PL141020B1 - Process for preparing n-phosphonomethylglycine - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia N-fosfonometyloglicyny.N-fosfonometyloglicyna i niektóre jej sole dzia¬ laja chwastobójczo i sa szczególnie skuteczne po wzejsciu roslin.Znany srodek chwastobójczy zawiera jako czynna i&uhsitainicje sól N-fbisfotnomietyloglicyny z iizopriopy- loamina.IN-fosfonoimetyloglicyne mozna wytwarzac róz¬ nymi metodami. Jedna z nich, znana z opisu pa¬ tentowego St. Zj. Am. nr 3 160 632, polega na tym, ze N-fosfinometylogliicyuie (kwas glicynomeityleino- fosfonowy) poddaje sie reakcji z chlorkiem rte¬ ciowym w srodowisku wodnym, w temperaturze wrzenia pod chlodnica zwrotna i nastepnie roz¬ dziela produkty reakcji. Inne metody stanowia foisfonowanie glicyny i reakcja glicynianu etylo¬ wego z aldehydem mrówkowym i fosforynem dwuetylowym. Ostatnia z~ tych metod jest znana z qpiisu piaitenitowego St. Zj. Am. nr 3 799 758. Po¬ za tym, sposobów wytwarzania N-fosfonometylo¬ glicyny dotycza równiez patenty St. Zj. Am. nr nr 3 868 407, 4197 2154.Najbardziej zblizonym do sposobu wedlug wy¬ nalazku jest sposób znany z opisu patentowego St. Zj. Am. nr 3 923 877. Polega on na tym, ze 1, 3,5-trójeyjanometyloszesciowodoro-l,3,5-triazyne poddaje sie reakcji z nadmiarem dwuppdstawio- nego fosforynu, a nastepnie wytworzony zwiazek o wzorze (RO/2M})CH2NHCH2CN, w którym R 10 15 20 25 30 oznacza ewentualnie podstawiony rodnik weglo¬ wodorowy poddaje sie hydrolizie, otrzymujac N- -fosfonometyloglicyne.Ze wzgledów praktycznych, znaczenia N-fosfo¬ nometyloglicyny i niektórych jej soli jako sub- /stancji czynnych srodków chwastobójczych, ulep¬ szony sposób wedlug wynalazku ma duze znacze¬ nie.Zgodnie z wynalazkiem, N-fosfonometyloglicyne wytwarza sie w ten sposób, ze N-hydroksymety- lotrójfluoroacetamid o wzorze 1 poddaje sie dzia- • niu srodka chlorujacego i wytworzony N-chloro- metylotrójfluoroacetamid o wzorze 2 poddaje re¬ akcji z fosforynem o wzorze 3, w którym R1 i R2 oznaczaja nizsze rodniki alkilowe, a R* oznacza nizszy rodnik alkilowy albo atom metalu alkalicz¬ nego, otrzymujac fosfonian o wzorze 4, w którym R1 i R2 maja wyzej podane znaczenie. W trzecim etapie procesu, fosfonian o wyzej opisanym wzo¬ rze 4, bedacy zwiazkiem nowym, poddaje sie w temperaturze 0—150°C, w obecnosci nienukleofilo- wej zasady reakcji ze zwiazkiem o wzorze Y— —CH2—Z, w którym Y oznacza atom chloru, bro¬ mu lub jodu, a Z oznacza grupe cyjanowa lub grupe o wzorze —O/Di/1—OR4, w którym R4 ozna¬ cza nizszy rodnik alkilowy. Wytworzony fosfonian o wzorze 5, w którym R1, R2 i Z maja wyzej po¬ dane znaczenie, bedacy równiez zwiazkiem no¬ wym, przeprowadza sie droga hydrolizy w N-fos¬ fonometyloglicyne. 