Carbonsäure wie Benzoesäure in der Regel als Festkörper abgetrennt und Essigsäure destillativ entfernt werden. Die anfallende Aminomethanphosphonsäure sowie die Aminomethylphosphinsäuren können gegebenenfalls durch übliche Methoden wie z. B. Kristallisation hochgereinigt werden.

Beispiel 1

65 g (0,64 Mol) Essigsäureanhydrid wurden auf 10°C gekühlt und unter Rühren tropfenweise mit einer Mischung von 16,4 g (0,2 Mol) phosphoriger Säure in 40 ml Essigsäure versetzt. Anschließend wurden 30,2 g (0,2 Mol) N-Hydroxymethylbenzamid in 10 bis 15 Minuten bei etwa 10°C portionsweise zugegeben. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 2,5 Stunden am Rückfluß gehalten. Der Rückstand betrug nach Einengen unter reduziertem Druck 51 g, die anschließend in 120 ml Wasser in der Hitze gelöst wurden (= 171 g). 53 g dieser Lösung wurden 20 Stunden bei 200°C in einem Bombenrohr gehalten. Nach Abkühlen und Digerieren mit Wasser wurde von der Benzoesäure abfiltriert. Das Filtrat wurde unter reduziertem Druck bis zu einer Innentemperatur von 95°C eingeengt und der Rückstand mit Methanol digeriert. Man erhielt 6 g Aminomethanphosphonsäure mit einem Zersetzungspunkt von 290°C. Bezogen auf die Gesamtmenge (171 g statt 53 g) entspricht das einer Ausbeute von 19,4 g (87% d.Th.) Aminomethanphosphonsäure.

Beispiel 2

40,8 g (0,4 Mol) Essigsäureanhydrid wurden auf 10°C gekühlt. Dazu ließ man unter Rühren zunächst eine Mischung von 16,4 g (0,2 Mol) phosphoriger Säure in 40 ml Essigsäure in 5 Minuten und anschließend bei 10°C 17,8 g (0,2 Mol) N-Hydroxymethylacetamid in 10 Minuten zutropfen. Dann ließ man den Reaktionsansatz auf Raumtemperatur kommen. Anschließend wurde 2,5 Stunden zum Rückfluß erhitzt. Dann wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und 50 g Wasser langsam zugegeben. Bei der Wasserzugabe stieg die Temperatur auf 30°C an. Nun wurde erneut zum Rückfluß erhitzt, um das überschüssige Essigsäureanhydrid zu hydrolysieren. Zur Entfernung des Lösungsmittel wurde schließlich unter reduziertem Druck bis zu einer Innentemperatur von 95°C eingeengt. Der erhaltene Rückstand von 30,3 g wurde in 30 g Wasser gelöst und 2 Stunden am Rückfluß erhitzt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 20 Stunden bei 200°C im Bombenrohr gehalten. Nach dem Abkühlen wurde unter reduziertem Druck bis zu einer Innentemperatur von 95°C eingeengt. Der Rückstand wurde mit einer Mischung von 30 ml Methanol und 10 ml Wasser digeriert. Man erhielt 16,1 g (72,5% d.Th.) Aminomethanphosphonsäure.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen der Formel I worin R¹ Hydroxy, C₁-C₄-Alkyl oder Phenyl bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man N-Hydroxymethylamide der allgemeinen Formel IIR₂ - CONHCH₂OH (II)worin R² Wasserstoff, Alkyl mit 1 bis 6 C-Atomen, Benzyl oder Phenyl, das unsubstituiert oder durch ein oder mehrere Reste aus der Gruppe C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy und Halogen substituiert ist, bedeutet, mit phosphoriger Säure bzw. phosphonigen Säuren der allgemeinen Formel III, worin R¹ die genannte Bedeutung hat, in Gegenwart von mindestens äquimolarer Menge Essigsäureanhydrid, bezogen auf die Verbindung der Formel II, umsetzt und das nach der Umsetzung anfallende Reaktionsprodukt anschließend mit Wasser bei 80 bis 300°C, umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ Hydroxy bedeutet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ Methyl, Ethyl oder Phenyl bedeutet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichent, daß R² H, C₁-C₃-Alkyl, Benzyl oder Phenyl bedeutet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß R² Phenyl bedeutet.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur für die Umsetzung mit Wasser 150 bis 250°C beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen der Formeln II und III und Essigsäureanhydrid im Molverhältnis 1 : 1 : 1,5 bis 1 : (1-1,1) : 8 umgesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis von 1 : 1 : 1,5 bis 1 : 1 : 4 beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der Verbindungen der Formeln II und III in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Essigsäure ist.