СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКИЛАМИНОАЛКИЛЕНФОСФОНОВЫХ КИСЛОТ Российский патент 2013 года по МПК C07F9/38 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу получения алкиламиноалкиленфосфоновых кислот, где аминоалкильная группировка замещена радикалом, выбранным из ОН, OR', N, NH, NH₂, NHR', N(R')₂, S, HS и S-S. Для этого определенный фосфонатный исходный реагент взаимодействует с предшественником выбранного радикала в водно-щелочной среде, имеющей значение pH равное 8 или большее, при температуре 0°C или выше.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Алкиламиноалкиленфосфоновые кислоты хорошо известны и нашли широкое применение для уменьшения образования отложений (например, накипи) в водных системах, в частности в операциях, связанных с добычей нефти, в которых образуется вода, которая обычно отводится вместе с нефтью из устья скважины, часто отводимая вода содержит щелочноземельные металлы в высоких концентрациях и, следовательно, имеет высокий потенциал для образования отложений. В патентном документе GB 2306465 описан способ обработки воды для замедления образования отложений, содержащих барий, посредством добавления предельной концентрации смеси, замедляющей образование отложений, содержащей равные части алканоламинобис(алкиленфосфоновой кислоты) и межмолекулярного циклического фосфоната, который проявил себя как неэффективный при замедлении образования отложений в водной среде. Смесь алканоламинобис(алкиленфосфоновой кислоты), имеющей свойства, позволяющие контролировать образование отложений, и межмолекулярного циклического фосфоната, инертного в отношении контроля образования отложений, получают традиционным способом, посредством взаимодействия необходимых исходных материалов, а именно формальдегида, фосфористой кислоты и гидроксиалкиламина или гидроксиалкилалкиленамина в присутствии катализатора - неорганической кислоты. В патентном документе WO 2000/0018695 описан способ превращения смесей циклических (неактивных) фосфонатов и нециклических (активных) фосфонатов в бис(метиленфосфонаты) с открытом кольцом посредством длительного кипячения смеси при высоких значениях pH, равных или больших, чем 12.

В патентном документе US 4,330,487 описан способ получения N,N'-дизамещенных метиленфосфоновых кислот посредством взаимодействия α,ω-алкилендиаминов с формальдегидом и фосфористой кислотой в водной среде в соответствии с реакцией Манниха при значении pH обычно меньше, чем 1. Зайцев В.Н. и др., Известия Академии Наук, Серия химическая, (1999), 48(12), 2315-2320 описывают модифицированные кремнеземы, содержащие аминофосфоновые кислоты, ковалентно связанные на поверхности кремнезема.

В патентном документе DE 3128755 описаны 3-алкоксипропиленимино-бис(метиленфосфоновые кислоты), где алкильная группировка может содержать от 2 до 20 атомов углерода, способ получения соединений фосфоновой кислоты и их применение при флотационном обогащении несернистых минералов. Указанные соединения получают посредством взаимодействия алкоксипропиленамина с формальдегидом и фосфористой кислотой при значении pH реакционной смеси ниже 4, для получения оптимальных результатов более подходящим является значение pH ниже 2. Подходящие подкисляющие агенты включают соляную кислоту, бромистоводородную кислоту, серную кислоту, фосфорную кислоту и сульфоновые кислоты.

В патентном документе US 3,974,090 описаны иминоалкилиминофосфонаты и способ их получения. Для этого фосфористая кислота, формальдегид и амин взаимодействуют в кислой среде обычным образом. В патентном документе US 4,477,390 описаны растворы аминометиленфосфоновой кислоты, полученные и стабилизированные в кислых условиях. Соединение триаминтетра(метиленфосфоновой кислоты) получают с выходом 2%. Yoshiro Yokoyama, Bull. Chem. Soc. Jpn., 58, 3271-3276 (1985) описывает хелатообразующие фосфонатные смолы, полученные традиционным способом в кислых условиях. В патентном документе US 3,705,005 описаны аминоалкиленфосфонатные производные, такие как бис(аминоэтил) сульфид тетра(метиленфосфоновой кислоты). Последнее соединение получают в кислой среде совершенно традиционным способом. Патентный документ US 4,234,511 относится к аминоалкиленфосфонатам, таким как, например, получение гидрохлорида N,N'(диметиламино)-бис(фосфонометил)пропиламина с использованием в качестве исходного материала диметиламинопропиламина. Разумовский Н.О. и др. депонированная статья (1984), (ВИНИТИ 1784-84) 8 стр.описал серосодержащие метиленфосфоновые кислоты.

