Способ синтеза аминоалкиленфосфоновой кислоты - RU2694047C2

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к способу синтеза соединений, содержащих фрагменты альфа-аминоалкиленфосфоновой кислоты, или их сложных фосфонатных эфиров.

Уровень техники

[0002] Соединения аминоалкиленфосфоновой кислоты хорошо известны из уровня техники и нашли широкое промышленное применение для ряда областей применения, в том числе в качестве фитотоксиканта, средства для обработки воды, замедления процесса образования накипи, моющих присадок, комплексообразователей, вспомогательных веществ, применяемых при бурении в ходе добычи нефти с морских промыслов и в качестве фармацевтических компонентов. Хорошо известно, что в таких областях применения предпочтительно необходимы аминоалкиленфосфоновые кислоты, в которых основная часть заместителей по азоту представляет собой группы алкиленфосфоновой кислоты.

[0003] В патенте ЕР 0595598 раскрывают способ получения N-(фосфонометил)иминоацетоуксусной кислоты, при котором осуществляют реакцию растворов солей щелочного металла и иминоацетоуксусной кислоты с формальдегидом с целью образования соли щелочного металла и гидроксиметилиминоацетоуксусной кислоты, которая затем может реагировать с источником фосфора, таким как фосфористая кислота, с получением N-фосфонометил-иминоацетоуксусной кислоты с хорошим выходом.

[0004] В патенте RO 101476 раскрывают способ получения диалкил-N,N,-бис-(2-гидроксиэтил)-аминометилфосфоната из диэтиламина, параформальдегида и диалкилфосфита в виде 23-24 вес. % раствора в толуоле в присутствии катализатора на основе ледяной уксусной кислоты.

[0005] В патентной заявке WO 94/22880 раскрывают способ получения аминометанфосфоновой кислоты, включающий а) осуществление реакции соединения формулы, R-CH₂-NH-CO-NH-CH₂-R', где R и R', представляет собой галоген, гидроксил, группы С₁-С₄алкокси, арилокси и С₁-C₄алкилового сложного эфира, с фосфонирующим средством, выбранным из трихлорида фосфора, фосфористой кислоты и диалкилфосфита, а затем b) проведение гидролиза продукта со стадии а) с образованием аминометанфосфоновой кислоты. Смесь фосфонирующих средств может применяться при необходимости. Предпочтительные фосфонирующие средства представляют собой трихлорид фосфора, диалкил-хлорфосфинат или смесь трихлорида фосфора и спирта. Безводный растворитель может применяться с фосфонирующим средством.

[0006] В патенте ЕР 0537786 раскрывают способ получения N-ациламинометилфосфоновой кислоты из N-метилоламидного соединения и тригалогенида фосфора. Исходные соединения смешивают и нагревают в апротонном растворителе в присутствии воды при 0,25-2,5 кратном молярном количестве относительно тригалогенида фосфора при температуре 60-160°С. N-метилоламидное соединение представляет собой соединение, выбранное из группы, состоящей из N-метилол-низший-алкиламидов и N-метилолариламидов. Тригалогенид фосфора предпочтительно представляет собой трихлорид фосфора. Апротонный растворитель выбирают из числа углеводородов, галогенированных углеводородов, эфиров, полиэфиров, нитрилов и ароматических нитросоединений. Смешивание могут осуществлять при температуре 60°С. Одним из наиболее важных требований в способе является добавление предварительно определенного количества воды к смеси исходных соединений (N-метилоламида и тригалогенида фосфора) при инициации реакции.

[0007] В патенте ЕР 480307 раскрывают способ получения ациламинометанфосфоновых кислот, которые представляют собой полезные промежуточные соединения для получения гербицида N-(фосфонометил)глицина и его солей. Ациламинометанфосфоновые кислоты формулы R¹-CO-NH-CH₂-PO₃H₂, в которой R¹ представляет собой Н, С₁-С₆-алкил, бензил или необязательно замещенный фенил, могут быть получены промышленным способом, который включает осуществление реакции соединения формулы R¹-CO-NH-CH₂-OH с P₂O₃ и его гидролиз водой. При необходимости может применяться растворитель, такой как уксусная кислота, ацетонитрил, тетрагидрофуран и диоксан. Молярное отношение N-гидроксиметилацетамида к P₂O₃ предпочтительно составляет 2:1. Компоненты смешивают в температурном диапазоне от 5°С до 60°С; последовательность добавления компонентов не имеет решающего значения. После этого реакционную смесь нагревают до температуры, составляющей от 60°С до 200°С. После завершения реакции обеспечивают охлаждение смеси и ее обрабатывают водой. Для ускорения гидролиза может быть целесообразным повышение температуры, например, до температуры флегмы.

[0008] В патентной заявке ЕР 2112156 раскрыт способ получения аминоалкиленфосфоновой кислоты, включающий стадии добавления гексаоксида тетрафосфора в водную реакционную среду, содержащую, гомогенную кислоту Бренстеда, в результате чего гексаоксид тетрафосфора будет практически качественно гидролизоваться до фосфористой кислоты, в результате чего уровень свободной воды в реакционной среде, после завершения гидролиза гексаоксида тетрафосфора, будет находиться в диапазоне от 0 до 40% по весу. На последующей стадии амин, формальдегид и дополнительную кислоту Бренстеда добавляют в реакционную среду, после чего реакцию завершают с получением таким образом аминоалкиленфосфоновой кислоты. В варианте данного способа амин можно добавлять перед или во время стадии гидролиза гексаоксида тетрафосфора.

[0009] В патенте DE 4026026 раскрывают способ получения ациламинометанфосфоновой кислоты формулы R²-CO-NH-CH₂-P(O)(OH)R¹, где R¹ представляет собой гидрокси, С₁-С₄алкил или фенил, а R² представляет собой С₁-С₆алкил, бензил или фенил, которая может быть замещена одним или несколькими остатками, выбранными из группы, состоящей из С₁-С₄алкила, С₁-С₄алкокси и галогена. Такие молекулы представляют собой полезные промежуточные продукты при получении биологически активных соединений. Они могут быть получены посредством осуществления реакции соединения формулы R²-CO-NH-CH₂-OH с соединениями формулы H-P(O)(OH)R¹ в присутствии по меньшей мере эквимолярных количеств, в отношении соединения формулы R²-CO-NH-CH₂-OH, уксусного ангидрида.

[0010] В патенте US 4422982 раскрывают способ получения N-(фосфонометил)глицина, который включает стадии (а) осуществления реакции формальдегида с формамидом при pH 9-10 с образованием N-(гидроксиметил)формамида, (b) осуществления реакции N-(гидроксиметил)формамида с триэтилфосфитом при молярном отношении 1/1, при температуре примерно 120°С-125°С в течение периода времени в диапазоне от 2 до 3 часов с образованием диэтил-N-(формил)аминометилфосфоната и этанола, (с) осуществления реакции диэтил-N-(формил)аминометилфосфоната с метилхлорацетатом в присутствии отнимающего протон основания (предпочтительно гидрида натрия) и подходящего растворителя (предпочтительно тетрагидрофурана) с образованием N-(диэтилфосфонометил)-N-(формил)глицинметилового сложного эфира и (d) осуществления реакции N-(диэтилфосфонометил)-N-(формил)глицинметилового сложного эфира с хлористоводородной кислотой с образованием N-(фосфонометил) глицина.

[0011] В патенте US 4804499 раскрывают способ получения N-замещенной аминометилфосфоновой кислоты, включающий осуществление реакции соединения на основе 2,5-дикетопиперазина с фосфористой кислотой и формальдегидом в кислой среде.

[0012] В патенте US 4400330 раскрывают способ получения N-фосфонометилглицина, который включает стадии первого осуществления реакции 2,5-дикетопиперазина с параформальдегидом в ледяной уксусной кислоте, затем добавления галоген-замещенного фосфорсодержащего соединения, все в присутствии растворителя на основе низкомолекулярной карбоновой кислоты, с образованием промежуточного соединения N,N'-бисфосфонометил-2,5-дикетопиперазина.

[0013] Синтез (2S*,3aS*,7aS*)-октагидроиндол-2-фосфоновой кислоты, исходя из цис-октагидроиндол-2-она, раскрыт в Arizpe et al., Eur. J. Org. Chem. 2011, 3074-3081. Затем осуществляют реакцию 2-метокси-октагидроиндола, полученного в результате реакции неустойчивого промежуточного соединения 2-гидрокси-октагидроиндола и метанола, с триметилфосфитом в присутствии диэтилового эфира трифторида бора с образованием октагидроиндол-2-фосфоновой кислоты при обработке 33% раствором бромоводорода в уксусной кислоте.

