EP1137651A1 - 1-hydroxy-3-sulfonoalkane-1,1-diphosphonous acids - Google Patents

1-hydroxy-3-sulfonoalkane-1,1-diphosphonous acids

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Publication number
EP1137651A1
EP1137651A1 EP99958148A EP99958148A EP1137651A1 EP 1137651 A1 EP1137651 A1 EP 1137651A1 EP 99958148 A EP99958148 A EP 99958148A EP 99958148 A EP99958148 A EP 99958148A EP 1137651 A1 EP1137651 A1 EP 1137651A1
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EP
European Patent Office
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mol
water
formula
acid
mixture
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99958148A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Christoph Holzner
Roland KLEINSTÜCK
René GRAUPNER
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Bayer AG
Original Assignee
Bayer AG
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Publication date
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    • C23F11/167Phosphorus-containing compounds
    • C23F11/1676Phosphonic acids

Definitions

  • the present invention relates to l-hydroxy-3-sulfonopropane-l, l-diphosphonic acids and phosphonate-containing mixtures containing these acids, a process for their preparation and their use as water treatment chemicals and
  • water treatment chemicals or sequestering agents are used to protect against unwanted deposits of poorly soluble calcium salts (scale) and, if necessary, also against corrosion of the iron-containing materials.
  • l-Hydroxyalkane-l, l-diphosphonic acids with the structural element -C (OH) (PO 3 H 2 ) 2 have long been known as water treatment chemicals. They are obtained by reacting carboxylic acids or carboxylic acid derivatives with inorganic compounds of trivalent phosphorus under dehydrating conditions and subsequent hydrolysis.
  • HEDP is prepared from an acetyl derivative used in excess and an inorganic compound of trivalent phosphorus under initially dehydrating conditions, for example by reaction of 2.4 mol of acetic acid, 1 mol of PC1 3 and 0.6 mol of water, subsequent hydrolysis and removal of excess acetic acid (see US-A-4,060,546, Example 2).
  • the most important The application for HEDP is the inhibition of scale formation in cooling water (PR Puckorius, SD Strauss; Power, May 1995, pages 17 to 28, especially page 18).
  • HEDP high-density polyethylene glycol
  • a disadvantage of HEDP is the fact that it forms a very poorly soluble calcium salt. When the calcium content in the cooling water is high, the HEDP-Ca salt precipitates, so that the effective concentration of the inhibitor in the solution decreases and deposits of the HEDP-Ca salt can occur instead of the calcium carbonate deposits to be prevented.
  • n can take integer values between 3 and 10 and X can be OH or NH 2 .
  • the calcium tolerance of a stone inhibitor can easily be determined in a standardized turbidity test by gradually increasing the concentration of the inhibitor at a fixed calcium concentration and a fixed pH until a clouding-causing precipitate occurs. The higher the inhibitor can be dosed without significant precipitation, the higher its calcium tolerance.
  • a high calcium tolerance means that a high effective inhibitor concentration is set with an inhibitor in water with a high calcium content can be. This is a necessary but not sufficient condition for the use of an inhibitor in very hard water. The actual effectiveness of the inhibitor must also be proven in a stone inhibition test.
  • Sulfono-l, l-diphosphonic acids as stone inhibitors compared to HEDP shows.
  • a clear disadvantage of the sulfonated species from this publication compared to HEDP is their costly synthesis: expensive ⁇ -bromoalkanecarboxylic acids are used as raw materials for the preparation of the l-hydroxy- ⁇ -sulfonoalkane-l, l-diphosphonic acids. These are first reacted with phosphorus trichloride and water under dehydrating conditions to give ⁇ -bromo-1-hydroxyalkane-l, l-diphosphonic acids.
  • the bromine is then replaced by the sulfonic acid group by treating the reaction mixture with aqueous sodium sulfite solution and alkali metal hydroxide solution.
  • the bromide that is split off remains dissolved in the aqueous product solution. It cannot be separated and recovered with reasonable effort.
  • the present invention was based on the object of providing a stone and corrosion inhibitor which
  • R 1 and R 2 independently of one another are hydrogen or methyl and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion,
  • R 1 and R 2 are hydrogen and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion or those in which R 1 is methyl and R 2 is hydrogen and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion or those in which
  • R 1 is hydrogen and R 2 is methyl and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion
  • R 1 and R 2 are independently hydrogen or methyl
  • M 1 to M 5 and M 1 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion
  • Z represents a group of the formula -COOM 1 or -C (OH) (PO 3 M 1 M 2 ) 2
  • n can assume integer values from 1 to 5 and the mean value for n over all compounds of types (II) and (III) is between 1 and 2.
  • Formula (III) is at least 5 to 1, particularly preferably at least 10 to 1,
  • the proportion of phosphorus in the individual compounds of the mixture is determined by the relative intensity of the signals of the respective compounds in the 31 P-NMR
  • the phosphonate of formula (I) shows a characteristic triplet with a coupling constant J PH of 14.8 Hz (aqueous solution of the free acid at pH 0 to 1).
  • Signals to the -CHR 2 -COOM signals determined.
  • the signal intensity of the protons inside is determined from the intensity of the very broad signals in the range from 1.3 to 2.3 ppm (at pH 6 to 7, compared to sodium 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid in D 2 O) or in Range from 1.3 to 2.55 ppm (at pH 0 to 3, compared to 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid sodium salt in D 2 O).
  • n ⁇ according to the following formula:
  • the formula must be modified accordingly for methacrylic acid or crotonic acid as raw materials.
  • R 1 and R 2 are independently hydrogen or methyl
  • step b) optionally treating the reaction mixture from step a) with a strongly acidic cation exchanger in the H + form;
  • step a) or d) recovery of the amine added in step a) or d) by alkalizing the reaction mixture with alkali metal hydroxide solution, separating off the released amine and reusing the amine in process step a) or d).
  • the unsaturated carboxylic acids to be used in process step a) are, for example, acrylic acid, methacrylic acid or crotonic acid, preferred are acrylic acid and crotonic acid, particularly preferably acrylic acid. Mixtures of the carboxylic acids mentioned can also be used, for example a mixture of acrylic acid and crotonic acid.
  • the monovalent base to be used in process step a) can be an alkali metal hydroxide, ammonia or an aliphatic primary, secondary or tertiary amine.
  • Sodium hydroxide or a tertiary amine is preferably used, particularly preferably tributylamine.
  • the type of base used influences, inter alia, the proportion of oligomers in the end product.
  • sodium hydroxide for example, significantly more oligomers are obtained than with tributylamine as the base.
  • the factor in the above formula preferably takes values from 0 to 1, particularly preferably values from 0.3 to 0.9. Any amine salt possibly formed in process step a) can advantageously also be used in this amount in the later process step d).
  • the preferred amount of water to be used if sodium hydroxide is used as the base, is 20 to 30 mol. If a tertiary amine is used as the base, the preferred amount of water is significantly smaller. The reason for this difference is on the one hand the different solubility of the salts, on the other hand the advantageous fact that dewatering according to process step c) can be saved if an amine is used as the base and if the amount of water in
  • Step a) is adapted to the substantially lower amount of water preferred in step d). If tributylamine is used as the base in step a) and as the P (III) -containing raw material in later process step d) PC1 3 , 3 to 5.8 mol, preferably 3.8 to 4.6 mol, are preferred in process step a) Water used. This amount of water already corresponds to the amount required in process step d) plus the amount of water (1 mol) consumed by chemical reaction in process step a), so that dewatering (process step c) and ion exchange (process step b) can be dispensed with.
  • the preferred amount of carboxylic acid to be used if sodium hydroxide is used as the base, is 1 to 2 mol, particularly preferably 1.05 to 1.15. If a tertiary amine is used as the base, 0.90 to 0.98 mol of carboxylic acid are preferably used.
  • the molar amounts just mentioned are total amounts over the entire decay step a).
  • the amount of base added and the amount of water can step-wise execution of process step a) can be divided: So it turned out to be advantageous, initially
  • This division into two sub-steps 1) and 2) has the advantage that the pH can more easily be kept constant during the reaction with the unsaturated carboxylic acid.
  • the preferred pH range for substep 2) is 3 to 8, particularly preferably pH 5 to 6.
  • Process step a) is particularly simple if
  • Sodium hydroxide is used as the base. Instead of reacting SO 2 with sodium hydroxide solution and water, a solution of the commercially available sodium disulfite in water can be prepared directly here and reacted with a solution of carboxylic acid and sodium hydroxide in water. If the sodium disulfite solution is initially introduced and the sodium carboxylate solution is added, the proportion of oligomers in the end product is lower than if the sodium carboxylate solution is initially introduced and then the sodium disulfite solution is added.
  • the preferred reaction temperature for substep 1) is 0 to 40 ° C.
  • 20 to 80 ° C. are preferred if an alkali metal hydroxide is used as the base, and 40 to 100 ° C. if an amine is used as the base.
  • Process step b) is only necessary if an alkali hydroxide was used as base in step a). In the ion exchange process, at least 50%, preferably at least 70%, of all alkali ions should be exchanged for H + ions. If an amine is used as the base, step b) can be omitted.
  • a resin with SO 3 H groups, such as LEWATIT® S 100, can be used as the ion exchanger.
  • Process step c) is necessary if the aqueous solution from process step a) or b) contains more than 4.8 mol of water per mol of SO used.
  • Process step c) is usually necessary after process step b), since the eluates from the ion exchange resin usually contain too much water. If an amine is used as the base, step c) can be omitted, provided that no more than 5.8 mol of water was used in step a).
  • Dewatering is preferably carried out by distillation in vacuo at a pressure greater than or equal to 20 mbar and a bottom temperature of less than or equal to 90 ° C.
  • a membrane process for concentrating the solution is also suitable.
  • the P (III) -containing raw material to be used in process step d) can be one of the following pure compounds or a mixture of the same compounds of trivalent phosphorus: phosphorus trichloride (PC1 3 ), phosphorus tribromide (PBr 3 ), phosphorus trioxide (PO 6 ), pyrophosphorous Acid (H 4 P 2 O 5 ), Phosphorous acid
  • the raw material containing P (III) only gives the desired reaction under dehydrating conditions.
  • Dehydrating conditions means that in the
  • the initial molar ratio of the oxygen atoms bound to phosphorus (mol Op -bound ) to all the phosphorus atoms present in the mixture (mol P total ) must not be greater than 2.4.
  • this initial molar ratio (mol Op -bound ) / (mol P total ) all oxygen atoms from the phosphorus-containing raw materials plus the oxygen atoms from possibly added water or from the water already present in the reaction mixture and divided by the number of P atoms from all added phosphorus-containing raw materials.
  • the oxygen atoms from raw materials other than water and P (III) raw material are not counted.
  • the suitable raw materials show as pure substances the following initial molar ratios (mol O P born and s y (m ol Pg tal).
  • Phosphorus trichloride and phosphorus trihalides bromide (0), phosphorus trioxide (1.5), pyrophosphoric acid (2.5 ), Phosphorous acid and its esters (3)
  • phosphorus trioxide can be used as pure substances, all other substances must be mixed with another suitable P (III) raw material or in a mixture to achieve the desired molar ratio be used with water.
  • Preferred P (III) raw materials are the readily available and inexpensive chemicals phosphorus trichloride and phosphorous acid. If these preferred raw materials are used, an initial molar ratio (mol O P. Bound ) / (mol P total ) of 1.4 to 1.8 is very particularly preferred. To achieve an initial molar ratio (mol O P-bonded ) / (mol P total ) of 1 > 5, for example, 1 mol of phosphorus trichloride must be used together with 0.5 mol of phosphorous acid or together with 1.5 mol of water. Phosphorus trichloride, phosphorous acid and water can also be used in a combination of three. The use of 3/3 mol PC1 3 to 2/3 mol water and 1/3 mol H 3 PO 3 is particularly advantageous because
  • Phosphorous acid can then be used in the form of a particularly inexpensive 70% aqueous solution, a waste product of fatty acid chlorination.
  • Reaction step d) can be carried out in the presence of an amine salt, the amine salt of the amine which has already been added in process step a) preferably being used.
  • an amine salt the amine salt of the amine which has already been added in process step a) preferably being used.
  • Process step d) added free acids plus the acids formed by hydrolysis of PC1 3 , PBr 3 or P 4 O 6 are greater than the molar amount of the free amine, ie the reaction mixture must have an excess of acid. If, for example, PC1 3 , water and H 3 PO 3 are used as raw materials, this condition can be expressed in the following inequality:
  • the amine salt accelerates the reaction and leads to a higher yield of phosphonate in a shorter time.
  • the reaction in the presence of an amine salt the reaction in
  • Process step d) at 75 ° C for about one to three hours.
  • the temperature in process step d) can be 40 to 180 ° C. Reaction temperatures of 60 to 130 ° C are preferably used. If low-boiling PC1 3 is used as raw material, the reaction temperature is 130 ° C
  • the order in which the raw materials are put together is arbitrary.
  • reaction mixture from process step d) is hydrolyzed.
  • at least as much water or aqueous hydrochloric acid is added that all PCI or PBr bonds or P-O-P- used in process step d)
  • Bridges can be hydrolyzed.
  • the one already used in process step d) The amount of water is taken into account. For example, if 1.5 mol PC1 3 and 1 mol water were used in addition to other raw materials in process step d), at least 2 mol water must be added again in process step c).
  • the preferred amount of water is 1.1 to 20 times the minimum amount.
  • the hydrolysis is preferably carried out at temperatures from 70 to 120 ° C., particularly preferably at 90 to 110 ° C.
  • the hydrolysis can also be carried out at elevated pressure.
  • the preferred time for the hydrolysis is one hour to 24 hours, particularly preferably 12 to 20 hours.
  • step f volatile constituents of the reaction mixture, especially water and hydrogen chloride, are distilled off.
  • the mixture is preferably heated to temperatures of up to 130 ° C. and aqueous hydrochloric acid is taken off at normal pressure or in vacuo.
  • process step g) If process step d) was carried out in the presence of an amine salt, the process is completed by process step g).
  • the reaction mixture is adjusted to a pH greater than 7, preferably to pH 10-14, by adding alkali metal hydroxide solution, preferably sodium hydroxide solution.
  • alkali metal hydroxide solution preferably sodium hydroxide solution.
  • trimethylamine, triethylamine or tripropylamine it can be separated off by distillation. Due to their low water solubility, tributyl-, tripentyl- or trihexylamine can be separated from the phosphonate mixture very well by phase separation.
  • the recovered amine can be reused in process step a) or d).
  • the substances and mixtures according to the invention can be used in many ways, for example as scale inhibitors and also as corrosion inhibitors. Areas of application of such agents can be, for example: water treatment (e.g. treatment of cooling water, process water, injection water for secondary oil production and water treatment in mining) as well as industrial and institutional cleaning applications (e.g. container and equipment cleaning in the food industry, bottle cleaning, institutional dishwashing detergents and detergents) .
  • water treatment e.g. treatment of cooling water, process water, injection water for secondary oil production and water treatment in mining
  • industrial and institutional cleaning applications e.g. container and equipment cleaning in the food industry, bottle cleaning, institutional dishwashing detergents and detergents
  • Such agents contain an l-hydroxy-3-sulfonopropane-l, l-diphosphonic acid of the formula (I) or a phosphonate-containing mixture of substances of the formulas (II) to (V), optionally also (II) to (VII), preferably in a total phosphonic acid concentration of 1 to 20%. Calculating the concentration of free
  • Phosphonic acid is described in Example 1, process step g).
  • the agents can of course also contain the phosphonic acids in the form of their alkali metal, ammonium or alkylammonium salts.
  • Zinc salts molybdates, borates, silicates, azoles (e.g. tolyl or benzotriazole), other phosphonic acids, homo-, co- and terpolymers based on acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, and possibly also co-monomers with phosphonate Containing sulfonate and / or hydroxy side groups, further polyaspartic acids, lignin sulfonates, tannins, phosphates, complexing agents, citric acid, tartaric acid, gluconic acid, surfactants, disinfectants, dispersants, biocides.
  • acids e.g. "phosphonic acids”
  • their salts phosphonates
  • vice versa can also be used.
  • Substances and mixtures according to the invention, to which polyaspartic acids and / or their salts have been added as an additional component, have proven particularly advantageous.
  • Preferred embodiments of the polyaspartic acids are described in DE 4 439 193 AI, which are also included in the present application.
  • the present invention further relates to a method for water treatment, which is characterized in that the substances or mixtures according to the invention are introduced into the water to be treated.
  • the present invention relates to a process for alkaline cleaning, characterized in that the substances or mixtures according to the invention are used as incrustation inhibitors / sequestering agents.
  • the substances or mixtures according to the invention for preventing deposits and deposits when used in cooling systems with fresh water cooling are added to the incoming water in concentrations between about 0.1 and 1 omg / l of active ingredient.
  • the additives for stone and / or corrosion protection are often dosed depending on the quantity of the make-up water.
  • the concentrations are between about 1 and 50 mg / 1 active ingredient in the circulating cooling water, the water hardness of which is usually much higher than that of fresh water cooling. Even higher water hardness often occurs - at least temporarily - in smaller cooling water systems, e.g. B. for air conditioners for hospitals or large office buildings, due to insufficient monitoring. Additives with a high calcium tolerance are particularly desirable for such systems. Dosages are around 10 to 500 mg / 1 active ingredient in the circulating cooling water.
  • the active ingredient concentrations used to inhibit incrustation and sequestering in alkaline cleaning are based in particular on the technical and physical conditions, such as, for. B. pH values, residence times, temperatures, water hardness.
  • 3,940,436 is in principle not suitable for the preparation of compounds of the formula (I), since sulfono group and -C (OH) (PO 3 H 2 ) 2 - Group because of the synthetic route via the epoxyethane-l, l-diphosphonic acid sodium salt can only be separated from one another by a maximum of one CH 2 group, but not by two CH 2 groups.
  • the production process according to the invention is thus the only one which enables the preparation of compounds of the formula (I) in good yields.
  • 312 g of the above solution are placed in a 1 1 multi-necked flask with stirrer, internal thermometer, 2 dropping funnels, pH electrode and reflux condenser with an air line connected to it.
  • the mixture is preheated to 60 ° C. 72.42 g (1 mol) of acrylic acid (99.5%) and 78.5 g (0.42 mol) of tributylamine are then added dropwise from this at this temperature from two separate dropping funnels.
  • the pH of the reaction mixture is between 5 and 5.5. After the dropwise addition, stirring is continued at 60 ° C. for at least two hours.
  • reaction mixture is cooled to 40 to 50 ° C. and 136 g (1.53 mol) of 45% sodium hydroxide solution are added with stirring.
  • the 60 ° C warm, two-phase mixture is transferred to a separatory funnel.
  • Phase consists of 70.4 g of tributylamine, which can be used again in the synthesis without further purification (the degree of recovery for tributylamine in this experiment is 97.9%).
  • the heavier aqueous phase (490.4 g) is the desired phosphonate mixture.
  • a phosphorus content of the solution of 3.41% is calculated from the mass of the aqueous phase, the molar amount of PC1 3 used and the loss of PCl 3 by evaporation.
  • Residues of tributylammonium ions appear at 0.93, 1.38, 1.7 and 3.1 ppm.
  • the total mixture corresponds to the amounts of 1 mol of sulfur dioxide, 2.025 mol of sodium hydroxide solution, 1.1 mol of acrylic acid and 25.6 mol of water.
  • the solution from process step a) is passed through a column with 1.4 1 LEWATIT® S 100 ion exchanger (acid form).
  • the eluate from process step b) is first dewatered on a rotary evaporator at a heating bath temperature of 60 ° C. and a pressure of 50 mbar, and finally at 90 ° C. and 20 mbar for a further 10 minutes. 161 g of a solid residue are obtained.
  • the triplet of a -CH 2 -OH species appears, at 4.25 to 4.45 ppm a signal group for various -CH 2 -O-CO group-containing compounds.
  • the molar ratio of -CH 2 -SO 3 M to (-CH 2 -OH + -CH 2 -O-CO-) is 7.9.
  • the very broad signals for the inner protons of the various oligomers are at 1.5 to 2.55 ppm.
  • the average degree of oligomerization n- n i tt ,,] is calculated to be 1.18 (no change compared to the analysis after process step a)).
  • the mixture presented corresponds to the use amounts of originally 0.091 mol SO 2 and 0.1 mol acrylic acid and currently 0.2 mol amine and 0.3 mol water.
  • the heavier aqueous phase (216 g) is the desired phosphonate mixture. From the mass of the aqueous phase, the molar amount of PC1 3 used and the estimated PCl 3 loss of 8% by evaporation and sampling for analysis, a phosphorus content of the solution of 2.72% is calculated.
  • a sample of the solution is mixed with sodium hydroxide solution and after the
  • the added amount of phosphorus is calculated such that the molar ratio of employed amount of phosphorus to be inserted SO 2 quantity 2, or the Molar ratio of the amount of SO 2 used to the amount of phosphorus used is 0.5.
  • the molar ratio of free water before the PCl 3 addition to the phosphorus used is 1.7. After the addition of PCl 3 , the reaction mixture is stirred at 70 to 80 ° C. for a further 3 hours.
  • the reaction mixture is cooled to 60 ° C. and 213 g (2.4 mol) of 45% sodium hydroxide solution are added with stirring.
  • the 60 ° C warm, two-phase mixture is transferred to a separatory funnel.
  • the lighter, organic phase which separates out consists of 102.5 g of tributylamine, which can be used again in the synthesis without further purification (the degree of recovery for tributylamine in this experiment is 98.9%).
  • the heavier aqueous phase (724.5 g) is the desired phosphonate mixture.
  • a phosphorus content of the solution of 3.11% is calculated from the mass of the aqueous phase, the molar amount of PC1 3 used and the PCl 3 loss by evaporation.
  • step a) the methacrylic acid is reacted at 80 ° C. from the start.
  • a sample of the reaction solution obtained there is mixed with sodium hydroxide solution and, after the amine has been separated off on a rotary evaporator, concentrated at 20 mbar and 90 ° C.
  • a phosphite of the formula (IV) at 3.7 ppm (29.4% of the phosphorus) and a phosphate of the formula (V) at 4.6 ppm are also detectable (16.1% of the phosphorus). Together with other phosphonates of unknown structure, a total of 54.5% of the phosphorus is present in phosphonates.
  • the 31 P-NMR spectrum shows a triplet characteristic of the -CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group of achiral compounds at 18.8 ppm. Only 13.2% of the phosphorus is contained in this -CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group.
  • a compound of the formula can also be used
  • This compound contains 11.5% of the phosphorus. Together with other phosphonates of unknown structure, a total of 91.0% of the phosphorus is present in phosphonates. The majority of the phosphonates contained cannot be assigned here either in terms of their structure. 8.0% of the phosphorus is present as phosphate of the formula (V), the chemical shift of which is 2.9 ppm.
  • the reaction mixture is alkaline immediately after the solution is added dropwise. After heating to 95-100 ° C., the pH drops to approximately 6. The mixture is heated to 100 ° C. with stirring for 19 hours.
  • the solution obtained (129.9 g) has a final pH of 4.3.
  • the 3, P-NMR spectrum shows a triplet characteristic of the -CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group of achiral compounds at 19.0 ppm. This group contains 23.1% of the phosphorus. Together with other phosphonates of unknown structure, a total of 87.8% of the phosphorus is present in phosphonates. The majority of the phosphonates contained can be obtained from the
  • the pH of the solution is adjusted to 9.0 by adding sodium hydroxide solution or hydrochloric acid, and the volume is then made up to 1 liter.
  • This solution contains 500 mg / 1
  • the sealed bottles are stored in a forced-air drying cabinet at 75 ° C for 24 h. After cooling, the pH is measured (control) and - after stirring in any salts which may have precipitated for homogenization - the turbidity of the samples measured in a turbidity photometer according to EN 27027 in a 50 mm cuvette and given as FNU (formazin - nephelometry unit).
  • a high calcium tolerance is a prerequisite for an effective calcium carbonate inhibition in water with a high calcium concentration.
  • Three different waters which are oversaturated in calcium carbonate, are synthetically prepared from demineralized water by dissolving salts and adjusting the pH with sodium hydroxide solution or hydrochloric acid. In these waters, the deposition of solids during storage is examined depending on the added stone inhibitors of different structure and concentration.
  • a synthetic tap water of the following composition is produced: 100 mg / 1 Ca 2+ and 12 mg / 1 Mg 2+ , corresponding to 3 mmol / 1 alkaline earth ions and a total hardness of 300 ppm CaCO 3 or 17 ° d GH,
  • the total hardness (initial hardness) of this water is determined by titration with EDTA.
  • a small amount of the inhibitor is added to this water so that its concentration in the test solution, calculated as free inhibitor acid, is 2, 5, 10 or 25 ppm.
  • the substance according to the invention is able to stabilize a higher residual hardness than all other comparison substances.
  • the minimum inhibitor concentration which just prevents scale from being separated from double-concentrated synthetic water is 5 mg / l for the substance according to the invention from Example 1, and for the substances from the comparative examples claimed by US Pat. No. 5,221,487 3 and 4 at 10 mg / 1, in the case of the manufacturing process provided sample from comparative example 1 at 25 mg / 1 and at HEDP above 25 mg / 1.
