用于合成α-氨基亚烷基膦酸的方法
【专利说明】用于合成α-氨基亚烷基麟酸的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及一种用于合成α -氨基亚烷基膦酸或其膦酸酯的方法。 现有抟术水平
[0002] α -氨基-膦酸化合物在本领域中是众所周知的，并且已经在各种各样的应用中 取得广泛的商业认可，所述应用包括：水处理、抑制水垢、洗涤剂添加剂、螯合剂、海上石油 钻井辅助剂、离子交换（当接枝到树脂上时）和作为药物组分。众所周知，这样的应用优选 地要求氨基亚烷基膦酸，其中大部分氮取代基是亚烷基膦酸基团。
[0003] 存在用于生产α-氨基亚烷基膦酸的若干方式如像尤其在GB 1142294、GB 1230121、US 3, 288, 846、JP 57075990、US 3, 832, 393、EP 1681294、EP 1681295 和 EP 0638577专利中和在WO 96/40698、JP2007022956和W02009/130322专利申请中披露的那 止匕 -、〇
[0004] US 3, 796, 749专利披露了一种用于以高产率生产基本上纯的氨基亚甲基膦酸的 方法，该方法包括使N-取代的α -氨基单或多元羧酸或它们的碱金属盐与亚磷酸在存在水 结合剂下在约90°C与约160°C之间的温度下进行反应。合适的水结合剂是酸酐，这些酸酐 通过与水组合转化成相应的酸。这类试剂是，比如，低级链烷酸酐如乙酸酐、丙酸酐，或无机 酸酐如五氧化二磷以及类似物。
[0005] US 3, 816, 517专利披露了一种用于以高产率制备基本上纯的氨基亚甲基膦酸的 方法，该方法通过使N-取代的α -氨基单或多元羧酸或它们的碱金属盐与亚磷酸和/或三 卤化磷（优选三氯化磷）在存在或不存在惰性稀释剂下反应进行。如果不使用亚磷酸或仅 使用三氯化磷，则将一定量的水添加到该三氯化磷中以便形成亚磷酸这样使得三氯化磷和 亚磷酸的一种混合物存在于该反应混合物中。该反应还可以单独使用亚磷酸进行。总的来 说，将亚磷酸和/或三卤化磷添加到该α-氨基亚甲基羧酸中。
[0006] IN 192483专利披露了一种用于通过使亚乙基二氨基四（乙酸）与三氯化磷和亚 磷酸反应制备乙二胺四（亚甲基膦酸）的方法。
[0007] US 3, 451，937专利要求一种洗涤剂组合物，该组合物主要由（A) -种可溶于水的 有机洗涤剂和（B)乙烷羟基三膦酸或其盐组成。在第4栏，第60行至75行中，披露了磷酰 乙酸（2摩尔）与六氧化四磷（1摩尔）的反应，其中该反应体系的C:P原子比为4:6,其中 以高产率生产了乙烷-1-羟基-1，1，2-三膦酸。
[0008] EP 2112156专利申请披露了一种用于制造氨基亚烷基膦酸的方法，该方法包括以 下步骤：将六氧化四磷添加到一种含有均相的布朗斯台德酸的水性反应介质中，由此该六 氧化四磷将基本上定性地水解成亚磷酸，由此在该六氧化四磷水解完成后，该反应介质中 的游离水的水平是在按重量计从〇至40%的范围内。在一个随后的步骤中，将一种胺、甲醛 和另外的布朗斯台德酸添加到该反应介质中，此时，该反应完成，由此产生该氨基亚烷基膦 酸。在这种方法的一个变体中，可以在该六氧化四磷水解步骤之前或过程中添加该胺。