[0014] Процедура синтеза DL-диэтилпирролидин-2-фосфоната и непосредственное превращение пептидов, содержащих карбокси-концевой пролин, в соответствующие фосфоно-аналоги, содержащие фосфо-концевой 2-фосфонопирролидин, описана в Pagani et al., Int. J. Peptide Protein Res. 34, 1989, 33-36. Как сообщается, процедура включает обработку при комнатной температуре эфирного раствора карбиноламидов триэтилфосфитом в присутствии этилэфирата трифторида бора. Карбиноламиды получают из соответствующих карбокси-активированных N-защищенных аминокислот и пептидов посредством окислительного декарбоксилирования.

[0015] Синтез полученного из дипептида диарил-изоиндолин-1-ил-фосфоната описан в Van der Veken et al., J. Med. Chem. 2007, 50, 5568-5570. В данном синтезе промежуточная стадия заключается в воздействии на циклический гемиаминаль по модифицированному протоколу Birum-Oleksyszyn с применением либо трифенилфосфита, либо трис(4-ацетамидофенил)фосфата и катализатора на основе кислоты Льюиса с образованием дифенил- или бис(4-ацетамидофенил)изоиндолин-1-ил-фосфоната.

[0016] Об уреидоалкилировании соединений фосфора (III) сообщается в Petersen et al., Liebigs Ann. Chem. 766, 58-72 (1972). На страницах 65 и 72 описана реакция диэтилфосфита и 2-оксо-1,3,5,5-тетраметил-4-гидрокси-гексагидропиримидина с образованием диэтилового сложного эфира 2-оксо-1,3,5,5-тетраметил-гексагидро-4-пиримидил-фосфоновой кислоты. В данном случае реакционную смесь нагревают до температуры приблизительно 90°С-95°С при перемешивании и поддерживают при данной температуре в течение периода времени приблизительно 2 часа. Затем воду и избыток диэтилфосфита отгоняют под вакуумом.

[0017] Об обработке N-гидроксиметилированных лактамов 2,4-диамино-L-бутановой кислоты, L-орнитина и L-лизина трихлоридом фосфора с получением фосфоновых кислот и метилдихлорфосфином с получением метилфосфиновых кислот сообщается в Natchev, Phosphorus and Sulfur, 1988, Vol. 37, 143-148. Гидроксиметильные производные и трихлорид фосфора перемешивают в течение 1 часа при комнатной температуре и в течение еще 15 минут при температуре приблизительно 50°С-60°С. Получаемые в результате продукты реакции растворяют в тетрахлорметане и добавляют холодную уксусную кислоту с образованием производных фосфиновой кислоты. Смесь после отстаивания в течение 24 часов при комнатной температуре декантируют и полученную в результате массу перекристаллизовывают из воды.

Цели изобретения

[0018] Целью настоящего изобретения является обеспечение нового и эффективного синтеза аминоалкиленфосфоновой кислоты или ее сложных фосфонатных эфиров, который лишен недостатков известных из уровня техники способов. В частности, другой целью настоящего изобретения является обеспечение одностадийного синтеза, с помощью которого можно селективно получать соединения более высокого качества с высокой чистотой и высоким выходом. Другой целью настоящего изобретения является синтез соединений фосфоновой кислоты за более короткий срок и с меньшей затратой энергии.

Краткое описание изобретения

[0019] Настоящее изобретение раскрывает способ синтеза аминоалкиленфосфоновой кислоты ее фосфонатных сложных эфиров, включающий следующие стадии:

а) образования в присутствии альдегида или кетона и кислотного катализатора реакционной смеси посредством смешивания соединения (а.1.), содержащего по меньшей мере один фрагмент HNR¹R², или его соли с соединением (а.2.), содержащим один или несколько ангидридных фрагментов Р-О-Р, причем указанные фрагменты содержат один атом Р в степени окисления (+III) и один атом Р в степени окисления (+III) или (+V), где соотношение молей альдегида или кетона и фрагментов N-H составляет 1 или более, и где соотношение фрагментов N-H и ангидридных фрагментов Р-О-Р составляет 0,3 или более,

и где

соединение (а.1.), содержащее HNR¹R², характеризуется тем, что

(а.1.1) R¹ и R² независимо выбраны из группы, состоящей из водорода, С₁С₆алкила, С₁-С₆алкенила, С₁-С₆алкинила, С₁-С₆ацила, необязательно содержащего этиленненасыщенную двойную связь, и (мет)акрилоильного C₁-С₆-фрагмента, причем С₁-С₆-часть указанных фрагментов имеет нормальную, разветвленную или циклизированную цепь и необязательно замещена одним или несколькими фрагментами, выбранными из группы, состоящей из С₁-С₄углеводорода, арила и аралкила, и необязательно содержит один или несколько гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из кислорода, азота и серы, и необязательно содержит один или несколько карбонильных фрагментов, или

(а.1.2) R¹ и R² образуют кольцевую структуру, где N-H включены в указанное кольцо, и где указанное кольцо необязательно замещено одним или несколькими фрагментами, выбранными из группы, состоящей из С_1-С₄углеводорода, арила и аралкила, и необязательно содержит один или несколько гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из кислорода, азота и серы, и необязательно содержит один или несколько карбонильных фрагментов, или

(а.1.3.) R¹ и R² образуют часть полимера, где по меньшей мере один >NH включен в полимерную цепь, или где по меньшей мере один HNR¹ представляет собой повторяющийся фрагмент-заместитель в полимерной цепи, содержащей полимеризованные фрагменты R², необязательно сополимеризованные с другими полимеризуемыми мономерами, характеризующуюся тем, что R¹ и R² независимо выбраны из группы, состоящей из водорода, С¹-С₆алкила, С₁-С₆алкенила, С₁-С₆алкинила, С₁-С₆ацила, необязательно содержащего этиленненасыщенную двойную связь, и (мет)акрилоильного С₁-С₆-фрагмента, причем С₁-С₆-часть указанных фрагментов имеет нормальную, разветвленную или циклизированную цепь и необязательно замещена одним или несколькими фрагментами, выбранными из группы, состоящей из С₁-С₄углеводорода, арила и аралкила, и необязательно содержит один или несколько гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из кислорода, азота и серы, и необязательно содержит один или несколько карбонильных фрагментов,

и где

соединения (а.2.), содержащие ангидридные фрагменты Р-О-Р, выбраны из группы, состоящей из:

- гексаоксида тетрафосфора, тетраэтилпирофосфита и соединений (а.2.), содержащих ангидридные фрагменты Р-О-Р, полученных в результате объединения одного или нескольких соединений, содержащих:

(а.2.1) один или несколько фрагментов Р-ОН с одним или несколькими соединениями, содержащими один или несколько ангидридных фрагментов Р-О-Р или один или несколько фрагментов Р-Х, где атом Р в одном или нескольких соединениях находится в степени окисления (+III);

(а.2.2) один или несколько фрагментов Р-Х и воду, где атом Р в соединении, содержащем фрагмент Р-Х, находится в степени окисления (+III);

(а.2.3) два или более фрагментов Р-О-Р и воду, где соединение, содержащее фрагмент Р-О-Р, содержит атом Р в степени окисления (+III) и атом Р в степени окисления (+III) или (+V);

где соединения, содержащие один или несколько фрагментов Р-ОН, доступны при таутомеризации фрагмента >Р(=O)Н,

где X представляет собой галогенид, выбранный из группы, состоящей из хлора, брома и йода, и

где уровень галогена в соединении, содержащем ангидридный фрагмент Р-О-Р, составляет 1000 ppm или менее, предпочтительно 500 ppm или менее и более предпочтительно 200 ppm или менее,

и

b) извлечения получаемого в результате соединения, содержащего фрагмент аминоалкиленфосфоновой кислоты или одного из ее фосфонатных сложных эфиров.