1410203 141020 Przebieg tych reakcji przedstawiaja schematy 1, 2, 3 i 4, podane na rysunku. We wzorach wyste¬ pujacych w tych schematach symbole R1, R2, R8, R4, Y i Z maja wyzej podane znaczenie, w sche¬ macie 3 symbol B oznacza nienukleofilowa zasa¬ de, a w schemacie 4 symbol H+ oznacza mocny kwas, zas symbol OH- oznacza mocna zasade.Symbole R1, R2, R3 i R4 jako nizsze rodniki alki¬ lowe oznaczaja proste lub rozgalezione rodniki (Ci—C6) alkilowe, korzystnie (Ci—C4) alkilowe. R8 jako atom metalu alkalicznego korzystnie oznacza atom sodu lub potasu.Pierwszy etap procesu korzystnie prowadzi sie w temperaturze od okolo 0°C do okolo 150°C, zwlaszcza okolo 40—100°C, a najkorzystniej okolo 75—85°C, pod cisnieniem atmosferycznym, wyz¬ szym lub nizszym od atmosferycznego, a korzyst¬ nie pod cisnieniem atmosferycznym. Reakcje te korzystnie prowadzi sie w srodowisku rozpusz¬ czalnika, w którym stosowany w tym etapie amid jest rozpuszczalny, np. w dwuchlorku etylenu, chlorku metylenu, tetrahydrofuranie lub toluenie.Jako srodek chlorujacy stosuje sie korzystnie np. chlorek tionylu, fosgen, cholorowodór, trójchlorek fosforu lub tlenochlorek fosforu.Na 1 mol N-hydroksymetylotrójfluoroacetamidu o wzorze 1 potrzebny jest 1 mol srodka chloruja¬ cego, a korzystnie stosuje sie nadmiar tego srod¬ ka, aby zapewnic dojscie reakcji do konca. Wy¬ twarzany w tym etapie N-chlorometylotrójfloro- acetamid o wzorze 2 jest produktem znanym, to¬ tez proces wedlug wynalazku mozna rozpoczynac od drugiego etapu. Jezeli w pierwszym etapie nie stosuje sie nadmiaru srodka chlorujacego, to po zakonczeniu tej reakcji mozna nie usuwac roz¬ puszczalnika, lecz stosowac go równiez w drugim etapie. Jezeli jednak w drugim etapie pozadany jest rozpuszczalnik o wyzszej temperaturze wrze¬ nia, wówczas po zakonczeniu pierwszego etapu mozna usunac rozpuszczalnik przez destylacje pod zmniejszonym cisnieniem.W drugim etapie procesu korzystnie jest stoso¬ wac w przyblizeniu równomolowe ilosci N-chloro- metylotrójfluoroaeetaraddu i fosforynu. Mozna wprawdzie stosowac 2—10 molowy nadmiar jed¬ nego ze skladników reakcji, ale nie jest to ko¬ rzystne. Reakcja ta jest egzotermiczna i prowadzi sie ja w temperaturze od okolo 0°C do okolo 150°C, korzystnie okolo 40—100°C, a zwlaszcza okolo 75—85°C. Stosowanie rozpuszczalnika nie jest tu konieczne, ale mozna tez stosowac do¬ wolny, obojetny rozpuszczalnik o temperaturze wrzenia wynoszacej korzystnie okolo 40—110°C, np. chlorek etylenu, chlorek metylenu, tetrahy- drofuran i toluen. Stosowanie rozpuszczalnika ulatwia odprowadzanie ciepla reakcji. Najkorzyst¬ niej stosuje sie ten sam rozpuszczalnik co w pierwszym etapie procesu. Jakikolwiek rozpusz¬ czalnik uzyty w drugim etapie trzeba usuwac po zakonczeniu trzeciego etapu procesu, totez ko¬ rzystnie stosuje sie rozpuszczalnik dajacy sie usu¬ wac przez odparowanie. Wytwarzane w tym eta¬ pie procesu fosfoniany. o wzorze 4 sa zwiazkami nowymi.Fosforyny o wzorze 3, w którym R1 i