NO833829L - Fremgangsmaate til fremstilling av n-fosfonometylglycin - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en ny fremgangsmåte til fremstilling av N-fosfonometylglycin.

N-fosfonometylglycin og visse salter er spesielt effektive som etteroppkomst-herbicider. Det kommersielle herbicid er i handelen som et preparat inneholdende isopropylaminsaltet av N-fosfonometylglycin.

N-fosfonometylglycin kan fremstilles på flere måter. En

av disse er, som beskrevet i US-patent 3 160 632, å omsette N-fosfinometylglycin (glycinmetylenfosfonsyre) med kvikksølv(II)-klorid i vann ved koketemperatur og deretter skille reaksjons-produktene fra hverandre. Andre metoder er fosfonometylering av glycin og omsetning av etylglycinat med formaldehyd og dietylfosfitt. Sistnevnte metode er beskrevet i US-patent nr. 3 799 758. Det foreligger dessuten en rekke patenter som angår fremstilling av N-fosfonometylglycin, innbefattende US-patent 3 868 407, 4 197 254 og 4 199 354.

Fra teknikkens stand nevnes spesielt US-patent 3 923 877, som beskriver omsetning av 1 , 3 ,5-tricyanometylheksahydr'o-1 ,3 ,5-triazin med overskudd av disubstituert fosfitt, hvorved det dan-nes (RO)2P(0)CH2NHCH2CN (R er hydrokarbyl eller substituert hydrokarbyl) som hydrolyseres til N-fosfonometylglycin.

Da N-fosfonometylglycin og visse salter er kommersielt vik-tige herbicider, har forbedrede fremgangsmåter til fremstilling av disse forbindelser betydelig verdi.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fremstilling av N-fosfonometylglycin, som omfatter: (1) 1,3,5-tricyanometylhexahydro-1,3,5-triazin omsettes med et acylhalogenid, fortrinnsvis acylklorid, under dannelse av N-cyanometyl-N-halogenmetylamidet av acylhalogenidet, (2) amidet omsettes med et fosfitt under dannelse av N-acylaminomety1-N-cyanometylfosfonat, og (3) dette fosfonat hydrolyseres til N-(fosfonometyl)-glycin.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan illustreres ved hjelp av følgende reaksjonsskjerna:

hvor R er en alifatisk eller aromatisk gruppe som definert neden-for, fortrinnsvis Cj-C^-alkyl, mer foretrukket metyl eller etyl, og X er klor, brom eller jod, fortrinnsvis klor. 1 2 0 0R hvor R og X er som definert ovenfor, og R og R begge er aromatiske grupper eller begge alifatisk gruppe, fortrinnsvis er R<1>2 3 og R Cj-Cg-alkyl, mer foretrukket Cj-C^-alkyl, og R er en alifatisk gruppe, fortrinnsvis C^-Cg-alkyl, mer foretrukket C^-C^-alkyl, eller R^ er et alkalimetall (M), fortrinnsvis natrium eller kalium.

i 2 +

hvor R, R og R er som definert ovenfor, og H er en sterk syre såsom saltsyre, bromhydrogensyre, jodhydrogensyre, salpetersyre, svovelsyre, fosfonsyre eller kloreddiksyre. Fortrinnsvis er H+ saltsyre eller bromhydrogensyre, og OH er en sterk base såsom natriumhydroksyd eller kaliumhydroksyd, fortrinnsvis en vandig, vandig-alkoholisk eller alkoholisk oppløsning. Hydrolysen utfø-res fortrinnsvis i nærvær av en sterk syre.

I ovenstående reaksjonsskjerna er gruppen R ikke direkte involvert i reaksjonstrinn (a) mellom 1,3,5-tricyanometylhexa-1 2 hydro-1,3,5-triazin og acylkloridet. Gruppene R, R eller R er ikke direkte involvert i reaksjonstrinn (b) mellom N-cyanometyl-N-klormetylamid-reaksjonsproduktet i trinn (a) og fosfitt. Grup-12

pene R, R og R fjernes i reaksjonstrinn (c) når fosfonatreaksjonsproduktet i reaksjonstrinn (b) underkastes hydrolyse. Disse gruppers natur er derfor ikke kritisk eller avgjørende, skjønt grupper som vil påvirke reaksjonstrinnene (a) og (b) på ugunstig

måte, selvsagt bør unngås.