  • the substance according to the invention therefore already achieves the same effect as the substances described there at half the dosage.
  • Example 6a In comparison to Example 6a), a synthetic water with four times the ion concentration is used.
  • a synthetic cooling water which has twice the ion concentrations in comparison to example 6a).
  • An inhibitor concentration of 30 mg / l is established in 12 liters of this synthetic water by adding de-neutralized inhibitor.
  • This solution is poured into a 12 liter container in which four steel tube rings made of carbon steel (St 37) degreased by pretreatment with acetone are moved through the solution at a speed of 0.6 m / s on a stirrer.

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Abstract

The present invention relates to 1-hydroxy-3-sulfonopropane-1,1-diphosphonous acids, to phosphonate-containing mixtures which contain said acids, to a method for producing the same and to the application thereof as water treatment chemicals and sequestering agents.

Description

l-Hydroxy-3-sulfonoalkan-l,l-diphosphonsäurenl-Hydroxy-3-sulfonoalkane-l, l-diphosphonic acids
Die vorliegende Erfindung betrifft l-Hydroxy-3-sulfonopropan-l,l-diphosphon- säuren sowie diese Säuren enthaltende phosphonathaltige Mischungen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Anwendung als Wasserbehandlungschemikalien undThe present invention relates to l-hydroxy-3-sulfonopropane-l, l-diphosphonic acids and phosphonate-containing mixtures containing these acids, a process for their preparation and their use as water treatment chemicals and
Sequestriermittel.Sequestrant.
Bei industriellen wäßrigen Systemen wie Kühlwassersystemen oder dampferzeugenden Systemen, aber auch bei der alkalischen Reinigung, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, werden Wasserbehandlungchemikalien bzw. Sequestriermittel zum Schutz gegen unerwünschte Ablagerungen von schwerlöslichen Calciumsalzen (Kesselstein) sowie gegebenenfalls auch gegen Korrosion der eisenhaltigen Werkstoffe eingesetzt.In industrial aqueous systems such as cooling water systems or steam-generating systems, but also in alkaline cleaning, for example in the food industry, water treatment chemicals or sequestering agents are used to protect against unwanted deposits of poorly soluble calcium salts (scale) and, if necessary, also against corrosion of the iron-containing materials.
l-Hydroxyalkan-l,l-diphosphonsäuren mit dem Strukturelement -C(OH)(PO3H2)2 sind als Wasserbehandlungschemikalien seit langem bekannt. Sie werden durch Umsetzung von Carbonsäuren oder Carbonsäurederivaten mit anorganischen Verbindungen des dreiwertigen Phosphors unter dehydratisierenden Bedingungen und anschließende Hydrolyse erhalten.l-Hydroxyalkane-l, l-diphosphonic acids with the structural element -C (OH) (PO 3 H 2 ) 2 have long been known as water treatment chemicals. They are obtained by reacting carboxylic acids or carboxylic acid derivatives with inorganic compounds of trivalent phosphorus under dehydrating conditions and subsequent hydrolysis.
Bekanntester Vertreter der l-Hydroxyalkan-l,l-diphosphonsäuren ist die 1-Hydroxy- ethan-l,l-diphosphonsäure (HEDP) der FormelThe best-known representative of l-hydroxyalkane-l, l-diphosphonic acids is 1-hydroxyethane-l, l-diphosphonic acid (HEDP) of the formula
CH3-C(OH)(PO3H2)2 CH 3 -C (OH) (PO 3 H 2 ) 2
HEDP wird aus einem im Überschuß eingesetzten Acetylderivat und einer anorganischen Verbindung des dreiwertigen Phosphors unter zunächst dehydratisierenden Bedingungen dargestellt, beispielsweise durch Umsetzung von 2,4 mol Essigsäure, 1 mol PC13 und 0,6 mol Wasser, anschließende Hydrolyse und Abtrennung über- schüssiger Essigsäure (siehe US-A-4 060 546, Beispiel 2). Die wichtigste An- wendung für HEDP ist die Inhibierung der Kesselsteinbildung in Kühlwässern (P. R. Puckorius, S. D. Strauss; Power, May 1995, Seiten 17 bis 28, besonders Seite 18).HEDP is prepared from an acetyl derivative used in excess and an inorganic compound of trivalent phosphorus under initially dehydrating conditions, for example by reaction of 2.4 mol of acetic acid, 1 mol of PC1 3 and 0.6 mol of water, subsequent hydrolysis and removal of excess acetic acid (see US-A-4,060,546, Example 2). The most important The application for HEDP is the inhibition of scale formation in cooling water (PR Puckorius, SD Strauss; Power, May 1995, pages 17 to 28, especially page 18).
Ein Vorteil von HEDP ist die einstufige Synthese aus preisgünstigen Rohstoffen. Ein Nachteil von HEDP ist die Tatsache, daß es ein sehr schwerlösliches Calciumsalz bildet. Bei hohen Calciumgehalten im Kühlwasser kommt es zur Ausfällung des HEDP-Ca-Salzes, so daß die wirksame Konzentration des Inhibitors in der Lösung abnimmt und anstelle der zu verhindernden Calciumcarbonat- Ablagerungen nun Beläge des HEDP-Ca-Salzes auftreten können.One advantage of HEDP is the one-step synthesis from inexpensive raw materials. A disadvantage of HEDP is the fact that it forms a very poorly soluble calcium salt. When the calcium content in the cooling water is high, the HEDP-Ca salt precipitates, so that the effective concentration of the inhibitor in the solution decreases and deposits of the HEDP-Ca salt can occur instead of the calcium carbonate deposits to be prevented.
In US-A-5 221 487 wird vorgeschlagen, ω-Sulfono-l,l-diphosphonsäuren der FormelIn US-A-5 221 487 it is proposed ω-sulfono-l, l-diphosphonic acids of the formula
als Kesselstein- und Korrosionsinhibitoren zu verwenden, wobei n ganzzahlige Werte zwischen 3 und 10 annehmen kann und X gleich OH oder NH2 sein kann. Die to be used as scale and corrosion inhibitors, where n can take integer values between 3 and 10 and X can be OH or NH 2 . The
Verbindungen mit X = OH ähneln dem HEDP insofern, als beide Verbindungen eine l-Hydroxy-l,l-diphosphonsäure-Gruppierung -C(OH)(PO3H2)2 aufweisen. Ein Vorteil der sulfonierten Phosphonsäuren gegenüber HEDP ist deren wesentlich höhere Calciumtoleranz. Dies wird eindrucksvoll durch das Beispiel 10 in US-A-5 221 487 belegt.Compounds with X = OH are similar to HEDP in that both compounds have an l-hydroxy-l, l-diphosphonic acid group -C (OH) (PO 3 H 2 ) 2 . One advantage of sulfonated phosphonic acids over HEDP is their significantly higher calcium tolerance. This is impressively demonstrated by Example 10 in US-A-5 221 487.
Die Calciumtoleranz eines Steininhibitors läßt sich leicht in einem standardisierten Trübungstest bestimmen, indem bei festgelegter Calciumkonzentration und festgelegtem pH- Wert die Konzentration des Inhibitors schrittweise erhöht wird, bis ein trübungsverursachender Niederschlag auftritt. Je höher der Inhibitor dosiert werden kann, ohne daß ein nennenswerter Niederschlag auftritt, desto höher ist seine Calciumtoleranz. Eine hohe Calciumtoleranz bedeutet, daß mit einem Inhibitor in stark calciumhaltigem Wasser eine hohe wirksame Inhibitorkonzentration eingestellt werden kann. Dies ist eine notwendige aber keine hinreichende Bedingungen für den Einsatz eines Inhibitors in sehr harten Wässern. Die eigentliche Wirksamkeit des Inhibitors muß zusätzlich in einem Steininhibiertest belegt werden.The calcium tolerance of a stone inhibitor can easily be determined in a standardized turbidity test by gradually increasing the concentration of the inhibitor at a fixed calcium concentration and a fixed pH until a clouding-causing precipitate occurs. The higher the inhibitor can be dosed without significant precipitation, the higher its calcium tolerance. A high calcium tolerance means that a high effective inhibitor concentration is set with an inhibitor in water with a high calcium content can be. This is a necessary but not sufficient condition for the use of an inhibitor in very hard water. The actual effectiveness of the inhibitor must also be proven in a stone inhibition test.
In US-A-5 221 487 fehlt aber ein Steininhibiertest, der die Wirksamkeit der ω-In US-A-5 221 487, however, a stone inhibition test is missing, which tests the effectiveness of the ω-
Sulfono-l,l-diphosphonsäuren als Steininhibitoren im Vergleich zu HEDP zeigt. Somit ist ein technischer Vorteil gegenüber dem HEDP, als nächstliegendem Stand der Technik, nicht dargestellt. Ein eindeutiger Nachteil der sulfonierten Spezies aus dieser Publikation gegenüber HEDP ist nämlich deren kostspielige Synthese: für die Herstellung der l-Hydroxy-ω-sulfonoalkan-l,l-diphosphonsäuren werden teure ω-Bromalkancarbonsäuren als Rohstoffe eingesetzt. Diese werden mit Phosphortri- chlorid und Wasser unter dehydratisierenden Bedingungen zunächst zu ω-Brom-1- hydroxyalkan-l,l-diphosphonsäuren umgesetzt. Anschließend erfolgt eine Substitution des Brom durch die Sulfonsäuregruppe, indem man das Reaktionsge- misch mit wäßriger Natriumsulfitlösung und Alkalilauge behandelt. Das abgespaltene Bromid bleibt in der wäßrigen Produktlösung gelöst. Es läßt sich nicht mit vertretbarem Aufwand abtrennen und rückgewinnen.Sulfono-l, l-diphosphonic acids as stone inhibitors compared to HEDP shows. A technical advantage over the HEDP, as the closest prior art, is therefore not shown. A clear disadvantage of the sulfonated species from this publication compared to HEDP is their costly synthesis: expensive ω-bromoalkanecarboxylic acids are used as raw materials for the preparation of the l-hydroxy-ω-sulfonoalkane-l, l-diphosphonic acids. These are first reacted with phosphorus trichloride and water under dehydrating conditions to give ω-bromo-1-hydroxyalkane-l, l-diphosphonic acids. The bromine is then replaced by the sulfonic acid group by treating the reaction mixture with aqueous sodium sulfite solution and alkali metal hydroxide solution. The bromide that is split off remains dissolved in the aqueous product solution. It cannot be separated and recovered with reasonable effort.
Eine weitere l-Hydroxy-ω-sulfonoalkan-l,l-diphosphonsäure der FormelAnother l-hydroxy-ω-sulfonoalkane-l, l-diphosphonic acid of the formula
mit n =1with n = 1
wird in US-A-3 940 436 als potentieller Steininhibitor erwähnt (ibid., Verbindungis mentioned in US-A-3,940,436 as a potential stone inhibitor (ibid., compound
Nr. 21 in Spalte 8). Der kürzestmögliche Syntheseweg für diese Verbindung (ibid., Spalte 3, Zeilen 1 bis 29) beginnt mit der Dehydratisierung des festen HEDP- Natriumsalzes zum Vinylidendiphosphonsäure-Natriumsalz, welches aufwendig ge- reinigt werden muß. Anschließend wird das Vinylidendiphosphonsäure-Natriumsalz mit Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Natriumwolframat als Katalysator epoxididert. Das erhaltene Epoxyethan-l,l-diphosphonsäure-Natriumsalz muß anschließend mit Natriumdisulfit in wäßriger Lösung umgesetzt werden (nicht mit Schwefelsäure, wie in US-A-3 940 436, Beispiel XI irrtümlich beschrieben).No. 21 in column 8). The shortest possible synthetic route for this compound (ibid., Column 3, lines 1 to 29) begins with the dehydration of the solid HEDP sodium salt to the vinylidene diphosphonic acid sodium salt, which is expensive must be cleaned. The vinylidene diphosphonic acid sodium salt is then epoxidized with hydrogen peroxide in the presence of sodium tungstate as a catalyst. The epoxyethane-l, l-diphosphonic acid sodium salt obtained must then be reacted with sodium disulfite in aqueous solution (not with sulfuric acid, as described in error in US Pat. No. 3,940,436, Example XI).
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Stein- und Korrosionsinhibitor zur Verfügung zu stellen, derThe present invention was based on the object of providing a stone and corrosion inhibitor which
- aus preisgünstigen Rohstoffen und mit hoher Ausbeute zugänglich ist- Accessible from inexpensive raw materials and with high yield
- in einem sehr breiten Wasserhärtebereich gute Steininhibierwirkung aufweist und- Has a good stone inhibition effect in a very wide range of water hardness and
- speziell in Wässern mit sehr hoher Calcium-Konzentration keine schwerlöslichen Calciumsalze abscheidet.- Especially in waters with a very high calcium concentration, it does not separate out poorly soluble calcium salts.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung von l-Hydroxy-3- sulfonopropan-l,l-diphosphonsäuren der Formel (I) sowie ihren Salzen gelöst,This object is achieved according to the invention by providing l-hydroxy-3-sulfonopropane-l, l-diphosphonic acids of the formula (I) and their salts,
wobei R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl bedeuten und M1 bis M5 unabhängig voneinander für ein Wasserstoff-, Alkali-, Ammonium- oder ein alkyliertes Ammoniumion stehen,where R 1 and R 2 independently of one another are hydrogen or methyl and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion,
wobei solche Verbindungen der Formel (I) bevorzugt sind, in denenpreference being given to those compounds of the formula (I) in which
R1 und R2 Wasserstoff bedeuten und M1 bis M5 unabhängig voneinander für ein Wasserstoff-, Alkali-, Ammonium- oder ein alkyliertes Ammoniumion stehen oder solche, in denen R1 Methyl und R2 Wasserstoff bedeuten und M1 bis M5 unabhängig voneinander für ein Wasserstoff-, Alkali-, Ammonium- oder ein alkyliertes Ammoniumion stehen oder solche, in denenR 1 and R 2 are hydrogen and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion or those in which R 1 is methyl and R 2 is hydrogen and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion or those in which
R1 Wasserstoff und R2 Methyl bedeuten und M1 bis M5 unabhängig voneinander für ein Wasserstoff-, Alkali-, Ammonium- oder ein alkyliertes Ammoniumion stehenR 1 is hydrogen and R 2 is methyl and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion
sowie die Bereitstellung von phosphonathaltigen Mischungen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie aus folgenden Komponenten bestehen:and the provision of phosphonate-containing mixtures, which are characterized in that they consist of the following components:
einer oder mehreren Sulfonsäuren der Formel (II) oder ihren Salzenone or more sulfonic acids of formula (II) or their salts
einer oder mehreren Hydroxy-Säuren der Formel (III) oder ihren Salzenone or more hydroxy acids of formula (III) or their salts
- einem Phosphit der Formel (IV) = M'M2HPO3 a phosphite of the formula (IV) = M'M 2 HPO 3
- einem Phosphat der Formel (V) = M1M2M3Pθ4a phosphate of the formula (V) = M 1 M 2 M 3 PO 4
wobei R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl bedeuten, M1 bis M5 und M1 unabhängig voneinander für ein Wasserstoff-, Alkali-, Ammonium- oder ein alkyliertes Ammoniumion stehen, Z für eine Gruppe der Formel -COOM1 oder -C(OH)(PO3M1M2)2 steht, n ganzzahlige Werte von 1 bis 5 annehmen kann und der mittlere Wert für n über alle Verbindungen des Typs (II) und (III) zwischen 1 und 2 liegt. In der Mischung muß mindestens eine Verbindung der Formel (II) mit Z = -C(OH)(PO3M'M2)2 und n = 1, also eine Verbindung der Formel (I), enthalten sein.where R 1 and R 2 are independently hydrogen or methyl, M 1 to M 5 and M 1 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion, Z represents a group of the formula -COOM 1 or -C (OH) (PO 3 M 1 M 2 ) 2 , n can assume integer values from 1 to 5 and the mean value for n over all compounds of types (II) and (III) is between 1 and 2. The mixture must contain at least one compound of the formula (II) with Z = -C (OH) (PO 3 M'M 2 ) 2 and n = 1, that is to say a compound of the formula (I).
Gegebenenfalls enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen auch ein Chlorid der Formel (VI) = M'Cl oder ein Hypophosphit der Formel (VII) = M1H2PO2.If appropriate, the mixtures according to the invention also contain a chloride of the formula (VI) = M'Cl or a hypophosphite of the formula (VII) = M 1 H 2 PO 2 .
Die bevorzugten Mengenverhältnisse der Einzelkomponenten in der phosphonat- haltigen Mischung sind so, daßThe preferred proportions of the individual components in the phosphonate-containing mixture are such that
- mindestens 30 %, besonders bevorzugt mindestens 60 % des gesamten Phosphors der Mischung in einer Verbindung der Formel (I) vorliegen,at least 30%, particularly preferably at least 60% of the total phosphorus of the mixture is present in a compound of the formula (I),
- das Molverhältnis der Verbindungen der Formel (II) zu Verbindungen der- The molar ratio of the compounds of formula (II) to compounds of
Formel (III) mindestens 5 zu 1 , besonders bevorzugt mindestens 10 zu 1 beträgt,Formula (III) is at least 5 to 1, particularly preferably at least 10 to 1,
- das Molverhältnis der Verbindungen der Formeln (II) und (III) mit Z = -C(OH)(PO3M2)2 zu Verbindungen der Formeln (II) und (III) mit Z = COOM mindestens 1 zu 1 , besonders bevorzugt mindestens 2,3 zu 1 beträgt,- The molar ratio of the compounds of the formulas (II) and (III) with Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 to compounds of the formulas (II) and (III) with Z = COOM at least 1 to 1, especially is preferably at least 2.3 to 1,
- maximal 50 %, besonders bevorzugt maximal 30 % des gesamten Phosphors der Mischung in anorganischen Phosphorverbindungen der Formel (IV) und (V) vorliegen,a maximum of 50%, particularly preferably a maximum of 30% of the total phosphorus of the mixture is present in inorganic phosphorus compounds of the formulas (IV) and (V),
- maximal 15 % des gesamten Phosphors der Mischung in einem Phosphat der Formel (V) vorliegen.- A maximum of 15% of the total phosphorus of the mixture is present in a phosphate of the formula (V).
Der Anteil des Phosphors in den einzelnen Verbindungen der Mischung wird durch die relative Intensität der Signale der jeweiligen Verbindungen im 31P-NMR-The proportion of phosphorus in the individual compounds of the mixture is determined by the relative intensity of the signals of the respective compounds in the 31 P-NMR
Spektrum bestimmt (siehe Beispiele 1 und 2). Das Phosphonat der Formel (I) zeigt ein charakteristisches Triplett mit einer Kopplungskonstante JPH von 14,8 Hz (wäßrige Lösung der freien Säure bei pH 0 bis 1).Spectrum determined (see Examples 1 and 2). The phosphonate of formula (I) shows a characteristic triplet with a coupling constant J PH of 14.8 Hz (aqueous solution of the free acid at pH 0 to 1).
Das Molverhältnis von Verbindungen des Typs (II) zu Verbindungen des Typs (III) wird im ! H-NMR- Spektrum durch das Intensitätsverhältnis der -CHR'-SO3H-SignaleThe molar ratio of compounds of type (II) to compounds of type (III) is in ! H-NMR spectrum through the intensity ratio of the -CHR'-SO 3 H signals
(Verbindungen der Formel (II)) zu den -CHR'-OH-Signalen bestimmt (Verbindungen der Formel (III)). Beispielsweise zeigen die Signale der Verbindungen (II) mit R1 = H eine chemische Verschiebung von 3,1 bis 3,4 ppm, die Signale der Verbindungen (III) mit R1 = H eine chemische Verschiebung von 3,75 bis 4,0 ppm, beide gemessen gegenüber 3-(Trimethylsilyl)tetradeuteropropionsäure-Natriumsalz in D2O bei einem pH von 0 bis 3.(Compounds of formula (II)) determined for the -CHR'-OH signals (compounds of formula (III)). For example, the signals of the compounds (II) with R 1 = H show a chemical shift of 3.1 to 3.4 ppm, the signals of the compounds (III) with R 1 = H show a chemical shift of 3.75 to 4.0 ppm, both measured against 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid sodium salt in D 2 O at a pH of 0 to 3.
Das Molverhältnis der Verbindungen der Formeln (II) und (III) mit Z = -C(OH)(PO3M2)2 zu Verbindungen der Formeln (II) und (III) mit Z = COOM wird im 'H-NMR-Spektrum durch das Intensitätsverhältnis der -CHR2-C(OH)(PO3M2)2-The molar ratio of the compounds of the formulas (II) and (III) with Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 to compounds of the formulas (II) and (III) with Z = COOM is shown in the 'H-NMR Spectrum by the intensity ratio of the -CHR 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 -
Signale zu den -CHR2-COOM-Signalen bestimmt. Erstere Signale zeigen beispielsweise für den Fall, daß R2 = H ist, eine chemische Verschiebung von 2,0 bis 2,5 ppm, letztere für den Fall, daß R2 = H ist, eine chemische Verschiebung von 2,5 bis 3,0 ppm, beide gemessen gegenüber 3-(Trimethylsilyl)tetradeuteropropionsäure- Natriumsalz in D2O bei einem pH von 0 bis 3.Signals to the -CHR 2 -COOM signals determined. The former signals indicate, for example, for the case that R 2 = H, ppm a chemical shift of 2.0 to 2.5, the latter for the case that R 2 = H, a chemical shift of 2.5 to 3, 0 ppm, both measured against 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid sodium salt in D 2 O at a pH of 0 to 3.
Der Mittelwert des Koeffizienten n über alle Verbindungen der Formel (II) und (III), also der mittlere Oligomerisationsgrad n^,,,,,, wird ebenfalls aus dem Η-NMR- Spektrum berechnet. Für den Fall, daß die Reste R1 und R2 beide für Wasserstoff stehen (Rohstoff Acrylsäure), werden die Intensitäten der oben beschriebenenThe mean value of the coefficient n over all compounds of the formulas (II) and (III), that is to say the average degree of oligomerization n ^ ,,,,,, is likewise calculated from the Η-NMR spectrum. In the event that the radicals R 1 and R 2 both represent hydrogen (raw material acrylic acid), the intensities are those described above
-CH2-SO3H - und -CH2-OH - Signale aufaddiert und mit dem Faktor 2 multipliziert. Die erhaltene Größe ergibt die relative Signalintensität der außengelegenen Protonen. Die Signalintensität der innengelegen Protonen wird aus der Intensität der sehr breiten Signale im Bereich von 1,3 bis 2,3 ppm (bei pH 6 bis 7, gegenüber 3-(Tri- methylsilyl)tetradeuteropropionsäure-Natriumsalz in D2O) bzw. im Bereich von 1,3 bis 2,55 ppm (bei pH 0 bis 3, gegenüber 3-(Trimethylsilyl)tetradeuteropropionsäure- Natriumsalz in D2O) bestimmt. Man berechnet n^^, nach folgender Formel:-CH 2 -SO 3 H - and -CH 2 -OH - signals added and multiplied by a factor of 2. The size obtained gives the relative signal intensity of the protons on the outside. The signal intensity of the protons inside is determined from the intensity of the very broad signals in the range from 1.3 to 2.3 ppm (at pH 6 to 7, compared to sodium 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid in D 2 O) or in Range from 1.3 to 2.55 ppm (at pH 0 to 3, compared to 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid sodium salt in D 2 O). One calculates n ^^ according to the following formula:
ftmittei = 4/3 (Intensität innere Protonen / Intensität äußere Protonen) + 1ft m i tte i = 4/3 (intensity inner protons / intensity outer protons) + 1
Die Formel muß für Methacrylsäure oder Crotonsäure als Rohstoffe entsprechend abgeändert werden.The formula must be modified accordingly for methacrylic acid or crotonic acid as raw materials.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen und Mischungen lassen sich gemäß den folgenden Verfahrensschritten herstellen, wobei die Schritte a), d) und e) notwendig, die Schritte b), c), f) und g) optional sind:The compounds and mixtures according to the invention can be prepared in accordance with the following process steps, steps a), d) and e) being necessary, steps b), c), f) and g) being optional:
a) Umsetzung von 1 mol Schwefeldioxid mit mindestens 1 mol Wasser, mindestens 1 mol einer einwertigen Base sowie mit 0,9 bis 2 mol einer unge- sättigten Carbonsäure oder einem Carbonsäuregemisch, wobei Carbonsäuren der Formela) reaction of 1 mol of sulfur dioxide with at least 1 mol of water, at least 1 mol of a monovalent base and with 0.9 to 2 mol of an unsaturated carboxylic acid or a carboxylic acid mixture, carboxylic acids of the formula
zum Einsatz kommen und R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl bedeuten; are used and R 1 and R 2 are independently hydrogen or methyl;
b) gegebenenfalls Behandlung des Reaktionsgemischs aus Schritt a) mit einem stark sauren Kationenaustauscher in der H+-Form;b) optionally treating the reaction mixture from step a) with a strongly acidic cation exchanger in the H + form;
c) gegebenenfalls Entwässern des Reaktionsgemischs aus Schritt b);c) optionally dewatering the reaction mixture from step b);
d) Umsetzung des Reaktionsgemischs aus a) oder c) unter dehydratisierenden Bedingungen mit einem P(III)-haltigen Rohstoff, wobei die eingesetzte Molmenge an Phosphor 1,6 bis 2,4 mol beträgt, gegebenenfalls in Gegenwart eines Aminsalzes; e) Hydrolyse des Reaktionsgemischs aus Schritt d) unter Zugabe einer ausreichenden Menge Wasser oder wäßriger Salzsäure;d) reaction of the reaction mixture from a) or c) under dehydrating conditions with a P (III) -containing raw material, the molar amount of phosphorus used being 1.6 to 2.4 mol, optionally in the presence of an amine salt; e) hydrolysis of the reaction mixture from step d) with the addition of a sufficient amount of water or aqueous hydrochloric acid;
f) gegebenenfalls eine Destillation zur Entfernung und Rückgewinnung leichtflüchtiger Bestandteile;f) if necessary, a distillation to remove and recover volatile constituents;
g) gegebenenfalls eine Rückgewinnung des in Schritt a) oder d) zugegebenen Amins durch Alkalisieren der Reaktionsmischung mit Alkalilauge, Ab- trennung des freigesetzten Amins und Wiedereinsatz des Amins in Verfahrensschritt a) oder d).g) if appropriate, recovery of the amine added in step a) or d) by alkalizing the reaction mixture with alkali metal hydroxide solution, separating off the released amine and reusing the amine in process step a) or d).
