KR20010012122A - 포르밀포스폰산 제조방법 - Google Patents

포르밀포스폰산 제조방법 Download PDF

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프랑크지크다듀스에스.
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죤 에이치. 뷰센
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Abstract

포르밀포스폰산 유도체 제조를 위한 개선된 방법이 보고된다. 아미노메틸포스폰산 기질은 촉매의 존재 하에 물, 알콜, 페놀 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 시약, 및 산화 기체와 접촉하여 포르밀포스폰산 유도체 함유 반응생성혼합물을 형성하며, 접촉이 수행되는 조건은 반응생성혼합물 내에 형성된 포르밀포스폰산 유도체의 50 % 이하가 시약과의 반응에 의해 소비되도록 조절된다.

Description

포르밀포스폰산 제조방법 {METHOD FOR PREPARING FORMYLPHOSPHONIC ACID}
포르밀포스폰산과 같은 인 함유 화합물은 유기 인 화합물 합성의 중요한 전구체이다. 이와 같은 유기 인 화합물은 다수의 이용가능성을 갖는다. 예를 들면, 포르밀포스폰산은 여러 가지 잡초의 제어에 유용한 매우 효과적인 시판 제초제 (상표명 Roundup 하에 시판) 인 N-(포스포노메틸)글리신의 합성에서 전구체로서 사용될 수 있다. 포르밀포스폰산은 또한 항바이러스제와 같은 제약적으로 중요한 화합물인 포스포노 히드록시아세트산의 제조에서 진보된 중간체로서 사용될 수 있다. 시약 또는 중간체로서, 포르밀포스폰산은 카르보닐, 인 또는 히드록실 부분에서 화학적 변형에 대해 잠재력을 갖는다.
연구자들은 포르밀포스폰산이 형성되는 전기화학 공정을 보고해 왔다. 예를 들면, 바겐네슈트(Wagenknecht) (Synth. React. Inorg. Met.-Org. 4:567-572 (1974)) 는 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산) 의 2차 아민으로의 전기화학적 산화에서 포르밀포스폰산을 분광광도적으로 관측하고, 분리한다. 유사한 반응이 미국 특허 제 3,907,652 호에 보고되어 있다. 문헌 [J. Electrochem. Soc. 123: 620-624 (1976)] 에서 바겐네슈트는 치환 이미노디메틸렌디포스폰산의 전기화학적 산화가 2차 아민을 생성함을 보고하고 있다. 상기 연구에서, 포르밀포스폰산은 부생성물로서 보고되지 않은 수율로 분리되었다. 바겐네슈트 등은 문헌 [Synth. React. Inorg. Met.-Org. 12:1-9 (1982)] 에서 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산)의 전기화학적 산화에서 부생성물로서 포르밀포스폰산의 형성을 재차 보고하고 있다. 그러나, 이러한 반응은 몇가지 단점으로 인해 손해를 본다. 포르밀포스폰산의 수율은 열악하거나 또는 보고되어 있지 않다. 반응은 안정성, 환경 및 설비 부식 문제가 존재하는 강 염산 용액의 첨가를 요구한다. 전기화학 방법은 일반적으로 외부 힘 공급원, 및 유지 필요성 및 비용을 비전기화학 반응보다 많이 갖는 기타 설비를 요구한다. 전문화된 전기화학 장치를 요구하지 않고, 강 미네랄 산의 다량의 취급을 요구하지 않는 고수율의 포르밀포스폰산 제조 방법을 갖는 것이 유리하다.
허쉬만(Hershman) 등은 미국 특허 제 4,072,706 호에서 활성탄 촉매의 존재 하에 산소를 이용하여 3차 포스포노메틸아민이 산화되어 포스포노메틸기가 절단되고 2차 아민이 생성되는 방법을 개시하고 있다. 허쉬만 등에 따르면, 포르밀포스폰산은 중간체 절단 단편으로서 생성되며, 상기 단편은 두번째 단계에서 포름산 및 아인산으로 가수분해를 수행한다. 그러나, 허쉬만 등은 하나의 반응이 진행되는 동안만 중간체 절단 단편으로서 포르밀포스폰산을 분리하였으며, 수율은 알려져있지 않지만, 낮음이 분명하다. 또한, 허쉬만 등은 중간체 절단 단편의 가수분해를 감소시키는 어떠한 방법도 개시하지 않고 있다.
따라서, 아미노메틸포스폰산 유도체를 산화적 절단하여 최소 분해 및 고수율로 포르밀포스폰산을 생성하는 편리하고, 환경친화적이며, 안전하고 비용효율적인 방법이 요구된다.
발명의 요약
상기 및 기타 요구를 위해, 이제 포르밀포스폰산 유도체 제조의 개선된 방법이 보고된다. 본 발명의 몇가지 목적 중 하나는 포르밀포스폰산, 그의 에스테르, 염, 아세탈, 헤미아세탈 및 히드레이트 제조의 개선된 방법이다.
따라서 간략하게, 본 발명의 하나의 양태는 포르밀포스폰산, 그의 에스테르, 염, 아세탈, 헤미아세탈 및 히드레이트, 특히 포르밀포스폰산의 제조방법을 가르키며, 상기 방법은 아미노메틸포스폰산 기질과, 물, 알콜, 페놀 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 시약, 및 산화 기체를, 촉매의 존재하에 접촉시킴으로써 포르밀포스폰산 유도체 함유 반응생성혼합물을 형성하는 것으로 이루어진다. 이 방법에서, 접촉이 수행되는 조건은 반응생성혼합물 중 형성된 포르밀포스폰산 유도체의 50 % 이하가 시약과의 반응에 의해 소비되도록 조절된다.
본 발명의 이용가능성의 또다른 범주는 하기 상세한 설명에 의해 명백해질 것이다. 그러나, 하기 상세한 설명 및 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예를 지시하는 한편, 단지 본 발명의 정신 및 범주 내에서의 다양한 변형 및 수정이 본 발명의 상세한 설명으로부터 당 분야의 기술자들에게 명백해지기 때문에, 예시의 방법으로 주어지는 것임이 이해되어야 한다.
본 발명은 포르밀포스폰산 유도체 제조, 특히 아미노메틸포스폰산 유도체의 촉매적 산화에 의한 포르밀포스폰산, 그의 염, 에스테르, 히드레이트, 아세탈 및 헤미아세탈의 신규 제조에 관한 것이다.
하기 발명의 상세한 설명은 당 분야의 기술자들이 본 발명을 실행하는데에 도움을 주기 위해 제공된다. 그렇더라도, 상세한 설명이 여기서 논의된 구현예의 수정 및 변형으로서 본 발명을 제한하여서는 안되며, 당 분야의 기술자들에 의해 본 발명의 범주 및 정신을 벗어나지 않는다.