[0020] В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения раскрывают один или несколько из следующих признаков:

- соотношение фрагментов N-H и фрагментов Р-О-Р находится в диапазоне от 0,3 до 2,0 и предпочтительно от 0,5 до 1,5;

- реакцию на стадии а) проводят при температуре в диапазоне от 20°С до 120°С, предпочтительно от 40°С до 100°С, в течение периода времени в диапазоне от 30 минут до 24 часов, предпочтительно от 1 часа до 20 часов;

- способ по настоящему изобретению включает дополнительные стадии:

- добавления воды в реакционную смесь после завершения превращения соединения, содержащего фрагмент HNR¹R², в соединение, содержащее фрагмент аминоалкиленфосфоновой кислоты;

- доведения реакционной смеси, содержащей добавленную воду, до температуры в диапазоне от 20°С до 150°С; и

- выдерживания реакционной смеси, содержащей добавленную воду, при указанной температуре в течение по меньшей мере 10 минут;

- соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, выбрано из группы, состоящей из гексаоксида тетрафосфора, тетраэтилпирофосфита и соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, полученного в результате объединения фосфористой кислоты и гексаоксида тетрафосфора, фосфористой кислоты и декаоксида тетрафосфора, фосфористой кислоты и трихлорида фосфора, диметилфосфита и декаоксида тетрафосфора, трихлорида фосфора и воды, а также гексаоксида тетрафосфора и воды;

- соединение, содержащее ангидридные фрагменты Р-О-Р, представляет собой гексаоксид тетрафосфора;

- фрагмент R альдегида с общей формулой R-CO-H выбран из группы, состоящей из водорода, алифатического фрагмента, аралифатического фрагмента, ароматического фрагмента и гетероциклического фрагмента, где общее число атомов углерода и гетероатомов находится в диапазоне от 1 до 11;

- R' и R'' кетона с общей формулой R'-CO-R'' независимо выбраны из группы, состоящей из алифатического фрагмента, аралифатического фрагмента и ароматического углеводородного фрагмента, где общее число атомов углерода находится в диапазоне от 1 до 12;

- альдегид представляет собой формальдегид;

- кислотный катализатор представляет собой гомогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда, предпочтительно выбранный из группы, состоящей из метансульфоновой кислоты, трифторметансульфоновой кислоты, трифторуксусной кислоты, п-толуолсульфоновой кислоты, хлористоводородной кислоты, фосфористой кислоты, фосфорной кислоты и их смесей;

- кислотный катализатор представляет собой гетерогенную кислоту Бренстеда, предпочтительно выбранную из группы, состоящей из:

(i) комбинаций твердых кислотных оксидов металлов как таковых или на подложке из материала-носителя;

(ii) катионообменных смол, выбранных из группы, включающей сополимеры стирола, этилвинилбензола и дивинилбензола, функционализированные таким образом, что обеспечивается прививка фрагментов SO₃H на ароматическую группу, и перфорированные смолы, несущие группы карбоновой и/или сульфоновой кислоты;

(iii) органических сульфоновых, карбоновых и фосфоновых кислот Бренстеда, которые являются практически несмешиваемыми в реакционной среде при температуре реакции;

(iv) кислотного катализатора, полученного:

- в результате взаимодействия твердой подложки, содержащей неподеленную пару электронов, на которую осаждена органическая кислота Бренстеда; или

- в результате взаимодействия твердой подложки, содержащей неподеленную пару электронов, на которую осаждено соединение, содержащее льюисовский кислотный центр; или

- из гетерогенных твердых веществ, функционализированных посредством химической прививки группы кислоты Бренстеда или ее предшественника; и

(v) гетерогенных гетерополикислот общей формулы H_xPM_yO_z, где Р выбран из фосфора и кремния, а М выбран из вольфрама и молибдена, а также их комбинаций;

- кислотный катализатор представляет собой гомогенную кислоту Льюиса, предпочтительно выбранную из группы, состоящей из LiN(CF₃SO₂)₂, Mg(OCF₃SO₂)₂, Al(OCF₃SO₂)₃, Bi(OCF₃SO₂)₃, Sc(OCF₃SO₂)₃;

- кислотный катализатор представляет собой гетерогенную кислоту Льюиса, полученную в результате взаимодействия гомогенного катализатора на основе кислоты Льюиса и органического или неорганического полимерного соединения;

- стадия а) включает растворитель, выбранный из группы, состоящей из 1,4-диоксана, толуола, этилацетата, ацетонитрила, уксусной кислоты, сульфолана, 1-этил-3-метил-имидазолий-бис(трифторметилсульфонил)имида или их смеси;

- способ по настоящему изобретению включает стадии:

- а) образования реакционной смеси посредством смешивания соединения, содержащего по меньшей мере один фрагмент HNR¹R², с альдегидом или кетоном и кислотным катализатором необязательно в присутствии растворителя с образованием соединения, содержащего по меньшей мере один аминоалкилольный фрагмент;

- b) добавления соединения, содержащего по меньшей мере один ангидридный фрагмент Р-О-Р, содержащий один атом Р в степени окисления (+III) и один атом Р в степени окисления (+III) или (+V), в реакционную смесь со стадии а), содержащую по меньшей мере один аминоалкилольный фрагмент, с образованием соединения, содержащего фрагмент аминоалкиленфосфоновой кислоты;

- с) добавления воды в реакционную смесь со стадии b);

- d) извлечения получаемого в результате соединения, содержащего фрагмент аминоалкиленфосфоновой кислоты или одного из ее фосфонатных сложных эфиров;

- гидролиз после завершения образования соединения, содержащего фрагмент аминоалкиленфосфоновой кислоты, проводят при pH в диапазоне от 4,0 до 7,0;

- гидролиз после завершения образования соединения, содержащего фрагмент аминоалкиленфосфоновой кислоты проводят при температуре в диапазоне от 20°С до 150°С, предпочтительно от 40°С до 100°С, в течение периода времени в диапазоне от 10 минут до 72 часов и предпочтительно от 1 часа до 10 часов;

- соединение, содержащее фрагмент аминоалкиленфосфоновой кислоты, или его фосфонатные сложные эфиры, получаемые в результате осуществления способа по настоящему изобретению, применяют в качестве фитотоксиканта, ингибитора образования накипи, диспергирующего средства и/или комплексообразователя.

Подробное описание изобретения

[0021] Настоящее изобретение предусматривает эффективный и экономичный способ синтеза аминоалкиленфосфоновой кислоты или ее фосфонатных сложных эфиров с высокой селективностью и высоким выходом.

[0022] Фосфонатные сложные эфиры по настоящему изобретению содержат одну или несколько замещенных или незамещенных гидрокарбильных групп, которые могут быть разветвленными или неразветвленными, насыщенными или ненасыщенными и могут содержать одно или несколько колец. Подходящие гидрокарбилы включают алкильные, алкенильные, алкинильные и арильные фрагменты. Они также включают алкильные, алкенильные, алкинильные и арильные фрагменты, замещенные другими алифатическими или циклическими гидрокарбильными группами, как например, алкарил, алкенарил и алкинарил.

[0023] Замещенный гидрокарбил определяют как гидрокарбил, в котором по меньшей мере один атом водорода был замещен атомом, отличным от водорода, как например, атомом галогена (F, Cl, Br и I), атомом кислорода с образованием, например, простого эфира или сложного эфира, атомом азота с образованием амидной или нитрильной группы или атомом серы с образованием, например, тиоэфирной группы.

[0024] Фосфонатные сложные эфиры, в целом, получают с применением соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, замещенного соответствующими гидрокарбильными заместителями.

[0025] Способ по настоящему изобретению включает группировку, благодаря чему осуществляют реакцию соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р с одним атомом Р со степенью окисления (+III) и другим атомом Р со степенью окисления (+III) или (+V), аммиака или первичного или вторичного амина и альдегида или кетона в присутствии кислотного катализатора и необязательно растворителя.

[0026] Несмотря на то, что соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, предпочтительно выбрано из группы, состоящей из гексаоксида тетрафосфора и частично гидролизованных соединений гексаоксида тетрафосфора, полученных в результате реакции 1 моля гексаоксида тетрафосфора с 1, 2, 3, 4 и 5 молями воды, соответственно, понятно, что в контексте настоящего изобретения можно применять все соединения, содержащие по меньшей мере одну ангидридную группу Р-О-Р, где один атом Р имеет степень окисления (+III), а другой атом Р имеет степень окисления (+III) или (+V).

[0027] Подходящие соединения, содержащие ангидридный фрагмент Р-О-Р, могут либо содержать ангидридный фрагмент Р-О-Р в самом соединении (например, P₄O₆ или пирофосфиты (RO)₂P-O-P(OR)₂), либо могут быть получены in situ посредством объединения реагентов, которые будут образовывать необходимый ангидридный фрагмент Р-О-Р, при объединении до реакции с аминоалкилолом.

[0028] Подходящие комбинации реагентов представляют собой:

a) соединения, содержащие по меньшей мере один фрагмент Р-ОН (также доступны при таутомеризации фрагмента >Р(=O)Н в >P(LP)OH (где LP представляет собой неподеленную пару электронов), такой как, например, что и в случае для диметилфосфита (MeO)₂Р(=O)Н), а также соединения, содержащие по меньшей мере один ангидридный фрагмент Р-О-Р, например, P₂O₅ или P₄O₆;

b) соединения, содержащие по меньшей мере один фрагмент Р-ОН, и соединения, содержащие по меньшей мере один фрагмент Р-Х (X=Cl, I, Br);

c) соединения, содержащие по меньшей мере один фрагмент Р-Х и H₂O;

d) соединения, содержащие ангидридные фрагменты Р-О-Р и H₂O, для частичного гидролиза.