R2 maja wyzej podane znaczenie, d R3 oznacza atom me¬ talu alkalicznego, mozna wytwarzac droga reakcji równomolowych ilosci alkoholanu metalu alkalicz¬ nego, wodorku " metalu alkalicznego lub metalu 5 alkalicznego z dwupodstawionym fosfonianem o wzorze 6, w którym R1 i R2 maja wyzej podane znaczenie. Reakcje te prowadzi sie w srodowisku obojetnego gazu, np. azotu.Fosforyny o wzorze 7, w którym R1 i R2 maja 10 wyzej podane znaczenie, a M oznacza atom me¬ talu alkalicznego, moga tez, ze wzgledu na zja¬ wisko tautomerii, wystepowac w postaci odpowia¬ dajacej wzorowi 8, w którym R1, R2 i M maja wyzej podane znaczenie. 15 Trzeci etap procesu wedlug wynalazku prowa¬ dzi sie w temperaturze od okolo 0° do okolo H50°C, korzystnie okolo 25^G0°C, pod cisnieniem atmosferycznym lub nizszym albo wyószym od at¬ mosferycznego, ale korzystnie pod cisnieniem atmo- 20 sferycznym, w srodowisku polarnego rozpuszczalni¬ ka, takiego jak aceton, keton metyilowóetyIowy, dwuimetyloformamid lub tetrahydrofuaran. W reak¬ cji tej 1 mol fosfonianu wytworzonego w drugim etapie reaguje z 1 molem pochodnej kwasu chlo- 25 rowcooctowego o wzorze Y—CH2—Z, w którym Y i Z maja wyzej podane znaczenie. Korzystnie jest jednak stosowac naclmiar pochodnej kwasu chlo- rowcooctowego, gdyz to zapewnia dojscie reakcji do konca. Reakcje te prowadzi sie w obecnosci nie- 30 nukleofilowej zasady, która powinna byc tak do¬ brana, aby nie reagowala z uzytym rozpuszczal¬ nikiem. Przykladami takich odpowiednich zasad sa weglan potasowy, wodorek sodowy i alkohola- -~ny potasowe z zasada przestrzenna, takie jak III- 35 -rzed.-butan potasowy. Stosowanie zasad nukleo- filowych, takich jak wodorotlenek sodowy lub po¬ tasowy, trójetyloamina i pirydyna, nie jest tu wskazane. Po oddzieleniu rozpuszczalnika i ewen¬ tualnie obecnego nadmiaru pochodnej kwasu 40 chlorowcooctowego wyosobnia sie wytworzony fcsfcnian o wzorze 5. Fosfoniany o wzorze 5, w którym wszystkie symbole maja wyzej podane znaczenie, sa zwiazkami nowymi.W ostatnim etapie procesu fosfonian o wzorze 45 5 poddaje sie hydrolizie, korzystnie stosujac 5 mdli wody na 1 mol fosfonianu Hydrolize prowa¬ dzi sie w obecnosci kwasu lub zasady, korzyst¬ nie mocnego kwasu lub mocnej zasady. Najko¬ rzystniej jako katalizator hydrolizy stosuje sie 50 kwas, zwlaszcza kwas nieorganiczny, a najko¬ rzystniej kwas solny lub bromowodorowy. Ko¬ rzystnie jest stosowac co najmniej dwumolowy nadmiar kwasu, a zwlaszcza wiekszy niz dwumo- lowy. Kwas solny lub bromowodorowy mozna 55 stosowac w postaci stezonego kwasu lub jego wodnego roztworu. Hydrolize prowadzi sie w temperaturze od okolo 0°C do okolo 200°C, ko¬ rzystnie okolo 50—125°C, a najkorzystniej okolo 100—125°C, pod cisnieniem atmosferycznym lub «• nizszym albo wyzszym od atmosferycznego, ale korzystnie stosuje sie cisnienie atmosferyczne.Stala