여기서 인용된 참고문헌의 각 내용은 이들 주요 참고문헌 내에 인용된 문헌의 내용을 포함하여, 전체적으로 참고로 인용된다.
a. 정의
하기 정의는 본 발명의 상세한 설명의 이해를 돕기 위해 제공된다:
"히드로카르빌" 은 탄소와 수소로 이루어진 기를 의미한다. 상기 정의는 1 내지 약 20 의 탄소수를 갖는 선형, 분지형 사슬 또는 시클릭 탄화수소인 알킬, 알케닐 및 알키닐기를 포함한다. 또한, 상기 정의는 탄소 및 수소로 이루어진 아릴기를 의미한다. 따라서, 히드로카르빌은, 예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 메틸시클로펜틸, 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 헥세닐, 에틴, 프로핀, 부틴, 펜틴, 헥신, 페닐, 나프틸, 안트라세닐, 벤질 및 이들의 이성질체를 포함한다.
"치환 히드로카르빌" 은 하나 이상의 수소가 헤테로원자 함유 기로 치환된 히드로카르빌기를 의미한다. 상기 치환기는 예를 들면, 할로, 옥소, 헤테로사이클, 알콕시, 히드록시, 아릴옥시, -NO2, 아미노, 알킬아미노, 또는 아미도를 포함한다. 치환기가 옥소인 경우, 치환 히드로카르빌은 예를 들면 아실기일 수 있다.
"헤테로원자" 는 화학결합을 형성할 수 있는 수소 또는 탄소 이외의 임의의 원소의 원자를 의미한다.
"헤테로사이클" 은 하나 이상의 탄소원자가 N, S, P 또는 O 로 대체된 포화 또는 불포화 모노 또는 다중 고리 카르보사이클을 의미한다. 이는 예를 들면, 하기 구조를 포함한다:
식 중, Z, Z', Z" 또는 Z"' 는 C, S, P, O 또는 N 이며, 단 Z, Z', Z" 또는 Z"' 중 하나는 탄소가 아니며, 이중결합에 의해 또다른 Z 원자에 결합되는 경우, 또는 또다른 O 또는 S 원자에 결합되는 경우 O 또는 S 가 아니다. 또한, 임의의 치환기는 각각 C 인 경우에만 Z, Z', Z" 또는 Z"' 에 결합되는 것으로 이해된다. 관련 분자의 결합점은 헤테로원자 또는 고리 내의 임의 위치일 수 있다.
"할로겐" 또는 "할로" 는 플루오로, 클로로, 브로모 또는 요오도기를 의미한다.
"열분해" 는 열을 이용하여 분자를 더 작은 단위로 파괴 분리하는 것을 의미한다.
"산화 기체" 는 산화제를 포함하는 기체 또는 기체 혼합물을 의미한다. 산화제는 예를 들면, O2, 산화질소, 단일 산소 및 오존을 포함할 수 있다.
"산소원자 함유 기체" 는 하나 이상의 성분이 산소원자를 포함하는 기체 또는 기체 혼합물을 의미한다.
"표면 산화물" 은 반응기가 하나 이상의 산소원자를 포함하는 활성탄의 표면 상의 반응기를 의미한다.
"GC" 는 기체 크로마토그래피를 의미한다.
"HPLC" 는 고압 액체 크로마토그래피를 의미한다.
"IC" 는 이온 크로마토그래피를 의미한다.
"NMR" 은 핵자기공명 분광법을 의미한다.
"MS" 는 질량 분광법을 의미한다.
b. 상세한 공정
본 발명에 따라, 화학식 Ⅰ을 갖는 포르밀포스폰산 유도체가 촉매의 존재 하에 반응혼합물 중 산화제 및 시약 (물, 알콜, 페놀 화합물 또는 이들의 혼합물) 과 아미노메틸포스폰산 기질을 반응시킴으로써 고수율로 수득될 수 있다. 반응은 상기 시약과 반응함으로써 생성된 포르밀포스폰산을 50 % 넘게 소비하지 않으면서, 바람직하게는 약 25 % 이상, 더욱 바람직하게는 약 50 % 이상, 더더욱 바람직하게는 약 75 % 이상의 상기 기질이 산화되어 포르밀포스폰산이 생성되는 조건 하에서 수행된다. 광범위하게, 상기 반응은 하기 반응식 1 로 나타내며, 식 중, 아미노메틸포스폰산 기질은 화학식 Ⅱ를 갖고, 여기서, R1및 R2는 독립적으로 H, 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌, 염 형성 양이온 및 헤테로사이클일 수 있으며; R3은 -CHO, 또는 -CH(OR8)(OR9) 일 수 있으며; R4및 R5는 독립적으로 H, -CH2PO(OR6)(OR7), 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌, 및 헤테로사이클일 수 있으며; R6및 R7은 독립적으로 H, 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌, 염 형성 양이온 및 헤테로사이클일 수 있으며; R8및 R9는 독립적으로 H, 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌 및 헤테로사이클일 수 있다.
놀랍게도, 포르밀포스폰산의 포름산 및 아인산으로의 분해가 시간 및 온도의 선택을 통해 조절될 수 있음이 발견되었다. 일반적으로, 포르밀포스폰산의 포름산 및 아인산으로의 분해 속도는 시간 및 온도가 증가함에 따라 증가하며, 상기 반응 단계에 대한 증가 속도가 아미노메틸포스폰산의 포르밀포스폰산으로의 변환율에 대한 증가 속도보다 크다. 따라서, 반응 시간 및 온도는 포르밀포스폰산 (또는 그의 유도체) : 포름산의 몰 비가 약 1 : 1 이상, 더욱 바람직하게는 약 2 : 1 이상, 적절하게는 약 3 : 1 이상이 되도록 조절된다.
반응이 150 ℃ 의 온도 범위에서 수행될 수 있을 지라도, 이 온도에서 포르밀포스폰산의 분해는 포르밀포스폰산을 상당한 수율로 수득하기는 어려운 속도로 진행될 것이다. 따라서 일반적으로, 115 ℃ 미만의 온도, 더욱 바람직하게는 95 ℃ 미만의 온도, 더더욱 바람직하게는 85 ℃ 이하의 온도에서 반응을 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 포르밀포스폰산 유도체의 약 75 % 이상이 형성되는 임의의 기간 동안, 반응 시간은 약 105 ℃ 초과의 반응 온도에 대해 약 120 분 미만, 바람직하게는 약 95 ℃ 내지 약 105 ℃ 의 반응 온도에 대해 약 5 시간 미만, 바람직하게는 약 85 ℃ 내지 약 95 ℃ 의 반응 온도에 대해 약 15 시간 미만, 바람직하게는 약 85 ℃ 미만의 온도에 대해 10 시간 이상 (예컨대 약 20 내지 약 30 시간 이상) 이다.
일반적으로 반응혼합물은 바람직하게는 반응생성물로서 목적하는 포르밀포스폰산의 각 당량에 대해, 물, 알콜, 페놀 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 시약을 1 당량 이상 함유한다. 알콜은 예를 들면, 1가, 2가 또는 다가 화합물을 포함하는 히드록실 함유 유기 화합물, 그렇지 않으면 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌 또는 헤테로사이클인 임의의 광범위한 종류일 수 있다. 유사하게, 페놀은 하나 이상의 히드록시기가 방향족 고리에 직접적으로 결합된 방향족 화합물의 임의의 종류일 수 있다. 예는 벤조페놀, 크레졸, 자일레놀, 레소르시놀, 나프톨 등을 포함한다.