[0029] В случае а) и b) обязательным является то, что по меньшей мере в одном из используемых соединений атом Р находится в степени окисления (+III), тогда как в случае с) необходимо, чтобы атом Р находился в степени окисления (+III), а в случае d), чтобы фрагменты Р-О-Р содержали атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V) с целью образования соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, содержащий атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V).

[0030] Содержащие ангидридный фрагмент Р-О-Р соединения, где ангидридный фрагмент Р-О-Р уже присутствует, представляют собой оксиды фосфора с формулой P₄O_n, где n=6-9, пирофосфиты с общей формулой (RO)₂P-O-P(OR)₂, где R представляет собой алкильную или арильную группу, пирофосфористую кислоту (H₄P₂O₅) и изогипофосфорную кислоту (Н)(НО)Р(O)-O-Р(O)(OH)₂.

[0031] Комбинации, описанные в а), получают посредством осуществления реакции, например, оксидов фосфора с формулой P₄O_n, где n=6-10, алкил-замещенных пирофосфитов, пирофосфористой кислоты, изогипофосфорной кислоты, метафосфорной кислоты или полифосфорной кислоты с фосфористой кислотой, фосфорной кислотой, моно- или дизамещенными фосфитами с формулой (RO)PO₂H₂ или (RO)₂POH, где R представляет собой алкильную или арильную группу, фосфатными сложными эфирами (RO)PO₃H₂ или (RO)₂PO₂H, фосфоновыми кислотами RPO₃H₂ или их сложным моноэфиром RPO₂H(или), при условии, что такие комбинации будут приводит к соединениям, содержащим ангидридный фрагмент Р-О-Р, содержащий один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V).

[0032] Комбинации, описанные в b), получают посредством объединения PCl₃, PBr₃, POCl₃ или моно- или дихлорфосфитов типа (RO)₂PCl и (RO)PCl₂ с фосфористой кислотой, фосфорной кислотой или моно- или дизамещенными фосфитами с формулой (RO)PO₂H₂ или (RO)₂POH, при условии, что такие комбинации будут приводить к соединениям, содержащим ангидридный фрагмент Р-О-Р, содержащий один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V).

[0033] Комбинации, описанные в с), получают посредством объединения PCl₃, PBr₃ или моно- или дихлорфосфитов типа (RO)₂PCl и (RO)PCl₂ с H₂O.

[0034] С целью получения содержащих ангидридный фрагмент Р-О-Р соединений, не содержащих функциональные группы Р-Х, оставшиеся функциональные группы Р-Х гидролизуют. Оставшиеся ангидридные фрагменты Р-О-Р также могут быть гидролизованы, поскольку необходимый ангидридный фрагмент Р-О-Р, где один атом Р находится в степени окисления (+III) и другой атом Р находится в степени окисления (+III) или (+V), остается.

[0035] Наиболее предпочтительными являются гексаоксид тетрафосфора, тетраэтилпирофосфит и комбинации фосфористой кислоты и гексаоксида тетрафосфора, фосфористой кислоты и декаоксида тетрафосфора, фосфористой кислоты и трихлорида фосфора, диметилфосфита и декаоксида тетрафосфора, трихлорида фосфора и воды, а также гексаоксида тетрафосфора и воды.

[0036] Количество 'реакционноспособных' атомов Р(+III), которые могут быть превращены в фосфоновые кислоты, согласно настоящему изобретению определяют по количеству атомов Р(+III) и количеству ангидридных фрагментов Р-О-Р. Если ангидридных фрагментов Р-О-Р больше, чем атомов Р(+III), то все атомы Р(+III) превращаются в фосфоновые кислоты. Если ангидридных фрагментов Р-О-Р меньше, чем атомов Р(+III), то только часть атомов Р(+III), равная количеству ангидридных фрагментов Р-О-Р, превращается в фосфоновые кислоты.

[0037] Если применяют галогенсодержащие исходные вещества, например, PCl₃, POCl₃ или PBr₃, уровень галогена в соединении, содержащем ангидрид Р-О-Р, следует поддерживать ниже 1000 ppm, обычно ниже 500 ppm, предпочтительно ниже 200 ppm в пересчете на вещество с Р-О-Р, составляющее 100%. Следовательно, все избыточные функциональные группы Р-Х гидролизуют перед реакциями с субстратом посредством добавления одной молекулы H₂O на избыток функциональной группы Р-Х. Образованный Н-Х удаляют посредством, например, продувки сухим инертным газом, таким как азот или гелий, через раствор.

[0038] Гексаоксид тетрафосфора, предпочтительно применяемый в объеме настоящего изобретения, может быть представлен практически чистым соединением, содержащим по меньшей мере 85%, предпочтительно более 90%, более предпочтительно по меньшей мере 95% и в одном конкретном осуществлении по меньшей мере 97% P₄O₆. Несмотря на то, что гексаоксид тетрафосфора, подходящий для применения в контексте настоящего изобретения, может быть получен по любой известной технологии, в предпочтительных вариантах осуществления его получают согласно способу, описанному в патентных заявках WO 2009/068636 и/или WO 2010/055056 в разделе под названием "Способ получения P₄O₆ с улучшенным выходом" ("Process for the manufacture of P₄O₆ with improved yield"). Более подробно, проводят реакцию кислорода или смеси кислорода и инертного газа, а также газообразного или жидкого фосфора фактически в стехиометрических количествах в реакционном блоке при температуре в диапазоне от 1600 K до 2000 K с отводом тепла, образующегося при экзотермической реакции фосфора и кислорода, при поддержании предпочтительного времени пребывания от 0,5 секунды до 60 секунд с последующим гашением продукта реакции при температуре ниже 700 K и очисткой неочищенного продукта реакции посредством перегонки. Полученный таким образом гексаоксид тетрафосфора представляет собой чистый продукт, обычно содержащий по меньшей мере 97% оксида. Полученный таким образом P₄O₆ обычно представлен в виде жидкого материала с высокой степенью чистоты, содержащего, в частности, низкие уровни элементарного фосфора, Р₄, предпочтительно ниже 1000 ppm в пересчете на P₄O₆, составляющий 100%. Предпочтительное время пребывания составляет от 5 секунд до 30 секунд, более предпочтительно от 8 секунд до 30 секунд. Продукт реакции в одном предпочтительном варианте осуществления может быть охлажден до температуры ниже 350 K.

[0039] Предполагается, что P₄O₆, участвующий в реакции при температуре от 24°С (t° плавления) до 120°С, обязательно должен быть жидким или газообразным, несмотря на это, твердые вещества можно, теоретически, применять для получения реакционной среды.

[0040] С целью удобства и оперативного знания, гексаоксид тетрафосфора, представленный P₄O₆, является высокочистым и содержит очень низкие уровни примесей, в частности, элементарного фосфора, Р₄, при уровне ниже 1000 ppm, обычно ниже 500 ppm и предпочтительно не более 200 ppm в пересчете на P₄O₆, составляющий 100%.

[0041] В настоящем изобретении известно, что применение терминологии "соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р," подразумевает "соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, где один атом Р находится в степени окисления (+III), а другой атом Р находится в степени окисления (+III) или (+V).

[0042] Соединение, содержащее HNP^R2, применяемое в настоящем изобретении, может представлять собой низкомолекулярную органическую молекулу или образовывать часть полимера, где низкомолекулярная органическая молекула или полимер могут быть привиты на неорганическом материале.

[0043] Что касается соединения, содержащего HNR¹R², которое представляет собой низкомолекулярную органическую молекулу, оно дополнительно характеризуется тем, что

R¹ и R² независимо выбраны из водорода, С₁-С₆алкила, С₁-С₆алкенила, C₁-С₆алкинила, С₁-С₆ацила, необязательно содержащего этиленненасыщенную двойную связь, и (мет)акрилоильного С₁-С₆-фрагмента, причем С₁-С₆-часть указанных фрагментов имеет нормальную, разветвленную или циклизированную цепь и необязательно замещена одним или несколькими фрагментами, выбранными из группы, состоящей из С₁-С₄углеводорода, арила и аралкила, и необязательно содержит один или несколько гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из кислорода, азота и серы, и необязательно содержит один или несколько карбонильных фрагментов.