Die in Verfahrensschritt a) einzusetzenden ungesättigten Carbonsäuren sind zum Beispiel Acrylsäure, Methacrylsäure oder Crotonsäure, bevorzugt sind Acrylsäure und Crotonsäure, besonders bevorzugt Acrylsäure. Es können auch Gemische aus den genannten Carbonsäuren eingesetzt werden, beispielweise ein Gemisch aus Acrylsäure und Crotonsäure.The unsaturated carboxylic acids to be used in process step a) are, for example, acrylic acid, methacrylic acid or crotonic acid, preferred are acrylic acid and crotonic acid, particularly preferably acrylic acid. Mixtures of the carboxylic acids mentioned can also be used, for example a mixture of acrylic acid and crotonic acid.
Die in Verfahrensschritt a) einzusetzende einwertige Base kann ein Alkalihydroxid, Ammoniak oder ein aliphatisches primäres, sekundäres oder tertiäres Amin sein. Bevorzugt wird Natriumhydroxid oder ein tertiäres Amin eingesetzt, besonders bevorzugt Tributylamin.The monovalent base to be used in process step a) can be an alkali metal hydroxide, ammonia or an aliphatic primary, secondary or tertiary amine. Sodium hydroxide or a tertiary amine is preferably used, particularly preferably tributylamine.
Die Art der eingesetzten Base beeinflußt unter anderem den Anteil an Oligomeren im Endprodukt. Bei Verwendung von Natriumhydroxid als Base werden beispielsweise deutlich mehr Oligomere erhalten als mit Tributylamin als Base.The type of base used influences, inter alia, the proportion of oligomers in the end product. When using sodium hydroxide as the base, for example, significantly more oligomers are obtained than with tributylamine as the base.
Die bevorzugte Molmenge der zugegebenen Base darf nicht höher sein, als die Molmenge von Schwefeldioxid und ungesättigter Carbonsäure zusammen. Gemeinsam mit der bereits definierten Mindestmenge an Base läßt sich die bevorzugte Basenmenge mit folgender Formel berechnen: Bevorzugte Molzahl Base = Molzahl SO2 + (Faktor Molzahl ungesättigte Carbonsäure)The preferred molar amount of the base added must not be higher than the molar amount of sulfur dioxide and unsaturated carboxylic acid combined. Together with the minimum amount of base already defined, the preferred amount of base can be calculated using the following formula: Preferred number of moles of base = number of moles of SO 2 + (factor number of moles of unsaturated carboxylic acid)
Der Faktor in obiger Formel nimmt bevorzugt Werte von 0 bis 1 an, besonders bevorzugt Werte von 0,3 bis 0,9. Ein in Verfahrensschritt a) eventuell gebildetes Amin- salz läßt sich vorteilhaft in dieser Menge auch im späteren Verfahrensschritt d) weiterverwenden.The factor in the above formula preferably takes values from 0 to 1, particularly preferably values from 0.3 to 0.9. Any amine salt possibly formed in process step a) can advantageously also be used in this amount in the later process step d).
Die bevorzugte Menge des einzusetzenden Wasssers beträgt, falls Natriumhydroxid als Base eingesetzt wird, 20 bis 30 mol. Falls ein tertiäres Amin als Base eingesetzt wird, ist die bevorzugte Wassermenge wesentlich kleiner. Grund für diesen Unterschied ist zum einen die unterschiedliche Löslichkeit der Salze, zum anderen die vorteilhafte Tatsache, daß eine Entwässerung gemäß Verfahrensschritt c) eingespart werden kann, wenn ein Amin als Base eingesetzt wird und wenn die Wassermenge inThe preferred amount of water to be used, if sodium hydroxide is used as the base, is 20 to 30 mol. If a tertiary amine is used as the base, the preferred amount of water is significantly smaller. The reason for this difference is on the one hand the different solubility of the salts, on the other hand the advantageous fact that dewatering according to process step c) can be saved if an amine is used as the base and if the amount of water in
Schritt a) der in Schritt d) bevorzugten, wesentlich niedrigeren Wassermenge angepaßt wird. Setzt man in Schritt a) Tributylamin als Base ein sowie im späteren Verfahrensschritt d) PC13 als P(III)-haltigen Rohstoff, werden in Verfahrensschritt a) bevorzugt 3 bis 5,8 mol, besonders bevorzugt 3,8 bis 4,6 mol Wasser eingesetzt. Diese Wassermenge entspricht bereits der in Verfahrensschritt d) benötigten Menge plus der durch chemische Reaktion in Verfahrenschritt a) verbrauchten Wassermenge (1 mol), so daß die Entwässerung (Verfahrensschritt c) und der Ionenaustausch (Verfahrensschritt b) entfallen können.Step a) is adapted to the substantially lower amount of water preferred in step d). If tributylamine is used as the base in step a) and as the P (III) -containing raw material in later process step d) PC1 3 , 3 to 5.8 mol, preferably 3.8 to 4.6 mol, are preferred in process step a) Water used. This amount of water already corresponds to the amount required in process step d) plus the amount of water (1 mol) consumed by chemical reaction in process step a), so that dewatering (process step c) and ion exchange (process step b) can be dispensed with.
Die bevorzugte Menge einzusetzender Carbonsäure beträgt, falls Natriumhydroxid als Base eingesetzt wird, 1 bis 2 mol, besonders bevorzugt 1,05 bis 1,15. Falls ein tertiäres Amin als Base zum Einsatz kommt, werden bevorzugt 0,90 bis 0,98 mol Carbonsäure eingesetzt.The preferred amount of carboxylic acid to be used, if sodium hydroxide is used as the base, is 1 to 2 mol, particularly preferably 1.05 to 1.15. If a tertiary amine is used as the base, 0.90 to 0.98 mol of carboxylic acid are preferably used.
Die soeben genannten Molmengen sind Gesamtmengen über den gesamten Ver- falirensschritt a). Die zugegebene Basenmenge sowie die Wassermenge können bei stufenweiser Ausführung des Verfahrensschritts a) durchaus aufgeteilt werden: So hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, zunächstThe molar amounts just mentioned are total amounts over the entire decay step a). The amount of base added and the amount of water can step-wise execution of process step a) can be divided: So it turned out to be advantageous, initially
1) 1 mol SO2 mit mindestens 1 mol Wasser und mindestens 1 mol Base umzu- setzen und diese Lösung dann mit1) React 1 mol SO 2 with at least 1 mol water and at least 1 mol base and then this solution with
2) 0,9 bis 2 mol ungesättigter Carbonsäure, der restlichen Base und dem restlichen Wasser2) 0.9 to 2 mol of unsaturated carboxylic acid, the remaining base and the remaining water
zur Reaktion zu bringen. Diese Aufteilung in zwei Teilschritte 1) und 2) hat den Vorteil, daß der pH-Wert während der Umsetzung mit der ungesättigten Carbonsäure leichter konstant gehalten werden kann. Der bevorzugte pH-Bereich für Teilschritt 2) beträgt 3 bis 8, besonders bevorzugt pH 5 bis 6.to react. This division into two sub-steps 1) and 2) has the advantage that the pH can more easily be kept constant during the reaction with the unsaturated carboxylic acid. The preferred pH range for substep 2) is 3 to 8, particularly preferably pH 5 to 6.
Besonders einfach gestaltet sich die Ausführung des Verfahrensschritts a), wennProcess step a) is particularly simple if
Natriumhydroxid als Base eingesetzt wird. Hier kann statt der Umsetzung von SO2 mit Natronlauge und Wasser direkt eine Lösung des käuflichen Natriumdisulfits in Wasser hergestellt und mit einer Lösung von Carbonsäure und Natriumhydroxid in Wasser umgesetzt werden. Wird die Natriumdisulfitlösung vorgelegt und die Natriumcarboxylatlösung zugegeben, ist der Anteil an Oligomeren im Endprodukt niedriger, als wenn die Natriumcarboxylatlösung vorgelegt und anschließend die Natriumdisulfitlösung zugegeben wird.Sodium hydroxide is used as the base. Instead of reacting SO 2 with sodium hydroxide solution and water, a solution of the commercially available sodium disulfite in water can be prepared directly here and reacted with a solution of carboxylic acid and sodium hydroxide in water. If the sodium disulfite solution is initially introduced and the sodium carboxylate solution is added, the proportion of oligomers in the end product is lower than if the sodium carboxylate solution is initially introduced and then the sodium disulfite solution is added.
Die bevorzugte Reaktionstemperatur für den Teilschritt 1) beträgt 0 bis 40°C. Für den Teilschritt 2) werden 20 bis 80°C bevorzugt, falls ein Alkalihydroxid als Base eingesetzt wird, und 40 bis 100°C, falls ein Amin als Base zum Einsatz kommt.The preferred reaction temperature for substep 1) is 0 to 40 ° C. For sub-step 2), 20 to 80 ° C. are preferred if an alkali metal hydroxide is used as the base, and 40 to 100 ° C. if an amine is used as the base.
Der Verfahrensschritt b) ist nur dann notwendig, wenn in Schritt a) ein Alkalihydroxid als Base eingesetzt wurde. Bei dem Ionenaustauschprozeß sollten mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 70 % aller Alkaliionen gegen H+-Ionen ausgetauscht werden. Bei Verwendung eines Amins als Base kann Schritt b) ausgelassen werden. Als Ionenaustauscher kann ein Harz mit SO3H-Gruppen, wie beispielsweise LEWATIT® S 100 eingesetzt werden.Process step b) is only necessary if an alkali hydroxide was used as base in step a). In the ion exchange process, at least 50%, preferably at least 70%, of all alkali ions should be exchanged for H + ions. If an amine is used as the base, step b) can be omitted. A resin with SO 3 H groups, such as LEWATIT® S 100, can be used as the ion exchanger.
Verfahrensschritt c) ist notwendig, wenn in der wäßrigen Lösung aus Verfahrensschritt a) oder b) mehr als 4,8 mol Wasser pro mol eingesetztes SO, enthalten sind. Notwendig ist Verfahrensschritt c) in der Regel nach Verfahrensschritt b), da die Eluate aus dem Ionenaustauscher-Harz meist zuviel Wasser enthalten. Bei Verwendung eines Amins als Base kann Schritt c) ausgelassen werden, vorausgesetzt daß in Schritt a) nicht mehr als 5,8 mol Wasser eingesetzt wurden.Process step c) is necessary if the aqueous solution from process step a) or b) contains more than 4.8 mol of water per mol of SO used. Process step c) is usually necessary after process step b), since the eluates from the ion exchange resin usually contain too much water. If an amine is used as the base, step c) can be omitted, provided that no more than 5.8 mol of water was used in step a).
Das Entwässern wird bevorzugt durch Destillation im Vakuum bei einem Druck größer oder gleich 20 mbar und einer Sumpftemperatur von kleiner oder gleich 90°C durchgeführt. Auch ein Membranverfahren zum Aufkonzentrieren der Lösung ist ge- eignet.Dewatering is preferably carried out by distillation in vacuo at a pressure greater than or equal to 20 mbar and a bottom temperature of less than or equal to 90 ° C. A membrane process for concentrating the solution is also suitable.
Der in Verfahrensschritt d) einzusetzende P(III)-haltige Rohstoff kann eine der folgenden reinen Verbindungen oder auch ein Gemisch aus denselben Verbindungen des dreiwertigen Phosphors darstellen: Phosphortrichlorid (PC13), Phosphortribromid (PBr3), Phosphortrioxid (P O6), Pyrophosphorige Säure (H4P2O5), Phosphorige SäureThe P (III) -containing raw material to be used in process step d) can be one of the following pure compounds or a mixture of the same compounds of trivalent phosphorus: phosphorus trichloride (PC1 3 ), phosphorus tribromide (PBr 3 ), phosphorus trioxide (PO 6 ), pyrophosphorous Acid (H 4 P 2 O 5 ), Phosphorous acid
(H3PO3) und Monoalkyl-, Dialkyl- und Trialkylester der phosphorigen Säure, wobei als Alkylgruppen bevorzugt Methyl und Ethyl zur Anwendung kommen.(H 3 PO 3 ) and monoalkyl, dialkyl and trialkyl esters of phosphorous acid, methyl and ethyl preferably being used as alkyl groups.
Der P(III)-haltige Rohstoff ergibt nur unter dehydratisierenden Bedingungen die ge- wünschte Umsetzung. Dehydratisierende Bedingungen bedeutet, daß in derThe raw material containing P (III) only gives the desired reaction under dehydrating conditions. Dehydrating conditions means that in the
Reaktionsmischung von Schritt d) das Anfangs-Molverhältnis der an Phosphor gebundenen Sauerstoffatome (mol Op-gebunden) zu allen in der Mischung vorhanden Phosphoratomen (mol Pgesamt) nicht größer als 2,4 sein darf. Zur Berechnung dieses Anfangs-Molverhältnisses (mol Op-gebunden)/(mol Pgesamt) werden alle Sauerstoffatome aus den phosphorhaltigen Rohstoffen zuzüglich der Sauerstoffatome aus eventuell zugegebenem Wasser oder aus dem in der Reaktionsmischung bereits vorhandenen Wasser aufaddiert und durch die Zahl der P-Atome aus allen zugegebenen phosphor- haltigen Rohstoffen dividiert. Die Sauerstoffatome aus anderen Rohstoffen außer Wasser und P(III)-Rohsto ff werden nicht mitgezählt.Reaction mixture from step d) the initial molar ratio of the oxygen atoms bound to phosphorus (mol Op -bound ) to all the phosphorus atoms present in the mixture (mol P total ) must not be greater than 2.4. To calculate this initial molar ratio (mol Op -bound ) / (mol P total ), all oxygen atoms from the phosphorus-containing raw materials plus the oxygen atoms from possibly added water or from the water already present in the reaction mixture and divided by the number of P atoms from all added phosphorus-containing raw materials. The oxygen atoms from raw materials other than water and P (III) raw material are not counted.
Bevorzugt werden Anfangs-Molverhältnisse (mol OP-gebunden)/(mol Pgesamt) von 1 bis 2,4.Initial molar ratios (mol O P-bonded ) / (mol P total ) of 1 to 2.4 are preferred.
Die in Frage kommenden Rohstoffe zeigen als Reinsubstanzen folgende Anfangs- Molverhältnisse (mol OP.gebundeny(mol Pgesamt) : Phosphortrichlorid und Phosphortri- bromid (0), Phosphortrioxid (1,5), Pyrophosphorige Säure (2,5), Phosphorige Säure und ihre Ester (3). Gemäß der obigen Bedingung kann nur Phosphortrioxid als Reinsubstanzen eingesetzt werden, alle anderen Substanzen müssen zur Erzielung des gewünschten Molverhältnisses im Gemisch mit einem anderen geeigneten P(III)-Roh- stoff bzw. im Gemisch mit Wasser eingesetzt werden.The suitable raw materials show as pure substances the following initial molar ratios (mol O P born and s y (m ol Pg tal). Phosphorus trichloride and phosphorus trihalides bromide (0), phosphorus trioxide (1.5), pyrophosphoric acid (2.5 ), Phosphorous acid and its esters (3) According to the above condition, only phosphorus trioxide can be used as pure substances, all other substances must be mixed with another suitable P (III) raw material or in a mixture to achieve the desired molar ratio be used with water.
Bevorzugte P(III)-Rohstoffe sind die leicht verfügbaren und preiswerten Chemikalien Phosphortrichlorid und Phosphorige Säure. Werden diese bevorzugten Rohstoffe eingesetzt, ist ein Anfangs-Molverhältniss (mol OP.gebunden)/(mol Pgesamt) von 1,4 bis 1,8 ganz besonders bevorzugt. Zur Erreichung eines Anfangs-Molver- hältnisses (mol OP-gebunden)/(mol PgeSamt) von 1 >5 muß beispielsweise 1 mol Phosphortrichlorid zusammen mit 0,5 mol Phosphoriger Säure oder zusammen mit 1,5 mol Wasser eingesetzt werden. Phosphortrichlorid, Phosphorige Säure und Wasser können auch in Dreierkombination angewandt werden. Dabei ist der Einsatz von 3/3 mol PC13 auf 2/3 mol Wasser und 1/3 mol H3PO3 besonders vorteilhaft, weilPreferred P (III) raw materials are the readily available and inexpensive chemicals phosphorus trichloride and phosphorous acid. If these preferred raw materials are used, an initial molar ratio (mol O P. Bound ) / (mol P total ) of 1.4 to 1.8 is very particularly preferred. To achieve an initial molar ratio (mol O P-bonded ) / (mol P total ) of 1 > 5, for example, 1 mol of phosphorus trichloride must be used together with 0.5 mol of phosphorous acid or together with 1.5 mol of water. Phosphorus trichloride, phosphorous acid and water can also be used in a combination of three. The use of 3/3 mol PC1 3 to 2/3 mol water and 1/3 mol H 3 PO 3 is particularly advantageous because
Phosphorige Säure dann in Form einer besonders preiswerten 70%igen wäßrigen Lösung, einem Abfallprodukt der Fettsäurechlorierung, eingesetzt werden kann.Phosphorous acid can then be used in the form of a particularly inexpensive 70% aqueous solution, a waste product of fatty acid chlorination.
Der Reaktionsschritt d) kann in Gegenwart eines Aminsalzes durchgeführt werden, wobei bevorzugt das Aminsalz desjenigen Amins verwendet wird, das bereits in Verfahrensschritt a) zugegeben wurde. Wurde in Verfahrensschritt a) zusätzlich zur Aminmenge auch die Wassermenge entsprechend den Bedingungen des Verfahrensschritts d) eingestellt, braucht zu der Reaktionsmischung in Schritt d) nur noch der P(III)-haltige Rohstoff gegeben werden.Reaction step d) can be carried out in the presence of an amine salt, the amine salt of the amine which has already been added in process step a) preferably being used. Was in process step a) in addition to Amine amount also adjusted the amount of water according to the conditions of process step d), only the P (III) -containing raw material needs to be added to the reaction mixture in step d).
Wird ein Amin erst in Verfahrensschritt d) zugegeben, muß die Molmenge der inIf an amine is only added in process step d), the molar amount of the in
Verfahrensschritt d) zugegebenen freien Säuren plus der durch Hydrolyse von PC13, PBr3 oder P4O6 gebildeten Säuren größer sein als die Molmenge des freien Amins, d.h. die Reaktionsmischung muß einen Säureüberschuß aufweisen. Setzt man beispielsweise als Rohstoffe PC13, Wasser und H3PO3 ein, so läßt sich diese Bedingung in der folgenden Ungleichung ausdrücken:Process step d) added free acids plus the acids formed by hydrolysis of PC1 3 , PBr 3 or P 4 O 6 are greater than the molar amount of the free amine, ie the reaction mixture must have an excess of acid. If, for example, PC1 3 , water and H 3 PO 3 are used as raw materials, this condition can be expressed in the following inequality:
2 (Molzahl H3PO3) + 2 (Molzahl Wasser) - (Molzahl Amin) > 02 (mol number H 3 PO 3 ) + 2 (mol number water) - (mol number amine)> 0
Das Aminsalz beschleunigt die Reaktion und führt in kürzerer Zeit zu einer höheren Ausbeute an Phosphonat. In Gegenwart eines Aminsalzes benötigt die Umsetzung inThe amine salt accelerates the reaction and leads to a higher yield of phosphonate in a shorter time. In the presence of an amine salt, the reaction in
Verfahrensschritt d) bei 75°C etwa ein bis drei Stunden.Process step d) at 75 ° C for about one to three hours.
Die Temperatur in Verfahrensschritt d) kann 40 bis 180°C betragen. Dabei werden Reaktionstemperaturen von 60 bis 130°C bevorzugt angewandt. Wird niedrig- siedendes PC13 als Rohstoff eingesetzt, so ist eine Reaktionstemperatur von 130°CThe temperature in process step d) can be 40 to 180 ° C. Reaction temperatures of 60 to 130 ° C are preferably used. If low-boiling PC1 3 is used as raw material, the reaction temperature is 130 ° C
- abhängig von der zugegebenen Wassermenge und der Aminmenge - unter Umständen nicht sofort, sondern erst nach einer etwa einstündigen Aufheizphase erreichbar, während der ein großer Teil des PC13 zu schwerflüchtigen Folgeprodukten abreagiert.- Depending on the amount of water added and the amount of amine - under certain circumstances not immediately, but only after an approximately one-hour heating phase, during which a large part of the PC1 3 reacts to form non-volatile secondary products.
Die Reihenfolge, in der die Rohstoffe zusammengegeben werden, ist beliebig.The order in which the raw materials are put together is arbitrary.
In Verfahrensschritt e) wird das Reaktionsgemisch aus Verfahrensschritt d) hydroly- siert. Dazu gibt man mindestens soviel Wasser oder wäßrige Salzsäure hinzu, daß alle in Verfahrensschritt d) eingesetzten PCI- oder PBr-Bindungen, bzw. P-O-P-In process step e), the reaction mixture from process step d) is hydrolyzed. To this end, at least as much water or aqueous hydrochloric acid is added that all PCI or PBr bonds or P-O-P- used in process step d)
Brücken hydrolysiert werden können. Die bereits in Verfahrensschritt d) eingesetzte Wassermenge wird dabei berücksichtigt. Wurden beispielsweise in Verfahrensschritt d) neben anderen Rohstoffen 1,5 mol PC13 und 1 mol Wasser eingesetzt, so müssen in Verfahrensschritt c) nochmals mindestens 2 mol Wasser zugegeben werden. Die bevorzugte Wassermenge beträgt das 1,1 bis 20fache der Mindestmenge. Die Hy- drolyse wird bevorzugt bei Temperaturen von 70 bis 120°C durchgeführt, besonders bevorzugt bei 90 bis 110°C. Die Hydrolyse kann auch bei erhöhtem Druck durchgeführt werden. Die bevorzugte Zeitdauer für die Hydrolyse liegt bei einer Stunde bis 24 Stunden, besonders bevorzugt bei 12 bis 20 Stunden.Bridges can be hydrolyzed. The one already used in process step d) The amount of water is taken into account. For example, if 1.5 mol PC1 3 and 1 mol water were used in addition to other raw materials in process step d), at least 2 mol water must be added again in process step c). The preferred amount of water is 1.1 to 20 times the minimum amount. The hydrolysis is preferably carried out at temperatures from 70 to 120 ° C., particularly preferably at 90 to 110 ° C. The hydrolysis can also be carried out at elevated pressure. The preferred time for the hydrolysis is one hour to 24 hours, particularly preferably 12 to 20 hours.
Im optionalen Verfahrensschritt f) werden leichtflüchtige Bestandteile der Reaktionsmischung, vor allem Wasser und Chlorwasserstoff, abdestilliert. Dazu wird das Gemisch bevorzugt auf Temperaturen von bis zu 130°C aufgeheizt und wäßrige Salzsäure bei Normaldruck oder im Vakuum über Kopf abgenommen.In optional process step f), volatile constituents of the reaction mixture, especially water and hydrogen chloride, are distilled off. For this purpose, the mixture is preferably heated to temperatures of up to 130 ° C. and aqueous hydrochloric acid is taken off at normal pressure or in vacuo.