촉매는 일반적으로 본 발명의 방법에 따른 포르밀포스폰산 유도체의 형성을 촉매할 때 효과적인 임의의 물질이다. 촉매는 불균질 촉매 또는 균질 촉매일 수 있다. 본 발명의 목적을 위해 용어 "균질 촉매" 는 반응혼합물에 가용성인 촉매를 의미한다. 용어 "불균질 촉매" 는 반응혼합물에 불용성이거나 실질적으로 불용성인 촉매를 의미한다. 용어 "반응혼합물" 은 하나의 불연속상을 함유하는 반응혼합물 및 1종 초과의 불연속상을 함유하는 반응혼합물을 포함한다. 1종 초과의 불연속상을 함유하는 반응혼합물의 예는 수중유 에멀션 및 유중수 에멀션을 포함한다.
대표적으로 본 방법의 반응혼합물은 중성 또는 산성일 수 있으며, 일반적으로 HCl 또는 AlCl3와 같은 루이스산을 함유한다. 물이 용매로서 사용되면, pH 는 약 6 미만, 더욱 바람직하게는 약 3 미만, 가장 바람직하게는 약 1.5 미만이다. 반응은 알칼리 금속 히드록시드와 같이 첨가된 염기의 존재 하에 진행될 수 있으나, 염기 첨가시, 아미노메틸포스폰산 유도체 당량 당 1 당량 미만의 염기를 첨가하는 것이 바람직하다. 표 1 에 나타낸 데이터는 본 발명의 방법에서, 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산) (화학식 Ⅱ, 여기서 R1및 R2는 H 이며, R4및 R5는 -CH2PO3H2) 의 반응에서 포르밀포스폰산 (FPA, 화학식 Ⅰ, 여기서 R1및 R2는 H 이며, R3은 -CHO) 의 생성에 대해 첨가된 염기 및 pH 의 효과를 예시한다. 표 1 이 불균질 촉매를 사용하여 수득한 결과를 나타내기는 하나, 본 발명의 산 의존성은 사용된 촉매의 종류와는 무관하다.
첨가된 산 또는 염기의 당량 수 생성물 pH 120 분에서 변환율 (%) 최대 FPA 수율, %(시간, 분) 최대 NFI 수율, %
1.0 eq. HCl 0.9 97 69 (120) 10
없음 1.0 99 71 (120) 5
1.0 eq. NaOH 1.4 97 62 (120) 17
1.8 eq. NaOH 2.1 68 38 (120) 20
2.2 eq. NaOH 2.9 65 28 (120) 30
3.0 eq. NaOH 4.5 94 14 (30) 65
4.0 eq. NaOH 5.9 약 100 8 (60) 63
반응 조건은 실시예 6 에 기재되어 있다.FPA = 포르밀포스폰산NFI = N-포르밀이미노비스(메틸렌포스폰산)
불균질 촉매가 본 발명에 사용되는 경우, 촉매는 바람직하게는 탄소 촉매이다. 본 발명에 특히 유용한 탄소 촉매는 미국 특허 제 4,624,937 호에 기재되며, 여기에 참고로 인용된 방법에 의해 제조될 수 있다. 탄소 촉매는 약 500 내지 약 1500 ℃ 의 온도에서 활성탄을 열분해함과 동시에, 활성탄과 NH3함유 첫번째 기체 및 산소원자 함유 두번째 기체를 접촉시키는 것을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있으며, 여기서 산소원자 함유 기체 대 NH3함유 기체의 중량비는 약 0 : 100 내지 약 90 : 10 이다. 활성탄이 첫번째 기체 및 두번째 기체와 접촉하는 동안의 시간의 길이는 활성탄으로부터 표면 산화물을 제거하기에 충분한 기간이어야 한다. 산소원자 함유 기체는 바람직하게는 H2O, 산화질소, O2, CO2, SO2또는 이들의 혼합물이다. 바람직하게는 산소원자 함유 기체는 H2O 이다.
대안적으로, 탄소 촉매는 American Norit Company (플로리다 잭슨빌) 로부터 시판되는 활성탄의 노리트(Norit) 종류일 수 있다. 바람직한 노리트 탄소 촉매는 노리트 SX 플러스 또는 노리트 SA-3 이다.
본 발명에 사용된 불균질 촉매는 귀금속으로 함침된 탄소를 함유할 수 있다. 바람직하게 귀금속은 백금 또는 팔라듐이며, 가장 바람직하게는 백금이다.
불균질 촉매의 존재 하, 본 발명의 방법은 공정 설비 및 절차에 적합한 임의의 온도에서 수행될 수 있다. 대표적으로 본 발명의 방법은 약 95 ℃ 미만의 온도에서 수행될 수 있다. 바람직하게는 약 20 내지 약 95 ℃, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 90 ℃, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 70 ℃ 에서 수행될 수 있다. 표 2 에 나타낸 데이터는 본 발명의 조건 하에 65 ℃ 및 90 ℃ 에서 포르밀포스폰산 생성물 형성의 생성물에 대한 선택성 및 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산) 출발 물질의 변환율에 대한 온도의 효과를 나타낸다. 상기 데이터는 반응 온도를 낮추는 것이 포르밀포스폰산 형성에서 공정의 선택성을 증가시킴을 나타낸다.
시간, 분 65 ℃에서 변환율a 65℃에서 선택성b 90℃에서 변환율a 90℃에서 선택성b
0 0 0
40 35.4 70.4
70 18.3 84.0
80 69.0 63.5
120 96.2 58.2
140 30.9 83.3
236 52.4 75.3
318 64.9 78.4
456 87.4 73.0
반응 조건은 실시예 7 에 기재되어 있다.a니트릴로트리스(메틸렌포스폰산)의 생성물로의 변환율b포르밀포스폰산 형성시 선택성
본 발명의 방법에서, 각종 산화제가 산화 기체에 사용될 수 있다. 바람직한 산화제는 O2, 아산화질소와 같은 산화질소, 단일 산소 및 오존을 포함한다. 가장 바람직하게 산화제는 O2를 포함한다. 본 발명의 산화 기체는 예를 들면, 실질적으로 O2를 함유하거나, 또는 하나 이상의 다른 기체로 희석된 O2를 함유할 수 있다. 다른 기체로 희석된 O2를 함유하는 산화 기체의 예는 공기이다.
산화제, 예컨대, O2는 넓은 범위의 분압에서 본 발명의 방법에 존재할 수 있다. 바람직하게 산화제는 약 10 kPa 내지 약 10,000 kPa 범위의 분압에서 존재한다.