N-fosfonometyloglicyne vytwórzona w wyniku hydrolizy, mozna wyosobniac znanymi metodami, usuwajac ciekle skladniki lotne*, takie w jak alkcfhole (metanol), chlorki (chlorek metylu),/ 141020 5 6 fluoroacetyloaminometylowego, 7,18 g (0,052 mola) sproszkowanego weglanu potasowego, 0,86 g (0,0052 mola) sproszkowanego jodku potasowego, 3,26 ml (0,052 mola) chloroacetonitrylu i 40 ml 5 acetonu miesza sie w kolbie z dnem kulistym i utrzymuje w stanie wrzenia pod chlodnica zwrot¬ na i nastepnie odparowuje pod zmniejszonym cis¬ nieniem. Pozostalosc ekstrahuje sie dwuchlorome- tanem, przesacza wyciag przez dikalit i odparo- 10 wuje pod zmniejzsonym cisnieniem, otrzymujac jako pozostalosc zwiazek podany w tytule przy¬ kladu. Budowe zwiazku potwierdzaja wyniki ba¬ dania widma w podczerwieni, [ widma magne¬ tycznego rezonansu jadrowego. 15 (2) Wytwarzanie N-fosfonometyloglicyny o wzo¬ rze 11. 9,85 g (0,0326 mola fosfonianu 0,0-dwuety- lo-N-cyjanometylo-N-trójfluoroacetyloaminonie- tylowego miesza sie w kolbie z dnem ku¬ listym z 30 ml (0,6 mola) stezonego kwasu solne- n go i utrzymuje w stanie wrzenia pod chlodnica zwrotna w ciagu 1,5 godziny. Nastepnie odparo¬ wuje sie mieszanine pod zmniejszonym cisnie¬ niem, otrzymujac jako pozostalosc N-fosfonomety¬ loglicyne. Budowe produktu potwierdza badanie 25 widma w podczerwieni, widma magnetycznego rezonansu jadrowego i badanie spektroskopowe C18. kwasy (kwas chlorowcooctowy), woda i nadmiar kwasu. Po usunieciu tych skladników, np. przez odparowanie, pozostalosc rozpuszcza sie w wodzie, doprowadza wartosc pH roztworu do 1—2 i po¬ zostawia do -krystalizacji. Otrzymany osad odsacza sie, uzyskujac N-fosfonometyloglicyne o wysokiej czystosci.Przyklad I. (1) Wytwarzanie N-chlorometylo- trójfluoroacetamidu o wzorze 2. 51,7 g (0,36 mola) N-hydroksymetylotrójfluoroace- midu rozpuszcza sie w 350 ml dwuchlorometanu w kolbie z dnem kulistym, wyposazonej w ma¬ gnetyczne mieszadlo i chlodnice zwrotna, po czym energicznie mieszajac wkrapla sie 33 ml (0,45 mo¬ la) chlorku tionylu i utrzymuje mieszanine reak¬ cyjna w stanie wrzenia az do ustania wydzielania sie gazu. Otrzymana mieszanine odparowuje sie pod zmniejszonym cisnieniem, otrzymujac jako pozostalosc zwiazek podany w tytule przykladu. (2) Wytwarzanie fosfonianiu 0,0-dwuetylo-N- -trójfluorometyloaminometylowego o wzorze 9.Produkt otrzymany sposobem opisanym w uste¬ pie (1) rozpuszcza sie w 70 ml toluenu i do otrzy¬ manego roztworu wkrapla, mieszajac, 62 ml (0,362 mola) fosforynu trójetylowego'. Po ustaniu egzo¬ termicznej reakcji mieszanine odparowuje sie pod zmniejszonym cisnieniem, otrzymujac jako pozo¬ stalosc zwiazek podany w tytule przykladu. Bu¬ dowe zwiazku potwierdzaja wyniki badania wid¬ ma w podczerwieni, widma magnetycznego rezo¬ nansu jadrowego i widma masowego. (3) Wytwarzanie fosfonianu 0,0-dwuetylo-N- -karbometoksymetylo-N-trójfluoroacetyloamino- ^metylowego o wzorze 10. 