[0044] R¹ и R² могут образовывать кольцевую структуру, где N-H включены в указанное кольцо, и где указанное кольцо необязательно замещено одним или несколькими фрагментами, выбранными из группы, состоящей из С₁-С₄углеводорода, арила и аралкила, и необязательно содержит один или несколько гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из кислорода, азота и серы, и необязательно содержит один или несколько карбонильных фрагментов.

[0045] Для соединения, содержащего HNR¹R², которое образует часть полимера, по меньшей мере один >N-H включен в полимерную цепь, или по меньшей мере один -NHR¹ представляет собой повторяющийся фрагмент-заместитель в полимерной цепи, содержащей полимеризованные фрагменты R², необязательно сополимеризованные с другими полимеризуемыми мономерами.

[0046] Соединение, содержащее HNR¹R², которое образует часть полимера, дополнительно характеризуется тем, что R¹ и R² независимо выбраны из группы, состоящей из:

водорода, С₁-С₆алкила, С₁-С₆алкенила, С₁-С₆алкинила, С₁-С₆ацила, содержащего по меньшей мере 1 этиленненасыщенную двойную связь, и (мет)акрилоильного С₁-С₆-фрагмента, причем С₁-С₆-часть указанных фрагментов имеет нормальную, разветвленную или циклизированную цепь и необязательно замещена одним или несколькими фрагментами, выбранными из группы, состоящей из С₁-С₄углеводорода, арила и аралкила, и необязательно содержит один или несколько гетероатомов, выбранных из группы, состоящей из кислорода, азота и серы, и необязательно содержит один или несколько карбонильных фрагментов.

[0047] Альдегид с общей формулой R-CO-H, подлежащий применению в способе по настоящему изобретению, выбран из соединений, в которых R представляет собой водород, алифатический, аралифатический, ароматический или гетероциклический фрагмент, и в которых общее число атомов углерода и гетероатомов предпочтительно предполагается составляющим значение от 1 до 11. Алифатические фрагменты, в частности, представляют собой алкильные фрагменты, предпочтительно таковые с 1-6 атомами углерода, примерами которых являются метил, этил, пропил, бутил. Алифатические фрагменты также могут быть разветвленными, примерами которых является изобутил. Ароматические фрагменты представляют собой, например, фенил или α- или β-нафтил, а гетероциклические фрагменты представляют собой, например, фурфурил. Альдегид может также содержать один или несколько заместителей, таких как, например, алкоксигруппа.

[0048] Примерами альдегидов с насыщенными алифатическими фрагментами являются формальдегид, ацетальдегид и бутиральдегид. Примеры альдегидов с замещенными насыщенными алифатическими фрагментами представляют собой метоксиацетальдегид и 3-метоксипропиональдегид. Примеры альдегидов с аралифатическими фрагментами представляют собой фенилацетальдегид и фенилпропиональдегид. Примеры альдегидов с ароматическими или гетероциклическими фрагментами представляют собой бензальдегид, фурфураль и 4-метоксифурфураль.

[0049] Кетон с общей формулой R'-CO-R'', подлежащий применению в способе по настоящему изобретению, представляет собой симметричное или асимметричное соединение с R' и R'', независимо выбранными из алифатических, аралифатических, циклических или ароматических углеводородных фрагментов при условии, что общее число атомов углерода предпочтительно составляет от 1 до 12. Алифатические фрагменты представляют собой таковые с неразветвленной или разветвленной цепью и предпочтительно насыщенные алкильные фрагменты, такие как, например, метил, этил, пропил и изобутил. Аралифатические фрагменты представляют собой, например, бензил или фенетил, а ароматические фрагменты представляют собой, например, α- или β-нафтил и предпочтительно фенил. Кетоны могут также содержать один или несколько заместителей, таких как, например, алкоксигруппа.

[0050] Примеры кетонов с насыщенными алифатическими фрагментами представляют собой ацетон, метилэтилкетон, метилизобутилкетон; примеры кетонов с замещенными алифатическими фрагментами представляют собой метоксиацетон. Пример кетонов с аралифатическими фрагментами представляет собой бензилацетон; примеры кетонов с циклическими фрагментами представляют собой циклогексанон и циклопентанон, при этом примеры кетонов с ароматическими фрагментами представляют собой ацетофенон и 4-метокси-ацетофенон.

[0051] Формальдегид применяют с особым предпочтением в форме альдегида.

Формальдегид, известный как оксиметилен, характеризующийся формулой CH₂O, получают и реализуют в виде водных растворов, содержащих различные, часто незначительные, например, 0,3-3%, количества метанола, и они, как правило, представляют собой 37% растворы на основе формальдегида, несмотря на то, что могут применяться различные концентрации. Формальдегидные растворы находятся в виде смеси олигомеров. Такие предшественники формальдегида могут, например, быть представлены параформальдегидом, находящейся в твердом состоянии смесью линейных поли(оксиметиленгликолей) обычно с достаточно короткой, n=8-100, длиной цепи, и циклическим тримером формальдегида, называемым выражением 1,3,5-триоксан. Концентрации жидкого формальдегида выше приблизительно 37% требуют хранения при температуре выше комнатной температуры во избежание осаждения формальдегидных полимеров. Температура, необходимая для поддержания прозрачного раствора и во избежание разделения твердого полимера, повышается от комнатной температуры по мере того, как концентрация раствора повышается выше приблизительно 37%.

[0052] Несмотря на то, что формальдегид предпочтительно добавляют в виде 37% по весу раствора в воде, известного как формалин, его также можно добавлять в виде водного раствора с концентрацией формальдегида, отличной от 37% по весу, либо в виде твердого вещества, такого как, например, параформальдегид или 1,3,5-триоксан.

[0053] Когда формальдегид применяют в виде водного раствора, само собой разумеется, что сначала необходимо выделить промежуточное соединение аминоалкилол перед его добавлением в реакцию с соединением, содержащим ангидридный фрагмент Р-О-Р, при условии, что стадия выделения аминоалкилола может быть исключена для данных случаев, когда количества воды, присутствующие в водном растворе формальдегида, соответствуют таковым, необходимым для преобразования сначала соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, в модифицированное соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, посредством частичного гидролиза указанного первого соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, после чего будут осуществлять реакцию указанного модифицированного соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, с аминоалкилолом с образованием аминоалкиленфосфоновой кислоты.

[0054] Кислотный катализатор, применяемый в объеме настоящего изобретения, предпочтительно представляет собой гомогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда необязательно в присутствии растворителя, или гетерогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда в присутствии растворителя, или катализатор на основе кислоты Льюиса в присутствии растворителя.

[0055] Гомогенная кислота Бренстеда предпочтительно выбрана из группы, состоящей из метансульфоновой кислоты, фторметансульфоновой кислоты, трихлорметансульфоновой кислоты, трифторметансульфоновой кислоты, трифторуксусной кислоты, трет-бутилсульфоновой кислоты, п-толуолсульфоновой кислоты, нафталинсульфоновой кислоты, 2,4,6-триметилбензолсульфоновой кислоты, перфтор- или перхлор-алкилсульфоновых кислот, перфтор- или перхлор-алкилкарбоновых кислот, хлористоводородной кислоты, бромистоводородной кислоты, йодистоводородной кислоты, фосфористой кислоты, фосфорной кислоты и их смесей. Гомогенная кислота Бренстеда предпочтительно представляет собой метансульфоновую кислоту.

[0056] Гетерогенная кислота Бренстеда предпочтительно выбрана из группы, состоящей из:

(i) комбинаций твердых кислотных оксидов металлов как таковых или на подложке из материала-носителя;

(ii) катионообменных смол, выбранных из группы, включающей сополимеры стирола, этилвинилбензола и дивинилбензола, функционализированные таким образом, что обеспечивается прививка фрагментов SO₃H на ароматическую группу, и перфорированные смолы, несущие группы карбоновой и/или сульфоновой кислоты;

(iii) органических сульфоновых, карбоновых и фосфоновых кислот Бренстеда, которые являются практически несмешиваемыми в реакционной среде при температуре реакции;

(iv) кислотного катализатора, полученного:

- в результате взаимодействия твердой подложки, содержащей неподеленную пару электронов, на которую осаждена органическая кислота Бренстеда; или

- в результате взаимодействия твердой подложки, содержащей неподеленную пару электронов, на которую осаждено соединение, содержащее льюисовский кислотный центр; или

- из гетерогенных твердых веществ, функционализированных посредством химической прививки группы кислоты Бренстеда или ее предшественника; и

(v) гетерогенных гетерополикислот общей формулы H_xPM_yO_z, где Р выбран из фосфора и кремния, а М выбран из вольфрама, а также молибдена и их комбинаций.