Gruppen "C^-C^-alkyl" omfatter metyl, etyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, isobutyl, sek-butyl og tert-butyl. Gruppen "C^-Cg-alkyl" omfatter de samme radikaler som C^-C^-alkyl pluss de 6 pentyler og 16 heksyler.

Uttrykket "alifatisk gruppe" brukes her i en vid mening og dekker en stor klasse av organiske grupper kjennetegnet ved at de er avledet fra (1) en asyklisk (åpenkjedet) struktur av parafin-, olefin- og acetylen-hydrokarbonrekkene og deres derivater eller (2) alisykliske forbindelser. Den alifatiske gruppe kan ha fra

1 til 10 karbonatomer.

Uttrykket "aromatisk gruppe" brukes her i en vid betydning og skiller seg fra den alifatiske gruppe og innbefatter en gruppe avledet fra (1) forbindelser med 6-20 karbonatomer og kjennetegnes ved tilstedeværelse av minst én benzenring, innbefattende monosykliske, bisykliske og polysykliske hydrokarboner og deres derivater og (2) heterosykliske forbindelser med 5-19 karbonatomer, hvilke er av lignende struktur og kjennetegnes ved at de har en umettet ringstruktur inneholdende minst ett atom som ikke er karbon, såsom nitrogen, svovel og oksygen, og derivater av disse heterosykliske forbindelser.

Reaksjonstrinn (a) utføres fortrinnsvis ved en temperatur mellom ca. 0 og ca. 150°C, mer foretrukket mellom 4 0 og 110°C og mest foretrukket mellom 75 og 85°C. Dette reaksjonstrinn kan ut-føres ved atmosfærisk, underatmosfærisk eller overatmosfærisk trykk, fortrinnsvis ved atmosfæretrykk. Reaksjonen utføres fortrinnsvis i et løsningsmiddel for acylhalogenidet, såsom etylen-diklorid, metylenklorid, tetrahydrofuran eller toluen.

Tre mol av acylhalogenidet er påkrevet for omsetning med ett mol av 1,3,5-tricyanometylheksahydro-1,3,5-triazinet. Et overskudd av acylhalogenid kan anvendes for å sikre fullstendig reaksjon med triazinet. Et stort overskudd av acylhalogenidet kan tjene som løsningsmiddel i dette reaksjonstrinn. Løsnings-middelet eller eventuelt overskudd av acylhalogenid, kan fjernes for isolering av N-cyanometyl-N-klormetylamidet av acylhalogenidet i høyt utbytte. Dette amid blir imidlertid hurtig nedbrutt termisk og ved hydrolyse og bør holdes i en inert atmosfære hvis det isoleres.

Mest foretrukket anvendes intet overskudd av acylhalogenid, og løsningsmiddelet som anvendes i reaksjonstrinn (a) anvendes også som løsningsmiddel i reaksjonstrinn (b). Løsningsmiddel be-høver således ikke fjernes etter fullførelse av trinn (a) og det anvendes i reaksjonstrinn (b).

I reaksjonstrinn (b) blir det mest foretrukket omsatt (om-trentlig) ekvimolare mengder av N-cyanometyl-N-halogenmetylamid av acylhalogenidet og fosfitten. Mindre foretrukket kan det anvendes opptil 2 mol overskudd og minst foretrukket opptil et overskudd på 10 mol.

Reaksjonen er eksoterm og kan utføres ved en temperatur på mellom ca. 0 og ca. 150°C, mer foretrukket mellom 40 og 100°C, mest foretrukket mellom 75 og 85°C.

Det er ikke nødvendig å anvende løsningsmiddel for reaksjonen, men hvilket som helst inert løsningsmiddel kan anvendes,

fortrinnsvis løsningsmiddel med kokepunkt mellom ca. 40 og 100°C. Eksempler på slike løsningsmidler er etylenklorid, metylenklorid, tetrahydrofuran og toluen. Anvendelse av et løsningsmiddel let-ter spredning av reaksjonsvarmen. Mest foretrukket er løsnings-middelet det som anvendes i reaksjonstrinn (a). Løsningsmiddel som eventuelt anvendes i dette reaksjonstrinn, vil bli fjernet etter fullførelse av reaksjonstrinn (c), og løsningsmiddelet er således fortrinnsvis et som kan fjernes ved fordampning.