Значительные и развернутые научно-исследовательские работы не привели к результатам, позволяющим исправить производственные недостатки, известные из предшествующего уровня техники. Например, применение дифосфонатных ингибиторов образования отложений не обеспечивает конкурентоспособного подхода для эффективного коммерческого применения, по меньшей мере, частично из-за присутствия избыточных количеств по существу инертных по отношению к контролю образования отложений фосфонатов, таких как циклические фосфонаты.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основной задачей настоящего изобретения является разработка способа получения алкиламино-, особенно поли(алкиленфосфоновых кислот), предпочтительно бис(алкиленфосфоновых кислот), содержащих существенно уменьшенные количества инертных по отношению к, например, обработке воды, продуктов реакции. Другой задачей настоящего изобретения является разработка усовершенствованного, по существу, одностадийного способа получения выбранных алкиленфосфоновых кислот без образования чрезмерного количества побочных продуктов. Еще одной задачей настоящего изобретения является усовершенствование способа получения фосфоновой кислоты посредством упрощения технологической последовательности, например, без необходимости длительных корректировочных стадий гидролиза. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание высокоактивных агентов для обработки воды, например, тех, которые могут широко применяться для контроля образования отложений. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание простой методики для синтеза фосфонатных производных.

Перечисленные выше и другие задачи настоящего изобретения могут быть осуществлены с помощью способа получения, подробно описанного ниже, посредством взаимодействия в водной среде, имеющей по существу щелочное значение pH, строго определенного реакционноспособного фосфоната с нефосфонатным реагентом.

Термин «процент» или «%», как он использован в настоящем описании, обозначает, если не указано иное, «процент по массе» или «% по массе». Термины «фосфоновая кислота» или «фосфонат» также применяются как взаимозаменяемые в зависимости от преобладающих основных/кислотных условий среды.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению был разработан эффективный способ получения алкиленфосфоновых кислот. Более конкретно, способ согласно настоящему изобретению предназначен для получения фосфоновых кислот, имеющих формулу:

U-[X-N(W)(ZPO₃M₂)]_s

посредством взаимодействия соединения фосфоновой кислоты, имеющей формулу:

Y-X-N(W)(ZPO₃M₂)

с предшественником группировки: U,

где структурные элементы имеют следующие значения:

Y выбран из заместителей, сопряженные кислоты, которых имеют значение pKa равное или меньшее, чем 4,0;

X выбран из C₂-C₅₀ линейной, разветвленной, циклической или ароматической углеводородной цепи, которая может быть замещена C₁-C₁₂ линейной, разветвленной, циклической или ароматической группой, причем цепь и/или группа могут быть замещены OH, COOH, F, OR', R²O[A-O]_x-, где R² представляет собой C₁-C₅₀ линейную, разветвленную, циклическую или ароматическую углеводородную цепь и SR' группировками, где R' представляет собой C₁-C₅₀ линейную, разветвленную, циклическую или ароматическую углеводородную цепь, которая может быть замещена C₁-C₁₂ линейными, разветвленными, циклическими или ароматическими группами, причем указанные цепи и/или группы могут быть замещены COOH, OH, F, OR', SR' и [A-O]_x-A, где A представляет собой C₂-C₉ линейную, разветвленную, циклическую или ароматическую углеводородную цепь, а x представляет собой целое число от 1 до 200;

Z представляет собой C₁-C₆ алкиленовую цепь;

M выбран из H и C₁-C₂₀ линейных, разветвленных, циклических или ароматических углеводородных цепей;

W выбран из H, ZPO₃M₂ и [V-N(K)]_nK, где

V выбран из C₂-C₅₀ линейной, разветвленной, циклической или ароматической углеводородной цепи, которая может быть замещена C₁-C₁₂ линейными, разветвленными, циклическими или ароматическими группами, причем эти цепи и/или группы могут быть замещены OH, COOH, F, OR', R²O[A-O]_x-, где R² представляет собой C₁-C₅₀ линейную, разветвленную, циклическую или ароматическую углеводородную цепь или SR' группировками; и из [A-O]_x-A, где А представляет собой C₂-C₉ линейную, разветвленную, циклическую или ароматическую углеводородную цепь, а x представляет собой целое число от 1 до 200;