[0009] 本领域因此，如所预料，研宄活跃并拥有制造此类化合物的方法。目前技术水平的 α-氨基亚烷基膦酸的制造是以转化由三氯化磷水解产生的亚磷酸或经过添加盐酸转化亚 磷酸为前提的，该盐酸可部分地或全部以胺盐酸盐的形式添加。
[0010] 基于三氯化磷水解的目前的技术受制于众所周知的在从存在盐酸至损失三氯化 磷（由于挥发性和盐酸的夹带）范围内的缺陷。此外，控制反应温度对于限制三氯化磷损 失（bp. 76°C )和避免形成磷的低级氧化物（造成安全问题）是关键性的。
[0011] 用于制备氨基亚甲基膦酸的另外的方法，其中使胺与一种醛或酮和一种三价磷的 化合物（如亚磷酸、亚磷酸的酯、或三卤化磷）进行反应，总的来说的特征为相当低的产率， 这些产率通常不超过约55%至60%。这些低产率是由于形成副产物，以及具有不同亚烷基 膦酸取代度的终产物。分离和纯化因此变成一项困难的且麻烦的工作。
[0012] 因此，对通过技术上新的，但还是经济上可接受的途径以与长期的期望相符的优 异方式获得α-氨基亚烷基膦酸化合物存在需求。
[0013] 根据以上所述，完全出人意料的是一种α-氨基亚烷基羧酸的羧基可以通过该 氨基亚烷基羧酸与六氧化四磷的反应被膦酸基团代替。与其相反，如像在US专利 3, 451，937中所披露的，该羧基与该六氧化四磷以一种完全不同的方式进行反应。 发明目的
[0014] 本发明的目的是提供一种新的且有效的α -氨基亚烷基膦酸或其膦酸酯的合成， 该合成不具有现有技术方法的缺点。本发明的另一个目的是提供一种一步合成方法，该方 法能够选择性地以高纯度和高产率提供优越的化合物等级。本发明的又另一个目的是以一 种缩短的且能量高效的方式合成这些膦酸化合物。 发明概沭
[0015] 本发明披露了一种用于合成α -氨基亚烷基膦酸或其酯的方法，所述方法包括以 下步骤： -a)通过混合包含一个或多个P-O-P酸酐部分的化合物、α -氨基亚烷基羧酸和酸催化 剂形成一种反应混合物，所述酸酐部分包含一个处于氧化态（+III)的P原子和另一个处于 氧化态（+III)或（+V)的P原子，其中 所述包含一个或多个P-O-P酸酐部分的化合物选自由以下项组成的组： -六氧化四磷，焦亚磷酸四乙酯，由一种或多种包含一个或多个P-OH部分的化合物与 一种或多种包含一个或多个P-O-P酸酐部分的化合物的组合获得的一种化合物，其中一种 或多种化合物的P原子是处于氧化态（+III)并且其中所述具有一个或多个P-OH部分的化 合物是通过一个〉P( = 〇)Η部分的互变异构化可获得的；以及 -由一种或多种具有2个或更多个P-O-P部分的化合物与水的组合获得的一种化合物， 其中所述P-O-P部分具有一个处于氧化态（+III)的P原子和一个处于氧化态（+III)或 (+V)的P原子； 并且其中 所述反应混合物包含至少0. 2的α -氨基亚烷基羧酸与P-O-P酸酐部分的当量比，并 且 _b)从所述反应混合物中回收所产生的α-氨基亚烷基膦酸化合物或其酯。