5 g (0,019 mola) fosfo¬ nianiu 0,0-dwuetylo-N-trójfluoroacetyloaminome- tylowego, 2, 8 g (0,02 mola) sproszkowanego we¬ glanu ipotasowego, 0,33 g (0,002 mola) sproszkowa¬ nego jodku potasowego, 2,12 g (0,0196 mola)' chlo- rooctanu metylowego i 15 ml acetonu miesza sie mechanicznie w kolbie z dnem kulistym i utrzy¬ muje w stanie wrzenia pod chlodnica zwrotna w ciagu 1 godziny, po czym odparowuje sie miesza¬ nine pod zmniejszonym cisnieniem, pozostalosc ekstrahuje dwuchlorometanem i wyciag odparo¬ wuje pod zmniejszonym cisnieniem, otrzymujac zwiazek podany w tytule przykladu. Budowe zwiazku potwierdzaja wyniki badania widma w podczerwieni, widma magnetycznego rezonansu jadrowego i widma masowego. <4) Wytwarzanie N-fosfonometyloglicyny o wzo¬ rze 11. 5,3 g (0,0158 mola) fosfonianu otrzymanego sposobem podanym w ustepie (3) miesza sie z 25 ml (0,30 mola) stezonego kwasu solnego i utrzy¬ muje w stanie wrzenia pod chlodnica zwrotna w ciagu 1,5 godziny. Nastepnie mieszanine odparo¬ wuje sie pod zmniejszonym cisnieniem, otrzymu¬ jac jako pozostalosc N-fosfonometyloglicyne. Bu¬ dowe produktu potwierdzaja wyniki badania wid¬ ma w podczerwieni, widma magentycznego rezo¬ nansu jadrowego oraz chromatografia cieczowa.Przyklad II. (1) Wytwarzanie fosfonianu 0,0- -dwuetylo-N-cyjanometylo-N-trójfluoroacetylo- aminometylowego o wzorze 12. 13,2 g (0,05 mola) fosfonianu 0,0-dwuetylo-N-trój- Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania N-fosfonometyloglicyny, znamienny tym, ze N-hydroksymetylotrójfluoro- acetamid o wzorze 1 poddaje sie w temperaturze od okolo 0°C do okolo 150°C dzialaniu srodka chlorujacego i wytworzony N-chlorometylotrój- fluoroacetamid o wzorze 2 poddaje sie w tempe¬ raturze od okolo 0°C do okolo 150°C reakcji z fosforynem o wzorze 3, w którym R1 i R2 ozna¬ czaja nizsze rodniki alkilowe, a R4 oznacza niz¬ szy rodnik alkilowy albo atom metalu alkalicz¬ nego, po czym otrzymany fosfonian o wzorze 4, w którym R1 i R2 maja wyzej podane znaczenie poddaje sie w temperaturze od okolo 0°C do oko¬ lo 150°C, obecnosci nienukleofilowej zasady, re¬ akcji ze zwiazkiem o wzorze Y—CH2—Z, w któ¬ rym Y oznacza atom chloru, bromu lub jodu, a Z oznacza grupe cyjanowa lub grupe o wzorze —G/O/—OR4, w którym R4 oznacza nizszy rodnik alkilowy i otrzymany fosfonian o wzorze 5, w którym R1, R2 i Z maja wyzej podane znaczenie, przeprowadza sie droga hydrolizy w temperaturze od okolo 0°C do okolo 200°C w N-fosfonometylo¬ glicyne. 2. Sposób wedlug zastrz. i, znamienny tym, ze reakcje N-hydroksymetylotrójfluoroacetamidu z srodkiem chlorujacym prowadzi sie korzystnie w temperaturze- 40^100°C. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ^e hydrolize fosfonianu o wzorze 5 prowadzi sie w obecnosci kwasowego katalizatora. 