Falls Verfahrensschritt d) in Gegenwart eines Aminsalzes durchgeführt wurde, wird das Verfahren durch den Verfahrensschritt g) abgeschlossen. Dazu wird die Reaktionsmischung durch Zugabe von Alkalilauge, bevorzugt Natronlauge, auf einen pH größer 7, bevorzugt auf pH 10 - 14 eingestellt. Dadurch wird das Amin in Freiheit gesetzt. Es kann im Falle von Trimethyl-, Triethyl- oder Tripropylamin durch Destillation abgetrennt werden. Tributyl-, Tripentyl- oder Trihexylamin lassen sich auf Grund ihrer niedrigen Wasserlöslichkeit sehr gut durch Phasentrennung von der Phosphonatmischung abtrennen. Das rückgewonnene Amin kann in Verfahrensschritt a) oder d) wiedereingesetzt werden.If process step d) was carried out in the presence of an amine salt, the process is completed by process step g). For this purpose, the reaction mixture is adjusted to a pH greater than 7, preferably to pH 10-14, by adding alkali metal hydroxide solution, preferably sodium hydroxide solution. This frees the amine. In the case of trimethylamine, triethylamine or tripropylamine, it can be separated off by distillation. Due to their low water solubility, tributyl-, tripentyl- or trihexylamine can be separated from the phosphonate mixture very well by phase separation. The recovered amine can be reused in process step a) or d).
Die erfindungsgemäßen Stoffe und Mischungen können vielfältig genutzt werden, beispielsweise als Steininhibitoren (scale inhibitor) wie auch als Korrosionsinhibitoren. Einsatzgebiete solcher Mittel können z.B. sein: Wasserbehandlung (z.B. Behandlung von Kühlwässern, Prozeßwässern, Einpreßwässern bei der sekundären Öl- förderung und Wasserbehandlung im Bergbau) sowie industrielle und institutionelle Reinigeranwendungen (z.B. Behälter- und Gerätereinigung in der Lebensmittelindustrie, Flaschenreinigung, institutionelle Geschirreiniger und Waschmittel). Derartige Mittel enthalten eine l-Hydroxy-3-sulfonopropan-l,l-diphosphonsäure der Formel (I) oder eine phosphonathaltige Mischung aus Substanzen der Formeln (II) bis (V), gegebenenfalls auch (II) bis (VII), bevorzugt in einer Phosphonsäure-Ge- samtkonzentration von 1 bis 20 %. Die Berechnung der Konzentration an freierThe substances and mixtures according to the invention can be used in many ways, for example as scale inhibitors and also as corrosion inhibitors. Areas of application of such agents can be, for example: water treatment (e.g. treatment of cooling water, process water, injection water for secondary oil production and water treatment in mining) as well as industrial and institutional cleaning applications (e.g. container and equipment cleaning in the food industry, bottle cleaning, institutional dishwashing detergents and detergents) . Such agents contain an l-hydroxy-3-sulfonopropane-l, l-diphosphonic acid of the formula (I) or a phosphonate-containing mixture of substances of the formulas (II) to (V), optionally also (II) to (VII), preferably in a total phosphonic acid concentration of 1 to 20%. Calculating the concentration of free
Phosphonsäure ist in Beispiel 1, Verfahrensschritt g) beschrieben. Selbstverständlich können die Mittel die Phosphonsäuren auch in Form ihrer Alkali-, Ammonium- oder Alkylammoniumsalze enthalten.Phosphonic acid is described in Example 1, process step g). The agents can of course also contain the phosphonic acids in the form of their alkali metal, ammonium or alkylammonium salts.
Die erfindungsgemäßen Stoffe und Mischungen können allein oder auch in Kombination mit einer oder mehreren Substanzen, die sich für den jeweiligen Einsatzzweck als nützlich erwiesen haben, eingesetzt werden. Beispiele für solche weiteren Komponenten sind:The substances and mixtures according to the invention can be used alone or in combination with one or more substances which have proven useful for the particular application. Examples of such further components are:
Zinksalze, Molybdate, Borate, Silikate, Azole (z. B. Tolyl- oder Benzotriazol), weitere Phosphonsäuren, Homo-, Co- und Terpolymere auf Basis der Acrylsäure, der Methacrylsäure, der Maleinsäure, ggf. auch Co-Monomere mit Phosphonat-, Sulfonat- und/oder Hydroxy-Seitengruppen enthaltend, weiter Polyasparaginsäuren, Ligninsulfonate, Tannine, Phosphate, Komplexbildner, Citronensäure, Weinsäure, Gluconsäure, Tenside, Desinfektionsmittel, Dispergatoren, Biozide. Für den Fachmann ist es dabei selbstverständlich, daß an Stelle von Säuren (z.B. "Phosphonsäuren") auch deren Salze ("Phosphonate") und umgekehrt eingesetzt werden können.Zinc salts, molybdates, borates, silicates, azoles (e.g. tolyl or benzotriazole), other phosphonic acids, homo-, co- and terpolymers based on acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, and possibly also co-monomers with phosphonate Containing sulfonate and / or hydroxy side groups, further polyaspartic acids, lignin sulfonates, tannins, phosphates, complexing agents, citric acid, tartaric acid, gluconic acid, surfactants, disinfectants, dispersants, biocides. For the person skilled in the art it goes without saying that instead of acids (e.g. "phosphonic acids") their salts ("phosphonates") and vice versa can also be used.
Besonders vorteilhaft erwiesen sich erfindungsgemäße Stoffe und Mischungen, denen als zusätzliche Komponente Polyasparaginsäuren und/oder deren Salze hinzugefügt wurden. Bevorzugte Ausführungsformen der Polyasparaginsäuren werden in der DE 4 439 193 AI beschrieben, die von der vorliegenden Anmeldung mit umfaßt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Wasserbehandlung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die erfindungsgemäßen Stoffe oder Mischungen in das zu behandelnde Wasser einträgt.Substances and mixtures according to the invention, to which polyaspartic acids and / or their salts have been added as an additional component, have proven particularly advantageous. Preferred embodiments of the polyaspartic acids are described in DE 4 439 193 AI, which are also included in the present application. The present invention further relates to a method for water treatment, which is characterized in that the substances or mixtures according to the invention are introduced into the water to be treated.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur alkalischen Reinigung, dadurch gekennzeichnet, daß man als Inkrustationsinhibitoren/Sequestriermittel die erfindungsgemäßen Stoffe oder Mischungen einsetzt.Furthermore, the present invention relates to a process for alkaline cleaning, characterized in that the substances or mixtures according to the invention are used as incrustation inhibitors / sequestering agents.
Das Verfahren zur Wasserbehandlung soll im folgenden an Beispielen erläutert werden:The process for water treatment will be explained in the following using examples:
Zum Beispiel werden die erfindungsgemäßen Stoffe oder Mischungen zur Verhinderung von Ablagerungen und Belägen beim Einsatz in Kühlsystemen mit Frischwasserkühlung dem einlaufenden Wasser in Konzentrationen zwischen etwa 0,1 und 1 Omg/l Wirkstoff zugesetzt.For example, the substances or mixtures according to the invention for preventing deposits and deposits when used in cooling systems with fresh water cooling are added to the incoming water in concentrations between about 0.1 and 1 omg / l of active ingredient.
In Kühlkreisläufen erfolgt die Dosierung der Additive zum Stein- und/oder Korrosionsschutz häufig mengenabhängig bezogen auf das Zusatzwasser. Die Konzentrationen liegen zwischen etwa 1 und 50 mg/1 Wirkstoff im umlaufenden Kühlwasser, dessen Wasserhärte überlicherweise wesentlich höher liegt als bei der Frischwasserkühlung. Noch höhere Wasserhärten treten häufig - zumindest zeitweise - in kleineren Kühlwassersystemen, z. B. für Klimaanlagen für Krankenhäuser oder große Bürohäuser, wegen unzureichender Überwachung auf. Für solche Systeme sind Additive mit hoher Calciumtoleranz besonders wünschenswert. Dosierungen liegen bei etwa 10 bis 500 mg/1 Wirkstoff im umlaufenden Kühlwasser.In cooling circuits, the additives for stone and / or corrosion protection are often dosed depending on the quantity of the make-up water. The concentrations are between about 1 and 50 mg / 1 active ingredient in the circulating cooling water, the water hardness of which is usually much higher than that of fresh water cooling. Even higher water hardness often occurs - at least temporarily - in smaller cooling water systems, e.g. B. for air conditioners for hospitals or large office buildings, due to insufficient monitoring. Additives with a high calcium tolerance are particularly desirable for such systems. Dosages are around 10 to 500 mg / 1 active ingredient in the circulating cooling water.
Bei der destillativen Meerwasserentsalzung in MSF (multi stage flash) und VP- (vapour compression) Anlagen werden durch Additivzusätze von etwa 1 bis 5 mg/1 Wirkstoff, zugegeben zum zulaufenden Meerwasser, Verkrustungen der Wärmetau- scheroberflächen verhindert. Die erforderlichen Dosierungen bei RO (reverse osmose)-Anlagen liegen wegen der verfahrensbedingten niedrigeren maximalen Temperaturen im allgemeinen deutlich niedriger.In the case of distillative seawater desalination in MSF (multi stage flash) and VP (vapor compression) systems, incrustations on the heat exchanger surfaces are prevented by adding additives of about 1 to 5 mg / 1 active ingredient, added to the incoming seawater. The required dosages for RO (reverse osmosis) systems are generally significantly lower due to the lower maximum temperatures due to the process.
Das Verfahren zum Einsatz der erfindungsgemäßen Stoffe und Mischungen bei der alkalischen Reinigung wird wie folgt erläutert:The process for using the substances and mixtures according to the invention in alkaline cleaning is explained as follows:
Die zur Inkrustationsinhibierung und Sequestierung bei der alkalischen Reinigung eingesetzten Wirkstoffkonzentrationen richten sich insbesondere nach den tech- nischen und physikalischen Bedingungen wie z. B. pH-Werten, Verweilzeiten, Temperaturen, Wasserhärten.The active ingredient concentrations used to inhibit incrustation and sequestering in alkaline cleaning are based in particular on the technical and physical conditions, such as, for. B. pH values, residence times, temperatures, water hardness.
Während im schwächer alkalischen Bereich (pH bis etwa 10) bei Temperaturen unter 60°C und kürzeren Verweilzeiten Wirkstoffkonzentrationen von deutlich unter 100 mg/1, im allgemeinen 5 bis 80 mg/1, häufig ausreichend sind, werden bei höherenWhile in the weaker alkaline range (pH to about 10) at temperatures below 60 ° C and shorter residence times, active substance concentrations of well below 100 mg / 1, generally 5 to 80 mg / 1, are often sufficient, higher concentrations are
Alkalikonzentrationen und Temperaturen Dosierungen von z. T. über 100 mg/1 bis 1000 mg/1 erforderlich.Alkali concentrations and temperatures dosages of e.g. T. over 100 mg / 1 to 1000 mg / 1 required.
Die erfindungsgemäßen Stoffe und Mischungen haben gegenüber dem kommerziell verwendeten Produkt HEDP folgende Vorteile:The substances and mixtures according to the invention have the following advantages over the commercially used product HEDP:
sie bilden in Wässern mit sehr hoher Calciumkonzentration keine schwerlöslichen Calciumsalze aus. Ihre Calciumtoleranz ist deutlich höher, was durch die niedrigen Trübungswerte in Tabelle 1 aus Beispiel 3 belegt wird;they do not form poorly soluble calcium salts in water with a very high calcium concentration. Their calcium tolerance is significantly higher, which is evidenced by the low turbidity values in Table 1 from Example 3;
sie sind in Wässern mit einer Gesamthärte von 300 bis 600 ppm CaCO3 die wirksameren Steininhibitoren, denn sie verhindern in diesen Wässern, die an Calciumcarbonat übersättigt sind, die Entstehung fest sitzender Beläge (=Scale) bereits bei niedrigerer Dosierung als HEDP (siehe das Kenn- zeichen* für Scale in den Tabellen 2 und 3). Darüberhinaus ist in diesenThey are the more effective stone inhibitors in water with a total hardness of 300 to 600 ppm CaCO 3 , because they prevent the formation of tight deposits (= scale) in these waters, which are oversaturated with calcium carbonate, even at a lower dose than HEDP (see the characteristic - signs * for scale in tables 2 and 3). Furthermore, this is
Wässern der Anteil an Calciumionen, der durch den Steininhibitor in Lösung gehalten werden kann ( = Resthärte RH [%]), bei ihrem Einsatz wesentlich höher als bei HEDP-Einsatz (siehe Tabellen 2 und 3). Auch sehr harte Wässer mit einer Gesamthärte von 1200 ppm CaCO3 werden von den erfindungsgemäßen Inhibitoren bei entsprechend hoher Dosierung zu einer klaren Lösung stabilisiert, während HEDP aufgrund seiner niedrigen Calciumtoleranz unter denselben Bedingungen zur Ausfällung schwerlöslicher Calciumsalze führt (siehe Tabelle 4, Inhibitorkonzentration 400 mg/1).Water the proportion of calcium ions caused by the stone inhibitor in solution can be maintained (= residual hardness RH [%]), when used significantly higher than when using HEDP (see tables 2 and 3). Even very hard water with a total hardness of 1200 ppm CaCO 3 is stabilized by the inhibitors according to the invention at a correspondingly high dosage to give a clear solution, while HEDP, due to its low calcium tolerance, leads to the precipitation of poorly soluble calcium salts under the same conditions (see Table 4, inhibitor concentration 400 mg / 1).
Gegenüber den in der Literatur vorgeschlagenen l-Hydroxy-ω-sulfonoalkan-l,l-di- phosphonsäuren der FormelCompared to the l-hydroxy-ω-sulfonoalkane-l, l-di-phosphonic acids of the formula proposed in the literature
mit n = 1 und n = 3 bis 10 und X = OH weisen die erfindungsgemäßen Stoffe und Mischungen folgende Vorteile auf: With n = 1 and n = 3 to 10 and X = OH, the substances and mixtures according to the invention have the following advantages:
- sie sind in guten Ausbeuten und aus preisgünstigen Rohstoffen herstellbar;- They can be produced in good yields and from inexpensive raw materials;
sie sind in Wässern mit einer Gesamthärte von 300 bis 600 ppm CaCO3 die wirksameren Steininhibitoren, denn sie halten bereits bei sehr niedriger Dosierung von 2 bis 5 mg/1 Inhibitor einen größeren Anteil an Caliumionen in Lösung als die vorbeschriebenen l-Hydroxy-ω-sulfonoalkan-l,l-diphosphon- säuren obiger Formel. Dies wird durch die gemessenen Resthärten in Tabelle 2 und 3 belegt (vergleiche Substanz aus Beispiel 1 (erfindungsgemäß) mit den Substanzen aus den Vergleichsbeispielen 3 und 4 (vorbeschrieben)). Darüber- hinaus verhindern die erfindungsgemäßen Mittel in Wässern mit 600 ppm CaCO3 die Entstehung fest sitzender Beläge ( = Scale) bereits bei niedrigererthey are the more effective stone inhibitors in water with a total hardness of 300 to 600 ppm CaCO 3 , because they hold a larger proportion of potassium ions in solution than the previously described l-hydroxy-ω- even at very low doses of 2 to 5 mg / 1 inhibitor. sulfonoalkane-l, l-diphosphonic acids of the above formula. This is evidenced by the measured residual hardnesses in Tables 2 and 3 (compare substance from example 1 (according to the invention) with the substances from comparison examples 3 and 4 (previously described)). In addition, the agents according to the invention prevent the formation of tight deposits (= scale) in water with 600 ppm CaCO 3 even at a lower level
Dosierung als die vorbeschriebenen l-Hydroxy-ω-sulfonoalkan-l,l-di- phosphonsäuren (siehe das Kennzeichen * für Scale in der Tabelle 3). Das Verfahren zur Herstellung der erfmdungsgemäßen Stoffe hat gegenüber den bereits vorbeschriebenen Herstellverfahren für l-Hydroxy-ω-sulfonoalkan-l,l-diphos- phonsäuren der FormelDosage as the above-described l-hydroxy-ω-sulfonoalkane-l, l-di-phosphonic acids (see the indicator * for scale in Table 3). The process for the production of the substances according to the invention has the formula of the formula for the 1-hydroxy-ω-sulfonoalkane-1,1-diphosphonic acids already described above
mit n = 1 und n = 3 bis 10 und X = OH folgende Vorteile: with n = 1 and n = 3 to 10 and X = OH the following advantages:
es liefert die bisher unbekannten Verbindungen der obigen Formel mit n = 2 in guter Ausbeute;it gives the previously unknown compounds of the above formula with n = 2 in good yield;
es liefert gute Steininhibitoren mit sehr hoher Calciumtoleranz;it provides good stone inhibitors with very high calcium tolerance;
es liefert darüber hinaus zusätzliche methylsubstituierte Verbindungen gemäß Formel I mit R1 oder R2 gleich Methyl;it also provides additional methyl-substituted compounds of the formula I where R 1 or R 2 is methyl;
Beide in der Literatur genannten Herstellverfahren für die literaturbekannten l-Hydroxy-ω-sulfonoalkan-l,l-diphosphonsäuren der obigen Formel mit n = 1 und n = 3 bis 10 fuhren nicht zu den erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel (I).Both production processes mentioned in the literature for the literature-known l-hydroxy-ω-sulfonoalkane-l, l-diphosphonic acids of the above formula with n = 1 and n = 3 to 10 do not lead to the compounds of formula (I) according to the invention.
Beispielsweise läßt sich das vorbeschriebene Herstellverfahren für die Verbindungen mit n = 3 bis 10 aus US-A-5 221 487 nicht auf Verbindungen mit n = 2 erweitern. Die bei diesem Versuch erhaltenen Mischungen enthalten eine Komponente der Formel (I) entweder garnicht oder nur in sehr geringer Konzentration (siehe Vergleichsbeispiele 1 und 2). Dementsprechend zeigen diese Mischungen bei allen durchgeführten Tests eine sehr viel schlechtere Steininhibierwirkung als die erfindungsgemäße Mischungen aus Beispiel 1 (siehe Tabellen 1 bis 4 unter „Substanz Vergleichsbeispiel 1 (C3-Gerüst)"). Das ebenfalls vorbeschriebene Herstellverfahren für die Verbindungen mit n = 1 aus US-A-3 940 436 ist prinzipiell nicht für die Herstellung von Verbindungen der Formel (I) geeignet, da Sulfonogruppe und -C(OH)(PO3H2)2-Gruppe wegen des Synthesewegs über das Epoxyethan-l,l-diphosphonsäure-Natriumsalz nur durch maximal eine CH2-Gruppe, nicht aber durch zwei CH2-Gruppen voneinander getrennt sein können.For example, the above-described production process for the compounds with n = 3 to 10 from US Pat. No. 5,221,487 cannot be extended to compounds with n = 2. The mixtures obtained in this experiment contain a component of the formula (I) either not at all or only in a very low concentration (see comparative examples 1 and 2). Accordingly, in all the tests carried out, these mixtures show a much poorer stone inhibition effect than the mixtures according to the invention from Example 1 (see Tables 1 to 4 under “Substance Comparative Example 1 (C 3 Framework)”). The preparation process likewise described above for the compounds with n = 1 from US Pat. No. 3,940,436 is in principle not suitable for the preparation of compounds of the formula (I), since sulfono group and -C (OH) (PO 3 H 2 ) 2 - Group because of the synthetic route via the epoxyethane-l, l-diphosphonic acid sodium salt can only be separated from one another by a maximum of one CH 2 group, but not by two CH 2 groups.
Das erfindungsgemäße Herstell verfahren ist somit das einzige, welches die Her- Stellung von Verbindungen der Formel (I) in guten Ausbeuten ermöglicht.The production process according to the invention is thus the only one which enables the preparation of compounds of the formula (I) in good yields.
Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden. Zur Bezeichnung der Verfahrensschritte siehe oben. The invention is illustrated by the following examples. For the description of the process steps, see above.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Erfindungsgemäße Umsetzung von Acrylsäure mit Tributylamin, SO2, Wasser und PhosphortrichloridImplementation of acrylic acid according to the invention with tributylamine, SO 2 , water and phosphorus trichloride
Verfahrensschritt a), Teilschritt 1)Process step a), sub-step 1)
In einem 2 1-Mehrhalskolben mit Rührer, Innenthermometer, pH-Elektrode, Gaseinleitungsrohr mit Glasfritte, Rückflußkühler und daran angeschlossenem Gasableitungsrohr, werden 740 g (4 mol) Tributylamin und 252 g (14 mol) Wasser vorgelegt. In diese zweiphasige Mischung wird unter intensivem Rühren bei 20°C bis 30°C Schwefeldioxid eingeleitet, bis die Mischung einphasig wird und ein pH- Wert von 4 gemessen wird. Die Auswaage der Reaktionsmischung ergibt eine Massenzunahme von 263,6 g, was bedeutet, daß 4,12 mol SO2 absorbiert wurden. Um ein Einsatz-Molverhältnis Schwefeldioxid/Tributylamin/Wasser von 1/1/3,5 einzustellen, werden zu der Mischung noch 22 g Tributylamin und 7,5 g Wasser zugegeben. 312 g dieser Gesamtmischung entsprechen somit den Einsatzmengen 1 mol Schwefel- dioxid, 1 mol Tributylamin und 3,5 mol Wasser.740 g (4 mol) of tributylamine and 252 g (14 mol) of water are placed in a 2 1 multi-necked flask equipped with a stirrer, internal thermometer, pH electrode, gas inlet tube with glass frit, reflux condenser and gas outlet tube connected to it. Sulfur dioxide is introduced into this two-phase mixture with vigorous stirring at 20 ° C. to 30 ° C. until the mixture becomes single-phase and a pH of 4 is measured. The weight of the reaction mixture gives an increase in mass of 263.6 g, which means that 4.12 mol SO 2 have been absorbed. In order to set a molar ratio of sulfur dioxide / tributylamine / water of 1/1 / 3.5, 22 g of tributylamine and 7.5 g of water are added to the mixture. 312 g of this total mixture correspond to the quantities of 1 mol of sulfur dioxide, 1 mol of tributylamine and 3.5 mol of water.
Verfahrensschritt a), Teilschritt 2)Process step a), sub-step 2)
312 g der obigen Lösung werden in einem 1 1-Mehrhalskolben mit Rührer, Innen- thermometer, 2 Tropftrichtern, pH-Elektrode und Rückflußkühler mit daran angeschlossener Luftleitung vorgelegt. Die Mischung wird auf 60°C vorgeheizt. Danach werden bei dieser Temperatur innerhalb einer Stunde 72,42 g (1 mol) Acrylsäure (99,5%ig) und 78,5 g (0,42 mol) Tributylamin aus zwei getrennten Tropftrichtern zugetropft. Der pH- Wert der Reaktionsmischung liegt währenddessen zwischen 5 und 5,5. Nach dem Zutropfen rührt man noch mindestens zwei Stunden bei 60°C nach.312 g of the above solution are placed in a 1 1 multi-necked flask with stirrer, internal thermometer, 2 dropping funnels, pH electrode and reflux condenser with an air line connected to it. The mixture is preheated to 60 ° C. 72.42 g (1 mol) of acrylic acid (99.5%) and 78.5 g (0.42 mol) of tributylamine are then added dropwise from this at this temperature from two separate dropping funnels. The pH of the reaction mixture is between 5 and 5.5. After the dropwise addition, stirring is continued at 60 ° C. for at least two hours.
Eine iodometrische Sulfitbestimmung ergibt, daß nach einer Stunde Nachrührzeit 87,7 %, nach 2 h Nachrührzeit bereits 97,6 % des eingesetzten SO, nicht mehr als Sulfit nachweisbar sind. 462,9 g der erhaltenen Mischung entsprechen Einsatzmengen von ursprünglich 1 mol SO2, 1 mol Acrylsäure, 1,42 mol Amin und 3,5 mol Wasser. Da pro mol SO2 bereits in Teilschritt 1) ein mol Wasser durch chemische Reaktion verbraucht wurde, beträgt die enthaltene Menge an freiem Wasser nur 3,5-1An iodometric sulfite determination shows that after one hour of stirring 87.7%, after 2 h stirring time already 97.6% of the SO used, can no longer be detected as sulfite. 462.9 g of the mixture obtained correspond to amounts of originally 1 mol of SO 2 , 1 mol of acrylic acid, 1.42 mol of amine and 3.5 mol of water. Since one mole of water per mole of SO 2 was already consumed by chemical reaction in sub-step 1), the amount of free water contained is only 3.5-1
= 2,5 mol. Die Menge an freiem Wasser ist entscheidend für den folgenden Verfahrensschritt d).= 2.5 mol. The amount of free water is decisive for the following process step d).
Eine Probe der Lösung wird mit Natronlauge versetzt und nach Abtrennung des Amins am Rotationsverdampfer bei 20 mbar und 90°C eingeengt. Ein ]H-NMR-Sodium hydroxide solution is added to a sample of the solution and, after the amine has been separated off, concentrated on a rotary evaporator at 20 mbar and 90 ° C. A ] H NMR
Spektrum dieser Probe (mit 3-(Trimethylsilyl)tetradeuteropropionsäure-Natriumsalz als interner Referenzsubstanz bei 0 ppm) zeigt die Verbindung (II) mit Z = COOH, R1 und R2 = H und n = 1 als zwei Tripletts bei 2,58 ppm (für die -CH,-COONa- Gruppe) und 3,13 ppm (für die -CH2-SO3Na-Gruppe). Bei 3,65 bis 3,85 ppm ist eine Signalgruppe für die unterschiedlichen -CH2-OH-Spezies sichtbar. Das Molverhältnis von -CH2-SO3Na zu -CH2-OH beträgt 42. Der mittlere Oligomerisationsgrad n^,,,,, liegt sehr nahe bei 1 , läßt sich aber nicht genau bestimmen, da Reste von Tributylamin im Spektrum stören.Spectrum of this sample (with 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid sodium salt as internal reference substance at 0 ppm) shows the compound (II) with Z = COOH, R 1 and R 2 = H and n = 1 as two triplets at 2.58 ppm (for the -CH, -COONa- group) and 3.13 ppm (for the -CH 2 -SO 3 Na group). At 3.65 to 3.85 ppm, a signal group for the different -CH 2 -OH species is visible. The molar ratio of -CH 2 -SO 3 Na to -CH 2 -OH is 42. The average degree of oligomerization n ^ ,,,,, is very close to 1, but cannot be determined exactly, since residues of tributylamine interfere in the spectrum.