[0016] 本发明的优选实施例披露了以下特征的一项或多项： -所述反应混合物通过将一种包含P-O-P酸酐部分、具有一个处于氧化态（+III)的P 原子和另一个处于氧化态（+III)或（+V)的P原子的化合物逐渐添加到一种包含α-氨基 亚烷基羧酸和酸催化剂的混合物中形成； -所述反应混合物通过将一种包含α-氨基亚烷基羧酸和酸催化剂的混合物逐渐添加 到一种包含P-O-P酸酐部分、具有一个处于氧化态（+III)的P原子和另一个处于氧化态 (+III)或（+V)的P原子的化合物中形成； -所述用于合成α-氨基亚烷基膦酸或其酯的方法包括以下附加步骤： -在完成α-氨基亚烷基羧酸到α-氨基亚烷基膦酸的转化后将水添加到所述反应混 合物中； -使所述包含添加的水的反应混合物达到包括在20°C与100°C之间的温度并且 -将所述包含添加的水的反应混合物维持在所述温度下持续至少10分钟； -所述包含P-O-P酸酐部分的化合物选自由以下各项组成的组：六氧化四磷、焦亚磷酸 四乙酯以及化合物由亚磷酸与六氧化四磷的组合、亚磷酸与十氧化四磷的组合、亚磷酸二 甲酯与十氧化四磷的组合以及六氧化四磷与水的组合获得的包含P-O-P酸酐部分； -所述包含P-O-P酸酐部分的化合物是六氧化四磷； -所述包含α-氨基亚烷基羧酸的化合物具有以下通式： R1-N(Ra) -CR3R4-CO2M 其中R1可以是一个取代的C或取代的S原子；R2可以是一个H原子、取代的C或取代 的S原子；R3和R4可以独立地是一个H原子或取代的C原子：M可以是一个H原子或碱金 属或碱土金属； -所述包含α-氨基亚烷基羧酸的化合物选自： a) -种化合物，其中N原子通过用吸电子基团或能够使N孤对电子部分离域的基团取 代所述N原子而具有低碱度； b) -种多胺，其中存在至少两个N原子并且每个N原子通过至少两个碳原子与下一个 邻近的N原子隔开； c) 一种其中N原子被烷基取代的化合物； -所述包含α-氨基亚烷基羧酸的化合物选自： a) 次氨基三乙酸，乙二胺四乙酸，二亚乙基三胺五乙酸，N-苄基亚氨基二乙酸，N-甲基 亚氨基二乙酸，亚氨基二乙酸，N，N-双（羧甲基）-1-谷氨酸，N，N-双（羧甲基）-丙氨酸三 钠，N-氰甲基丙氨酸，N，N-双（氰基甲基）-甘氨酸，4-吗啉代乙酸，焦谷氨酸，N-乙酰基甘 氨酸，N，N-双（羧甲基）-6-氨基己酸，N-苯基甘氨酸，N-甲苯磺酰基甘氨酸，反式-1，2-环 己基二氨基四乙酸一水合物，N-膦酰基甲基亚氨基二乙酸，接枝在树脂上的亚氨基二乙酸 如像酸化的安柏莱特（Amberlite) IRC748i ; b) 1，4, 7, 10-四氮杂十二烷-1，4, 7, 10-四乙酸，反式-1，2-环己基二氨基四乙酸一水 合物； c) N，N' -二甲基甘氨酸。 -所述酸催化剂是一种均相的布朗斯台德酸催化剂，优选选自由以下项组成的组：甲 磺酸，三氟甲磺酸，乙酸，三氟乙酸，对甲苯磺酸，盐酸，亚磷酸，磷酸及其混合物。 -所述酸催化剂是一种多相的布朗斯台德酸催化剂，选自由以下项组成的组： (i) 原样的或负载在一种载体材料上的固体酸性金属氧化物的组合； (ii) 选自包括苯乙烯、乙基乙烯基苯和二乙烯基苯的共聚物的组、功能化的以便将 SO3H部分接枝到芳香基团上的阳离子交换树脂和带有羧酸基和/或磺酸基的全氟化的树 脂； (iii) 有机磺酸的、羧酸的和膦酸的布朗斯台德酸（它们在所述反应温度下在所述反 应介质中是基本上不混溶的）； (iv) -种衍生自以下项的酸催化剂： -在其上沉积有有机布朗斯台德酸的具有孤对电子的一种固体载体的相互作用；或 -在其上沉积有具有路易斯酸位点的化合物的具有孤对电子的一种固体载体的相互作 用；或 -