아미노메틸포스폰산 유도체가 산화 기체 및 촉매와 접촉하는 방법은 매우 다양할 수 있다. 예를 들면, 아미노메틸포스폰산 유도체가 산화 기체를 함유하는 일부 자유 공간을 갖는 밀폐된 용기 내에 놓인 다음, 격렬하게 흔들리거나 교반될 수 있으며, 또는 산화 기체가 촉매를 함유하는 아미노메틸포스폰산 유도체 용액을 통해, 또는 직선 튜브 또는 튜브와 거기에 부착된 프릿(fritted) 확산기를 통해 버블링될 수 있다. 접촉은 또한 불균질 촉매로 충전된 연속 반응기 예컨대, 튜브 반응기 내에서 완성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 공정은 여기서 예시된 촉매를 함유하는 아미노메틸포스폰산 유도체의 혼합물과 산화 기체를 효과적으로 접촉시키는 것에 관련된다. 당 분야의 기술자들은 본 발명의 개시로부터, 목적 생성물을 일부 생성하는 적당한 조건 하에서 촉매를 함유하는 아미노메틸포스폰산 유도체의 혼합물을 공기와 접촉시킨다는 것을 인지할 것이다.
연속 또는 불연속 반응 공정에서, 각종 반응기 스트림이 공정의 다른 부분에 재이용될 수 있다. 예를 들면, 사용된 촉매 또는 용매는 반응혼합물로부터 분리되어 공정에 재사용될 수 있다.
본 발명의 방법이 뱃치식으로 진행되는 경우, 아미노메틸포스폰산 유도체 대 촉매의 중량비는 광범위할 수 있다. 편리한 중량비는 약 0.001 내지 약 100,000 또는 그 이상일 수 있다. 촉매가 불균질 촉매인 경우, 불균질 촉매 대 아미노메틸포스폰산 유도체의 중량비는 약 0.001 내지 약 1000 이상일 수 있다. 더욱 바람직하게, 중량비는 약 0.1 내지 약 100, 더더욱 바람직하게는 약 0.5 내지 약 50 일 수 있다. 촉매가 균질 촉매인 경우, 균질 촉매 대 아미노메틸포스폰산 유도체의 중량비는 약 0.1 내지 약 100,000 또는 그 이상일 수 있다. 더욱 바람직하게, 중량비는 약 1 내지 약 10,000, 더욱 바람직하게는 약 50 내지 약 10,000 일 수 있다. 연속 반응기 내에서 촉매 대 아미노메틸포스폰산 유도체의 중량비는 여기서 설명된 것보다 다양한 범위일 수 있다.
반응이 뱃치식이든 연속식이든, 기질과 시약간의 반응은 포르밀포스폰산의 소비 속도가 포르밀포스폰산의 생성 속도를 초과하는 시점에 반응혼합물의 잔여 기질 농도에 도달할 때 또는 그 전에 종결하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 기질와 시약간의 반응은 반응 구역에 공급된 상기 기질의 75 % 이상이 포르밀포스폰산으로 변환되고, 이렇게 생성된 포르밀포스폰산의 50 % 이하가 임의의 부가 반응에 의해 소비되는 시점에 종결한다. 반응은 예를 들면, 포르밀포스폰산의 소비가 본질적으로 중단되는 온도로 반응혼합물의 온도를 낮춤으로써 급냉될 수 있다. 상기 기질 및 시약이 연속적으로 또는 간헐적으로 도입되고, 포르밀포스폰산을 함유하는 반응생성혼합물이 연속적으로 또는 간헐적으로 회수되는 연속 반응 구역 내에서 조작되는 경우, 상기 반응 구역 내에서의 체류시간은 바람직하게는, 상기 기질의 75 % 이상이 포르밀포스폰산으로 변환되고, 생성된 포르밀포스폰산의 50 % 이하가 임의의 부가 반응에 의해 소비되도록 조절되는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 양태에서, 화학식 Ⅱ 의 아미노메틸포스폰산 유도체의 R1및 R2는 H 이다. 또다른 양태에서, 화학식 Ⅱ 의 R4및 R5는 -CH2PO(OR6)(OR7) (여기서, R6및 R7은 상기 정의한 바이다) 이다. 바람직하게 R6및 R7은 H 이다. 본 발명의 또다른 양태에서, 화학식 Ⅱ 의 R4또는 R5중 하나는 히드로카르빌 또는 치환 히드로카르빌이다.
본 발명의 공정은 용매의 존재 하에 수행될 수 있다. 본 발명의 공정 설비 및 절차에 적합한 임의의 용매가 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서, 용매는 물, 알콜, 폴리알콜 (예컨대 에틸렌 글리콜), 폴리에테르 (예컨대, 폴리에틸렌 글리콜), 아세트산, 테트라히드로푸란, 디옥산 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게 용매는 물이다. 바람직하게는 용매는 히드록실 함유 화합물이다.
하나의 구현예에서, 촉매는 전이금속, 바람직하게는 전이금속의 염 또는 산화물을 함유하는 균질 촉매이다. 전이 금속은 예를 들면, 바나듐, 망간, 코발트, 루테늄 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 균질 촉매가 바나듐 염을 포함하는 경우, 바나듐 술페이트, 바나듐 브로마이드, 바나듐 클로라이드 또는 바나듐 아세틸아세토네이트가 바람직하다. 대안적으로, 균질 촉매는 바나듐 펜톡시드와 같은 바나듐 옥시드일 수 있다.
균질 촉매가 망간 염을 포함하는 경우, 망간 아세테이트, 망간 아세틸아세토네이트, 망간 요오다이드, 망간 브로마이드, 망간 클로라이드, 망간 카르보네이트, 망간 니트레이트 또는 망간 술페이트가 바람직하다. 대안적으로, 균질 촉매는 망간 디옥시드와 같은 망간 옥시드일 수 있다.
본 발명의 균질 촉매는 코발트 염을 포함할 수 있다. 바람직한 코발트 염은 코발트 술페이트, 코발트 클로라이드, 코발트 브로마이드, 코발트 아세틸아세토네이트, 코발트 니트레이트 및 코발트 아세테이트를 포함한다. 코발트 옥시드, 예컨대 코발트(Ⅱ) 옥시드 또는 코발트 (Ⅲ) 옥시드 또한 균질 촉매로서 사용될 수 있다.
루테늄 염 또는 루테늄 옥시드 또한 본 발명의 공정에서 균질 촉매로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 루테늄 염은 루테늄 아세틸아세토네이트, 루테늄 클로라이드, 루테늄 브로마이드, 루테늄(Ⅲ) 옥시드 또는 루테늄 (Ⅳ) 옥시드일 수 있다.
균질 촉매의 존재 하에, 본 발명의 공정은 공정 설비 및 절차에 적합한 임의의 온도에서 수행될 수 있다. 대표적으로, 온도가 높을수록 공정은 낮은 온도에서보다 높은 반응 속도로 진행된다. 대조적으로, 공정은 높은 온도에서보다 낮은 온도에서 포르밀포스폰산 유도체 생성에 대한 높은 선택성을 나타낸다. 바람직하게, 본 발명의 공정은 약 0 내지 약 150 ℃, 바람직하게는 약 10 내지 약 95 ℃, 더욱 바람직하게는 약 25 내지 약 75 ℃ 에서 수행될 수 있다.