Verfahrensschritt d)Process step d)
In einem 0,5 1-Vierhalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Tropftrichter, Rückflußkühler (Kühlmitteltemperatur -15°C) daran angeschlossenem Gasableitungsrohr, Sicherheitsgefäß und Absorptionsgefäß mit 1 1 Wasser zum Auffangen von HC1 und mitgerissenem PCI3 werden 126,62 g der obigen Reaktionsmischung und 5,04 g126.62 g of the above reaction mixture and 5.04 g
(0,28 mol) Wasser vorgelegt, mit Stickstoff überlagert und auf 60°C aufgeheizt. Die vorgelegte Mischung entspricht Einsatzmengen von ursprünglich: 0,274 mol SO2, 0,388 mol Amin, 0,274 mol Acrylsäure und 1,236 mol Wasser, wobei die Menge an freiem Wasser nur 0,964 mol beträgt. Zu dieser Mischung werden nun unter Rühren und Kühlung innerhalb von 30 min bei einer Temperatur von 60 bis 70°C 77,0 g(0.28 mol) of water initially charged, blanketed with nitrogen and heated to 60 ° C. The mixture presented corresponds to the original amount: 0.274 mol SO 2 , 0.388 mol amine, 0.274 mol acrylic acid and 1.236 mol water, the amount of free water being only 0.964 mol. 77.0 g of this mixture are then added with stirring and cooling within 30 min at a temperature of 60 to 70 ° C
(0,561 mol) Phosphortrichlorid zugetropft. Die zugegebene Menge Phosphortri- chlorid ist so berechnet, daß das Molverhältnis von eingesetzter Phosphormenge zu eingesetzter SO2-Menge 2,05, beziehungsweise das Molverhältnis von eingesetzter SO2-Menge zu eingesetzter Phosphormenge 0,49 beträgt. Weiterhin beträgt das Molverhältnis von freiem Wasser vor der PCl3-Zugabe zu eingesetztem Phosphor 1,72. Nach der PCl3-Zugabe wird die Reaktionsmischung noch 3 Stunden lang bei 70 bis(0.561 mol) of phosphorus trichloride was added dropwise. The amount of phosphorus tri Chloride is calculated so that the molar ratio of the amount of phosphorus used to the amount of SO 2 used is 2.05, or the molar ratio of the amount of SO 2 used to the amount of phosphorus used is 0.49. Furthermore, the molar ratio of free water before the PCl 3 addition to the phosphorus used is 1.72. After the PCl 3 addition, the reaction mixture is kept at 70 to for 3 hours
80°C gerührt.80 ° C stirred.
Verfahrensschritt e)Process step e)
Danach tropft man unter Rühren zunächst langsam, nach Abklingen der anfänglichenThen slowly drop in with stirring, after the initial has subsided
HCl-Gasentwicklung auch schneller, 280 ml Wasser zu und hält die Mischung noch 18 h lang bei 100°C. In dem Absorptionsgefäß mit 1 1 Wasser für entweichendes HC1 und PCl3-Gas (siehe Verfahrensschritt d)) wurden insgesamt 1,07 mol HC1 und 0,02 mol H3PO3 nachgewiesen.HCl gas evolution also faster, add 280 ml of water and keep the mixture at 100 ° C for 18 hours. A total of 1.07 mol HC1 and 0.02 mol H 3 PO 3 were detected in the absorption vessel with 1 1 water for escaping HC1 and PCl 3 gas (see process step d)).
Verfahrensschritt g)Process step g)
Die Reaktionsmischung wird auf 40 bis 50°C abgekühlt und unter Rühren mit 136 g (1,53 mol) 45%iger Natronlauge versetzt. Die 60°C warme, zweiphasige Mischung wird in einen Scheidetrichter umgefüllt. Die sich abscheidende leichtere, organischeThe reaction mixture is cooled to 40 to 50 ° C. and 136 g (1.53 mol) of 45% sodium hydroxide solution are added with stirring. The 60 ° C warm, two-phase mixture is transferred to a separatory funnel. The separating lighter, more organic
Phase besteht aus 70,4 g Tributylamin, welches ohne weitere Reinigung wieder in die Synthese eingesetzt werden kann (der Rückgewinnungsgrad für Tributylamin beträgt in diesem Versuch 97,9%).Phase consists of 70.4 g of tributylamine, which can be used again in the synthesis without further purification (the degree of recovery for tributylamine in this experiment is 97.9%).
Die schwerere, wäßrige Phase (490,4 g) ist das gewünschte Phosphonatgemisch. Aus der Masse der wäßrigen Phase, der eingesetzten Molmenge PC13 und dem PCl3-Ver- lust durch Abdampfen errechnet sich ein Phosphorgehalt der Lösung von 3,41%.The heavier aqueous phase (490.4 g) is the desired phosphonate mixture. A phosphorus content of the solution of 3.41% is calculated from the mass of the aqueous phase, the molar amount of PC1 3 used and the loss of PCl 3 by evaporation.
In der wäßrigen Phase liegen laut 31P-NMR- Analyse 72,1 % des gesamten Phosphors als Phosphonat der Formel (I) mit R1 und R2 = H vor. (Die Prozentangaben aus den NMR-Spektren entsprechen hier wie im folgenden Text den relativen Flächenprozenten unter den Signalen). Die Verbindung (I) zeigt sich im 31P-NMR- Spektrum als Triplett bei einer chemischen Verschiebung von 18,6 ppm. Ein weiteres Triplett mit 2,8 % der Gesamt-Signalintensität zeigt sich bei 19,2 ppm. Dieses Signal läßt sich vermutlich der Verbindung (III) mit Z = -C(OH)(PO3M2)2 , R1 und R2 = H und n = 1 zuordnen. Weiterhin sind nachweisbar ein Phosphit der Formel (IV) beiAccording to the 31 P-NMR analysis, 72.1% of the total phosphorus is present in the aqueous phase as a phosphonate of the formula (I) with R 1 and R 2 = H. (The percentages from the NMR spectra here correspond to the relative ones as in the following text Area percentages under the signals). The compound (I) appears in the 31 P-NMR spectrum as a triplet with a chemical shift of 18.6 ppm. Another triplet with 2.8% of the total signal intensity is shown at 19.2 ppm. This signal can presumably be assigned to the compound (III) with Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 , R 1 and R 2 = H and n = 1. A phosphite of the formula (IV) can also be detected
3,8 ppm (5,4 % des Phosphors) und ein Phosphat der Formel (V) bei 3,4 ppm (10,2 % des Phosphors). Zusammen mit anderen Phosphonaten unbekannter Struktur liegen insgesamt 84,4 % des Phosphors in Phosphonaten vor. Aus diesem Gesamt- Phosphonatgehalt in Mol-% gemäß 31P-NMR- Analyse, dem berechneten Gesamt- Phosphorgehalt der Lösung von 3,41 Massen-% und dem Molgewicht der Verbindung (I) mit M und R = H von 300,1 g/mol wird ein Phosphonsäuregehalt von 13,9 Massen-% berechnet. Diese Konzentration wird zur Berechnung der Einwaage im Anwendungstest verwendet.3.8 ppm (5.4% of the phosphorus) and a phosphate of the formula (V) at 3.4 ppm (10.2% of the phosphorus). Together with other phosphonates of unknown structure, a total of 84.4% of the phosphorus is present in phosphonates. From this total phosphonate content in mol% according to 31 P-NMR analysis, the calculated total phosphorus content of the solution of 3.41 mass% and the molecular weight of the compound (I) with M and R = H of 300.1 g / mol, a phosphonic acid content of 13.9 mass% is calculated. This concentration is used to calculate the sample weight in the application test.
Eine Probe der wäßrigen Phase wird mit Salzsäure auf pH 2 bis 3 eingestellt, eingedampft und in D2O gelöst. Ein ] H-NMR- Spektrum dieser Probe (mit 3-(Trimethyl- silyl)tetradeuteropropionsäure-Natriumsalz als interner Referenzsubstanz bei 0 ppm) zeigt zwei Signalgruppen die überwiegend von Verbindung (I) mit R1 und R2 = H stammen: ein Multiple« bei 2,37 ppm (für die -CH2-C(OH)(PO3M2)2-Gruppen von Verbindung (I) und zu geringem Anteil von Verbindung (III) mit Z =A sample of the aqueous phase is adjusted to pH 2 to 3 with hydrochloric acid, evaporated and dissolved in D 2 O. An ] H-NMR spectrum of this sample (with sodium 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid as internal reference substance at 0 ppm) shows two signal groups which predominantly originate from compound (I) with R 1 and R 2 = H: a multiple «At 2.37 ppm (for the -CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 groups of compound (I) and too little of compound (III) with Z =
-C(OH)(PO3M2)2, R1 und R2 = H und und n = 1) und ein weiteres Multiple« bei 3,24 ppm (für die -CH2-SO3M-Gruppen von Verbindung (I) und zu geringem Anteil von Verbindung (II) mit Z = COOH, R1 und R2 = H und und n = 1). Zwei Tripletts niedrigerer Intensität bei 2,6 und 2,75 ppm stehen für die -CH2-COOH-Gruppen von Verbindung (III) mit Z = COOH, R1 und R2 = H und und n = 1 bzw. von der analogen Verbindung (II). Die -CH2-OH-Gruppen der Verbindungen der Formel (III) zeigen sich als Signalgruppe bei 3,75 bis 4 ppm. Reste von Tributylammonium-Ionen erscheinen bei 0,93, 1,38, 1,7 und 3,1 ppm. Das aus den Signalintensitäten bestimmte Molverhältnis der Verbindungen der Formel (II) zu Verbindungen der Formel (III) beträgt 18,8 (= Molverhältnis -CH2-SO3M / -CH2-OH). Das Molverhältnis der Verbindungen der Formeln (II) und (III) mit Z - -C(OH)(PO3M2)2 zu Verbindungen der Formeln (II) und (III) mit Z = COOM beträgt 5,3 (= Molverhältnis -C(OH)(PO3M2)2 / COOM).-C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 , R 1 and R 2 = H and and n = 1) and another multiple at 3.24 ppm (for the -CH 2 -SO 3 M groups of compound (I) and too little of compound (II) with Z = COOH, R 1 and R 2 = H and and n = 1). Two lower intensity triplets at 2.6 and 2.75 ppm represent the -CH 2 -COOH groups of compound (III) with Z = COOH, R 1 and R 2 = H and and n = 1 and the analog, respectively Compound (II). The -CH 2 -OH groups of the compounds of formula (III) appear as a signal group at 3.75 to 4 ppm. Residues of tributylammonium ions appear at 0.93, 1.38, 1.7 and 3.1 ppm. The molar ratio of the compounds of the formula (II) to compounds of the formula (III) determined from the signal intensities is 18.8 (= molar ratio -CH 2 -SO 3 M / -CH 2 -OH). The molar ratio of the compounds of the formulas (II) and (III) with Z - -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 to compounds of the Formulas (II) and (III) with Z = COOM is 5.3 (= molar ratio -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 / COOM).
Ein 13C-NMR-Spektrum der sauren Mischung (Lösemittel D2O, mit 3-(Trimethyl- silyl)tetradeuteropropionsäure-Natriumsalz als interner Referenzsubstanz, eingestellt auf 1,7 ppm) zeigt bei "H-Entkopplung folgende chemische Verschiebungen und Kopplungskonstanten: Für Verbindung (I) mit R1 und R2 = H: 1-C: 76,3 ppm (t, 'JCP 149,8 Hz), 2-C: 33,0 ppm (s), 3-C: 50,6 ppm (t, JCP 6,6 Hz). Für Verbindung (III) mit Z = -C(OH)(PO3M2)2, R1 und R2 = H und n = 1 : 1-C: 76,6 ppm (t, ]JCP 149,1 Hz), 2-C: 35,7 ppm (s), 3-C: 62,1 ppm (t, 3JCP 7,3 Hz).A 13 C-NMR spectrum of the acidic mixture (solvent D 2 O, with 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid sodium salt as internal reference substance, adjusted to 1.7 ppm) shows the following chemical shifts and coupling constants at "H decoupling: For compound (I) with R 1 and R 2 = H: 1-C: 76.3 ppm (t, 'J CP 149.8 Hz), 2-C: 33.0 ppm (s), 3-C: 50.6 ppm (t, J CP 6.6 Hz) For compound (III) with Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 , R 1 and R 2 = H and n = 1: 1- C: 76.6 ppm (t, ] J CP 149.1 Hz), 2-C: 35.7 ppm (s), 3-C: 62.1 ppm (t, 3 J CP 7.3 Hz).
Beispiel 2Example 2
Erfindungsgemäße Umsetzung von Acrylsäure mit Natronlauge, Natriumdi- sulfit, Wasser und PhosphortrichloridImplementation of acrylic acid according to the invention with sodium hydroxide solution, sodium disulfite, water and phosphorus trichloride
Verfahrensschritt a)Process step a)
80,1 g (1,1 mol) Acrylsäure (99%ig) werden in einer belüfteten Apparatur vorgelegt und unter Rühren bei 20 bis 25°C innerhalb von 30 min mit 197,6 g (1,0 mol)80.1 g (1.1 mol) of acrylic acid (99%) are placed in a ventilated apparatus and with stirring at 20 to 25 ° C within 30 min with 197.6 g (1.0 mol)
20,24%iger Natronlauge versetzt. Der End-pH der Natriumacrylatlösung beträgt 6,5.20.24% sodium hydroxide solution added. The final pH of the sodium acrylate solution is 6.5.
In einem Mehrhalskolben mit Rührer, Tropftrichter, Innenthermometer, pH- Elektrode, Rückflußkühler und daran angeschlossener Luftleitung, werden 95,1 g (0,5 mol) Natriumdisulfit in 300 ml Wasser gelöst. Der pH- Wert der Lösung wird mit ca. 5 ml 20%iger Natronlauge auf pH 4,5 eingestellt. Unter Rühren und Kühlung wird nun innerhalb von 1,5 h bei 35 bis 40°C die obige Natriumacrylatlösung zugetropft. Der End-pH des Reaktionsgemischs beträgt 6,3. Man rührt noch eine Stunde bei 30 bis 35°C nach. Eine iodometrische Sulfitbestimmung ergibt, daß nach einer Stunde Nachrührzeit 95,9 % des eingesetzten Sulfits nicht mehr nachweisbar sind. Eine Probe der Lösung wird am Rotationsverdampfer bei 25 mbar und 90°C Heizbadtemperatur eingeengt. Ein 'H-NMR- Spektrum dieser Probe in D2O zeigt an, daß in der Mischung keine Acrylsäure mehr vorhanden ist. Bei 3,1 bis 3,3 ppm (gegen 3-(Trimethylsilyl)tetradeuteropropionsäure-Natriumsalz als interne Referenz- Substanz, eingestellt auf 0 ppm) sind die -CH2-SO3Na-Gruppen verschiedener95.1 g (0.5 mol) of sodium disulfite are dissolved in 300 ml of water in a multi-necked flask equipped with a stirrer, dropping funnel, internal thermometer, pH electrode, reflux condenser and connected air line. The pH of the solution is adjusted to pH 4.5 with about 5 ml of 20% sodium hydroxide solution. With stirring and cooling, the above sodium acrylate solution is then added dropwise at 35 to 40 ° C. within 1.5 h. The final pH of the reaction mixture is 6.3. The mixture is stirred for a further hour at 30 to 35 ° C. An iodometric sulfite determination shows that 95.9% of the sulfite used is no longer detectable after one hour of stirring. A sample of the solution is concentrated on a rotary evaporator at 25 mbar and 90 ° C heating bath temperature. An 'H-NMR spectrum of this sample in D 2 O indicates that acrylic acid is no longer present in the mixture. At 3.1 to 3.3 ppm (against 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid sodium salt as internal reference substance, set to 0 ppm) the -CH 2 -SO 3 Na groups are different
Spezies sichtbar. Bei 3,8 ppm erscheint das Triplett einer -CH2-OH-Spezies, bei 4,3 bis 4,4 ppm eine Signalgruppe für verschiedene -CH2-O-CO-gruppenhaltige Verbindungen. Das Molverhältnis von -CH2-SO3Na zu (-CH2-OH + -CH2-O-CO-) beträgt 7,1. Bei 1,3 bis 2,3 ppm befinden sich die sehr breiten Signale für die inneren Protonen der verschiedenen Oligomeren. Der mittlere Oligomerisationsgrad r ,,;,,,,, berechnet sich zu 1,18.Species visible. At 3.8 ppm the triplet of a -CH 2 -OH species appears, at 4.3 to 4.4 ppm a signal group for various -CH 2 -O-CO group-containing compounds. The molar ratio of -CH 2 -SO 3 Na to (-CH 2 -OH + -CH 2 -O-CO-) is 7.1. The very broad signals for the inner protons of the various oligomers are found at 1.3 to 2.3 ppm. The average degree of oligomerization r ,, ; ,,,,, is calculated as 1.18.
Die Gesamtmischung entspricht den Einsatzmengen von 1 mol Schwefeldioxid, 2,025 mol Natronlauge, 1,1 mol Acrylsäure und 25,6 mol Wasser.The total mixture corresponds to the amounts of 1 mol of sulfur dioxide, 2.025 mol of sodium hydroxide solution, 1.1 mol of acrylic acid and 25.6 mol of water.
Verfahrensschritt b)Process step b)
Die Lösung aus Verfahrensschritt a) wird über eine Säule mit 1,4 1 Ionenaustauscher LEWATIT® S 100 (Säureform) gegeben.The solution from process step a) is passed through a column with 1.4 1 LEWATIT® S 100 ion exchanger (acid form).
Verfahrensschritt c)Process step c)
Das Eluat aus Verfahrensschritt b) wird am Rotationsverdampfer zunächst bei 60°C Heizbadtemperatur und 50 mbar Druck, zum Schluß noch 10 min bei 90°C und 20 mbar entwässert. Man erhält 161 g eines festen Rückstands. Eine Titration nachThe eluate from process step b) is first dewatered on a rotary evaporator at a heating bath temperature of 60 ° C. and a pressure of 50 mbar, and finally at 90 ° C. and 20 mbar for a further 10 minutes. 161 g of a solid residue are obtained. A titration after
Karl Fischer zeigt einen Wassergehalt von 13,4 % an. Eine Titration mit Natronlauge ergibt aus der Differenz zwischen erstem und zweitem Äquivalenzpunkt einen Gehalt von 5,435 mmol COOH-Gruppen pro g Substanz. Die -SO3Na-Gruppen sind nur zur Hälfte in -SO3H-Gruppen umgewandelt worden. Eine Probe der Lösung wird am Rotationsverdampfer bei 25 mbar und 90°C Heizbadtemperatur eingeengt. Ein ' H-NMR- Spektrum dieser Probe in D,O zeigt bei 3,1 bis 3,3 ppm (gegen 3-(Trimethylsilyl)tetradeuteropropionsäure-Natriumsalz als interne Referenzsubstanz, eingestellt auf 0 ppm) ein Triplett für die -CH2-SO3M- Gruppe der Verbindung (II) mit Z = COOH, R1 und R2 = H und n = 1 , sowie in denKarl Fischer indicates a water content of 13.4%. Titration with sodium hydroxide solution gives a difference of 5.435 mmol COOH groups per g substance from the difference between the first and second equivalence point. Only half of the -SO 3 Na groups have been converted into -SO 3 H groups. A sample of the solution is concentrated on a rotary evaporator at 25 mbar and 90 ° C heating bath temperature. An 'H-NMR spectrum of this sample in D, O shows a triplet for the -CH 2 - at 3.1 to 3.3 ppm (against 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid sodium salt as internal reference substance, set to 0 ppm). SO 3 M group of compound (II) with Z = COOH, R 1 and R 2 = H and n = 1, and in the
Randzonen des Hauptsignals als Verbreiterung die -CH2-SO3M-Gruppen analoger Spezies mit n > 1. Bei 3,85 ppm erscheint das Triplett einer -CH2-OH-Spezies, bei 4,25 bis 4,45 ppm eine Signalgruppe für verschiedene -CH2-O-CO-gruppenhaltige Verbindungen. Das Molverhältnis von -CH2-SO3M zu (-CH2-OH + -CH2-O-CO-) beträgt 7,9. Bei 1,5 bis 2,55 ppm befinden sich die sehr breiten Signale für die inneren Protonen der verschiedenen Oligomeren. Der mittlere Oligomerisationsgrad n-nitt,,] berechnet sich zu 1,18 (keine Veränderung im Vergleich zur Analyse nach Verfahrensschritt a)).Edge zones of the main signal as a broadening of the -CH 2 -SO 3 M groups of analog species with n> 1. At 3.85 ppm the triplet of a -CH 2 -OH species appears, at 4.25 to 4.45 ppm a signal group for various -CH 2 -O-CO group-containing compounds. The molar ratio of -CH 2 -SO 3 M to (-CH 2 -OH + -CH 2 -O-CO-) is 7.9. The very broad signals for the inner protons of the various oligomers are at 1.5 to 2.55 ppm. The average degree of oligomerization n- n i tt ,,] is calculated to be 1.18 (no change compared to the analysis after process step a)).
Verfahrensschritt d)Process step d)
In einem Mehrhalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Tropftrichter und Rückflußkühler mit daran angeschlossenem Gasabi eitungsrohr werden 18,42 g der Reaktionsmischung aus Verfahrensschritt c), enthaltend 0,1 mol COOH-Gruppen und 2,47 g (0,137 mol) Wasser, zusätzlich 2,93 g (0,163 mol) Wasser und 37,08 g18.42 g of the reaction mixture from process step c), containing 0.1 mol COOH groups and 2.47 g (0.137 mol) water, are additionally 93 g (0.163 mol) of water and 37.08 g
(0,2 mol) Tributylamin vorgelegt. Beim Aufheizen auf 60°C unter Stickstoff bilden sich zwei flüssige Phasen.(0.2 mol) tributylamine submitted. When heating to 60 ° C under nitrogen, two liquid phases are formed.
Die vorgelegte Mischung entspricht Einsatzmengen von ursprünglich 0,091 mol SO2 und 0,1 mol Acrylsäure und aktuell von 0,2 mol Amin und 0,3 mol Wasser. Zu dieserThe mixture presented corresponds to the use amounts of originally 0.091 mol SO 2 and 0.1 mol acrylic acid and currently 0.2 mol amine and 0.3 mol water. To this
Mischung werden nun unter Rühren und Kühlung innerhalb von 21 min bei einer Temperatur von 60 bis 65°C 27,5 g (0,2 mol) Phosphortrichlorid zugetropft. Die zugegebene Menge Phosphortrichlorid ist so berechnet, daß das Molverhältnis von eingesetzter Phosphormenge zu eingesetzter SO2-Menge 2,2, beziehungsweise das Mol- Verhältnis von eingesetzter SO2-Menge zu eingesetzter Phosphormenge 0,46 beträgt.Mixture is then added dropwise with stirring and cooling within 21 min at a temperature of 60 to 65 ° C 27.5 g (0.2 mol) of phosphorus trichloride. The added amount of phosphorus is calculated so that the molar ratio of amount of phosphorus employed to inserted SO 2 amount 2.2, or the molar ratio of SO 2 amount is employed to inserted amount of phosphorus 0.46.
Weiterhin beträgt das Molverhältnis von freiem Wasser vor der PCl3-Zugabe zu ein- gesetztem Phosphor 1,5. Nach der PCl3-Zugabe wird die Reaktionsmischung noch 21 Stunden lang bei 75°C gerührt.Furthermore, the molar ratio of free water before adding PCl 3 to put phosphorus 1.5. After the PCl 3 addition, the reaction mixture is stirred at 75 ° C. for a further 21 hours.
Verfahrensschritt e)Process step e)
Danach tropft man bei 30 bis 40°C unter Rühren innerhalb von 15 min 100 ml Wasser zu und hält die Mischung noch 21 h lang bei 75°C. Danach gibt man noch 40 ml Wasser zu und filtriert von Spuren eines Schwebstoffes ab.100 ml of water are then added dropwise at 30 to 40 ° C. with stirring over a period of 15 minutes, and the mixture is kept at 75 ° C. for a further 21 hours. Then 40 ml of water are added and traces of a suspended matter are filtered off.