K представляет собой ZPO₃M₂ или H, а n представляет собой целое число от 0 до 200; и

U представляет собой группировку, выбранную из NH₂, NHR', N(R')₂, NH, N, OH, OR', S, HS и S-S, где R' является таким, как определено выше;

s представляет собой 1, если U обозначает NH₂, NHR', N(R')₂, OR', HS или OH; s представляет собой 2, если U обозначает NH, S или S-S; и s представляет собой 3, если U обозначает N;

в водной среде, имеющей значение pH, равное 8 или больше, при температуре 0°C или выше.

Y в исходном фосфонатном соединении представляет собой заместитель, сопряженная кислота которого имеет значение pKa равное или меньшее, чем 4,0, предпочтительно равное или меньшее, чем 1,0.

Величина pKa является хорошо известной переменной, которая может быть выражена следующим образом:

pKa=-log₁₀ka,

где Ka представляет собой константу диссоциации кислоты. Значения pKa для всех веществ, проявляющих кислотные свойства, известны из литературы или, при необходимости, могут быть легко определены. Упомянутые значения приведены, например, в Справочнике по химии и физике.

Y предпочтительно может быть выбран из Cl, Br, I, HSO₄, NO₃, CH₃SO₃ и п-тоуолсульфоната и их смесей.

При определении X, R², R', A и V, C_x-_y линейная или разветвленная углеводородная цепь предпочтительно представляет собой линейный или разветвленный алкандиил с соответствующей длиной цепи. Циклическая углеводородная цепь предпочтительно представляет собой C₃-C₁₀-циклоалкандиил. Ароматическая углеводородная цепь предпочтительно представляет собой C₆-C₁₂-арендиил. Если указанные выше углеводородные цепи замещены, то предпочтительными заместителями являются линейный или разветвленный алкил с соответствующей длиной цепи, C₃-C₁₀-циклоалкил или C₆-C₁₂-арил. Все указанные группы могут быть дополнительно замещены группами, указанными в списке соответствующими символами.

Предпочтительные и наиболее предпочтительные значения длин цепей для алкановых группировок указаны в списке отдельными символами. Из циклических группировок более предпочтительной является группировка циклогексана, в случае циклогександиила особенно предпочтительной является циклогексан-1,4-диил группировка. Из ароматических группировок предпочтительными являются фенилен или фенил, в случае фенилена особенно предпочтительным является 1,4-фенилен.

Индивидуальные группировки фосфоната, участвующего в реакции, могут быть выбраны из нижеприведенного списка в соответствии с предпочтительным способом.

Группировка Предпочтительно Наиболее предпочтительно X C₂-C₃₀ C₂-C₁₂   [А-O]_x-A [A-O]_x-A V C₂-C₃₀ C₂-C₁₂   [А-O]_x-A [A-O]_x-A где для обоих Х и V независимо A C₂-C₆ C₂-C₄ x 1-100 1-100 Z C₁-C₃ C₁ M Н, C₁-C₆ Н, C₁-C₄ n 1-100 1-25 R² C₁-C₃₀ C₁-C₁₂

Группировки U могут быть получены из хорошо известных и легко доступных в данной области техники предшественников, которые могут вступать в реакцию с реакционноспособным соединением фосфоновой кислоты. Примеры предпочтительных предшественников для индивидуальных группировок U перечислены ниже:

Предшественник U группировка NH₃ NH₂ NH₂R' NHR' NH(R')₂ N(R')₂ NH₃ NH NH₃ N OH^- OH HOR'; R'O^- OR' Na₂S S Тиомочевина SH Na₂S₂ S-S

Заместители R' в N(R')₂ группировке могут быть одинаковыми или различными.

Фосфонатные соединения согласно настоящему изобретению могут быть синтезированы с помощью традиционных способов, хорошо известных в данной области техники.

