СПОСОБ СИНТЕЗА N-(ФОСФОНОМЕТИЛ)ГЛИЦИНА Российский патент 2018 года по МПК C07F9/38 A01N57/20 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к новому способу синтеза N-(фосфонометил)глицина или одного из его производных.

Уровень техники

[0002] N-(фосфонометил)глицин, известный в области агрохимикатов как глифосат, представляет собой высокоэффективное и коммерчески значимое фитотоксичное средство широкого спектра, применимое при контроле роста прорастающих семян, появляющихся всходов, укоренившейся и созревающей древесной и травянистой растительности, а также водных растений. Глифосат применяют в качестве послевсходового гербицида системного действия для контроля роста широкого спектра однолетних и многолетних трав, а также видов широколиственных сорных трав на обрабатываемых посевных площадях, в том числе при производстве хлопчатника.

[0003] Глифосат и его соли традиционно применяют в водных гербицидных составах, обычно содержащих одно или несколько поверхностно-активных веществ, по отношению к тканям листа (т.е. листве или другим фотосинтезирующим органам) целевого растения. После применения глифосат поглощается тканями листа и перемещается по растению. Глифосат неконкурентно блокирует важный биохимический путь, который является общим практически для всех растений. Более конкретно, глифосат ингибирует путь шикимовой кислоты, который приводит к биосинтезу ароматических аминокислот. Глифосат ингибирует превращение фосфоенолпировиноградной кислоты и 3-фосфошикимовой кислоты в 5-енолпирувил-3-фосфошикимовую кислоту посредством ингибирования фермента 5-енолпирувил-3-фосфошикимовая кислота синтазы (EPSP синтаза или EPSPS), находящегося в растениях.

[0004] Хорошо известны несколько технологических путей получения посредством которых может быть получен глифосат, например, химические пути, предложенные в патенте США №3969398; патенте Канады №1039739; патенте США №3799758; патенте США №3927080; патенте США №4237065 и патенте США №4065491, но все эти пути предусматривают несколько недостатков, включая потери продукта, проблемы защиты окружающей среды и ко всему прочему неприемлемые результаты с экономической точки зрения.

[0005] Основной путь получения основывается на фосфонометилировании карбоксиметилированного карбамоильного соединения.

[0006] В патентной заявке WO 9835930 раскрыт способ получения N-ацетил-аминокарбоновой кислоты посредством реакции карбоксиметилирования. В этой реакции образуется реакционная смесь, которая содержит пару оснований, монооксид углерода, водород и альдегид, особенно формальдегид. Пара оснований образована реакцией карбамоильного соединения и предшественника катализатора карбоксиметилирования. В целом, карбамоильное соединение представляет собой амид, мочевину или карбамат; предшественник катализатора карбоксиметилирования может представлять собой любую композицию, о которой известно, что она может быть применимой в реакциях карбоксиметилирования, и которая обычно содержит металл из группы VIII периодической таблицы. В предпочтительном варианте осуществления карбамоильное соединение и альдегид выбирают для получекуния N-ацетил-аминокарбоновой кислоты, которая легко превращается в N-(фосфонометил)глицин или его соль или сложный эфир посредством реакции с источником фосфора и источником альдегида. Для конкретного случая, когда ацетамид превращают в N-ацетил-иминодиуксусную кислоту посредством карбоксиметилирования, гидролиз и фосфонометилирование N-ацетил-иминодиуксусной кислоты приводит в результате к образованию N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты, которую затем окисляют в присутствии углеродного катализатора или платинового катализатора на углеродной подложке с получением N-(фосфонометил)глицина. С другой стороны, N-ацетил-иминодиуксусная кислота может подвергаться циклодимеризации с образованием N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина и уксусной кислоты. N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин затем дополнительно приводят в реакцию с источником фосфористой кислоты и источником формальдегида с образованием N-(фосфонометил)иминодикарбоновой кислоты, которую затем окисляют в присутствии углеродного катализатора или платинового катализатора на углеродной подложке с получением N-(фосфонометил)глицина.