특히 바람직한 구현예에서, 본 발명은 포르밀포스폰산 (화학식 Ⅳ), 그의 에스테르, 염, 아세탈, 헤미아세탈 또는 히드레이트의 제조 방법에 관한 것이며, 이 방법은 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산) (화학식 Ⅴ), 그의 에스테르 또는 그의 염을, 약 20 내지 약 150 ℃ 의 온도에서, 중성 또는 산성 조건 하 반응혼합물 내에서, 산화 기체와 접촉시키는 것을 포함하며, 상기 접촉은 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산), 그의 에스테르 또는 염의 포르밀포스폰산, 그의 에스테르, 염, 아세탈, 헤미아세탈 또는 히드레이트 형성으로의 산화를 위한 불균질 촉매 존재 하에서 수행된다. 본 발명의 목적을 위해, 포르밀포스폰산의 히드레이트는 알데히드기가 물로 수화되어 gem-디올 (즉, R3이 -CH(OH)2인 화학식 Ⅰ) 을 형성하는 구조로 나타낸다. 화학식 Ⅰ 의 R3이 -CH(OR8)(OR9) 이고, R8및 R9는 독립적으로 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌 또는 헤테로사이클인 경우, 화학식 Ⅰ은 포르밀포스폰산의 아세탈을 나타낸다. 화학식 Ⅰ의 R3이 -CH(OR8)(OR9) 이고, R8또는 R9중 하나가 H 이고, R8또는 R9중 다른 하나가 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌 또는 헤테로사이클인 경우, 화학식 Ⅰ은 포르밀포스폰산의 헤미아세탈을 나타낸다.
대안적인 구현예에서, 포르밀포스폰산 유도체 및 아민은 아미노메틸포스폰산 유도체를 형성하며, 연속해서 포스포노메틸화에 의해 아민으로부터 아미노메틸포스폰산 유도체를 재생성한다. 이 구현예는 아민을 재활용하여, 폐기되는 물질의 양을 감소시킨다. 반응식 2 는 재생성 단계를 포함한 본 발명의 공정의 예를 나타낸다. 반응식 2 에서, R1, R2, R3, R4, R5, R8및 R9는 상기 정의한 바이다. 포스포노메틸화 재생성 단계는 단일 단계일 수 있으며, 또는 1 단계 초과일 수 있다. 바람직하게, 포르밀포스폰산 유도체 및 아민은 산소, 아미노메틸포스폰산 유도체, 및 반응혼합물 내의 적당한 촉매를 접촉시킴으로써 포르밀포스폰산 유도체 및 아민을 생성하고, 연속해서 아민으로부터 아미노메틸포스폰산 유도체를 재생성한다. 더욱 바람직하게, 아미노메틸포스폰산 유도체는 아민, 포름알데히드 및 아인산을 접촉시킴으로써 재생성된다. 대안적으로, 아미노메틸포스폰산 유도체는 아민, 포름알데히드, 삼염화 인 및 물을 접촉시킴으로써 재생성된다. 아민으로부터 포스포노메틸화에 의한 아미노메틸포스폰산 유도체의 제조 조건은 여기에 참고로 인용된 문헌 [Moedritzer 및 Irani, J. Org. Chem., 31:1603 (1966)] 에 기재된 것을 포함하며, 이에 한정되지는 않는다. 미국 특허 제 3,738,937 호 또한 본 발명의 재생성 단계에 사용될 수 있는 아민으로부터 아미노메틸포스폰산 유도체의 제조 조건을 기재하고 있으며, 여기에 참고로 인용된다.
본 발명의 생성물은 또한 통상의 방법에 의해 반응혼합물로부터 분리되거나, 또는 이들은 반응생성혼합물로부터 분리 없이 목적을 위해 사용될 수 있다.
바람직한 구현예에서, 본 발명의 생성물은 기타 인 종류를 생성하는 전구체이다. 예를 들면, 본 발명의 방법은 N-(포스포노메틸)아미노 화합물 (화학식 Ⅸ, 식 중 R10은 H, 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌 또는 헤테로사이클일 수 있다), 또는 그의 염 또는 에스테르 제조를 위한 다단계에서 제 1 단계로서 부가로 이용될 수 있다. 화학식 Ⅱ를 갖는 아미노메틸포스폰산 유도체는 화학식 Ⅰ을 갖는 포르밀포스폰산 유도체의 산화를 위한 촉매의 존재 하에, 산화 기체, 및 물, 알콜 또는 페놀과 접촉될 수 있다. 생성 포르밀포스폰산 유도체는 화학식 Ⅹ (식 중, R10은 상기 정의한 바이다) 의 아미노 화합물과 접촉하여 축합 중간체를 형성할 수 있다. 축합 중간체는 환원되어 N-(포스포노메틸)아미노 화합물 또는 그의 염 또는 에스테르를 생성할 수 있다. 포르밀포스폰산 유도체가 아미노 화합물, 특히 글리신과 접촉하여, 환원되어 N-(포스포노메틸)아미노 화합물을 생성하는 축합 중간체를 형성할 수 있는 조건의 예는 미국 특허 4,568,432 호에 기재되어 있으며, 여기에 참고로 인용된다. 형성된 응축 중간체의 N-(포스포노메틸)아미노 화합물 또는 그의 염 또는 에스테르로의 환원은 목적한다면 수소첨가를 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 포르밀포스폰산 유도체는 포르밀포스폰산 또는 그의 히드레이트일 수 있다. 더욱 바람직한 본 발명의 양태에서, 아미노 화합물은 글리신 또는 그의 염 또는 에스테르일 수 있다. 아미노 화합물이 글리신이고, 포르밀포스폰산 유도체가 포르밀포스폰산 또는 그의 히드레이트인 경우, N-(포스포노메틸)아미노 화합물은 N-(포스포노메틸)글리신 (화학식 Ⅵ) 이다. 본 발명의 또다른 바람직한 양태에서, 아미노 화합물은 2-아미노에탄올이다. 아미노 화합물이 2-아미노에탄올이고, 포르밀포스폰산 유도체가 포르밀포스폰산 또는 그의 히드레이트인 경우, N-(포스포노메틸)아미노 화합물 생성물은 N-(2-히드록시에틸)-N-(포스포노메틸)아민 (화학식 Ⅶ) 이다. 또다른 바람직한 구현예에서, 아미노 화합물은 암모니아, 예컨대 암모니아 기체, 암모늄 히드록시드, 암모늄 염 또는 우레아의 공급원이다. 아미노 화합물이 암모니아의 공급원이고, 포르밀포스폰산 유도체가 포르밀포스폰산 또는 그의 히드레이트인 경우, N-(포스포노메틸)아미노 화합물 생성물은 아미노메틸포스폰산 (화학식 Ⅷ) 이다.
본 발명의 또다른 양태로서, 화학식 Ⅰ을 갖는 포르밀포스폰산 유도체의 제조에 유용한 조성물이 이제 개시된다. 본 발명의 조성물은 화학식 Ⅱ를 갖는 아미노메틸포스폰산 유도체, 산화 기체, 및 아미노메틸포스폰산 유도체의 포르밀포스폰산 유도체로의 산화를 위한 촉매를 포함한다.