Verfahrensschritt g)Process step g)
Das Filtrat wird mit 70 g (0,79 mol) 45%iger Natronlauge versetzt. Die 60°C warme, zweiphasige Mischung wird in einen Scheidetrichter umgefüllt. Die sich abscheidende leichtere, organische Phase besteht aus Tributylamin (der Rückge- winnungsgrad für Tributylamin beträgt in diesem Versuch ca. 94 %), welches ohne weitere Reinigung wieder in die Synthese eingesetzt werden kann70 g (0.79 mol) of 45% sodium hydroxide solution are added to the filtrate. The 60 ° C warm, two-phase mixture is transferred to a separatory funnel. The lighter, organic phase that separates consists of tributylamine (the degree of recovery for tributylamine in this experiment is approximately 94%), which can be used again in the synthesis without further purification
Die schwerere, wäßrige Phase (216 g) ist das gewünschte Phosphonatgemisch. Aus der Masse der wäßrigen Phase, der eingesetzten Molmenge PC13 und dem ge- schätzten PCl3-Verlust von 8 % durch Abdampfen und Probennahmen für Analysen errechnet sich ein Phosphorgehalt der Lösung von 2,72 %.The heavier aqueous phase (216 g) is the desired phosphonate mixture. From the mass of the aqueous phase, the molar amount of PC1 3 used and the estimated PCl 3 loss of 8% by evaporation and sampling for analysis, a phosphorus content of the solution of 2.72% is calculated.
In der wäßrigen Phase liegen laut 31P-NMR- Analyse 37,6 % des gesamten Phosphors als Phosphonat der Formel (I) mit R1 und R2 = H vor. Diese VerbindungAccording to the 31 P-NMR analysis, 37.6% of the total phosphorus is present in the aqueous phase as a phosphonate of the formula (I) with R 1 and R 2 = H. This connection
31 , zeigt sich im P-NMR-Spektrum als Triplett ( JPH = 12,8 Hz) bei einer chemischen31, shows up in the P-NMR spectrum as a triplet (J PH = 12.8 Hz) with a chemical
Verschiebung von 18,7 ppm. Ein weiteres Triplett mit 7,7 % der Gesamt-Signal- intensität zeigt sich bei 19,3 ppm. Dieses Signal läßt sich vermutlich der Verbindung (III) mit Z = -C(OH)(PO3M2)2, R1 und R2 = H und n = 1 zuordnen. Weiterhin sind nachweisbar ein Phosphit der Formel (IV) bei 3,75 ppm (1,1 % des Phosphors) und ein Phosphat der Formel (V) bei 6,0 ppm (19,7 % des Phosphors). Zusammen mit anderen Phosphonaten unbekannter Struktur liegen insgesamt 78,3 % des Phosphors in Phosphonaten vor.Displacement of 18.7 ppm. Another triplet with 7.7% of the total signal intensity is shown at 19.3 ppm. This signal can presumably be assigned to the compound (III) with Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 , R 1 and R 2 = H and n = 1. A phosphite of the formula (IV) at 3.75 ppm (1.1% of the phosphorus) and a phosphate of the formula (V) at 6.0 ppm (19.7% of the phosphorus) are also detectable. Along with other phosphonates of unknown structure, a total of 78.3% of the phosphorus is present in phosphonates.
Beispiel 3Example 3
Erfindungsgemäße Umsetzung von Crotonsäure mit Tributylamin, SO2, Wasser und PhosphortrichloridImplementation of crotonic acid according to the invention with tributylamine, SO 2 , water and phosphorus trichloride
Verfahrensschritt a), Teilschritt 1)Process step a), sub-step 1)
In einem 500 ml-Mehrhalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Gaseinleitungsrohr mit Glasfritte, Rückflußkühler und daran angeschlossenem Gasableitungsrohr, werden 185 g (1 mol) Tributylamin und 63 g (3,5 mol) Wasser vorgelegt. In diese zweiphasige Mischung wird zunächst Stickstoff, danach unter intensivem Rühren bei 25°C bis 30°C Schwefeldioxid eingeleitet, bis die zweite flüssige Phase verschwindet und die Farbe der Mischung von farblos nach gelb umschlägt. Die Auswaage der Reaktionsmischung ergibt eine Massenzunahme von 65,5 g, was bedeutet, daß 1,02 mol SO2 absorbiert wurden. Um ein Einsatz-Molverhältnis Schwefeldioxid/Tributyl- amin/Wasser von 1/1/3,5 einzustellen, werden zu der Mischung noch 4,33 g Tributyl- amin und 1,47 g Wasser zugegeben. 312 g dieser Gesamtmischung entsprechen somit den Einsatzmengen 1 mol Schwefeldioxid, 1 mol Tributylamin und 3,5 mol Wasser.185 g (1 mol) of tributylamine and 63 g (3.5 mol) of water are placed in a 500 ml multi-necked flask equipped with a stirrer, internal thermometer, gas inlet tube with glass frit, reflux condenser and connected gas outlet tube. Nitrogen is first introduced into this two-phase mixture, then sulfur dioxide with vigorous stirring at 25 ° C. to 30 ° C. until the second liquid phase disappears and the color of the mixture changes from colorless to yellow. Weighing out the reaction mixture gives an increase in mass of 65.5 g, which means that 1.02 mol of SO 2 have been absorbed. In order to set a molar ratio of sulfur dioxide / tributylamine / water of 1/1 / 3.5, 4.33 g of tributylamine and 1.47 g of water are added to the mixture. 312 g of this total mixture correspond to the amounts of 1 mol of sulfur dioxide, 1 mol of tributylamine and 3.5 mol of water.
Verfahrensschritt a), Teilschritt 2)Process step a), sub-step 2)
312 g der obigen Lösung werden in einem 1 1-Mehrhalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Tropftrichter und pH-Elektrode vorgelegt. Die Mischung wird auf 60°C vorgeheizt.312 g of the above solution are placed in a 1 liter multi-necked flask equipped with a stirrer, internal thermometer, dropping funnel and pH electrode. The mixture is preheated to 60 ° C.
87,85 g (1 mol) Crotonsäure (98%ig) werden zusammen mit 16,2 g (0,9 mol) Wasser in einem Becherglas aufgeschmolzen und bei 60 °C unter Wasserkühlung mit 74,0 g87.85 g (1 mol) of crotonic acid (98%) are melted together with 16.2 g (0.9 mol) of water in a beaker and at 60 ° C. with water cooling with 74.0 g
(0,40 mol) Tributylamin versetzt. Diese einphasige Mischung wird innerhalb von 40 min bei 60°C zu der obigen Lösung aus Verfahrensschritt a), Teilschritt 2) zugetropft. Man läßt 23 h bei 60°C und 5 h bei 80°C reagieren. Der pH- Wert der Reaktionsmischung liegt nach der Reaktion bei 5,8. Die erhaltene Mischung (490 g) entspricht Einsatzmengen von ursprünglich 1 mol SO2, 1 mol Crotonsäure, 1,4 mol Amin und 4,4 mol Wasser. Da pro mol SO2 bereits in Teilschritt 1) ein mol Wasser durch chemische Reaktion verbraucht wurde, beträgt die enthaltene Menge an freiem Wasser nur 3,4 mol. Die Menge an freiem Wasser ist entscheidend für den folgenden Verfahrensschritt d).(0.40 mol) tributylamine added. This single phase mixture is made within Was added dropwise at 60 ° C. to the above solution from process step a), sub-step 2). The mixture is left to react at 60 ° C. for 23 h and at 80 ° C. for 5 h. The pH of the reaction mixture after the reaction is 5.8. The mixture obtained (490 g) corresponds to the initial use of 1 mol SO 2 , 1 mol crotonic acid, 1.4 mol amine and 4.4 mol water. Since one mole of water per mole of SO 2 was already consumed by chemical reaction in sub-step 1), the amount of free water contained is only 3.4 moles. The amount of free water is decisive for the following process step d).
Eine Probe der Lösung wird mit Natronlauge versetzt und nach Abtrennung desA sample of the solution is mixed with sodium hydroxide solution and after the
Amins am Rotationsverdampfer bei 20 mbar und 90°C eingeengt. Ein Η-NMR- Spektrum dieser Probe (mit 3 -(Trimethylsilyl)tetradeuteropropionsäure-N atriumsalz als interner Referenzsubstanz bei 0 ppm) zeigt für die Verbindung (II) mit Z = COOH, R1 = Methyl, R2 = H und n = 1 folgende Signale an: -CH3: 1 ,31 ppm (d), -CFI2-COONa: 2,22 ppm (dd) und 2,84 ppm (dd), -CH-SO3Na: 3,26 ppm (m).Amines on a rotary evaporator at 20 mbar and 90 ° C concentrated. A NMR NMR spectrum of this sample (with 3 - (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid sodium salt as internal reference substance at 0 ppm) shows for the compound (II) with Z = COOH, R 1 = methyl, R 2 = H and n = 1 the following signals: -CH 3 : 1, 31 ppm (d), -CFI 2 -COONa: 2.22 ppm (dd) and 2.84 ppm (dd), -CH-SO 3 Na: 3.26 ppm (m).
Nebenprodukte, enthaltend -CH-OH-Gruppen oder Oligomere, lassen sich nicht nachweisen.By-products containing -CH-OH groups or oligomers cannot be detected.
Verfahrensschritt d)Process step d)
In einem 0,5 1-Vierhalskolben mit Rührer, Innenthermometer, Tropftrichter, Rückflußkühler (Kühlmitteltemperatur -15°C) daran angeschlossenem Gasableitungsrohr, Sicherheitsgefäß und Absorptionsgefäß mit 1 1 Wasser zum Auffangen von HC1 und mitgerissenem PCI3 werden 196 g der obigen Reaktionsmischung vorgelegt, mit Stickstoff überlagert und auf 60°C aufgeheizt. Die vorgelegte Mischung entsprichtIn a 0.5 1 four-necked flask with stirrer, internal thermometer, dropping funnel, reflux condenser (coolant temperature -15 ° C), connected gas discharge pipe, safety vessel and absorption vessel with 1 1 water to collect HC1 and entrained PCI3, 196 g of the above reaction mixture are introduced, with Nitrogen superimposed and heated to 60 ° C. The mixture presented corresponds
Einsatzmengen von ursprünglich: 0,4 mol SO2, 0,4 mol Crotonsäure, 0,56 mol Amin und 1,76 mol Wasser, wobei die Menge an freiem Wasser nur 1,36 mol beträgt. Zu dieser Mischung werden nun unter Rühren und Kühlung innerhalb von 35 min bei einer Temperatur von 60 bis 70°C 110 g (0,8 mol) Phosphortrichlorid zugetropft. Die zugegebene Menge Phosphortrichlorid ist so berechnet, daß das Molverhältnis von eingesetzter Phosphormenge zu eingesetzter SO2-Menge 2, beziehungsweise das Molverhältnis von eingesetzter SO2-Menge zu eingesetzter Phosphormenge 0,5 beträgt. Weiterhin beträgt das Molverhältnis von freiem Wasser vor der PCl3-Zugabe zu eingesetztem Phosphor 1,7. Nach der PCl3-Zugabe wird die Reaktionsmischung noch 3 Stunden lang bei 70 bis 80°C gerührt.Amounts originally used: 0.4 mol SO 2 , 0.4 mol crotonic acid, 0.56 mol amine and 1.76 mol water, the amount of free water being only 1.36 mol. 110 g (0.8 mol) of phosphorus trichloride are then added dropwise to this mixture with stirring and cooling at 35 to 60 ° C. in the course of 35 minutes. The added amount of phosphorus is calculated such that the molar ratio of employed amount of phosphorus to be inserted SO 2 quantity 2, or the Molar ratio of the amount of SO 2 used to the amount of phosphorus used is 0.5. Furthermore, the molar ratio of free water before the PCl 3 addition to the phosphorus used is 1.7. After the addition of PCl 3 , the reaction mixture is stirred at 70 to 80 ° C. for a further 3 hours.
Verfahrensschritt e)Process step e)
Danach tropft man unter Rühren zunächst langsam, nach Abklingen der anfänglichen HCl-Gasentwicklung auch schneller, 400 ml Wasser zu und hält die Mischung noch 18 h lang bei 100°C. In dem Absorptionsgefäß mit 1 1 Wasser für entweichendes HC1 und PCl3-Gas (siehe Verfahrensschritt d)) wurden insgesamt 1 ,69 mol HC1 und 0,072 mol H3PO3 nachgewiesen.400 ml of water are then slowly added dropwise while stirring, after the initial HCl gas evolution has subsided, and the mixture is kept at 100 ° C. for a further 18 h. A total of 1.69 mol HC1 and 0.072 mol H 3 PO 3 were detected in the absorption vessel with 1 1 water for escaping HC1 and PCl 3 gas (see process step d)).
Verfahrensschritt g)Process step g)
Die Reaktionsmischung wird auf 60°C abgekühlt und unter Rühren mit 213 g (2,4 mol) 45%iger Natronlauge versetzt. Die 60°C warme, zweiphasige Mischung wird in einen Scheidetrichter umgefüllt. Die sich abscheidende leichtere, organische Phase besteht aus 102,5 g Tributylamin, welches ohne weitere Reinigung wieder in die Synthese eingesetzt werden kann (der Rückgewinnungsgrad für Tributylamin beträgt in diesem Versuch 98,9 %).The reaction mixture is cooled to 60 ° C. and 213 g (2.4 mol) of 45% sodium hydroxide solution are added with stirring. The 60 ° C warm, two-phase mixture is transferred to a separatory funnel. The lighter, organic phase which separates out consists of 102.5 g of tributylamine, which can be used again in the synthesis without further purification (the degree of recovery for tributylamine in this experiment is 98.9%).
Die schwerere, wäßrige Phase (724,5 g) ist das gewünschte Phosphonatgemisch. Aus der Masse der wäßrigen Phase, der eingesetzten Molmenge PC13 und dem PCl3-Ver- lust durch Abdampfen errechnet sich ein Phosphorgehalt der Lösung von 3,11 %.The heavier aqueous phase (724.5 g) is the desired phosphonate mixture. A phosphorus content of the solution of 3.11% is calculated from the mass of the aqueous phase, the molar amount of PC1 3 used and the PCl 3 loss by evaporation.
3131
In der wäßrigen Phase hegen laut P-NMR-Analyse 52,2 % des gesamten Phosphors als Phosphonat der Formel (I) mit R1 = Methyl, R2 = H vor. Diese Verbindung zeigtAccording to P-NMR analysis, 52.2% of the total phosphorus is present in the aqueous phase as a phosphonate of the formula (I) with R 1 = methyl, R 2 = H. This connection shows
31 sich im P-NMR-Spektrum als Multiplen und bei Η-Entkopplung in Form zweier dicht beieinanderliegender Signale bei 18,9 ppm und 19,0 ppm. Weiterhin sind nachweisbar ein Phosphit der Formel (IV) bei 3,7 ppm (11,1 % des Phosphors) und ein Phosphat der Formel (V) bei 4,5 ppm (18,2 % des Phosphors). Zusammen mit anderen Phosphonaten unbekannter Struktur liegen insgesamt 70,7 % des Phosphors in Phosphonaten vor.31 in the P-NMR spectrum as multiples and with Η decoupling in the form of two closely spaced signals at 18.9 ppm and 19.0 ppm. Furthermore, a phosphite of the formula (IV) at 3.7 ppm (11.1% of the phosphorus) and a are detectable Phosphate of formula (V) at 4.5 ppm (18.2% of the phosphorus). Together with other phosphonates of unknown structure, a total of 70.7% of the phosphorus is present in phosphonates.
Beispiel 4Example 4
Erfindungsgemäße Umsetzung von Methacrylsäure mit Tributylamin, SO2, Wasser und PhosphortrichloridImplementation of methacrylic acid according to the invention with tributylamine, SO 2 , water and phosphorus trichloride
Analog zu Beispiel 3 wird Methacrylsäure anstelle von Crotonsäure eingesetzt.Analogously to Example 3, methacrylic acid is used instead of crotonic acid.
In Verfahrensschritt a), Teilschritt 2) wird die Methacrylsäure von Anfang an bei 80°C zur Reaktion gebracht. Eine Probe der dort erhaltenen Reaktionslösung wird mit Natronlauge versetzt und nach Abtrennung des Amins am Rotationsverdampfer bei 20 mbar und 90°C eingeengt. Ein Η-NMR-Spektrum dieser Probe (mit 3-(Tri- methylsilyl)tetradeuteropropionsäure-Natriumsalz als interner Referenzsubstanz bei 0 ppm) zeigt für die Verbindung (II) mit Z = COOH, R1 = H, R2 = Methyl und n = 1 folgende Signale an: -CH3: 1,23 ppm (d), -CH-COONa: ca. 2,75 ppm (m), -CH2- SO3Na: 3,31 ppm (dd) und ca. 2,85 (m).In process step a), sub-step 2), the methacrylic acid is reacted at 80 ° C. from the start. A sample of the reaction solution obtained there is mixed with sodium hydroxide solution and, after the amine has been separated off on a rotary evaporator, concentrated at 20 mbar and 90 ° C. A Η NMR spectrum of this sample (with sodium 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid as internal reference substance at 0 ppm) shows for compound (II) with Z = COOH, R 1 = H, R 2 = methyl and n = 1 the following signals to: -CH 3 : 1.23 ppm (d), -CH-COONa: approx.2.75 ppm (m), -CH 2 - SO 3 Na: 3.31 ppm (dd) and approx 2.85 (m).
Nach Verfahrensschritt g) werden 960,6 g wäßrige Phase erhalten. Aus der Masse der wäßrigen Phase, der eingesetzten Molmenge PC13 und dem PCl3-Verlust durch Abdampfen errechnet sich ein Phosphorgehalt der Lösung von 2,93 %.After process step g), 960.6 g of aqueous phase are obtained. A phosphorus content of the solution of 2.93% is calculated from the mass of the aqueous phase, the molar amount of PC1 3 used and the PCl 3 loss due to evaporation.
31 In der wäßrigen Phase liegen laut P-NMR-Analyse 39,1 % des gesamten Phosphors als Phosphonat der Formel (I) mit R11 == HH uunndd RR22 = Methyl vor. Diese Verbindung zeigt im J'P-NMR-Spektrum zwei Multipletts, die bei 'H-Entkopplung in zwei31 According to P-NMR analysis, 39.1% of the total phosphorus is present in the aqueous phase as a phosphonate of the formula (I) with R 11 == HH and RR 22 = methyl. This compound shows two multiplets in the J 'P NMR spectrum, and two in' H decoupling
Dubletts bei 19,4 ppm und 18,0 ppm mit einer 2JPP-Kopplungskonstanten von jeweilsDoublets at 19.4 ppm and 18.0 ppm with a 2 J PP coupling constant of respectively
22,3 Hz übergehen. Weiterhin sind nachweisbar ein Phosphit der Formel (IV) bei 3,7 ppm (29,4 % des Phosphors) und ein Phosphat der Formel (V) bei 4,6 ppm (16,1 % des Phosphors). Zusammen mit anderen Phosphonaten unbekannter Struktur liegen insgesamt 54,5 % des Phosphors in Phosphonaten vor.Pass 22.3 Hz. A phosphite of the formula (IV) at 3.7 ppm (29.4% of the phosphorus) and a phosphate of the formula (V) at 4.6 ppm are also detectable (16.1% of the phosphorus). Together with other phosphonates of unknown structure, a total of 54.5% of the phosphorus is present in phosphonates.
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
Analog zu Beispiel 7 aus US-A-5 221 487 wird 3 -Brompropionsäure zuerst mit PC13 und Wasser, anschließend mit Natriumsulfit und KOH umgesetzt. Im Vergleich zu diesem Beispiel 7 werden die Einsatzmengen der Rohstoffe verdreifacht.Analogously to Example 7 from US Pat. No. 5,221,487, 3-bromopropionic acid is first reacted with PC1 3 and water, then with sodium sulfite and KOH. In comparison to this example 7, the amounts of raw materials used are tripled.
In einem Mehrhalskolben mit Rührer, Tropftrichter, Rückflußkühler und daran angeschlossenem Gasableitungsrohr werden 13,8 g (90 mmol) 3 -Brompropionsäure und 4,05 g (225 mmol) Wasser vorgelegt und auf 40°C erwärmt. Bei einer Temperatur von 40 bis 50°C werden unter Rühren innerhalb von 20 min 20,7 g (150 mmol) Phosphortrichlorid zugetropft. Nach Ende der Zugabe wird der Ansatz 3 h lang in einem 150°C heißen Ölbad unter Rückfluß erwärmt. Dabei wird wird die Masse zeitweise fest. Nach 3 h läßt man auf Raumtemperatur abkühlen und tropft unter Kühlung innerhalb von 15 min eine Lösung von 9,9 g (150 mmol) 85%igem Kaliumhydroxid und 11,3 g (90 mol) Natriumsulfit in 90 g Wasser zu. Anschließend erhitzt man 19 h lang unter Rühren auf 100 °C. Die klare Lösung hat einen End-pH von 4,85 und wird zur Trockene eingedampft. Man erhält 38 g eines Feststoffs.13.8 g (90 mmol) of 3-bromopropionic acid and 4.05 g (225 mmol) of water are placed in a multi-necked flask equipped with a stirrer, dropping funnel, reflux condenser and gas discharge tube and heated to 40 ° C. At a temperature of 40 to 50 ° C, 20.7 g (150 mmol) of phosphorus trichloride are added dropwise with stirring within 20 min. After the addition has ended, the mixture is heated under reflux in an oil bath at 150 ° C. for 3 hours. The mass becomes solid at times. After 3 h, the mixture is allowed to cool to room temperature and a solution of 9.9 g (150 mmol) of 85% potassium hydroxide and 11.3 g (90 mol) of sodium sulfite in 90 g of water are added dropwise with cooling in the course of 15 min. The mixture is then heated to 100 ° C. for 19 hours with stirring. The clear solution has a final pH of 4.85 and is evaporated to dryness. 38 g of a solid are obtained.
Das 31P-NMR- Spektrum (Lösungsmittel D2O) zeigt ein für die -CH2-C(OH)(PO3M2)2-Gruppe achiraler Verbindungen charakteristisches Triplett bei 18,8 ppm. In dieser -CH2-C(OH)(PO3M2)2-Gruppe sind nur 13,2% des Phosphors ent- halten. Weiterhin läßt sich eine Verbindung der FormelThe 31 P-NMR spectrum (solvent D 2 O) shows a triplet characteristic of the -CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group of achiral compounds at 18.8 ppm. Only 13.2% of the phosphorus is contained in this -CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group. A compound of the formula can also be used
im Η-entkoppelten 31P-NMR-Spektrum durch zwei Dubletts bei 37,2 ppm (endo- cyclischer Phosphor) und 16,7 ppm (exocyclischer Phosphor) mit einer Kopplungskonstanten 2JPP von 35,9 Hz nachweisen. In dieser Verbindung sind 19,0 % des Phosphors enthalten. Zusammen mit anderen Phosphonaten unbekannter Struktur liegen insgesamt 93,4 % des Phosphors in Phosphonaten vor. Die Mehrzahl der enthaltenen Phosphonate läßt sich von der Struktur her nicht zuordnen. 5,8 % des Phosphors liegen als Phosphat der Formel (V) vor, dessen chemische Verschiebung bei 1 ,0 ppm liegt. in the Η-decoupled 31 P-NMR spectrum by two doublets at 37.2 ppm (endocyclic phosphor) and 16.7 ppm (exocyclic phosphor) with a coupling constant of 2 J PP of 35.9 Hz. This compound contains 19.0% of the phosphorus. Together with other phosphonates of unknown structure, a total of 93.4% of the phosphorus is present in phosphonates. The structure of most of the phosphonates contained cannot be assigned. 5.8% of the phosphorus is present as the phosphate of the formula (V), the chemical shift of which is 1.0 ppm.
Ein H-NMR-Spektrum dieser Probe (mit 3-(Trimethylsilyl)tetradeuteropropion- säure -Natriumsalz als internerer Referenzsubstanz bei 0 ppm) zeigt zwei Tripletts, die überwiegend von Verbindung (II) mit Z = COOM, R1 und R2 = H und n = 1 stammen: ein Triplett bei 2,62 ppm (für die -CH2-COOM-Gruppe dieser Verbindung) und ein weiteres Triplett bei 3,15 ppm (für die -CH2-SO3M-Gruppe dieser Ver- bindung). In dem -CH2-SO3M-typischen Bereich von 3 bis 3,3 ppm ist außer dem ebengenannten Triplett kein weiteres Signal zu sehen. Das bedeutet, daß die überwiegende Zahl der Sulfonsäuregruppen nicht in einer Verbindung des Typs (I) sondern in einer Verbindung der Formel (II) mit Z = COOM vorliegen. Eine Verbindung des Typs (I) müßte aufgrund der P,H-Kopplung für die Protonen der -CH2-SO3M-Gruppe ein kompliziertes Multiple« ergeben (siehe Beispiel 1), nicht aber ein einfaches Triplett. Die -CH2-OH-Gruppen der Verbindungen der Formel (III) zeigen sich als zwei Tripletts bei 3,75 bis 4 ppm. Das aus den Signalintensitäten bestimmte Molverhältnis der Verbindungen der Formel (II) zu Verbindungen der Formel (III) beträgt 4 (= Molverhältnis -CH2-SO3M / -CH2-OH).An H-NMR spectrum of this sample (with 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid sodium salt as internal reference substance at 0 ppm) shows two triplets, predominantly of compound (II) with Z = COOM, R 1 and R 2 = H and n = 1: one triplet at 2.62 ppm (for the -CH 2 -COOM group of this compound) and another triplet at 3.15 ppm (for the -CH 2 -SO 3 M group of this compound binding). In the -CH 2 -SO 3 M-typical range from 3 to 3.3 ppm, no further signal can be seen except for the triplet just mentioned. This means that the majority of the sulfonic acid groups are not in a compound of type (I) but in a compound of formula (II) with Z = COOM. A compound of type (I) should result in a complicated multiple (see Example 1), but not a simple triplet, due to the P, H coupling for the protons of the -CH 2 -SO 3 M group. The -CH 2 -OH groups of the compounds of formula (III) appear as two triplets at 3.75 to 4 ppm. The molar ratio of the compounds of formula (II) to compounds of formula (III) determined from the signal intensities is 4 (= molar ratio -CH 2 -SO 3 M / -CH 2 -OH).