[0057] Предпочтительные гомогенные кислоты Льюиса могут быть выбраны из солей металла, характеризующихся общей формулой,

MX_n,

где М представляет собой элемент основной группы или переходный металл, такой как Li, В, Mg, Al, Bi, Fe, Zn, La, Sc, Yb или Pd; X в MX_n, как правило, представляет собой анион кислоты или производное кислоты типа Cl, OTf или NTf₂, где Tf представляет собой CF₃SO₂, и n равняется степени окисления М, которая может составлять от 1 до 5. Например, возможны комбинации LiNTf₂, Mg(OTf)₂, MgCl₂, ZnCl₂, PdCl₂, Fe(OTf)₃, Al(OTf)₃, AlCl₃, Bi(OTf)₃, BiCl₃, Sc(OTf)₃, Ln(OTf)₃, Yb(OTf)₃. Предпочтительно применяют комбинации жесткого металла или металла на границе между жестким и мягким согласно принципа HSAB (жестких и мягких кислот и оснований), такого как Li, Mg, Al, Sc, Zn, Bi, и слабо координирующих анионов, таких как OTf или NTf₂. Примеры таких предпочтительных комбинаций представляют собой LiNTf₂, Mg(OTf)₂, Al(OTf)₃, Bi(OTf)₃.

[0058] Предпочтительные гетерогенные кислоты Льюиса могут быть представлены веществами из дискретно выбранных подклассов, образованными при взаимодействии/связывании гомогенных кислот Льюиса, например, комплексных соединений металлов, солей металлов или металлорганических веществ, с органическими или неорганическими остовами полимеров. Пример такого подкласса представляет собой полистироловую матрицу со связанными группами Sc(OTf)₂. Такой катализатор может быть получен, например, посредством взаимодействия смолы на основе полистиролсульфоновой кислоты, например, Amberlyst 15, с Sc(OTf)₃. Число эквивалентов функциональных групп кислоты Льюиса может быть определено в данном случае различными способами, например, посредством кислотно-основного определения непрореагировавших групп сульфоновой кислоты, посредством количественного определения высвобожденной трифторметансульфоновой кислоты, а также посредством измерения с применением ICP количества Sc в смоле.

[0059] Типичными примерами подходящих органических растворителей, подлежащих применению в способе по настоящему изобретению, являются анизол; уксусная кислота; хлорированные и фторированные углеводороды, такие как фторбензол, хлорбензол, тетрахлорэтан, тетрахлорэтилен, дихлорэтан, дихлорметан; полярные растворители, такие как диглим, глим, дифенилоксид, производные полиалкиленгликоля с защищенными OH-группами, такими как OR^***, где R^*** представляет собой низшую алкильную или ацильную группу; алифатические углеводороды, такие как гексан, гептан, циклогексан; ациклические эфиры, такие как дибутиловый эфир, диэтиловый эфир, диизопропиловый эфир, дипентиловый эфир и бутилметиловый эфир; циклические эфиры, такие как тетрагидрофуран, диоксан и тетрагидропиран; смешанные циклические/ациклические эфиры, такие как циклопентилметиловый эфир; циклические и ациклические сульфоны, такие как сульфолан; ароматические растворители, такие как толуол, бензол, ксилол; органические ацетаты, такие как этилацетат; органические нитрилы, такие как ацетонитрил, бензонитрил; жидкости на основе кремния, такие как полиметилфенилсилоксан; не являющиеся реакционноспособными ионные жидкости, такие как 1-н-бутил-имидазолий-трифторметансульфонат и 1-этил-3-метил-имидазолий-бис(трифторметилсульфонил)имид.

В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения кислотный катализатор выступает в качестве катализатора и в качестве растворителя.

[0060] Способ по настоящему изобретению начинают со смешивания соединения, содержащего HNR¹R², соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, предпочтительно гексаоксида тетрафосфора, и альдегида или кетона, предпочтительно формальдегида, в присутствии кислотного катализатора и необязательно растворителя,

- соотношение эквивалентов фрагментов >N-H и молей альдегида или кетона находится в диапазоне от 0,9 до 1,5 и предпочтительно от 1,1 до 1,4;

- соотношение эквивалентов фрагментов >N-H и ангидридных фрагментов Р-О-Р находится в диапазоне от 0,3 до 2,0 и предпочтительно от 0,5 до 1,5.

[0061] В контексте настоящего изобретения способ может включать стадии образования реакционной смеси посредством попеременного постепенного добавления альдегида или кетона, предпочтительно формальдегида, и соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, предпочтительно гексаоксида тетрафосфора, порциями к соединению, содержащему HNR¹R², в присутствии кислотного катализатора и необязательно растворителя.

[0062] В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения способ включает стадии образования реакционной смеси посредством смешивания соединения, содержащего HNR¹R², и соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, предпочтительно гексаоксида тетрафосфора, в присутствии кислотного катализатора и необязательно растворителя; затем альдегид или кетон, предпочтительно формальдегид, постепенно добавляют в реакционную смесь (пример 19).

Как правило, реакцию проводят при температуре в диапазоне от 20°С до 120°С и предпочтительно от 50°С до 110°С в течение периода времени в диапазоне от 30 минут до 24 часов.

[0063] В контексте настоящего изобретения способ может включать стадии образования реакционной смеси посредством смешивания альдегида или кетона, предпочтительно формальдегида, и соединения, содержащего HNR¹R², в присутствии кислотного катализатора и необязательно растворителя; затем соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, предпочтительно гексаоксид тетрафосфора, постепенно добавляют в реакционную смесь (примеры 12 и 13, примеры 14-18 и пример 20).

[0064] В контексте настоящего изобретения способ может включать стадии образования реакционной смеси посредством смешивания альдегида или кетона, предпочтительно формальдегида, и соединения, содержащего HNR¹R², в присутствии кислотного катализатора и необязательно растворителя; выделения, необязательно очистки соединения, содержащего аминоалкилольный фрагмент, а затем постепенного добавления соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, предпочтительно гексаоксида тетрафосфора, к соединению, содержащему аминоалкилольный фрагмент, в присутствии кислотного катализатора и необязательно растворителя (примеры 1-11).

[0065] Как правило, добавление альдегида или кетона, предпочтительно формальдегида, в реакционную смесь проводят при температуре в диапазоне от приблизительно 20°С до приблизительно 120°С и предпочтительно от приблизительно 40°С до 100°С и после завершения добавления альдегида или кетона реакционную смесь поддерживают при данной температуре в течение периода времени в диапазоне от приблизительно 10 минут до приблизительно 24 часов и предпочтительно от приблизительно 1 часа до приблизительно 20 часов.

[0066] Как правило, добавление соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, предпочтительно гексаоксида тетрафосфора, в реакционную смесь проводят при температуре в диапазоне от приблизительно 20°С до приблизительно 120°С и предпочтительно от приблизительно 40°С до 100°С и после завершения добавления гексаоксида тетрафосфора реакционную смесь поддерживают при данной температуре в течение периода времени в диапазоне от приблизительно 10 минут до приблизительно 24 часов и предпочтительно от приблизительно 1 часа до приблизительно 20 часов.

[0067] После завершения превращения соединения, содержащего HNR¹R², в соединение, содержащее фрагмент аминоалкиленфосфоновой кислоты, в реакционную смесь необязательно добавляют воду с целью гидролиза непрореагировавших ангидридных фрагментов Р-О-Р, если они присутствуют, и необязательно превращения соединения, содержащего фрагмент аминоалкиленфосфоновой кислоты, или его дегидратированных форм, или их фосфонатных сложных эфиров в их гидролизованную форму, такую как в примерах 14-17, где N-фосфонометил-2,5-оксазолидиндион гидролизуют в N-(фосфонометил)глицин с образованием диоксида углерода, или в примере 11, где N,N'-бис(фосфонометил)мочевину гидролизуют в аминометилфосфоновую кислоту с образованием диоксида углерода.

[0068] Гидролиз осуществляют при температуре в диапазоне от приблизительно 20°С до приблизительно 150°С, предпочтительно от приблизительно 40°С до приблизительно 100°С, в течение периода в диапазоне от приблизительно 10 минут до приблизительно 72 часов и предпочтительно от приблизительно 1 часа до приблизительно 10 часов.

[0069] Непрореагировавшие ангидридные фрагменты Р-О-Р могут быть результатом неполного превращения или добавления избытка соединений, содержащих ангидридную группу Р-О-Р, составляющих реакционную смесь.