하기 비제한적인 실시예는 본 발명의 여러 양태를 예시하기 위한 것이다. 그러나, 당 분야의 기술자들은 본 발명의 개시를 고려하여, 다양한 변화가 개시된 특정 구현예 내에서 이루어질 수 있으며, 또한 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않고, 동일 또는 유사한 결과를 수득할 수 있음을 인정해야 한다.
상세한 제조 방법
본 발명의 제조 방법에서 사용되는 출발 물질은 공지되거나, 또는 당 분야의 기술자들에게 공지된 통상의 방법 또는 당 분야에 기재된 방법과 유사한 방법으로 제조될 수 있다.
일반적으로 본 발명의 제조 방법은 하기에 따라 수행될 수 있다.
재료: 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산) (ATMP) 를 시판되는 수용액 (Aldrich Chemical, 위스콘신 밀워키) 으로부터 농축 및 6 - 10 M HCl 로부터의 결정화에 의해 분리하였다. 새로운 HPL 탄소 촉매는 Chou (미국특허 제 4,624,937 호) 의 실시예 4 에서 제시된 방법에 의해 제조된 활성탄을 나타낸다. Norit SX Plus 및 Norit SA-3 은 American Norit Co. (플로리다 잭슨빌) 로부터 시판된다. Norit SX Plus 는 산으로 세정되며, 증기 분말화된 활성탄이며, 입자의 96 % 가 150 미크론보다 작고, 표면적은 1000 ㎡/g 이다. Norit SA-3 은 증기 활성탄이며, 입자의 97 % 가 150 미크론보다 작고, 표면적은 750 ㎡/g 이다. 모든 기타 화학물질은 시판 공급원으로부터 수득되며, 부가 정제없이 사용된다.
분석: 특별히 지시되지 않는 한, 모든 포르밀포스폰산 (FPA) 분석은 5 초의 지연 dl 을 사용하여 121.4 MHz 에서 배리언 유니티(Varian Unity) 300 상에서31P{1H} NMR 에 의해 수행되었다. 모든 NMR 스펙트럼은 D2O 또는 H2O/D2O 용액으로부터 수득하였다. 화학적 전이는 내부 표준으로서 사용된 소듐 3-(트리메틸실릴)-1-프로판술폰산 (DSS) 으로부터 아래쪽으로 양성값으로서 보고된1H 및13C 피크를 이용하여 ppm 으로서 보고되며,31P 화학적 전이는 85 % H3PO4로부터 아래쪽으로 양성값으로서 보고된다.
합성: 3차 포스포노메틸아민 N-메틸이미노-비스(메틸렌포스폰산) (NMI), N-시클로헥실 이미노비스(메틸렌포스폰산), 글리포신 및 N-이소프로필이미노비스(메틸렌포스폰산) 을 문헌 [Moedritzer 및 Irani, J. Org. Chem. 31:1603 (1966)] 에 기재된 방법에 따라 제조하였다.
에탄올아민의 포스포노메틸화: 에탄올아민 히드로클로라이드 (50.24 g, 0.515 mol) 및 물 약 15 ㎖ 을 1000 ㎖ 둥근바닥 플라스크에 공급하였다. 물 100 ㎖ 내의 아인산 (84.5 g, 1.03 mol) 용액을 진한 HCl 100 ㎖ 와 함께 아민 히드로클로라이드 슬러리에 첨가하였다. 혼합물을 환류 가열하고 수성 포름알데히드 (37 %, 168.5 g, 2.07 mol) 을 45 분에 걸쳐 적가하였다. 완료 혼합물을 환류 하에 부가로 1 시간 동안 방치한 다음, 주위 온도로 밤새 냉각시켰다. 회전 증발에 의해 걸쭉한 시럽으로 농축된 조물질의31P NMR 분석은 N-(2-히드록시에틸)이미노비스(메틸렌포스폰산) (HEIB) 의 고리 및 개환된 형태의 약 1.1 혼합물로 나타났다. 조 시럽을 메탄올에 용해시킨 다음, 0 ℃ 로 냉각시켜서 백색 침전물을 형성하고, 여과에 의해 분리하고, 메탄올로 세척하고 50 ℃ 에서 진공 건조시켜서 백색 결정 50.4 g 을 수득하였다. 합해진 여액 및 메탄올 세정물을 방치하여 유사하게 처리된 백색 물질의 두번째 결정의 추가 수율은 28.8 g 였다.31P NMR 에 의해, 두 결정은 시클릭 HEIB 96 wt% 및 HEIB 4 wt% 로 이루어짐이 발견되었다. 총 분리 수율은 66.4 % 였다. 시클릭 HEIB (주생성):1H NMR (D2O, 300 MHz) δ4.42 (dt, JHP= 13.0 Hz, 2H, -CH2OP), 3.60 (미확인, 2H, COPCH2), 3.57 (d, JHP= 12.7 Hz, 2H, -CH2PO3H2);31P NMR (D2O, 121.4 MHz) 8.10 (dd, JHP= 12.98 Hz, JPP= 2.5 Hz, 펜던트 P), 5.42 (겉보기 퀸트, JHP,PP~ 12.6 Hz, 고리 P);13C{1H} (D2O, 75.4 MHz) 61.8 (d, JCP= 4.9 Hz), 54.3 (dd, JCP= 138.3 및 7.7 Hz), 54.2 (dd, JCP= 5.7 및 4.6 Hz), 50.8 (dd, JCP= 128.8 및 4.0 Hz). 개환 HEIB (부생성):31P (D2O, 121.4 MHz) 9.02 (t, JHP= 13.0 Hz).
산화 장치: 모든 스테인레스강 습식 부품이 장치된 300 ㎖ 316-스테인레스강 반응기로 이루어진 스테인레스강 오토클레이브 (Autoclave Engineers (Erie, PA) 에 의해 제조) 내에서 반응을 수행하였다. 산소는 900 rpm 으로 회전하는 표준 6-날 방사상 임펠러 아래의 소결된 금속 프릿을 통해 반응기에 도입되었다. 산소는 포터(Porter) 산소 질량 플로우 조절기를 사용하여 반응기에 계량되고, 반응기 압력은 컴퓨터 공유영역에 의해 조절된 조사 조절 밸브에 의해 유지되어 배출 플로우를 조절하고, 특정 반응기 압력을 유지한다. 반응기에서 배출되는 기체 플로우는 포터 질량 플로우 미터에 의해 모니터된다.
실시예 1: 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산)의 산화
니트릴로트리스(메틸렌포스폰산) (25.00 g, 83.60 mmol), HPL 활성탄 촉매 2.63 g 및 물 150 ㎖ 을 300 ㎖ 스테인레스강 오토클레이브에 충전하였다. 오토클레이브를 통해 38 sccm 의 산소 플로우 속도를 사용하여 65 psig 의 산소 압력 및 75 ℃ 에서 산화를 수행하였다. 81 분 후,31P{1H}NMR 에 의한 여과된 반응혼합물의 분석은 포르밀포스폰산에 대한 82 % 의 선택성으로 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산) 출발 물질의 90 % 변환율을 나타냈다. 아민 부생성물은 보다 소량의 N-포르밀이미노비스(메틸렌포스폰산), 인산 및 미량의 아인산과 함께 이미노비스(메틸렌포스폰산)이었다. 포르밀포스폰산:1H NMR (300 MHz, D2O) δ5.26 (d, JHP= 8 Hz);31P NMR (121.4 MHz, H2O/D2O) δ16.1 ppm (d, JHP= 8 Hz).