Согласно одному подходу исходный материал - реакционноспособный фосфонат и другой реагент, являющийся предшественником группировки U обычно объединяют в водной среде в стехиометрических количествах, тем самым принимая во внимание регулируемые параметры, такие как необходимая степень замещения. Реакцию проводят в щелочных условиях, обычно при значении pH, равном 8 или более, предпочтительно при значении pH, находящемся в диапазоне от 9 до 14. Значение pH измеряют в реакционной среде, в реальных условиях, при температуре реакции. Как правило, температура реакции составляет больше 0°C и обычно находится в диапазоне от 10°C до 120°C. Высокие температуры реакции могут быть использованы при условии присутствия достаточной защитной оболочки от давления, например, с помощью стандартных емкостей высокого давления.

Выделение продуктов реакции предпочтительно осуществляют способом, известным специалистам в данной области техники. Например, свободные фосфоновые кислоты могут быть осаждены, например, посредством подкисления реакционной смеси, в частности, концентрированной соляной кислотой, затем отфильтрованы, промыты и высушены. Дальнейшая очистка может, например, осуществляться посредством перекристаллизации или хроматографическими методами.

Фосфонаты, полученные способом согласно настоящему изобретению предпочтительно применяются в химической и фармацевтической промышленностях, текстильной промышленности, нефтяной промышленности, бумажной промышленности, сахарной промышленности, пивной промышленности, агрохимической промышленности и в сельском хозяйстве.

Предпочтительными являются применения в качестве диспергирующих агентов, агентов для обработки воды, ингибиторов образования отложений, лекарственных средств и фармацевтически активных полупродуктов, моющих средств, агентов для добычи нефти вторичными методами, удобрений и питательных микроэлементов (для растений).

Примеры 1-14, которые относятся к способам получения согласно настоящему изобретению, были осуществлены следующим образом:

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ Пример 1

111,48 г (0,4 моль) 96% чистой 2-хлорэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) (CEIBMPA) смешивают при перемешивании с 300 мл воды. 30 г 50% водного раствора гидроксида натрия (0,375 моль) разбавляют водой до 100 мл и добавляют при перемешивании и температуре ниже 10°C к водному раствору CEIBMPA. Затем полученную смесь в течение 160 минут добавляют к 162 г (2,025 моль) 50% водного раствора гидроксида натрия при интенсивном перемешивании и температуре между 95°C и 100°C. Затем продолжают выдерживание при 100°C в течении 60 мин. ³¹P ЯМР анализ полученного неочищенного продукта реакции показывает присутствие 88,3% гидрокси гомолога CEIBMPA, соответствующий циклический сложный эфир фосфоната в неочищенном продукте отсутствует.

Пример 2

55,74 г (0,2 моль) 96% чистой 2-хлорэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) смешивают при перемешивании и температуре 10°C с 75 мл воды. К полученной суспензии при перемешивании и температуре между 6°C и 8°C добавляют раствор 15 г (0,1875 моль) 50% гидроксида натрия, разбавленного водой до объема 60 мл. Затем полученную смесь еще раз разбавляют водой до общего объема 200 мл (раствор 1). 49 г (0,6125 моль) 50% раствора гидроксида натрия разбавляют водой до объема 75 мл (раствор 2). Растворы 1 и 2 добавляют к 59,11 г (1 моль) н-пропиламина, разбавляют 100 мл воды при перемешивании и температуре 40°C в течение 70 минут. ³¹P ЯМР анализ полученного продукта реакции показывает присутствие 81,6% фосфоновой кислоты, N-н-пропилэтилендиамина-N',N'-бис(метиленфосфоновой кислоты), 6,8% гидрокси(этилбис(метиленфосфоновой кислоты)) и 11,6% N-н-пропилбис(этилендиамин-N',N'-бис(метиленфосфоновой кислоты)).

Пример 3

55,72 г (0,2 моль) 96% чистой 2-хлорэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) смешивают при перемешивании и температуре 10°C со 150 мл воды. К полученной суспензии при перемешивании и температуре между 6°C и 8°C добавляют раствор 15 г (0,1875 моль) 50% гидроксида натрия, разбавленного водой до объема 50 мл. Полученный раствор добавляют при комнатной температуре и при перемешивании к 272 г (4 моль) 25% раствора аммиака в течение 120 минут с последующим нагреванием и выдерживанием полученной смеси при 95°C в течение 180 минут. ³¹P ЯМР анализ полученного продукта реакции показывает присутствие 95% аминоэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) и 5% 2-гидроксиэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) (HOEIBMPA).