[0070] В случае практически полного превращения и стехиометрической загрузки реактивов добавление воды и, следовательно, стадию гидролиза, можно опустить.

[0071] Гидролиз предпочтительно проводят по отношению к реакционной смеси, поддерживаемой при pH в диапазоне от 4 до 7, что в общем достигается посредством добавления гидроксидов щелочных металлов, предпочтительно гидроксида натрия или калия.

Примеры

[0072] Следующие иллюстративные примеры предназначены для иллюстрации, но не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.

Пример 1

[0073] В круглодонной колбе, оснащенной механической мешалкой, термометром и конденсатором, смешивали 3,56 г (40 ммоль) N-гидроксиметилацетамида с 10 мл ацетонитрила. Медленно добавляли 2,20 г (10 ммоль) P₄O₆. Затем реакционную смесь нагревали до 80°С в течение 1 часа. Затем добавляли 0,15 г (1 ммоль) трифторметансульфоновой кислоты и продолжали перемешивание в течение 2 часов при 80°С. Все летучие вещества удаляли под вакуумом и остаток растворяли в 5 мл H₂O и 10 мл раствора NaOH (50% вес/вес в H₂O) и нагревали до 100°С в течение 2 часов. Полученный раствор анализировали с помощью³¹Р-ЯМР спектроскопии. Аминометилфосфоновую кислоту выявляли в концентрации 15,5% вес/вес.

Пример 2

[0074] С использованием оборудования из примера 1 1,77 г (10 ммоль) N-гидроксиметилфталимида смешивали с 8,5 мл метансульфоновой кислоты при 60°С в атмосфере N₂. Медленно добавляли 0,285 г (2,5 ммоля) P₄O₆. Затем реакционную смесь нагревали при 85°С в течение ночи. Затем добавляли 3 мл воды и смесь нагревали в течение 1 часа при 80°С. Раствор разбавляли водой и доводили до pH 5,4 посредством добавления гидроксида натрия. Смесь анализировали с помощью¹Н- и³¹Р-ЯМР спектроскопии. N-фталимидометилфосфоновую кислоту выявляли в концентрации 11,5% вес/вес.

[0075] В таблице 1 изложен ряд примеров, полученных согласно способу по настоящему изобретению, а также с использованием оборудования и способа из примера 1 и примера 2.

В данной таблице:

в столбце 1: указан идентификационный номер примера;

в столбце 2: указан тип соединения, содержащего аминоалкилольный фрагмент, добавляемого в реакцию с гексаоксидом тетрафосфора;

в столбце 3: указано количество ммолей соединения, содержащего аминоалкилольный фрагмент, с приведенным в скобках количеством миллиэквивалентов аминоалкилола;

в столбце 4: указан тип применяемых кислотного катализатора и растворителя;

в столбце 5: указано количество ммолей кислотного катализатора;

в столбце 6: указано количество ммолей гексаоксида тетрафосфора;

в столбце 7: указано отношение ммолей соединения, содержащего аминоалкилольный фрагмент, к ммолям гексаоксида тетрафосфора с приведенным в скобках отношением миллиэквивалентов аминоалкилола к ммолям гексаоксида тетрафосфора;

в столбце 8: указано отношение ммолей кислотного катализатора к ммолям соединения, содержащего аминоалкилольный фрагмент, с приведенным в скобках отношением ммолей кислотного катализатора к миллиэквивалентам аминоалкилольных фрагментов;

в столбце 9: указано отношение ммолей кислотного катализатора к ммолям гексаоксида тетрафосфора;

в столбце 10: указана температура (°С), при которой проводят смешивание соединения, содержащего фрагмент HNR¹R², альдегида и соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, в присутствии растворителя;

в столбце 11: указаны температурные (°С) и временные (часы) условия для реакционной смеси сразу после того, как все компоненты были добавлены;

в столбце 12: указаны температурные (°С) и временные (часы) условия для гидролиза;

в столбце 13: указан выход реакции в % по весу, как измерено с помощью¹Н-ЯМР и³¹Р-ЯМР спектроскопии.

[0076] Соединением, содержащим фрагмент аминометиленфосфоновой кислоты, полученным в примерах из таблицы 1, является:

пример 1: аминометилфосфоновая кислота;

примеры 2 и 3: N-фталимидометилфосфоновая кислота;

пример 4: N-фосфонометил, N'-фенилгидантоин;

пример 5: N-фосфонометилоксазолидинон;

примеры 6-10: N-фосфонометилпирролидинон;

пример 11: N,N'-бис(фосфонометил)мочевина, дополнительно гидролизованная в аминометилфосфоновую кислоту.

Пример 12

[0077] С использованием оборудования из примера 1 1 эквивалент гидрохлорида метилового сложного эфира глицина смешивали с 1,5 эквивалента параформальдегида в 18,5 эквивалента метансульфоновой кислоты при 50°С в течение 1 часа, а затем при 75°С в течение 25 минут в атмосфере N₂. Температуру регулировали до 25°С перед медленным добавлением 0,25 эквивалента P₄O₆ при поддержании температуры реакционной среды ниже 35°С. После этого реакционную смесь нагревали до 60°С в течение 1 часа. Затем добавляли 30 эквивалентов воды и смесь нагревали при 110°С в течение 30 минут. Раствор разбавляли водой и доводили до pH 5,4. Смесь анализировали с помощью³¹Р-ЯМР спектроскопии. N-(фосфонометил)глицин выявляли в концентрации 5,2 мольных %.

Пример 13

[0078] С использованием оборудования из примера 1 0,8 эквивалента N-(2-аминоэтил)этан-1,2-диамина смешивали с 5,35 эквивалента параформальдегида в ацетонитриле, содержащем 5 эквивалентов трифторуксусной кислоты. Смесь перемешивали в течение 40 минут при 65°С в атмосфере N₂. Реакционную среду охлаждали до 35°С и медленно добавляли 1,0 эквивалент P₄O₆ при поддержании температуры ниже 35°С. После этого реакционную смесь нагревали до 60°С в течение 20 минут. Затем добавляли избыток воды и смесь нагревали при 85°С в течение 15 минут. Раствор разбавляли водой и доводили до pH 5,4. Смесь анализировали с помощью³¹Р-ЯМР спектроскопии. Диэтилентриамин-пента(метиленфосфоновую кислоту) выявляли в концентрации 10 мольных %.

Пример 14

[0079] С использованием оборудования из примера 1 0,30 г (9,9 ммоля) параформальдегида смешивали с 8 мл трифторуксусной кислоты. Затем реакционную смесь нагревали до 50°С и добавляли 1,00 г (9,9 ммоля) 2,5-оксазолидиндиона. После этого реакционную смесь перемешивали в течение 1 часа при 50°С. Медленно добавляли 0,55 г (2,5 ммоля) P₄O₆ и продолжали перемешивание в течение 24 часов при 50°С. Добавляли 10 мл H₂O и продолжали перемешивание в течение 72 часов при 50°С. Полученный раствор анализировали с помощью¹Н- и³¹Р-ЯМР спектроскопии. N-(фосфонометил)глицин выявляли в концентрации 42,5% вес/вес.

Пример 15

[0080] С использованием оборудования из примера 1 1,00 г (9,9 ммоля) 2,5-оксазолидиндиона смешивали с 8 мл трифторуксусной кислоты. Затем добавляли 0,30 г (9,9 ммоля) параформальдегида. После этого реакционную смесь перемешивали в течение 24 часов при температуре окружающей среды. Затем температуру повышали до 50°С и медленно добавляли 0,55 г (2,5 ммоля) P₄O₆. Продолжали перемешивание в течение 24 часов при 50°С. Добавляли 10 мл H₂O и продолжали перемешивание в течение 72 часов при 50°С. Полученный раствор анализировали с помощью¹Н- и³¹Р-ЯМР спектроскопии. N-(фосфонометил)глицин выявляли в концентрации 44,7% вес/вес.

Пример 16

[0081] С использованием оборудования из примера 1 1,00 г (9,9 ммоля) 2,5-оксазолидиндиона смешивали с 8 мл трифторуксусной кислоты. Затем добавляли 0,30 г (9,9 ммоля) параформальдегида. После этого реакционную смесь перемешивали в течение 1 часа при температуре окружающей среды. Медленно добавляли 0,55 г (2,5 ммоля) P₄O₆. Продолжали перемешивание в течение 24 часов при 60°С. Добавляли 10 мл H₂O и продолжали перемешивание в течение 8 часов при 60°С. Полученный раствор анализировали с помощью¹Н- и³¹Р-ЯМР спектроскопии. N-(фосфонометил)глицин выявляли в концентрации 34,9% вес/вес.