실시예 2: 온도 및 촉매 비교
표 3 에 나타낸 바를 제외하고는 실시예 1 에 기재된 반응을 수행하였다. 표 3 에 요약된 결과는 변환율 및 FPA 에 대한 선택성에 대한 온도 및 촉매의 선택 효과를 비교한다. 모든 변환율 및 선택성 데이터는 생성혼합물의 여과된 분액에 대한31P{1H}NMR 에 의해 수득되었다.
다양한 탄소 촉매 및 상이한 온도에서의 ATMP 산화의 실시예
촉매 온도, ℃ 반응시간, 분 변환율, % FPA 선택성, % FPA 수율, %
HPL 65 146 91 88 80
HPL 85 60 97 73 71
Norit SX Plus 75 300 63 69 43
Norit SA-3 75 300 73 70 51
실시예 3: N-메틸이미노비스(메틸렌포스폰산)의 산화
300 ㎖ 스테인레스강 오토클레이브에 N-메틸이미노비스(메틸렌포스폰산) (18.36 g, 83.81 mmol), 물 164 ㎖ 및 앞서 사용된 HPL 탄소 촉매 1.54 g 을 충전하였다. 급속 교반되는 오토클레이브에 38 sccm 의 산소 플로우를 이용하여 65 psig 의 압력 및 75 ℃ 에서 산화를 수행하였다. 240 분 후, 여과된 반응생성물을 상기 기재한 바와 같이 분석하였다. 결과는 FPA 에 대한 69 % 의 선택성으로 출발 물질의 24 % 변환율을 나타냈다. 아민 부생성물은 N-메틸이미노메틸렌포스폰산이었다.
실시예 4: 이소프로필이미노비스(메틸렌포스폰산)의 산화
N-이소프로필이미노비스(메틸렌포스폰산) (15.00 g, 60.70 mmol), 물 160 ㎖ 및 앞서 사용한 HPL 탄소 촉매 1.44 g 을 사용하여 실시예 3 에 기재된 방법을 수행하였다. 294 분 후, 여과된 반응생성물을 실시예 1 에 기재된 바에 따라 분석하였다. 그 결과, FPA 에 대한 76 % 선택성으로 출발 물질의 58 % 변환율을 나타냈다. 주요 아민 부생성물은 N-이소프로필이미노(메틸렌포스폰산)이었다.
실시예 5: 균질 촉매를 이용한 산화
니트릴로트리스(메틸렌포스폰산) (25.0 g, 83.6 mmol), 탈이온수 (150 g) 및 바나딜 술페이트 히드레이트 (27.6 wt% H2O, 0.33 g, 1.5 mmol) 를 300 ㎖ 스테인레스강 오토클레이브에 충전하였다. 혼합물을 질소를 이용하여 65 psig 로 가압하고, 900 rpm 으로 기계적 교반하면서 75 ℃ 로 가열하였다. 반응 온도에 도달하면, 50 분 동안 38 sccm 에서 용액을 통해 산소를 살포하였다. 생성물의 분석 결과 FPA 에 대해 약 32 % 의 선택성으로 출발 물질의 94 % 변환율을 나타냈다. 산화의 2차 아민 부생성물은 N-포르밀이미노비스(메틸렌포스폰산)과 함께 이미노비스(메틸렌포스폰산)이었으며, H3PO3및 H3PO4또한 관찰되었다.
실시예 6: 산 및 염기 조건의 비교
표 1 에 나타낸 것을 제외하고는 실시예 1 에 기재된 바에 따라 반응을 수행하였다. 산 또는 염기를 반응 초기에 반응조에 첨가하였다. 표 1 에 요약한 결과는 첨가된 산 또는 염기의 당량의 효과 및 수성 조건 하에 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산)의 변환율 및 수율에 대한 pH 의 효과를 증명한다. 모든 변환율 및 수율 데이터는 생성혼합물의 여과된 분액에 대한31P{1H}NMR 에 의해 수득된다.
실시예 7: 온도의 효과
표 2 에 나타낸 바를 제외하고는 실시예 1 에 기재된 방법에 따라 반응을 수행하였다. 표 2 에 요약한 결과는 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산)의 변환율 및 FPA 생성에 대한 반응의 선택성에 대한 온도의 효과를 입증한다. 모든 변환율 및 선택성 데이터는 생성혼합물의 여과된 분액에 대한31P{1H}NMR 에 의해 수득된다.
실시예 8: 온도 및 시간의 효과
하스텔로이 C 습식 부품이 장치된 300 ㎖ 하스텔로이 C 오토클레이브에 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산) 25.0 g, HPL 활성탄 2.63 g 및 물 150 ㎖ 을 충전하였다. 반응조를 질소를 사용하여 65 psig 로 가압하고, 115 ℃ 로 가열하였다. 이어서 90 sccm 으로 산소를 도입하였다. 115 ℃ 에서 산소 플로우 35 분 후31P NMR 에 의한 여과된 반응생성물의 분석은 40 % 수율의 FPA 에 대해, FPA 선택성 42 % 으로 출발 물질의 96 % 변환율을 나타냈다. 상기 기재한 바에 따라 95 ℃ 에서 반응을 반복하였다. 46 분 후 여과된 반응혼합물 분액의 분석은 58 % 수율의 FPA 에 대해 64 % 의 선택성으로 92 % 의 변환율을 나타냈다. 상기 기재한 바에 따라 반응을 75 ℃ 에서 반복하였다. 132 분 후의 여과된 반응혼합물 분액의 분석은 70 % 수율의 FPA 에 대해 75 % 의 선택성으로 93 % 의 변환율을 나타냈다.