Alkalimetallfosfitter med formelen

1

hvor R og

som angitt og R 3 er et alkalimetall, omsettes med N-cyanometyl-N-halogenmetylamid under en inert atmosfære såsom nitrogen. Alkalimetallfosfittet kan fremstilles ved omsetning av et alkalimetallalkoksyd, alkalimetallhydrid eller alkalimetall med en ekvimolar mengde av et disubstituert fosfitt med formelen

hvor^ R 1 og R 2er som angitt. Reaksjonen utføres i en inert atmosfære såsom nitrogen.

Alkalimetallfosfitter med formelen

hvor R 1 , R 2 og M er som angitt. Kan, pga. tautomeri, ha den føl-gende ytterligere strukturformel

1 2

hvor R og R er som angitt og M er et alkalimetall.

I reaksjonstrinn (c) hydrolyseres ett mol av fosfonatreaksjonsproduktet fra reaksjonstrinn (b) med 5 mol vann. Hydrolysen utføres i nærvær av en sterk syre eller base som angitt ovenfor. Hydrolysen er fortrinnsvis syrekatalysert, fortrinnsvis med en uorganisk syre og mest foretrukket med saltsyre eller bromhydrogensyre. Hydrolysen gir det ønskede N-fosfonometylglycin. Fortrinnsvis anvendes minst 2 mol av syren. Mer foretrukket anvendes et stort overskudd utover mengden på 2 mol. Den fo-retrukne saltsyre eller bromhydrogensyre kan anvendes i konsentrert eller vandig form.

Det siste reaksjonstrinn utføres ved en temperatur mellom ca. 0 og ca. 200°C, fortrinnsvis mellom 50 og 125°Cog mest foretrukket mellom 100 og 125°C.

Atmosfærisk, underatmosfærisk eller overatmosfærisk trykk kan anvendes. Fortrinnsvis anvendes atmosfæretrykk under hydrolysen.

Det faste N-fosfonometylglycin kan utvinnes ved konvensjo-nelle metoder i reaksjonstrinn (c). Flyktige, væskeformige pro-dukter såsom alkoholer (metanol), klorider (metylklorid), syrer (eddiksyre), vann, og overskudd av syre kan fjernes ved vanlige strippeteknikker. Det ønskede N-fosfonometylglycin utvinnes med høy renhet ved at det oppløses i vann, oppløsningens pH innstil-les mellom 1 og 2, og produktet utkrystalliseres fra oppløsning og fjernes ved filtrering.

De følgende eksempler vil ytterligere belyse oppfinnelsen.

EKSEMPEL 1

Fremstilling av N- cyanometyl- N- klormetylacetamid

17 g (0,0835 mol) 1,35,tricyanometylheksahydro-1,3,5-tria-

zin ble i en rundkolbe oppslemmet i 150 ml 1,2-dikloretan.

40 ml (0,563 mol) acetylklorid ble tilsatt, alt på én gang, og reaksjonsblandingen ble kokt under tilbakeløp i 3 timer, deretter strippet under redusert trykk, hvilket ga 26,9 g (79,85%) N-cyanometyl-N-klormetylacetamid. Strukturen ble bekreftet ved vanlige analysemetoder (infrarød analyse, protonkjernemagnetisk resonnans og massespektroskopi).

EKSEMPEL 2

Fremstilling av 0, 0- dimetyl- N- cyanometyl- N- acetylaminometylfos-f onat

Den i eksempel 1 fremstilte amidforbindelse (26,9 g, 0,2 mol) ble fortynnet med 75 ml diklormetan. Trimetylfosfitt (25,5 g, 0,206 mol) ble tilsatt, og blandingen ble omrørt ved romtemperatur natten over, kokt under tilbakeløp i 0,5 time og strippet under redusert trykk, hvilket ga 34,9 g (79,32%) av det ønskede produkt. Strukturen ble bekreftet ved infrarød analyse (ir), protonkjernemagnetisk resonnans (nmr) og massespektroskopi (ms) .

EKSEMPEL 3

Fremstilling av N- fosfonometylglycin

Fosfonatreaksjonsproduktet i eksempel 2 (19,5 g, 0,09 mol) ble forenet med 100 ml (1,21 mol) konsentrert saltsyre, kokt under tilbakeløp i 3 timer og strippet under redusert trykk. Residuet ble oppløst i 30 ml vann, pH ble innstilt på 10 med 50%

natriumhydroksyd, og blandingen ble strippet under redusert trykk. Produktet ble igjen oppløst i 30 ml vann, og pH ble inn-

stilt på 1 med konsentrert saltsyre. Blandingen ble satt i kjø-leskap natten over, og neste morgen ble 5,4 g (98,3% renhet på vektbasis) av det ønskede produkt isolert ved filtrering (35,4 9% utbytte). Strukturen ble bekreftet ved ir, nmr og væskekromatografi (lc).