Пример 4

111,48 г (0,4 моль) 96% чистой 2-хлорэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) смешивают при перемешивании и температуре 10°C со 150 мл воды. К полученной суспензии при перемешивании и температуре между 6°C и 8°C добавляют раствор 30 г (0,375 моль) 50% гидроксида натрия, разбавленного водой до объема 100 мл (раствор 1). 138 г (1,725 моль) гидроксида натрия разбавляют водой до объема 250 мл (раствор 2). Растворы 1 и 2 при перемешивании и температуре между 6°C и 8°C добавляют к 13,6 г (0,2 моль) 25% раствора аммиака в течение 135 минут с последующим нагреванием и выдерживанием полученной смеси при 95°C в течение 240 минут. ³¹P ЯМР анализ полученного продукта реакции показывает присутствие 38,5% 2-аминоэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты), 32,5% иминобис[этилиминобис(метиленфосфоновой кислоты)] и 8% 2-гидрокси EIBMPA.

Пример 5

111,48 г (0,4 моль) 96% чистой 2-хлорэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) смешивают при перемешивании и температуре 10°C с 300 мл воды. К полученной суспензии при перемешивании и температуре между 6°C и 8°C добавляют раствор 30 г (0,375 моль) 50% гидроксида натрия, разбавленного водой до объема 100 мл (раствор 1). 130 г (1,625 моль) 50% раствора гидроксида натрия разбавляют водой до объема 250 мл (раствор 2). Растворы 1 и 2 при перемешивании и температуре между 6°C и 8°C добавляют к 54,4 г (0,8 моль) 25% раствора аммиака в течение 180 минут с последующим нагреванием и выдерживанием полученной смеси при температуре между 60°C и 80°C в течение 300 минут. ³¹P ЯМР анализ полученного продукта реакции показывает присутствие 22% 2-аминоэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты), 56,2% иминобис[этилиминобис(метиленфосфоновой кислоты)], 11,8% нитрило трис[этилиминобис(метиленфосфоновой кислоты)] и 9,8% гидрокси EIBMPA.

Пример 6

55,72 г (0,2 моль) 96% чистой 2-хлорэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) смешивают при перемешивании и температуре 10°C со 150 мл воды. К полученной суспензии при перемешивании и температуре между 6°C и 8°C добавляют раствор 15 г (0,1875 моль) 50% гидроксида натрия, разбавленного водой до объема 50 мл (раствор 1). 97 г (1,2125 моль) 50% раствора гидроксида натрия разбавляют водой до объема 120 мл (раствор 2).

Растворы 1 и 2 при перемешивании и комнатной температуре добавляют к 4,56 г (0,067 моль) 25% раствора аммиака в течение 150 минут с последующим нагреванием и выдерживанием полученной смеси при 95°C в течение 240 минут. ³¹P ЯМР анализ полученного продукта реакции показывает присутствие 19,9% иминобис[этилиминобис(метиленфосфоновой кислоты)], 76,3% нитрилотрис[этилиминобис(метиленфосфоновой кислоты)] и 3,8% гидрокси EIBMPA.

Сравнительный пример 7

20,44 г (0,2 моль) н-пропилэтилендиамина смешивают с 32,8 г (0,4 моль) фосфористой кислоты и 59,12 г (0,6 моль) 37% водного раствора HCl. Полученный раствор нагревают при перемешивании до 107°C и в течение 25 минут добавляют 36,10 г (0,44 моль) 36,6% водного раствора формальдегида. Выдерживание при 107°C продолжают еще в течение 120 минут. ³¹P ЯМР анализ полученного продукта реакции показывает присутствие 37,2% н-пропилэтилендиаминтри(метиленфосфоновой кислоты), 28% N-н-пропил-N-метиленфосфоновой кислоты этилендиамина, 10,6% N-н-пропилэтилендиамина-N',N'-бис(метиленфосфоновой кислоты), а также 11,6% непрореагировавшей фосфористой кислоты.

Сравнительный пример 8

Взаимодействие этилендиамина с фосфористой кислотой и формальдегидом в присутствии HCI в соответствии с методикой D. Redmore et al. in Phosphorus and Sulfur, 1983, Vol 16, pp 233-238.