여기서 실시예는 본 발명에서 일반적 또는 구체적으로 기재된 반응물 및/또는 작업조건으로 상기 실시예에 사용된 것들을 치환함으로써 수행될 수 있다. 본 발명의 조성물 및 방법은 바람직한 구현예 측면에서 기재된 한편, 당 분야의 기술자들에게 본 발명의 개념, 정신 및 범주를 벗어나지 않고, 여기서 기재된 방법의 단계에서 또는 단계의 연속상에서 다양한 변형이 적용될 수 있음이 명백하다. 더욱 구체적으로, 여기서 기재된 제제가 화학적으로 관련된 제제로 치환될 수 있는 한편, 동일 또는 유사한 결과가 수득될 수 있다. 당 분야의 기술자들에게 명백한 모든 유사한 대체 방법 및 변형은 본 발명의 정신, 범주 및 개념 내인 것으로 간주되며, 하기 청구범위의 범주 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (40)

  1. 아미노메틸포스폰산 기질, 물, 알콜, 페놀 화합물 및 이들의 혼합물로부터 선택된 시약, 및 산화 기체를 촉매의 존재 하에 접촉시켜서 포르밀포스폰산 유도체 함유 반응생성혼합물을 형성하고, 상기 접촉이 수행되는 조건은 반응생성혼합물 내에 형성된 포르밀포스폰산 유도체의 50 % 이하가 시약과의 반응에 의해 소비되도록 조절되는 것을 포함하는 포르밀포스폰산 유도체 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 기질의 약 75 % 이상이 포르밀포스폰산 유도체로 변환되는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 접촉이, 반응 구역에 충전된 75 % 이상의 기질이 포르밀포스폰산 유도체로 변환된 시점에서 포르밀포스폰산 유도체의 형성이 종결되는 뱃치 반응 구역에서 수행되는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 반응이 포르밀포스폰산 유도체의 소비 속도가 포르밀포스폰산 유도체의 생성 속도를 초과하는 시점에서의 반응혼합물 내 잔여 기질 농도에 도달하는 시점 또는 그 이전에 종결되는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 포르밀포스폰산 유도체와 시약 사이의 반응이 반응혼합물의 온도를 포르밀포스폰산 유도체의 소비가 본질적으로 중단되는 온도로 낮춤으로써 급냉되는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 포르밀포스폰산 유도체와 시약 사이의 반응이 반응혼합물의 온도를 포르밀포스폰산 유도체의 소비가 본질적으로 중단되는 온도로 낮춤으로써 급냉되는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 반응혼합물의 온도가 포르밀포스폰산 유도체의 소비 속도가 반응 동안 임의의 시간에서 그 생성 속도를 초과하지 않도록 조절되는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 기질 및 시약이 연속 또는 간헐적으로 도입되고, 포르밀포스폰산 유도체 함유 반응생성혼합물이 연속 또는 간헐적으로 회수되는 연속 반응 구역 내에서 수행되는 방법으로서, 상기 반응 구역 내의 체류 시간이 상기 기질의 75 % 이상이 포르밀포스폰산 유도체로 변환되고, 생성된 포르밀포스폰산의 50 % 이하가 임의의 부가 반응에 의해 소비되도록 조절되는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 반응 구역으로의 아미노메틸포스폰산 및 시약의 도입 속도, 및 반응 구역 내에서의 온도 및 체류 시간이 반응혼합물이 포르밀포스폰산 유도체 및 포름산을 2 : 1 이상의 포르밀포스폰산 유도체 대 포름산의 몰 비로 함유하도록 조절되는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 반응생성혼합물이 약 115 ℃ 미만의 온도에서 유지되는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 반응생성혼합물이 약 95 ℃ 미만의 온도에서 유지되는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 반응생성혼합물이 약 85 ℃ 미만의 온도에서 유지되는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 포르밀포스폰산 유도체가 하기 화학식 Ⅰ을 갖고, 아미노메틸포스폰산 유도체가 하기 화학식 Ⅱ를 갖는 방법:
    [화학식 Ⅰ]
    [화학식 Ⅱ]
    식들 중, R1및 R2는 H, 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌, 헤테로사이클 및 염 형성 양이온으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며;
    R3은 -CHO 및 -CH(OR8)(OR9) 으로 이루어진 군으로부터 선택되며;
    R4및 R5는 H, -CH2PO(OR6)(OR7), 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌 및 헤테로사이클로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며;
    R6및 R7은 H, 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌, 헤테로사이클 및 염 형성 양이온으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며;
    R8및 R9는 H, 히드로카르빌, 치환 히드로카르빌 및 헤테로사이클로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  14. 제 13 항에 있어서, 촉매가 불균질 촉매이며, 반응생성혼합물이 약 115 ℃ 미만의 온도로 유지되는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 접촉이 중성 또는 산 조건 하에서 수행되는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 반응생성혼합물의 pH 가 약 6 미만인 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 반응생성혼합물의 pH 가 약 3 미만인 방법.
  18. 제 14 항에 있어서, 반응생성혼합물의 pH 가 약 1.5 미만인 방법.
  19. 제 14 항에 있어서, 반응생성혼합물이 기질 당량 당 1 당량 이하의 염기를 함유하는 방법.
  20. 제 14 항에 있어서, 불균질 촉매가 탄소 촉매를 포함하는 방법.
  21. 제 14 항에 있어서, 불균질 촉매가 귀금속으로 함침된 탄소를 포함하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 귀금속이 백금 또는 팔라듐인 방법.
  23. 제 14 항에 있어서, 산화 기체가 O2, 산화질소, 단일 산소 및 오존으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화제를 포함하는 방법.
  24. 제 14 항에 있어서, 산화 기체가 실질적으로 O2로 이루어지는 방법.
  25. 제 14 항에 있어서, 산화 기체가 공기인 방법.
  26. 제 14 항에 있어서, 불균질 촉매 대 아미노메틸포스폰산 유도체의 중량비가 약 1 내지 약 50 인 방법.
  27. 제 14 항에 있어서, R1및 R2가 H 인 방법.
  28. 제 14 항에 있어서, R4및 R5가 -CH2PO(OR6)(OR7) 인 방법.
  29. 제 14 항에 있어서, R6및 R7이 H 인 방법.
  30. 제 14 항에 있어서, R4및 R5중 하나 이상이 히드로카르빌 또는 치환 히드로카르빌인 방법.
  31. 제 1 항에 있어서, 반응혼합물이 용매를 추가로 포함하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 용매가 물, 알콜, 폴리알콜, 폴리에테르, 아세트산, 테트라히드로푸란, 디옥산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  33. 아미노메틸포스폰산 기질, 물, 알콜, 페놀 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 시약, 및 산화 기체를 균질 촉매의 존재 하에 접촉시켜서 포르밀포스폰산 유도체 함유 반응생성혼합물을 생성하는 것을 포함하는 포르밀포스폰산 유도체의 제조방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 균질 촉매가 전이금속을 포함하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 전이금속이 바나듐, 망간, 코발트, 루테늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  36. 제 33 항에 있어서, 접촉이 약 10 내지 약 115 ℃ 의 온도 범위에서 수행되는 방법.
  37. 제 33 항에 있어서, 접촉이 약 25 내지 약 75 ℃ 의 온도 범위에서 수행되는 방법.
  38. 제 1 항에 있어서, 기질이 니트릴로트리스(메틸렌포스폰산) 또는 그의 에스테르 또는 염인 방법.
  39. 제 1 항에 있어서, 접촉 단계 동안, 아민이 반응생성혼합물 내에 형성되며, 상기 아민이 포스포노메틸화되어 기질을 재생성하는 방법.
  40. 제 1 항에 있어서, 포르밀포스폰산 유도체와 글리신 또는 글리시네이트를 접촉시켜 축합 중간체를 생성하고; 상기 축합 중간체를 환원시켜서 N-(포스포노메틸)글리신 또는 그의 염 또는 그의 에스테르를 생성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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