EKSEMPEL 4

Fremstilling N- fosfonometylglycin

50 ml 1,2-dikloretan ble oppvarmet til koking i en 50 ml rund kolbe. Acetylklorid (5,5 ml, 0,077 mol) og 3,4 g (0,0167 mol) 1,3,5-tricyanometylheksahydro-1,3,5-triazin ble tilsatt sam-tidig over 10 min mens det ble holdt et overskudd av acetylhalo-genidet i reaksjonsbeholderen. Blandingen ble kokt under til-bakeløp i 0,5 time etter fullført tilsetning, hvoretter den ble strippet under redusert trykk. 5 ml toluen og 6,6 ml (0,05 mol) trimetylfosfitt ble tilsatt til residuet, og denne blanding ble kokt under tilbakeløp i 15 min, omrørt ved romtemperatur i 2 timer og strippet under redusert trykk. 30 ml (0,36 mol) konsentrert saltsyre ble tilsatt til residuet, og blandingen ble kokt under tilbakeløp i 3 timer og strippet under redusert trykk, hvilket ga 11,3 g faste stoffer inneholdende 47,9 vektprosent av det ønskede N-fosfonometylgly-ein, bestemt ved lc. Strukturen ble bekreftet ved C 1 3- og pro-ton-nmr. Det samlede utbytte av N-fosfonometylglycin var 64%.

EKSEMPEL 5

Fremstilling av 0, 0- dimetyl- N- cyanoetyl- N- karboetoksyaminometyl-fosfonat

Etylklorformiat (8 ml, 0,083 mol) oppløst i 8 ml metylenklorid og 3,4 g 1,3,5-tricyanometylheksahydro-1,3,5-triazin (0,016 7 mol) ble forenet i en 50 ml rundkolbe utstyrt med røre-verk og tilbakeløpskjøler. Blandingen ble kokt under tilbakeløp i 1 timer og strippet under redusert trykk. Residuet ble oppløst i 5 ml metylenklorid. Trimetylfosfitt (5 ml, 0,042 mol) oppløst i 15 ml metylenklorid ble tilsatt. Reaksjonsblandingen ble kokt under tilbakeløp i 1 time. Til den kjølte blanding ble det tilsatt 50 ml vann. Blandingen ble ekstrahert 3 ganger med 50 ml metylenklorid. De organiske porsjoner ble forenet og tørket med magnesiumsulfat og strippet under vakuum, hvilket ga 6,9 g av det ønskede produkt, tilsvarende 50% utbytte. Strukturen ble bekreftet ved ir, nmr og ms.

EKSEMPEL 6

Fremstilling av N- fosfonometylglycin

Fosfonatreaksjonsproduktet i eksempel 5 (4,9 g, 0,0 2 mol) ble forenet med 20 ml (0,24 mol) konsentrert saltsyre, kokt under tilbakeløp i 3 timer og strippet under redusert trykk. Residuet ble oppløst i 30 ml vann, pH ble innstilt på 10 med 50% natriumhydroksyd, og blandingen ble strippet under redusert trykk. Produktet ble igjen oppløst i ca. 5 ml vann. Strukturen ble bekreftet ved nmr og væskekromatrografi (lc).

EKSEMPEL 7

Fremstilling av 0, 0- dietyl- N- cyanometyl- N- acétylaminometylfosfo-nat

5,6 g (0,05 mol) kalium-t-butoksyd ble i en rundkolbe oppslemmet i 25 ml tetrahydrofuran (tørket over molekylsiktmateriale), og oppslemningen ble kjølt i et vannbad. Deretter ble 6,44 ml (0,05 mol) dietylfosfitt tilsatt dråpevis til oppslemningen over 5 min under nitrogen. Denne blanding ble kjølt i et isbad, og 7,33 g (0,05 mol) N-cyanometyl-N-klormetylacetamid fortynnet med 50 ml tetrahydrofuran ble tilsatt dråpevis over 15 min. Blandingen ble oppvarmet til romtemperatur og omrørt i 3 timer. Blandingen ble filtrert gjennom "dicalite", og tetra-hydrof uranet ble strippet under redusert trykk, hvilket ga 9,0 g av det ønskede produkt. Strukturen ble bekreftet ved ir, nmr,

_13

ms, C -nmr.