Пример 17

[0082] С использованием оборудования из примера 1 1,00 г (9,9 ммоля) 2,5-оксазолидиндиона смешивали с 8 мл толуола. Затем добавляли 0,30 г (9,9 ммоля) параформальдегида. После этого реакционную смесь перемешивали в течение 3 часов при 80°С. Медленно добавляли 1 мл метансульфоновой кислоты и 0,55 г (2,5 ммоля) P₄O₆. Продолжали перемешивание в течение 5 часов при 60°С. Добавляли 10 мл H₂O и продолжали перемешивание в течение 8 часов при 60°С. Водный раствор анализировали с помощью¹Н- и³¹Р-ЯМР спектроскопии. N-(фосфонометил)глицин выявляли в концентрации 5,6% вес/вес.

Пример 18

[0083] С использованием оборудования из примера 1 7,36 г (245,2 ммоля) параформальдегида смешивали с 64 мл метансульфоновой кислоты. Затем реакционную смесь нагревали до 40°С и медленно добавляли 3,69 г (61,5 ммоля) этилендиамина. После этого реакционную смесь нагревали до 50°С и медленно добавляли 13,55 г (61,6 ммоля) P₄O₆. Реакционную смесь нагревали до 85°С в течение 1 часа. При температуре окружающей среды добавляли 35 мл H₂O и полученный раствор, а также твердое вещество анализировали с помощью³¹Р-ЯМР спектроскопии. Этилендиамин-тетраметиленфосфоновую кислоту выявляли в концентрации 36,6% вес/вес.

Пример 19

[0084] С использованием оборудования из примера 1 11,08 г (184,4 ммоля) этилендиамин смешивали с 64 мл метансульфоновой кислоты. Затем реакционную смесь нагревали до 70°С и медленно добавляли 40,64 г (184,7 ммоля) P₄O₆. После этого реакционную смесь нагревали до 105°С и 60,4 г (735,5 ммоля), добавляли раствор параформальдегида (36,6% вес/вес в H₂O) в течение 30 минут. Реакционную смесь нагревали до 105°С в течение 1 часа. При температуре окружающей среды добавляли 25 мл H₂O и полученный раствор, а также твердое вещество анализировали с помощью³¹Р-ЯМР спектроскопии. Этилендиамин-тетраметиленфосфоновую кислоту выявляли в концентрации 57,5% вес/вес.

Пример 20

[0085] С использованием оборудования из примера 1 7,36 г (245,2 ммоля) параформальдегида смешивали с 64 мл метансульфоновой кислоты. Затем реакционную смесь нагревали до 40°С и медленно добавляли 3,69 г (61,5 ммоля) этилендиамина. После этого реакционную смесь нагревали до 55°С и медленно добавляли 13,55 г (61,6 ммоля) P₄O₆. Реакционную смесь нагревали до 80°С в течение 3 часов. При температуре окружающей среды добавляли 35 мл H₂O и полученный раствор, а также твердое вещество анализировали с помощью³¹Р-ЯМР спектроскопии. Этилендиамин-тетраметиленфосфоновую кислоту выявляли в концентрации 31,9% вес/вес.

Пример 21

[0086] С использованием оборудования из примера 1 4,24 г (40,0 ммоля) бензальдегида, 3,48 (40,0 ммоля) морфолина и 0,12 г (0,8 ммоля) трифторметансульфоновой кислоты смешивали с 10 мл 1,4-диоксана. Затем реакционную смесь перемешивали в течение 48 часов при температуре окружающей среды. Затем медленно добавляли 2,20 г (10,0 ммоля) P₄O₆ с последующим добавлением 0,48 г (3,2 ммоля) трифторметансульфоновой кислоты. Реакционную смесь нагревали до 80°С в течение 1 часа. При температуре окружающей среды добавляли 20 мл H₂O; полученный раствор испаряли до сухого состояния и твердое вещество анализировали с помощью¹Н- и³¹Р-ЯМР спектроскопии. 4-Морфолинил-фенилметил-фосфоновую кислоту выявляли в концентрации 72,9% вес/вес.

[0087] В таблице 2 приведены примеры 12-21, полученные согласно настоящему изобретению. В данной таблице соответствующие колонки имеют значения, соответствующие колонкам из таблицы 1.

[0088] В таблице 2,

- в примере 12 описан синтез метилового сложного эфира N-(гидроксиметил)глицина в результате реакции метилового сложного эфира глицина и формальдегида с последующим образованием N-(фосфонометил)глицина посредством реакции с гексаоксидом тетрафосфора;

- в примере 13 описан синтез N,N',N',N'',N''-гидроксиметил-(2-аминоэтил)этан-1,2-диамина с последующим образованием N,N',N',N'',N''-фосфонометил-(2-аминоэтил)этан-1,2-диамина посредством реакции с гексаоксидом тетрафосфора;

- в примерах с 14 по 17 описан синтез N-гидроксиметил-2,5-оксазолидиндиона в результате реакции 2,5-оксазолидиндиона и формальдегида с последующим образованием N-(фосфонометил)глицина посредством реакции с гексаоксидом тетрафосфора;

- в примерах с 18 по 20 описан синтез этилендиамин-тетраметиленфосфоновой кислоты в результате реакции этилендиамина, формальдегида и гексаоксида тетрафосфора в присутствии кислотного катализатора, где в

примерах 18 и 20 сначала осуществляют реакцию формальдегида и этилендиамина с образованием N,N,N',N'-тетракис(гидроксиметил)этандиамина с последующей реакцией с гексаоксидом тетрафосфора, и где в

примере 19 сначала осуществляют реакцию этилендиамина и гексаоксида тетрафосфора с последующим добавлением формальдегида;

- в примере 21 описан синтез 4-морфолинил-фенилметанола в результате реакции морфолина и бензальдегида в присутствии кислотного катализатора с последующим образованием 4-морфолинил-фенил-метилфосфоновой кислоты посредством реакции с гексаоксидом тетрафосфора.

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу синтеза аминоалкиленфосфоновой кислоты или ее фосфонатных сложных эфиров и может использоваться в химической промышленности. Предложенный способ включает стадии: а) образования в присутствии альдегида и кислотного катализатора реакционной смеси посредством смешивания соединения (a.1.), содержащего по меньшей мере один фрагмент HNRR, или его соли с соединением (a.2.), содержащим один или несколько ангидридных фрагментов P-O-P, причем фрагменты содержат один атом P в степени окисления (+III) и один атом P в степени окисления (+III) или (+V), где отношение молей альдегида к фрагментам N-H составляет 1 или более, и где соотношение фрагментов N-H к ангидридным фрагментам P-O-P составляет 0,3 или более, и где альдегид имеет общую формулу R-CO-H, где R выбран из группы, состоящей из водорода, алифатического фрагмента, аралифатического фрагмента, ароматического фрагмента и гетероциклического фрагмента, где общее число атомов углерода и гетероатомов составляет от 1 до 11, соединение (a.1.) характеризуется тем, что (a.1.1) Rи Rнезависимо выбраны из водорода, C-Cалкила, C-Cалкенила, C-Cалкинила, C-Cацила, необязательно содержащего этиленненасыщенную двойную связь, и (мет)акрилоильного C-C-фрагмента, причем C-C-часть указанных фрагментов имеет нормальную, разветвленную или циклизированную цепь и необязательно замещена одним или несколькими фрагментами, выбранными из C-Cуглеводорода, арила и аралкила, и необязательно содержит один или несколько гетероатомов, выбранных из кислорода, азота и серы, и необязательно содержит один или несколько карбонильных фрагментов, или (a.1.2) Rи Rобразуют кольцевую структуру, где N-H включены в указанное кольцо, и где указанное кольцо необязательно замещено одним или несколькими фрагментами, выбранными из C-Cуглеводорода, арила и аралкила, и необязательно содержит один или несколько гетероатомов, выбранных из кислорода, азота и серы, и необязательно содержит один или несколько карбонильных фрагментов, и где соединения (a.2.), содержащие ангидридные фрагменты P-O-P, которые содержат один атом P в степени окисления (+III) и другой атом P в степени окисления (+III) или (+V), выбраны из гексаоксида тетрафосфора, PO, PO, PO, тетраэтилпирофосфита и их комбинаций, b) добавления воды в реакционную смесь и c) извлечения получаемого в результате соединения, содержащего фрагмент аминоалкиленфосфоновой кислоты или одного из ее фосфонатных сложных эфиров. Предложен новый эффективный способ получения аминоалкиленфосфоновой кислоты и ее фосфонатных сложных эфиров. 18 з.п. ф-лы, 21 пр., 2 табл.

Формула