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
Analog zu Vergleichsbeispiel 1 wird 3 -Brompropionsäure zuerst mit PC13 und Wasser, anschließend mit einer erhöhten Menge Natriumsulfit und KOH umgesetzt. Die Umsetzung wird wie in Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt, mit dem Unterschied, daß 210 mmol KOH anstelle von 150 mmol und 145 mmol Natriumsulfit anstelle von 90 mmol eingesetzt werden. Das End-Reaktionsgemisch hat vor dem Eindampfen einen pH von 6,45.Analogously to Comparative Example 1, 3-bromopropionic acid is first reacted with PC1 3 and water, then with an increased amount of sodium sulfite and KOH. The reaction is carried out as in Comparative Example 1, with the difference that 210 mmol of KOH are used instead of 150 mmol and 145 mmol of sodium sulfite instead of 90 mmol. The final reaction mixture has a pH of 6.45 before evaporation.
Das 3!P-NMR- Spektrum (Lösungsmittel D2O) zeigt zwei für die -CH,-C(OH)(PO3M2)2-Gruppen achiraler Verbindungen charakteristische Tripletts. Eines bei 18,7 ppm, welches 2,9 % der Phosphor-Gesamtsignalintensität aufweist und eines bei 19,5 ppm, welches 15,4 % der Gesamt-Signalintensität zeigt. Durch Zudosierung einer Probe aus Beispiel 1 und erneute Vermessung des Probenge- mischs stellt sich heraus, daß das ursprünglich kleinere Signal mit 2,9 % des Phosphors deutlich an Intensität gewonnen hat. Es entspricht somit der Verbindung der Formel (I) mit R1 und R2 = H und n = 1. Das ursprünglich größere Signal mit 15,4 % des Phosphors läßt sich der Verbindung der Formel (III) mit Z = -C(OH)(PO3M2)2, R1 und R2 = H und n = 1 zuordnen. Weiterhin läßt sich in der reinen Probe aus Vergleichsbeispiel 2 eine Verbindung der FormelThe 3! P-NMR spectrum (solvent D 2 O) shows two triplets characteristic of the -CH, -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 groups of achiral compounds. One at 18.7 ppm, which has 2.9% of the total phosphor signal intensity and one at 19.5 ppm, which shows 15.4% of the total signal intensity. By metering in a sample from Example 1 and measuring the sample mixture again, it is found that the originally smaller signal has clearly increased in intensity with 2.9% of the phosphorus. It thus corresponds to the compound of formula (I) with R 1 and R 2 = H and n = 1. The originally larger signal with 15.4% of the phosphorus can be the compound of formula (III) with Z = -C (OH ) (PO 3 M 2 ) 2 , R 1 and R 2 = H and n = 1 assign. Furthermore, a compound of the formula can be found in the pure sample from comparative example 2
nachweisen. In dieser Verbindung sind 11 ,5 % des Phosphors enthalten. Zusammen mit anderen Phosphonaten unbekannter Struktur liegen insgesamt 91,0 % des Phosphors in Phosphonaten vor. Die Mehrzahl der enthaltenen Phosphonate läßt sich auch hier von der Struktur her nicht zuordnen. 8,0 % des Phosphors liegen als Phosphat der Formel (V) vor, dessen chemische Verschiebung bei 2,9 ppm liegt. to prove. This compound contains 11.5% of the phosphorus. Together with other phosphonates of unknown structure, a total of 91.0% of the phosphorus is present in phosphonates. The majority of the phosphonates contained cannot be assigned here either in terms of their structure. 8.0% of the phosphorus is present as phosphate of the formula (V), the chemical shift of which is 2.9 ppm.
Ein H-NMR- Spektrum dieser Probe (mit 3-(Trimethylsilyl)tetradeuteropropion- säure -Natriumsalz als interner Referenzsubstanz bei 0 ppm) zeigt zwei Tripletts, die überwiegend von Verbindung (II) mit Z = COOH, R1 und R2 = H und n = 1 stammen: ein Triplett bei 2,60 ppm (für die -CH2-COOM-Gruppe dieser Verbindung (II)) und ein weiteres Triplett bei 3,16 ppm (für die -CH2-SO3M-Gruppe dieser Verbindung (II)). In dem -CH2-SO3M-typischen Bereich von 3 bis 3,3 ppm ist außer dem ebengenannten Triplett kein weiteres Signal zu sehen. Das bedeutet, daß wiederum die überwiegende Zahl der Sulfonsäuregruppen nicht in einer Verbindung des Typs (I) sondern in einer Verbindung der Formel (II) mit Z = COOM vorliegen. Die -CH2- OH-Gruppen der Verbindungen der Formel (III) zeigen sich als zwei Tripletts beiAn H-NMR spectrum of this sample (with 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionic acid sodium salt as internal reference substance at 0 ppm) shows two triplets, which are predominantly composed of compound (II) with Z = COOH, R 1 and R 2 = H and n = 1: one triplet at 2.60 ppm (for the -CH 2 -COOM group of this compound (II)) and another triplet at 3.16 ppm (for the -CH 2 -SO 3 M group this connection (II)). In the -CH 2 -SO 3 M-typical range from 3 to 3.3 ppm, no further signal can be seen except for the triplet just mentioned. This means that again the majority of the sulfonic acid groups are not in a compound of type (I) but in a compound of formula (II) with Z = COOM. The -CH 2 - OH groups of the compounds of the formula (III) appear as two triplets
3,75 bis 4 ppm. Das aus den Signalintensitäten bestimmte Molverhältnis der Verbindungen der Formel (II) zu Verbindungen der Formel (III) beträgt 7,7 (= Molverhältnis -CH2-SO3M / -CPL-OH).3.75 to 4 ppm. The molar ratio of the compounds of formula (II) to compounds of formula (III) determined from the signal intensities is 7.7 (= molar ratio -CH 2 -SO 3 M / -CPL-OH).
Vergleichsbeispiel 3Comparative Example 3
Analog zu Beispiel 5 aus US-A-5 221 487 wird anstelle von 5-Bromvalerainsäure die homologe 4-Brombuttersäure zuerst mit PC13 und Wasser, anschließend mit Natriumsulfit und KOH umgesetzt. Die Einsatzmengen der Rohstoffe werden gegenüber diesem Beispiel versechsfacht.Analogously to Example 5 from US Pat. No. 5,221,487, the homologous 4-bromobutyric acid is first reacted with PC1 3 and water, then with sodium sulfite and KOH instead of 5-bromovaleric acid. The amounts of raw materials used are increased sixfold compared to this example.
In einem Mehrhalskolben mit Rührer, Tropftrichter, Rückflußkühler und daran angeschlossenem Gasableitungsrohr werden 14,0 g (84 mmol) 4-Brombuttersäure und 3,8 g (210 mmol) Wasser vorgelegt und auf 40°C erwärmt. Bei einer Temperatur von 40 bis 50°C werden unter Rühren innerhalb von 20 min 19,0 g (138 mmol) Phosphortrichlorid zugetropft. Nach Ende der Zugabe wird der Ansatz 3 h lang in einem 130°C heißen Ölbad unter Rückfluß erwärmt. Die Innentemperatur beträgt dabei ca. 120°C. Nach 3 h läßt man auf Raumtemperatur abkühlen und tropft unter Kühlung bei 25 bis 30°C innerhalb von 15 min eine Lösung von 8,9 g (138 mmol) 86,7%igem Kaliumhydroxid und 10,8 g (85,6 mol) Natriumsulfit in 90 g Wasser zu. Direkt nach dem Zutropfen der Lösung ist die Reaktionsmischung alkalisch. Nach dem Erwärmen auf 95 - 100°C sinkt der pH auf 5 bis 6. Man erhitzt 19 h lang unter Rühren auf 100°C. Die erhaltene klare Lösung (124,3 g) hat einen End-pH von 4,7.14.0 g (84 mmol) of 4-bromobutyric acid and 3.8 g (210 mmol) of water are placed in a multi-necked flask equipped with a stirrer, dropping funnel, reflux condenser and gas discharge tube and heated to 40 ° C. At a temperature of 40 to 50 ° C 19.0 g (138 mmol) of phosphorus trichloride are added dropwise with stirring within 20 minutes. After the addition has ended, the mixture is heated under reflux in an oil bath at 130 ° C. for 3 hours. The inside temperature is approx. 120 ° C. After 3 h, the mixture is allowed to cool to room temperature and a solution of 8.9 g (138 mmol) of 86.7% potassium hydroxide and 10.8 g (85.6 mol) is added dropwise with cooling at 25 to 30 ° C. in the course of 15 min. Sodium sulfite in 90 g of water. The reaction mixture is alkaline immediately after the solution is added dropwise. After heating to 95-100 ° C., the pH drops to 5 to 6. The mixture is heated to 100 ° C. with stirring for 19 hours. The clear solution obtained (124.3 g) has a final pH of 4.7.
Das 31P-NMR-Spektrum (Lösungsmittel D2O) zeigt ein für dieThe 31 P NMR spectrum (solvent D 2 O) shows one for the
-CH2-C(OH)(PO3M2)2-Gruppe achiraler Verbindungen charakteristisches Triplett bei 19,1 ppm. In dieser Gruppe sind nur 6,0 % des Phosphors enthalten. Weiterhin läßt sich eine Verbindung der Formel-CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group of achiral compounds characteristic triplet 19.1 ppm. This group contains only 6.0% of the phosphorus. A compound of the formula can also be used
im Η-entkoppelten 31P-NMR-Spektrum durch zwei Dubletts bei 15,0 ppm (endocy- clischer Phosphor) und 17,7 ppm (exocyclischer Phosphor) mit einer Kopplungskonstanten 2JPP von 25,4 Hz nachweisen. In dieser Verbindung sind 27,0 % des Phosphors enthalten. Zusammen mit anderen Phosphonaten unbekannter Struktur liegen insgesamt 90,4 % des Phosphors in Phosphonaten vor. Die Mehrzahl der enthaltenen Phosphonate läßt sich von der Struktur her nicht zuordnen. 9,6 % des Phosphors liegen als Phosphat der Formel (V) vor, dessen chemische Verschiebung bei 0,7 ppm liegt. in the Η-decoupled 31 P-NMR spectrum by two doublets at 15.0 ppm (endocyclic phosphorus) and 17.7 ppm (exocyclic phosphorus) with a coupling constant of 2 J PP of 25.4 Hz. This compound contains 27.0% of the phosphorus. Together with other phosphonates of unknown structure, a total of 90.4% of the phosphorus is present in phosphonates. The structure of most of the phosphonates contained cannot be assigned. 9.6% of the phosphorus is present as phosphate of the formula (V), the chemical shift of which is 0.7 ppm.
Vergleichsbeispiel 4Comparative Example 4
Analog zu Beispiel 5 aus US-A-5 221 487 wird 5-Bromvaleriansäure zuerst mit PC13 und Wasser, anschließend mit Natriumsulfit und KOH umgesetzt. Im Vergleich zu dem Patentbeispiel werden lediglich die Einsatzmengen der Rohstoffe versechsfacht.Analogously to Example 5 from US Pat. No. 5,221,487, 5-bromovaleric acid is first reacted with PC1 3 and water, then with sodium sulfite and KOH. In comparison to the patent example, only the quantities of raw materials used are increased six-fold.
In einem Mehrhalskolben mit Rührer, Tropftrichter, Rückflußkühler und daran ange- schlossenem Gasableitungsrohr werden 15,2 g (84 mmol) 4-Bromvaleriansäure undIn a multi-necked flask with stirrer, dropping funnel, reflux condenser and gas discharge pipe connected to it, 15.2 g (84 mmol) of 4-bromovaleric acid and
3,8 g (210 mmol) Wasser vorgelegt und auf 40 °C erwärmt. Bei einer Temperatur von 40 bis 45°C werden unter Rühren innerhalb von 20 min 19,0 g (138 mmol) Phosphortrichlorid zugetropft. Nach Ende der Zugabe wird die Reaktionsmischung 15 min lang auf 130°C und 2,75 h lang auf 120°C erwärmt. Dabei tritt anfangs ab einer Innentemperatur von 110°C Rückfluß auf. Danach läßt man auf Raumtemperatur abkühlen und tropft unter Kühlung bei 25 bis 30°C innerhalb von 15 min eine Lösung von 8,9 g (138 mmol) 86,7%igem Kaliumhydroxid und 10,8 g (85,6 mol) Natriumsulfit in 90 g Wasser zu. Direkt nach dem Zutropfen der Lösung ist die Reaktionsmischung alkalisch. Nach dem Erwärmen auf 95 - 100°C sinkt der pH auf ca. 6. Man erhitzt 19 h lang unter Rühren auf 100°C. Die erhaltene Lösung (129,9 g) hat einen End-pH von 4,3.3.8 g (210 mmol) of water are introduced and heated to 40 ° C. At a temperature of 40 to 45 ° C 19.0 g (138 mmol) of phosphorus trichloride are added dropwise with stirring within 20 minutes. After the addition has ended, the reaction mixture is heated to 130 ° C. for 15 minutes and to 120 ° C. for 2.75 hours. Reflux initially occurs from an internal temperature of 110 ° C. The mixture is then allowed to cool to room temperature and a solution of 8.9 g (138 mmol) of 86.7% potassium hydroxide and 10.8 g is added dropwise with cooling at 25 to 30 ° C. in the course of 15 minutes (85.6 mol) sodium sulfite in 90 g water. The reaction mixture is alkaline immediately after the solution is added dropwise. After heating to 95-100 ° C., the pH drops to approximately 6. The mixture is heated to 100 ° C. with stirring for 19 hours. The solution obtained (129.9 g) has a final pH of 4.3.
Das 3,P-NMR-Spektrum (Lösungsmittel D2O) zeigt ein für die -CH2-C(OH)(PO3M2)2-Gruppe achiraler Verbindungen charakteristisches Triplett bei 19,0 ppm. In dieser Gruppe sind 23,1 % des Phosphors enthalten. Zusammen mit anderen Phosphonaten unbekannter Struktur liegen insgesamt 87,8 % des Phosphors in Phosphonaten vor. Die Mehrzahl der enthaltenen Phosphonate läßt sich von derThe 3, P-NMR spectrum (solvent D 2 O) shows a triplet characteristic of the -CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group of achiral compounds at 19.0 ppm. This group contains 23.1% of the phosphorus. Together with other phosphonates of unknown structure, a total of 87.8% of the phosphorus is present in phosphonates. The majority of the phosphonates contained can be obtained from the
Struktur her nicht zuordnen. 8,9 % des Phosphors liegen als Phosphat der Formel (V) vor, dessen chemische Verschiebung bei 0,7 ppm liegt.Do not assign structure. 8.9% of the phosphorus is present as phosphate of the formula (V), the chemical shift of which is 0.7 ppm.
Beispiel 5Example 5
Prüfung auf CalciumtoleranzCalcium tolerance test
In 1 -1-Glasflaschen werden 700 ml demineralisiertes Wasser vorgelegt und unter Rühren die Inhibitorlösung sowie 10 ml einer Lösung, die 183,4 g CaCl2 x 2H2O/l enthält, zugesetzt. Als Inhibitorlösung wird üblicherweise eine neutralisierte Lösung mit 10 000 mg/1 Wirkstoffgehalt eingesetzt, so daß ein Zusatz von 5, 10 bzw. 20 ml einer Inhibitorkonzentration von 50, 100 bzw. 200 mg/1 entspricht.700 ml of demineralized water are placed in 1 -1 glass bottles and the inhibitor solution and 10 ml of a solution which contains 183.4 g of CaCl 2 × 2H 2 O / l are added with stirring. A neutralized solution with an active substance content of 10,000 mg / l is usually used as the inhibitor solution, so that an addition of 5, 10 or 20 ml corresponds to an inhibitor concentration of 50, 100 or 200 mg / l.
Der pH- Wert der Lösung wird durch Zugabe von Natronlauge bzw. Salzsäure auf 9,0 eingestellt und danach das Volumen auf 1 1 aufgefüllt. Diese Lösung enthält 500 mg/1The pH of the solution is adjusted to 9.0 by adding sodium hydroxide solution or hydrochloric acid, and the volume is then made up to 1 liter. This solution contains 500 mg / 1
Ca2+.Ca 2+ .
Die verschlossenen Flaschen werden über 24 h bei 75 °C im Umlufttrockenschrank gelagert. Nach dem Abkühlen wird der pH- Wert gemessen (Kontrolle) und - nach Aufrühren ggf. ausgefallener Salze zur Homogenisierung - die Trübung der Proben im Trübungsphotometer nach EN 27027 in einer 50 mm Küvette gemessen und als FNU (Formazin - Nephelometrieeinheit) angegeben.The sealed bottles are stored in a forced-air drying cabinet at 75 ° C for 24 h. After cooling, the pH is measured (control) and - after stirring in any salts which may have precipitated for homogenization - the turbidity of the samples measured in a turbidity photometer according to EN 27027 in a 50 mm cuvette and given as FNU (formazin - nephelometry unit).
Je höher die Trübungswerte sind, um so mehr Calcium-Inhibitor-Salz hat sich abge- schieden. Niedrige Trübungswerte entsprechen also einer hohen Calciumtoleranz.The higher the turbidity values, the more calcium inhibitor salt has separated out. Low turbidity values therefore correspond to a high calcium tolerance.
Eine hohe Calciumtoleranz ist Voraussetzung für eine wirksame Calciumcarbonat- inhibierung in Wässern mit hoher Calciumkonzentration.A high calcium tolerance is a prerequisite for an effective calcium carbonate inhibition in water with a high calcium concentration.
Wie Tabelle 1 zeigt, liegt die Ca-Toleranz der erfindungsgemäßen Substanz aus Bei- spiel 1 sowie der von US-A-5 221 487 beschriebenen Substanzen aus den Vergleichsbeispielen 3 und 4 deutlich über der von HEDP. Etwas besser als HEDP, aber deutlich schlechter als die erfindungsgemäße Substanz aus Beispiel 1 , schneidet diejenige Probe ab, die in Erweiterung des in US-A-5 221 487 vorgeschlagenen Verfahrens auf kürzere Kohlenstoff-Kettenlängen aus 3-Brompropionsäure hergestellt wurde (siehe Vergleichsbeispiel 1).As Table 1 shows, the Ca tolerance of the substance according to the invention from Example 1 and of the substances from Comparative Examples 3 and 4 described by US Pat. No. 5,221,487 is significantly higher than that of HEDP. Somewhat better than HEDP, but significantly worse than the substance according to the invention from example 1, cuts off the sample which was produced from 3-bromopropionic acid in extension of the method proposed in US Pat. No. 5,221,487 to shorter carbon chain lengths (see comparative example 1 ).
Die Proben aus Vergleichbeispielen 1 und 3 sind, im Gegensatz zu den übrigen Substanzen, unter den Versuchsbedingungen der Ca-Toleranz-Messung nicht stabil. Der pH- Werte sinkt während der Messung deutlich ab. In contrast to the other substances, the samples from comparative examples 1 and 3 are not stable under the experimental conditions of the Ca tolerance measurement. The pH value drops significantly during the measurement.
Tabelle 1Table 1
Messung der Calciumtoleranz über TrübungsexperimenteMeasurement of calcium tolerance using turbidity experiments
deutliche pH-Absenkung während der Lagerung über 24 h bei 75°Csignificant pH drop during storage over 24 h at 75 ° C
Beispiel 6Example 6
Prüfung auf steininhibierende WirksamkeitTesting for stone-inhibiting effectiveness
Drei verschiedene Wässer (siehe Beispiele 6a) bis 6c)), die an Calciumcarbonat übersättigt sind, werden aus demineralisiertem Wasser durch Auflösen von Salzen und pH-Einstellung mit Natronlauge oder Salzsäure synthetisch hergestellt. In diesen Wässern wird die Abscheidung von Feststoffen beim Lagern in Abhängigkeit von zugesetzten Steininhibitoren unterschiedlicher Struktur und Konzentration untersucht.Three different waters (see Examples 6a) to 6c)), which are oversaturated in calcium carbonate, are synthetically prepared from demineralized water by dissolving salts and adjusting the pH with sodium hydroxide solution or hydrochloric acid. In these waters, the deposition of solids during storage is examined depending on the added stone inhibitors of different structure and concentration.
Beispiel 6a)Example 6a)
Zur Prüfung der steininhibierenden Wirkung wird ein synthetisches Leitungswasser folgender Zusammensetzung hergestellt: 100 mg/1 Ca2+ und 12 mg/1 Mg2+, entsprechend 3 mmol/1 Erdalkaliionen und einer Gesamthärte von 300 ppm CaCO3 oder 17° d GH,To test the stone-inhibiting effect, a synthetic tap water of the following composition is produced: 100 mg / 1 Ca 2+ and 12 mg / 1 Mg 2+ , corresponding to 3 mmol / 1 alkaline earth ions and a total hardness of 300 ppm CaCO 3 or 17 ° d GH,
195 mg/1 HCO3 ", entsprechend 3,2 mmol/1 und einer Carbonathärte von 9° d KH,195 mg / 1 HCO 3 " , corresponding to 3.2 mmol / 1 and a carbonate hardness of 9 ° d KH,
145 mg/1 Na+, 197 mg/1 SO4 2"und 177 mg/1 Cl".145 mg / 1 Na + , 197 mg / 1 SO 4 2 " and 177 mg / 1 Cl " .
Die Gesamthärte (Anfangshärte) dieses Wassers wird durch Titration mit EDTA bestimmt.The total hardness (initial hardness) of this water is determined by titration with EDTA.
Zu diesem Wasser wird eine kleine Menge des Inhibitors gegeben, so daß dessen Konzentration in der Testlösung, berechnet als freie Inhibitorsäure, 2, 5, 10 bzw. 25 ppm beträgt. Die Lösung wird durch Zugabe von Natronlauge (c = 1 mol/1) auf einen pH von 11,0 eingestellt und in einer geschlossenen Glasflasche mit einge- stelltem Glasstab 24 h bei 60°C in einem Trockenschrank gelagert. Nach derA small amount of the inhibitor is added to this water so that its concentration in the test solution, calculated as free inhibitor acid, is 2, 5, 10 or 25 ppm. The solution is adjusted to a pH of 11.0 by adding sodium hydroxide solution (c = 1 mol / 1) and stored in a closed glass bottle with the glass rod set in a drying cabinet at 60 ° C. for 24 h. After
Lagerung wird die Lösung visuell auf abgeschiedene Kristalle untersucht und über ein 0,45 μm Membranfilter filtriert. Im Filtrat wird die Rest-Gesamthärte durch Titration mit EDTA bestimmt. Die "Resthärte in %" (RH [%]), aufgeführt in den Tabellen 2 bis 4, wird nach folgender Formel berechnet:Storage, the solution is visually examined for deposited crystals and filtered through a 0.45 μm membrane filter. The total residual hardness in the filtrate is determined by titration with EDTA. The "residual hardness in%" (RH [%]), listed in Tables 2 to 4, is calculated using the following formula:
a - ba - b
RH[%] = x lOO c - bRH [%] = x 100 c - b
a = Resthärte im Filtrat der zu prüfenden Probe b = Resthärte im Filtrat einer Blindprobe ohne Inhibitor c = Anfangshärtea = residual hardness in the filtrate of the sample to be tested b = residual hardness in the filtrate of a blank sample without inhibitor c = initial hardness
Je höher die Werte RH[%] im Filtrat, desto wirksamer wird die CaCO3-Ausfällung inhibiert. Die eventuelle Abscheidung von Scale, also eines auf den Glasoberflächen festsitzenden Belages, ist besonders gravierend und wird in den Tabellen 2 bis 4 durch einen Stern vermerkt.The higher the RH [%] in the filtrate, the more effectively the CaCO 3 precipitation is inhibited. The possible separation of scale, i.e. a coating that is stuck on the glass surfaces, is particularly serious and is noted in Tables 2 to 4 by an asterisk.