30 г (0,5 моль) этилендиамина смешивают с 82 г (1 моль) фосфористой кислоты, 250 мл воды и 250 мл (2,69 моль) 37% водного раствора HCl. Полученный раствор нагревают при перемешивании до 110°C и в течение 60 минут добавляют 90,25 г (1,1 моль) 36,6% водного раствора формальдегида. Выдерживание при 110°C продолжают еще в течение 120 минут. ³¹P ЯМР анализ полученного продукта реакции показывает присутствие в качестве основных компонентов 25,2% этилендиаминтетра(метиленфосфоновой кислоты), 48,4% 2-аминоэтилиминобис (метиленфосфоновой кислоты), 10,1% этилендиаминтри(метиленфосфоновой кислоты) и 4,7% N-метилэтилендиаминтри(метиленфосфоновой кислоты).

Пример 9

38,86 г (0,4 моль) диаллиламина смешивают с 200 мл этанола и 100 мл воды. 111,48 г (0,4 моль) 96% чистой 2-хлорэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) смешивают при 10°С со 150 г воды и 30 г (0,375 моль) 50% раствора гидроксида натрия, разбавленного водой до объема 120 мл (раствор 1). 98 г (1,225 моль) 50% раствора гидроксида натрия разбавляют водой до объема 150 мл (раствор 2).

Растворы 1 и 2 добавляют к раствору, содержащему диаллиламин, при перемешивании и температуре 70-75°C. Выдерживание при 75°C продолжают еще в течение 3 часов. ³¹P ЯМР анализ полученного продукта реакции показывает присутствие 63% диаллиламиномоно-этил-2-иминобис(метиленфосфоновой кислоты) и 10% 2-гидроксиэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты).

Пример 10

58,66 г (0,2 моль) 96% чистой 3-хлорпропилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) смешивают при перемешивании и температуре 10°C со 100 мл воды. К полученной суспензии при перемешивании и температуре между 6°C и 8°C добавляют раствор 32 г (0,4 моль) 50% гидроксида натрия, разбавленного водой до объема 100 мл. 18,8 г (0,2 моль) фенола смешивают со 100 мл воды и 32 г (0,4 моль) 50% водного раствора гидроксида натрия. Полученный раствор при температуре 8°C добавляют к раствору, содержащему 3-хлорпропилиминобис(метиленфосфоновую кислоту). Затем 24 г (0,3 моль) 50% раствора гидроксида натрия, разбавленного водой до 50 мл, добавляют к реакционной смеси при 8°C, и полученную смесь нагревают и выдерживают при 100°C в течение 6 часов. При комнатной температуре к полученной смеси добавляют 80 мл концентрированной соляной кислоты, что приводит к образованию белого осадка, который затем собирают с помощью фильтрования. После промывки и сушки получают белый порошок (выход составляет 44,08 г или 65%). ³¹P ЯМР анализ полученного продукта реакции показывает присутствие 98% 3-феноксипропилбис(метиленфосфоновой кислоты).

Пример 11

26,41 г (0,2 моль) тригидрата сульфида натрия растворяют в 70 мл воды. 58,65 г (0,2 моль) 96% чистой 3-хлорпропилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) смешивают при перемешивании и температуре 10°C со 100 мл воды и 16 г (0,2 моль) 50% раствора гидроксида натрия (раствор 1). 44 г (0,55 моль) 50% раствора гидроксида натрия разбавляют водой до объема 70 мл (раствор 2).

Растворы 1 и 2 при интенсивном перемешивании и температуре 70°C добавляют к раствору, содержащему сульфид, выдерживание продолжают в течение 3 часов, после того, как добавление будет закончено. ³¹P ЯМР анализ полученного продукта реакции показывает присутствие 89% сульфида ди[пропил-3-иминобис(метиленфосфоновой кислоты)] и 11% соответствующего тиола.

Пример 12

26,41 г (0,2 моль) тригидрата сульфида натрия растворяют в 70 мл воды. 55,7 г (0,2 моль) 2-хлорэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) смешивают при перемешивании и температуре 10°C с 75 мл воды и 15 г (0,1875 моль) 50% раствора гидроксида натрия (раствор 1). 49 г (0,6125 моль) 50% раствора гидроксида натрия разбавляют водой до объема 100 мл (раствор 2). Растворы 1 и 2 при интенсивном перемешивании и температуре 10°C добавляют к раствору, содержащему сульфид. Затем реакционную смесь при перемешивании выдерживают при 80°C в течение 4 часов. ³¹P ЯМР анализ полученного продукта реакции показывает присутствие 88% сульфида ди[этил-2-иминобис(метиленфосфоновой кислоты)] и 12% соответствующей 2-гидроксиэтилиминобис(метиленфосфоновой кислоты).