4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze jako kwasowy katalizator stosuje sie kwas solny lub kwas bromowodorowy. 10 15 U 25 30 35 40 45 50 55141020 OH OH CF3- L-n' +(Cl) CF3- Q-N( CH2OH VH, ? CH2Cl Wzdr 1 z Wzcr 2.Schemat 1 OH OR2 OH cf3-c-n( + r1o-p-or3—- cf3-c--< PR1 + ^ Wzdr 2 CH2Cl Wzdr3 Wzdr 4 ^^^ Schemat 2 9 ^ , 9 iH* , CF3-C-NV JDR' + Y-CH2-Z _B_^ CF,-C-N^ ^R ÓOR2 *tarS 6V Schemat 3 o 0 CH2-Z CH2C0,H CE-J-I\l( yQR\H20 H+iub OH'., HN^ /OH CH2RX CH2P\ Wzór5 flQR2 Jon Schemat 4141020 CR2 CR2 R10-P-H R10-P-OM M+-F\ O Wzdr7 OR Wzór6 Wzór 8 2/or1 CR,-C-M OC2H5 NCH2P( O OC2H 2115 Wzór 9 9 O CH,C-OCH3 CF,-C-|/ ^eC 0C2B H-N^ ,CH2-C-0H 2ns Wzór 10 CH2 C-(0H)2 0 Wzór 11 Q CH2CN cf3-c-n( oc2he CH2R 6 2» 15 OC,H, Wzór 12 PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania N-fosfonometyloglicyny, znamienny tym, ze N-hydroksymetylotrójfluoro- acetamid o wzorze 1 poddaje sie w temperaturze od okolo 0°C do okolo 150°C dzialaniu srodka chlorujacego i wytworzony N-chlorometylotrój- fluoroacetamid o wzorze 2 poddaje sie w tempe¬ raturze od okolo 0°C do okolo 150°C reakcji z fosforynem o wzorze 3, w którym R1 i R2 ozna¬ czaja nizsze rodniki alkilowe, a R4 oznacza niz¬ szy rodnik alkilowy albo atom metalu alkalicz¬ nego, po czym otrzymany fosfonian o wzorze 4, w którym R1 i R2 maja wyzej podane znaczenie poddaje sie w temperaturze od okolo 0°C do oko¬ lo 150°C, obecnosci nienukleofilowej zasady, re¬ akcji ze zwiazkiem o wzorze Y—CH2—Z, w któ¬ rym Y oznacza atom chloru, bromu lub jodu, a Z oznacza grupe cyjanowa lub grupe o wzorze —G/O/—OR4, w którym R4 oznacza nizszy rodnik alkilowy i otrzymany fosfonian o wzorze 5, w którym R1, R2 i Z maja wyzej podane znaczenie, przeprowadza sie droga hydrolizy w temperaturze od okolo 0°C do okolo 200°C w N-fosfonometylo¬ glicyne. 2. Sposób wedlug zastrz. i, znamienny tym, ze reakcje N-hydroksymetylotrójfluoroacetamidu z srodkiem chlorujacym prowadzi sie korzystnie w temperaturze- 40^100°C. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ^e hydrolize fosfonianu o wzorze 5 prowadzi sie w obecnosci kwasowego katalizatora. 4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze jako kwasowy katalizator stosuje sie kwas solny lub kwas bromowodorowy. 10 15 U 25 30 35 40 45 50 55141020 OH OH CF3- L-n' +(Cl) CF3- Q-N( CH2OH VH, ? CH2Cl Wzdr 1 z Wzcr

2. Schemat 1 OH OR2 OH cf3-c-n( + r1o-p-or3—- cf3-c--< PR1 + ^ Wzdr 2 CH2Cl Wzdr3 Wzdr 4 ^^^ Schemat 2 9 ^ , 9 iH* , CF3-C-NV JDR' + Y-CH2-Z _B_^ CF,-C-N^ ^R ÓOR2 *tarS 6V Schemat 3 o 0 CH2-Z CH2C0,H CE-J-I\l( yQR\H20 H+iub OH'., HN^ /OH CH2RX CH2P\ Wzór5 flQR2 Jon Schemat 4141020 CR2 CR2 R10-P-H R10-P-OM M+-F\ O Wzdr7 OR Wzór6 Wzór 8 2/or1 CR,-C-M OC2H5 NCH2P( O OC2H 2115 Wzór 9 9 O CH,C-OCH3 CF,-C-|/ ^eC 0C2B H-N^ ,CH2-C-0H 2ns Wzór 10 CH2 C-(0H)2 0 Wzór 11 Q CH2CN cf3-c-n( oc2he CH2R 6 2» 15 OC,H, Wzór 12 PL PL