EKSEMPEL 8

Fremstilling av fosfonometylglycin

5,4 g (0,022 mol) av den i eksempel 7 fremstilte forbindelse ble forenet med 30 ml (0,363 mol) konsentrert HC1, kokt under tilbakeløp i 3 timer og deretter strippet under redusert trykk, hvilket ga 10,8 g av det ønskede produkt, et brunt halv-fast stoff. Strukturen ble bekreftet ved ir, nmr, C 1 3-nmr og væskekromatografi.

EKSEMPEL 9

Fremstilling av 0, 0- dimetyl- N- cyanometyl- N- acetylaminometyl-fosfonat

1,44 g (0,06 mol) natriumhydrid ble oppslemmet i 25 ml tetrahydrofuran (behandlet over molekylsiktmateriale) under tørt nitrogen. 6,4 ml (0,05 mol) dimetylfosfitt ble tilsatt dråpevis over 15 min. Etter at hydrogengassutviklingen var stanset, ble blandingen kjølt i et isbad, og 7,33 g (0,05 mol) N-cyanometyl-N-klormetylacetamid, fortynnet med 50 ml tørt tetrahydrofuran, ble tilsatt dråpevis over 15 min. Blandingen ble omrørt natten over, filtrert og strippet ved redusert trykk, hvilket ga 11,5 g av det ønskede produkt, en gul olje.

13

Strukturen ble bekreftet ved ir, nmr, ms, C -nmr og glpc-teknikk.

Forbindelsen i eksempel 9 kan hydrolyseres til fosfonometylglycin i henhold til eksempel 3.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av N-fosfonometylglycin, omfattendea) omsetning av 1,3,5-tricyanometylheksahydro-1,3,5-triazin med et acylklorid med formelen

hvor X er klor, brom eller jod, og R er en alifatisk eller aromatisk gruppe, under dannelse av N-cyanometyl-N-klormetylamidet av acylkloridet, hvilket har strukturformelen

hvor X og R er som angitt ovenfor, b) omsetning av det i trinn (a) dannede amid med et fosfitt med formelen

i hvilken R 1 og R 2 begge er aromatiske grupper eller begge er alifatiske grupper, og R 3 er en alifatisk gruppe eller R 3 er et alkalimetall, under dannelse av en fosfonatforbindelse med formelen

1 2 i hvilken R og R er som angitt ovenfor, og c) hydrolyse av det i trinn (b) dannede fosfonat, hvilket gir N-fosfonometylglycin.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor R er Cj-C^-alkyl og X er klor.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor R er C.-C4 -alkyl, R er 2 3 Cj -Cg-alkyl, R er C^-Cg-alkyl, R er Cj-Cg-alkyl, natrium eller kalium, og X er klor.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor R er C1 -C~ -alkyl, R^ er 2 3 Cj -C^ -alkyl, R er Cj -C^-alkyl, R er Cj -C^-alkyl, natrium eller kalium og X er klor.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor R er C,-C~ -alkyl, R^ er Cj -C^-alkyl, R 2 er Cj -C^-alkyl, R 3er Cj -C^-alkyl og X er klor. 12 3

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor R, R , R og R er metyl og X er klor.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor trinn (a) utføres ved en temperatur mellom ca. 0 og ca. 150°C.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor trinn (c) utføres med en syrekatalysator.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvor syrekatalysatoren er saltsyre eller bromhydrogensyre.

10. Forbindelse med formelen

i hvilken R er Cj -C^ -alkyl eller etoksy, og X er klor, brom eller jod.

11. Forbindelse ifølge krav 10, hvor R er metyl og X er klor.

12. Forbindelse ifølge krav 10, hvor R er etoksy og X er klor.

13. Forbindelse med formelen

hvor R er C^ -C4~ alkyl, og R 1 og R 2begge er Cj-Cg-alkyl.

14. Forbindelse ifølge krav 13, hvor R er metyl, R 1 er metyl 2 og R er metyl.

15. Forbindelse ifølge krav 13, hvor R er etoksy, R 1er metyl 2 og R er metyl.