Пример 13

58,66 г (0,2 моль) 96% чистой 3-хлорпропилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) смешивают при перемешивании и температуре 10°C с 100 мл воды. К полученной суспензии при перемешивании и температуре 10°C добавляют раствор 16 г (0,2 моль) 50% гидроксида натрия, разбавленного водой до объема 60 мл (раствор 1). Раствор дисульфида натрия получают смешиванием 26,41 г (0,2 моль) тригидрата сульфида натрия с 6,4 г (0,2 моль) серы в 100 мл воды при перемешивании до полного растворения серы. 44 г (0,55 моль) 50% раствора гидроксида натрия разбавляют водой до объема 70 мл (раствор 2). Растворы 1 и 2 при перемешивании и комнатной температуре добавляют к раствору, содержащему дисульфид, а затем полученную смесь нагревают и выдерживают при 95°C в течение 3 часов. ³¹P ЯМР анализ реакционной смеси показывает присутствие 58% дисульфида ди[пропилиминобис(метиленфосфоновой кислоты)], 20% соответствующего моносульфида и 9% гидроксипропилиминобис (метиленфосфоновой кислоты).

Пример 14

58,66 г (0,2 моль) 96% чистой 3-хлорпропилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) смешивают при перемешивании и температуре 10°C с 100 мл воды. К полученной суспензии при перемешивании и температуре 10°C добавляют раствор 32 г (0,4 моль) 50% гидроксида натрия, разбавленного водой до объема 100 мл (раствор 1). 15,22 г (0,2 моль) тиомочевины смешивают с 50 мл воды (раствор 2). Раствор 2 добавляют к раствору 1 при перемешивании и температуре 10°C. После завершения добавления при перемешивании и температуре 10°C к полученной смеси добавляют 16 г (0,2 моль) 50% раствора гидроксида натрия, разбавленного водой до объема 60 мл. Полученную реакционную смесь нагревают и выдерживают при 95°C в течение 7 часов. Затем при комнатной температуре к реакционной смеси добавляют 32 г (0,4 моль) 50% раствора гидроксида натрия, и полученную смесь нагревают до 100°C и выдерживают при этой температуре и перемешивании в течение 2 часов. ³¹P ЯМР анализ реакционной смеси показывает присутствие 53% пропилиминобис(метиленфосфоновой кислоты) натрий тиолата, 17% сульфида ди[пропилиминобис(метиленфосфоновой кислоты)] и 16% гидроксипропилиминобис(метиленфосфоновой кислоты).

Результаты исследований подтверждают существенные преимущества заявляемой технологии по сравнению с существующим уровнем техники. В частности:

Пример 1 показывает, что, в отличие от патентного документа GB 2306465, способы согласно настоящему изобретению приводят к продуктам реакции, по существу, не содержащим циклических фосфонатов, которые являются неэффективными, например, при их применении при обработке воды.

Пример 2, описывающий способ согласно настоящему изобретению, по сравнению со Сравнительным примером 7, освещает селективность по отношению к желаемым соединениям, таким как н-пропиламиноэтилиминобис(метиленфосфоновая кислота). Выход указанного соединения согласно способу, описанному в Примере 2, составляет 81,6%, выход, соединения согласно способу, описанному в Примере 7, составляет 10,6%.

Пример 3, описывает способ, согласно которому получают аминоэтилимино бис(метиленфосфоновую кислоту) с выходом 95%, по сравнению выходом указанного соединения, составляющим 48,8%, согласно Сравнительному примеру 8.