Wie Tabelle 2 zeigt, wird die Bildung von Scale aus dem einfach konzentrierten synthetischen Wasser ab einer Inhibitorkonzentration von 25 mg/1 nur bei Einsatz der erfindungsgemäßen Substanz aus Beispiel 1 sowie der von US-A-5 221 487 beanspruchten Substanzen aus den Vergleichsbeispielen 3 und 4 erreicht. HEDP und die Substanz, die in Erweiterung des in dort vorgeschlagenen Verfahrens auf kürzere Kohlenstoff-Kettenlängen aus 3 -Brompropionsäure hergestellt wurde (siehe Vergleichsbeispiel 1), können die Scale-Bildung auch bei einer Inhibitorkonzentration von 25 mg/1 nicht verhindern.As Table 2 shows, the formation of scale from the simply concentrated synthetic water from an inhibitor concentration of 25 mg / 1 is only possible when using the substance according to the invention from Example 1 and the substances claimed by US Pat. No. 5,221,487 from Comparative Examples 3 and 4 reached. HEDP and the substance which was produced from 3-bromopropionic acid as an extension of the process proposed there to shorter carbon chain lengths (see comparative example 1) cannot prevent scale formation even at an inhibitor concentration of 25 mg / l.
Bei niedrigerer Dosierung (< 10 mg/1 Inhibitor) vermag die erfindungsgemäße Substanz eine höhere Resthärte zu stabilisieren als alle anderen Vergleichssubstanzen. At lower doses (<10 mg / 1 inhibitor), the substance according to the invention is able to stabilize a higher residual hardness than all other comparison substances.
Tabelle 2Table 2
Resthärten in einfach konzentriertem synthetischem Wasser nach 24 h bei 60°C und pH 11Residual hardening in simply concentrated synthetic water after 24 h at 60 ° C and pH 11
* = Abscheidung von Scale* = Deposition from scale
Beispiel 6b)Example 6b)
Im Vergleich zu Beispiel 6a) wird ein synthetisches Wasser mit den doppeltenIn comparison to Example 6a), a synthetic water with double
Ionenkonzentrationen verwendet. Die inhibitorhaltige Testlösung wird durch Zugabe von Natronlauge (c = 1 mol/1) auf einen pH von 9,0 eingestellt und 24 h bei 80°C gelagert. Ergebnisse siehe Tabelle 3.Ion concentrations used. The inhibitor-containing test solution is adjusted to a pH of 9.0 by adding sodium hydroxide solution (c = 1 mol / 1) and stored at 80 ° C. for 24 hours. See Table 3 for results.
Gemäß Tabelle 3 liegt die minimale Inhibitorkonzentration, die aus zweifach konzentriertem synthetischem Wasser die Abscheidung von Scale gerade noch verhindert, bei der erfindungsgemäßen Substanz aus Beispiel 1 bei 5 mg/1, bei den von US-A-5 221 487 beanspruchten Substanzen aus den Vergleichsbeispielen 3 und 4 bei 10 mg/1, bei der in Erweiterung des dort beschriebenen Herstellverfahrens herge- stellten Probe aus Vergleichsbeispiel 1 bei 25 mg/1 und bei HEDP oberhalb von 25 mg/1. Die erfindungsgemäße Substanz erreicht also bei halber Dosierung bereits den gleichen Effekt wie die dort beschriebenen Substanzen.According to Table 3, the minimum inhibitor concentration which just prevents scale from being separated from double-concentrated synthetic water is 5 mg / l for the substance according to the invention from Example 1, and for the substances from the comparative examples claimed by US Pat. No. 5,221,487 3 and 4 at 10 mg / 1, in the case of the manufacturing process provided sample from comparative example 1 at 25 mg / 1 and at HEDP above 25 mg / 1. The substance according to the invention therefore already achieves the same effect as the substances described there at half the dosage.
Tabelle 3Table 3
Resthärten in zweifach konzentriertem synthetischem Wasser nach 24 h bei 80°C und pH 9Residual hardness in double concentrated synthetic water after 24 h at 80 ° C and pH 9
* = Abscheidung von Scale * = Deposition from scale
Beispiel 6c)Example 6c)
Im Vergleich zu Beispiel 6a) wird ein synthetisches Wasser mit den vierfachen Ionenkonzentrationen verwendet. Die inhibitorhaltige Testlösung wird durch Zugabe von Natronlauge (c = 1 mol/1) auf einen pH von 9,0 eingestellt und 24 h bei 60°C gelagert. Ergebnisse siehe Tabelle 4.In comparison to Example 6a), a synthetic water with four times the ion concentration is used. The inhibitor-containing test solution is adjusted to a pH of 9.0 by adding sodium hydroxide solution (c = 1 mol / 1) and stored at 60 ° C. for 24 hours. See Table 4 for results.
Tabelle 4Table 4
Resthärten in vierfach konzentriertem synthetischem Wasser nach 24 h beiResidual hardness in four times concentrated synthetic water after 24 hours
60°C und pH 960 ° C and pH 9
sc e ung von ca e, = c amm ung sc e ung of ca e, = c amm ung
Gemäß Tabelle 4 wird 4fach konzentriertes synthetisches Wasser bei 60°C und pH 9 nur bei sehr hoher Inhibitor-Konzentration von mindestens 400 mg/1 zu einer klaren Lösung stabilisiert, und auch nur dann, wenn der erfindungsgemäße Inhibitor gemäß Beispiel 1 oder der Inhibitor gemäß Vergleichsbeispiel 4 zum Einsatz kommen. HEDP und die Substanzen aus Vergleichsbeispiel 1 und 3 führen bei dieser Dosierung zur Schlammbildung. Bemerkenswert ist der negative Wert für die prozentuale Resthärte im 400 mg/1-HEDP- Versuch. Eine negativer RH[%]-Wert bedeutet, daß die Gesamthärte nach Versuchende mit Inhibitor (in diesem Fall 723 ppm CaCO3) niedriger liegt als in einem Vergleichsversuch ohne Inhibitor (750 ppm CaCO3). HEDP wirkt in diesem Versuch fällend auf die Calcium-Ionen. Dieses Verhalten steht in Übereinstimmung mit der niedrigen Calciumtoleranz von HEDP (vergleiche Tabelle 1).According to Table 4, 4-fold concentrated synthetic water is stabilized to a clear solution at 60 ° C. and pH 9 only at a very high inhibitor concentration of at least 400 mg / l, and also only when the inhibitor according to the invention or the inhibitor according to Example 1 Comparative Example 4 are used. HEDP and the substances from comparative examples 1 and 3 result in this Dosage for sludge formation. The negative value for the percentage residual hardness in the 400 mg / 1 HEDP test is remarkable. A negative RH [%] value means that the total hardness after the end of the test with inhibitor (in this case 723 ppm CaCO 3 ) is lower than in a comparative test without inhibitor (750 ppm CaCO 3 ). In this experiment, HEDP has a precipitating effect on the calcium ions. This behavior is in agreement with the low calcium tolerance of HEDP (see Table 1).
Beispiel 7Example 7
Prüfung auf korrosionsinhibierende WirksamkeitTesting for corrosion-inhibiting effectiveness
Zur Prüfung der korrosionsinhibierenden Wirkung wird ein synthetisches Kühlwasser hergestellt, das im Vergleich zu Beispiel 6a) die doppelten Ionenkonzentra- tionen aufweist. In 12 Litern dieses synthetischen Wassers wird durch Zugabe von vomeutralisiertem Inhibitor eine Inhibitorkonzentration von 30 mg/1 eingestellt. Diese Lösung wird in einen 12 Liter fassenden Behälter gefüllt, in dem vier durch Vorbehandlung mit Aceton entfettete Stahlrohrringe aus C-Stahl (St 37) an einem Rührer mit der Geschwindigkeit von 0,6 m/s durch die Lösung bewegt werden. Während der gesamten Versuchszeit dosiert man in den Behälter 0,4 1/h einer frischen wäßrigen Lösung zu, die im Unterschied zu den 12 Litern Anfangslösung 20 mg/1 Inhibitor enthält, und läßt den gleichen Volumenstrom an Lösung über einen Überlauf abfließen. Nach 72 h werden die Ringe entnommen und mit Salzsäure gebeizt. Der Massenverlust der Ringe wird ermittelt und auf die Oberfläche der Ringe und die Versuchszeit bezogen. Daraus berechnet sich für die Substanz aus Beispiel 1 eine Abtragsarte von 0,06 mm/a, für HEDP eine Abtragsrate von 0,05 mm/a. In einem Blindversuch ohne Inhibitor liegt die Abtragsrate bei 0,17 mm/a. To test the corrosion-inhibiting effect, a synthetic cooling water is produced which has twice the ion concentrations in comparison to example 6a). An inhibitor concentration of 30 mg / l is established in 12 liters of this synthetic water by adding de-neutralized inhibitor. This solution is poured into a 12 liter container in which four steel tube rings made of carbon steel (St 37) degreased by pretreatment with acetone are moved through the solution at a speed of 0.6 m / s on a stirrer. During the entire test period, 0.4 l / h of fresh aqueous solution, which in contrast to the 12 liters of initial solution contains 20 mg / 1 inhibitor, are metered into the container, and the same volume flow of solution is drained off via an overflow. After 72 hours, the rings are removed and pickled with hydrochloric acid. The loss of mass of the rings is determined and related to the surface of the rings and the test time. From this, a removal type of 0.06 mm / a is calculated for the substance from Example 1, and a removal rate of 0.05 mm / a for HEDP. In a blind test without inhibitor, the removal rate is 0.17 mm / a.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verbindungen der Formel (I) sowie ihre Salze,1. Compounds of the formula (I) and their salts,
wobei R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl bedeuten und M1 bis M5 unabhängig voneinander für ein Wasserstoff-, Alkali-, Ammonium- oder ein alkyliertes Ammoniumion stehen.where R 1 and R 2 independently of one another are hydrogen or methyl and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion.
2. Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Formel (I) R1 und R2 Wasserstoff bedeuten und M1 bis M5 unabhängig voneinander für ein Wasserstoff-, Alkali-, Ammonium- oder ein alkyliertes Ammoniumion stehen.2. Compounds according to claim 1, characterized in that in formula (I) R 1 and R 2 are hydrogen and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion.
3. Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Formel (I) R1 Methyl und R2 Wasserstoff bedeuten und M1 bis M5 unabhängig voneinander für ein Wasserstoff-, Alkali-, Ammonium- oder ein alkyliertes Ammoniumion stehen.3. Compounds according to claim 1, characterized in that in formula (I) R 1 is methyl and R 2 is hydrogen and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion.
4. Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Formel (I)4. Compounds according to claim 1, characterized in that in formula (I)
R1 Wasserstoff und R2 Methyl bedeuten und M1 bis M5 unabhängig voneinander für ein Wasserstoff-, Alkali-, Ammonium- oder ein alkyliertes Ammoniumion stehen.R 1 is hydrogen and R 2 is methyl and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion.
5. Mischungen, dadurch gekennzeichnet, daß neben einer Verbindung der Formel (I) gemäß Ansprüchen 1 bis 4 folgende weiteren Komponenten enthalten sind: eine oder mehrere Sulfonsäuren der Formel (II) oder ihre Salze5. Mixtures, characterized in that in addition to a compound of formula (I) according to claims 1 to 4, the following further components are contained: one or more sulfonic acids of formula (II) or their salts
eine oder mehrere Hydroxy-Säuren der Formel (III) oder ihre Salze one or more hydroxy acids of formula (III) or their salts
ein Phosphit der Formel (IV) = M'M2HPO3 a phosphite of the formula (IV) = M'M 2 HPO 3
ein Phosphat der Formel (V) = M'M2M3Pθ4a phosphate of the formula (V) = M'M 2 M 3 Pθ4
wobei R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl bedeuten, M1 bis M5 und M' unabhängig voneinander für ein Wasserstoff-, Alkali-, Ammonium- oder ein alkyliertes Ammoniumion stehen, Z für eine Gruppe der Formel -COOM1 oder -C(OH)(PO3M1M2)2 steht, n ganzzahlige Werte von 1 bis 5 annehmen kann und der mittlere Wert für n über alle Verbindungen des Typs (II) und (III) zwischen 1 und 2 liegt.where R 1 and R 2 independently of one another are hydrogen or methyl, M 1 to M 5 and M 'independently of one another represent a hydrogen, alkali, ammonium or an alkylated ammonium ion, Z represents a group of the formula -COOM 1 or C (OH) (PO 3 M 1 M 2 ) 2 , n can take integer values from 1 to 5 and the mean value for n over all compounds of types (II) and (III) is between 1 and 2.
Mischungen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 30 % des gesamten Phosphors der Mischung in einer Verbindung der Formel (I) vorliegen.Mixtures according to claim 5, characterized in that at least 30% of the total phosphorus of the mixture is present in a compound of formula (I).
7. Mischungen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 60 % des gesamten Phosphors der Mischung in einer Verbindung der Formel (I) vorliegen. 7. Mixtures according to claim 5, characterized in that at least 60% of the total phosphorus of the mixture is present in a compound of formula (I).
8. Mischungen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß maximal 15 % des gesamten Phosphors der Mischung in einem Phosphat der Formel (V) vorliegen.8. Mixtures according to claim 5, characterized in that a maximum of 15% of the total phosphorus of the mixture is present in a phosphate of the formula (V).
9. Mischungen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis der Verbindungen der Formel (II) zu Verbindungen der Formel (III) mindestens 5 zu 1 beträgt.9. Mixtures according to claim 5, characterized in that the molar ratio of the compounds of formula (II) to compounds of formula (III) is at least 5 to 1.
10. Mischungen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis der Verbindungen der Formeln (II) und (III) mit Z = -C(OH)(PO3M2)2 zu Verbindungen der Formeln (II) und (III) mit Z = COOM mindestens 1 zu 1 beträgt.10. Mixtures according to claim 5, characterized in that the molar ratio of the compounds of the formulas (II) and (III) with Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 to compounds of the formulas (II) and (III) with Z = COOM is at least 1 to 1.
1 1. Verfahren zur Herstellung der Verbindungen gemäß Anspruch 1 sowie der1 1. Process for the preparation of the compounds according to claim 1 and the
Mischungen gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daßMixtures according to claim 5, characterized in that
a) 1 mol Schwefeldioxid mit mindestens 1 mol Wasser, mindestensa) 1 mol of sulfur dioxide with at least 1 mol of water, at least
1 mol einer einwertigen Base sowie mit 0,9 bis 2 mol einer unge- sättigten Carbonsäure oder einem Carbonsäuregemisch umgesetzt werden, wobei Carbonsäuren der Formel1 mol of a monovalent base and with 0.9 to 2 mol of an unsaturated carboxylic acid or a carboxylic acid mixture are reacted, carboxylic acids of the formula
zum Einsatz kommen und R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl bedeuten; are used and R 1 and R 2 are independently hydrogen or methyl;
b) das Reaktionsgemischs aus Schritt a) optional mit einem stark sauren Kationenaustauscher in der H+-Form behandelt wird;b) the reaction mixture from step a) is optionally treated with a strongly acidic cation exchanger in the H + form;
c) das Reaktionsgemischs aus Schritt b) optional entwässert wird; d) das Reaktionsgemischs aus Schritt a) oder c) unter dehydratisierenden Bedingungen mit einem P(III)-haltigen Rohstoff umgesetzt wird, wobei die eingesetzte Molmenge an Phosphor 1,6 bis 2,4 mol beträgt, ge- gebenenfalls in Gegenwart eines Aminsalzes;c) the reaction mixture from step b) is optionally dewatered; d) the reaction mixture from step a) or c) is reacted with a raw material containing P (III) under dehydrating conditions, the molar amount of phosphorus used being 1.6 to 2.4 mol, if appropriate in the presence of an amine salt;
e) das Reaktionsgemischs aus Schritt d) unter Zugabe einer ausreichenden Menge Wasser oder wäßriger Salzsäure hydrolysiert wird;e) the reaction mixture from step d) is hydrolyzed with the addition of a sufficient amount of water or aqueous hydrochloric acid;
f) das Reaktionsgemischs aus Schritt e) optional einer Destillation zurf) the reaction mixture from step e) optionally for distillation
Entfernung und Rückgewinnung leichtflüchtiger Bestandteile unterzogen wird;Undergoes removal and recovery of volatile components;
g) das Reaktionsgemischs aus Schritt e) oder f) optional mit Alkalilauge alkalisiert wird, das Amin abgetrennt und in Schritt a) oder d) wiedereingesetzt wird.g) the reaction mixture from step e) or f) is optionally alkalized with alkali metal hydroxide solution, the amine is separated off and reused in step a) or d).
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Carbonsäure Acrylsäure, Methacrylsäure oder Crotonsäure eingesetzt wird.12. The method according to claim 11, characterized in that acrylic acid, methacrylic acid or crotonic acid is used as the carboxylic acid.
13. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Carbonsäure Acrylsäure, Crotonsäure oder ein Gemisch aus beiden eingesetzt wird.13. The method according to claim 11, characterized in that acrylic acid, crotonic acid or a mixture of the two is used as the carboxylic acid.
14. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Carbonsäure Acrylsäure eingesetzt wird.14. The method according to claim 11, characterized in that acrylic acid is used as carboxylic acid.
15. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Base ein Alkalihydroxid oder ein aliphatisches primäres, sekundäres oder tertiäres Amin eingesetzt wird. 15. The method according to claim 11, characterized in that an alkali metal hydroxide or an aliphatic primary, secondary or tertiary amine is used as the base.
16. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Molmenge der in Schritt a) zugegebenen Base nicht größer ist als die Summe der Molmengen von Schwefeldioxid und Carbonsäure zusammen.16. The method according to claim 11, characterized in that the molar amount of the base added in step a) is not greater than the sum of the molar amounts of sulfur dioxide and carboxylic acid combined.
17. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt d) als17. The method according to claim 11, characterized in that in step d) as
P(III)-haltiger Rohstoff Phosphortrichlorid eingesetzt wird und die Reaktionsmischung vor der PCl3-Zugabe 1 bis 2,4 mol Wasser pro mol zuzugebendes PC13 enthält.P (III) -containing raw material phosphorus trichloride is used and the reaction mixture before the PCl 3 addition contains 1 to 2.4 mol of water per mol of PC1 3 to be added .
18. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt d) als18. The method according to claim 11, characterized in that in step d) as
P(III)-haltiger Rohstoff Phosphortrichlorid eingesetzt wird und die Reaktionsmischung vor der PCl3-Zugabe 1,4 bis 1,8 mol Wasser pro mol zuzugebendes PC13 enthält.P (III) -containing raw material phosphorus trichloride is used and the reaction mixture before the PCl 3 addition contains 1.4 to 1.8 mol of water per mol of PC1 3 to be added .
19. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Verfahrensschritt d) bei einer Temperatur von 40 bis 180 °C und Verfahrensschritt e) bei einer Temperatur von 70 bis 120 °C durchgeführt werden.19. The method according to claim 11, characterized in that step d) are carried out at a temperature of 40 to 180 ° C and step e) at a temperature of 70 to 120 ° C.
20. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrens- schritte b) und c) ausgespart werden, indem20. The method according to claim 11, characterized in that the process steps b) and c) are omitted by
a) in einem ersten Teilschritt 1 mol Schwefeldioxid mit 3 bis 5,8 mola) in a first substep 1 mol of sulfur dioxide with 3 to 5.8 mol
Wasser und 1 mol eines tertiären aliphatischen Amins umgesetzt werden, in einem zweiten Teilschritt das erhaltene Produktgemisch mit 0,9 bis 2 mol desselben Amins und mindestens derselben Molmenge, maximal aber 2 mol einer ungesättigten Carbonsäure oder einem Carbonsäuregemisch umgesetzt werden, wobei Carbonsäuren der FormelWater and 1 mol of a tertiary aliphatic amine are reacted, in a second sub-step the product mixture obtained is reacted with 0.9 to 2 mol of the same amine and at least the same molar amount, but at most 2 mol of an unsaturated carboxylic acid or a carboxylic acid mixture, carboxylic acids of the formula
zum Einsatz kommen und R1 und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl bedeuten; are used and R 1 and R 2 are independently hydrogen or methyl;
d) das Reaktionsgemischs aus Schritt a) mit 1,6 bis 2,4 mol Phosphor- trichlorid umgesetzt wird;d) the reaction mixture from step a) is reacted with 1.6 to 2.4 mol of phosphorus trichloride;
e) das Reaktionsgemischs aus Schritt d) unter Zugabe von 5,2 bis 100 mol Wasser hydrolysiert wird;e) the reaction mixture from step d) is hydrolyzed with the addition of 5.2 to 100 mol of water;
f) das Reaktionsgemischs aus Schritt e) optional einer Destillation zurf) the reaction mixture from step e) optionally for distillation
Entfernung und Rückgewinnung leichtflüchtiger Bestandteile unterzogen wird;Undergoes removal and recovery of volatile components;
g) das Reaktionsgemischs aus Schritt e) oder f) mit Alkalilauge alkalisiert wird, das tertiäre aliphatische Amin abgetrennt und ing) the reaction mixture from step e) or f) is alkalized with alkali metal hydroxide solution, the tertiary aliphatic amine is separated and in
Schritt a) wiedereingesetzt wird.Step a) is used again.
21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Carbonsäure Acrylsäure, Methacrylsäure oder Crotonsäure eingesetzt wird.21. The method according to claim 20, characterized in that acrylic acid, methacrylic acid or crotonic acid is used as the carboxylic acid.
22. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Carbonsäure Acrylsäure, Crotonsäure oder ein Gemisch aus beiden eingesetzt wird.22. The method according to claim 20, characterized in that acrylic acid, crotonic acid or a mixture of the two is used as the carboxylic acid.
23. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Carbonsäure Acrylsäure eingesetzt wird.23. The method according to claim 20, characterized in that acrylic acid is used as the carboxylic acid.
24. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Base Tributylamin eingesetzt wird. 24. The method according to claim 20, characterized in that tributylamine is used as the base.
25. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teilschritt aus Verfahrensschritt a) bei einer Temperatur von 0 bis 40°C, der zweite Teilschritt bei einer Temperatur von 40 bis 100°C durchgeführt wird.25. The method according to claim 20, characterized in that the first sub-step from process step a) is carried out at a temperature of 0 to 40 ° C, the second sub-step at a temperature of 40 to 100 ° C.
26. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß Verfahrensschritt d) bei einer Temperatur von 40 bis 180°C und Verfahrensschritt e) bei einer Temperatur von 70 bis 120°C durchgeführt werden.26. The method according to claim 20, characterized in that step d) are carried out at a temperature of 40 to 180 ° C and step e) at a temperature of 70 to 120 ° C.
27. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß Verfahrens- schritt d) bei einer Temperatur von 60 bis 130°C und Verfahrensschritt e) bei einer Temperatur von 90 bis 110°C durchgeführt werden.27. The method according to claim 20, characterized in that process step d) are carried out at a temperature of 60 to 130 ° C and process step e) at a temperature of 90 to 110 ° C.
28. Mittel zur Wasserbehandlung sowie zum Einsatz in alkalischen Reinigern, dadurch gekennzeichnet daß, eine l-Hydroxy-3-sulfonoalkan-l,l-diphosphon- säure gemäß Anspruch 1 oder eine phosphonathaltige Mischung gemäß Anspruch 5 in einer Phosphonsäure-Gesamtkonzentration von 1 bis 20 % enthalten ist.28. Agents for water treatment and for use in alkaline cleaners, characterized in that an l-hydroxy-3-sulfonoalkane-l, l-diphosphonic acid according to claim 1 or a phosphonate-containing mixture according to claim 5 in a total phosphonic acid concentration of 1 to 20% is included.
29. Verfahren zur Wasserbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Wasser ein Mittel nach Anspruch 28 zusetzt und in dem zu behandelnden29. A method of water treatment, characterized in that an agent according to claim 28 is added to the water and in the one to be treated
Wasser eine Phosphonsäure-Gesamtkonzentration von 1 ppm bis 500 ppm einstellt.Water sets a total phosphonic acid concentration of 1 ppm to 500 ppm.
30. Verfahren zur alkalischen Reinigung, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Wasser ein Mittel nach Anspruch 28 zusetzt und in dem zu behandelnden30. A process for alkaline cleaning, characterized in that an agent according to claim 28 is added to the water and in the to be treated
Wasser eine Phosphonsäure-Gesamtkonzentration von 1 ppm bis 1000 ppm einstellt.Water sets a total phosphonic acid concentration of 1 ppm to 1000 ppm.
31. Verwendung von l-Hydroxy-3-sulfonoalkan-l,l-diphosphonsäuren gemäß Anspruch 1 oder der phosphonathaltigen Mischungen gemäß Anspruch 5 zur31. Use of l-hydroxy-3-sulfonoalkane-l, l-diphosphonic acids according to claim 1 or the phosphonate-containing mixtures according to claim 5 for
Inhibierung der Metallkorrosion und der Kesselsteinablagerung in Kühl- wassersystemen, Meerwasserverdampfern, dampferzeugenden Systemen, Gaswaschsystemen, Kühl- und Heizsystemen und Einpreßwässern bei der sekundären Ölförderung. Inhibition of metal corrosion and scaling in cooling water systems, sea water evaporators, steam generating systems, gas washing systems, cooling and heating systems and pressurized water for secondary oil production.
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