Пример 4 описывает получение 38,5% аминосоединения совместно с 32,5% соединения, имеющего первичный амин, полностью замещенный метиленфосфоновыми группировками, при сохранении незамещенными вторичных аминогрупп. Такие смеси не могут быть синтезированы известными способами. Результаты научных наблюдений в отношении Примера 4 являются в равной степени применимыми и для Примера 5, приводящего к получению 56,2% соединения, включающего непрореагировавший вторичный амин и первичный амин, полностью замещенный метиленфосфоновыми группировками. Такой продукт не может быть получен в значимых количествах с помощью традиционных способов. В этом отношении Примеры 1-34, описанные в патентном документе US 4,477,390, иллюстрируют получение непрореагировавшего вторичного амина на уровне 2%, по сравнению с 56,2% согласно Примеру 5. Результаты настоящих исследований являются одинаково неожиданными по сравнению с результатами исследований, описанными в патентном документе US 3,974,090. Пример 2, описанный в указанном патентном документе, описывает преимущественную конверсию полностью фосфонированных соединений, по сравнению с 56,2% непрореагировавшего вторичного амина, полученного в Примере 5 согласно настоящему изобретению.

Аналогично, Пример 6 согласно настоящему изобретению описывает получение 76,3% аминотрисфосфонатного соединения по сравнению с 49% в соответствии с Примером 1, описанным в патентном документе US 3,974,090.

Кроме того, способ согласно настоящему изобретению позволяет легко вводить новые заместители в соединения, начиная с предварительно синтезированных аминов, по сравнению с трудоемкими подходами, известными из уровня техники.

Пример 9 иллюстрирует возможность получения с высокими выходами бис(метиленфосфоновой кислоты) этилендиамина, тем самым вторичный азот несет два аллильных (R') заместителя. При использовании традиционного способа, указанный синтез будет начинаться с N,N-ди(аллил)этилендиамина, получить который трудно и дорого.

Примеры 10-14 описывают получение различных производных с высокими выходами. Сопоставимые с Примером 9, указанные способы демонстрируют универсальность способа согласно настоящему изобретению по сравнению с тем, что может быть сделано, используя линейные подходы, известные из уровня техники.

Настоящее изобретение относится к способу получения алкиламиноалкиленфосфоновых кислот формулы U-[X-N(W)(ZPO₃M₂)]_s, который может быть использован в химической промышленности. Предложенный способ состоит во взаимодействии соединения формулы Y-X-N(W)(ZPO₃M₂) с предшественником для группировки U, выбранным из NH₃, NH₂R', NH(R')₂, HOR', NaOH, Na₂S, тиомочевины и Na₂S₂, где Y представляет собой хлор, X представляет собой C₂-C₃ линейный алкил, Z представляет собой C₁ алкилен, M представляет собой H; W представляет собой ZPO₃M₂, U выбран из NH₂, NHR', N(R')₂, NH, N, OH, OR, S, SH и S-S, R' представляет собой фенил или C₁-C₃ линейный алкил, s представляет собой 1, если U обозначает NH₂, NHR', N(R')₂, HS, OR или ОН; s представляет собой 2, если U обозначает NH, S или S-S; и s представляет собой 3, если U обозначает N, в водной среде при pH, равном 8 или больше, при температуре от 10°C до 110°C. Предложен новый эффективный способ получения алкиламиноалкиленфосфоновых кислот. 2 з.п., 14 пр.

1. Способ получения алкиламиноалкиленфосфоновых кислот, имеющих формулу:
U-[X-N(W)(ZPO₃M₂)]_s
посредством взаимодействия соединения фосфоновой кислоты, имеющей формулу:
Y-X-N(W)(ZPO₃M₂)
с предшественником для группировки U, выбранным из NH₃, NH₂R', NH(R')₂, HOR', NaOH, Na₂S, тиомочевины и Na₂S₂,
где структурные элементы имеют следующие значения:
Y представляет собой хлор;
X представляет собой C₂-C₃ линейные углеводородные цепи;
Z представляет собой C₁ алкилен;
М представляет собой H;
W представляет собой ZPO₃M₂,
U представляет собой группировку, выбранную из NH₂, NHR', N(R')₂, NH, N, OH, OR', S, SH и S-S, где R' представляет собой фенил или C₁-C₃ линейную углеводородную цепь;
s представляет собой 1, если U обозначает NH₂, NHR', N(R')₂, HS, OR' или OH; s представляет собой 2, если U обозначает NH, S или S-S; и s представляет собой 3, если U обозначает N;
в водной среде, имеющей значение pH, равное 8 или больше, при температуре от 10°C до 110°C.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение pH реакционной смеси находится в диапазоне от 9 до 14.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что U выбран из NH₂, NHR', N(R')₂, NH и N.