[0007] В патентной заявке WO 0009520 раскрыт способ, при котором N-ацетилиминодиуксусная кислота образуется посредством непрерывной реакции амидокарбоксиметилирования. В этой реакции N-(ацетил)иминодиуксусная кислота образуется в реакторной системе для амидокарбоксиметилирования, в которую непрерывно подают источник каждого из следующего: (1) ацетамида или производного ацетамида, (2) формальдегида или вещества, образующего формальдегид, или производного формальдегида, (3) катализатора карбонилирования, (4) монооксида углерода и необязательно (5) водорода. N-(ацетил)иминодиуксусную кислоту либо (1) приводят в реакцию с источником фосфор и источником формальдегида в присутствии кислоты с образованием продукта реакции фосфонометилирования, содержащего N-(фосфонометил)иминодиуксусную кислоту и уксусную кислоту, либо (2) подвергают деацетилированию и циклизации с образованием 2,5-дикетопиперазинового производного, а затем приводят в реакцию с источником фосфора и источником формальдегида в присутствии кислоты с образованием продукта реакции фосфонометилирования, содержащего N-(фосфонометил)иминодиуксусную кислоту и уксусную кислоту. В любом случае, N-(фосфонометил)иминодиуксусную кислоту осаждают и выделяют осадок.

[0008] В патентной заявке WO 0192208 раскрыт способ получения аминокарбоновых кислот, N-ацетил-аминокарбоновых кислот или их производных посредством карбоксиметилирования амидного соединения, соединения-предшественника амида или соединения-источника амида в присутствии предшественника катализатора карбоксиметилирования, который, в целом, содержит металл из группы VIII периодической таблицы, и который предпочтительно содержит кобальт, и промотора. В предпочтительном варианте осуществления промотор представляет собой промотор на основе благородного металла на подложке. Реакционную смесь в реакции карбоксиметилирования образуют путем введения промотора, амидного соединения, соединения-предшественника амида или соединения-источника амида, монооксида углерода, водорода, альдегидного соединения или соединения-источника альдегида и предшественника катализатора карбоксиметилирования в реакционную зону карбоксиметилирования. В другом предпочтительном варианте осуществления амидное соединение и альдегид выбирают для получения N-ацетил-аминокарбоновой кислоты, которая легко превращается в N-(фосфонометил)глицин или его соль или сложный эфир.

[0009] В патентных заявках WO 9835930, WO 0009520 и WO 0192208 N-(фосфонометил)глицин можно получить в результате фосфонометилирования либо N-ацетил-аминоуксусной кислоты, либо N-ацетилиминодиуксусной кислоты, либо N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина, полученного в результате циклодимеризации N-ацетилиминодиуксусной кислоты. Если имеются трудности с N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазином, фосфонометилирование можно провести непосредственно на N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазине или на аминодиуксусной кислоте, полученной в результате гидролиза N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина. Кроме того, образуются N-(фосфонометил)глицин, уксусная кислота, формальдегид и диоксид углерода.

[0010] Циклодимеризация иминодиуксусной кислоты или ее производных уже являются объектом ряда публикаций.

[0011] О реакции циклизации иминодиуксусной кислоты в этаноле/водном растворе в присутствии хлорида никеля (II) сообщается в Silva and coworkers, Acta Crystallographica 2003, C59, pages 562-563. После 16 часов при 60°С раствор оставляли охлаждаться и медленно испаряться при комнатной температуре с получением небольших отдельных кристаллов 2,5-дикетопиперазин-1,4-диуксусной кислоты.

[0012] Превращение иминодиуксусной кислоты в 2,5-дикетопиперазин-1,4-диацетат в присутствии щавелевой кислоты, азотной кислоты и Ln₂O₃ (где Ln=Dy, Ho, Er или Yb) в воде наблюдали в ходе синтеза трехмерных координационных полимеров на основе лантаноидов, о которых сообщалось в Kong et al., Dalton Transactions, 2009, pages 1707-1709. Межмолекулярное связывание иминодиуксусной кислоты с отщеплением воды осуществляют при 180°С в течение 100 часов.

[0013] Zang и соавт. сообщают о циклодимеризации иминодиуксусной кислоты в присутствии фосфорной кислоты в Hecheng Ниахие 2008, 1, page 72. Раскрыто время реакции 12 часов при 170°С.

[0014] В Heterocycles 1997, 45, page 1679, Tapia-Benavidis и соавт. сообщают о циклодимеризации иминодиуксусной кислоты в толуоле в присутствии триэтилборана.

[0015] В патентных заявках WO 9835930, WO 0009520 и WO 0192208 циклодимеризацию N-ацетилглицина и N-ацетил-иминодиуксусной кислоты с 2,5-дикетопиперазином и N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазином, соответственно, осуществляют при температуре, составляющей от приблизительно 100°С до приблизительно 250°С.

[0016] Если получают N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазиновое промежуточное соединение, фосфонометилирование приводит в результате к образованию N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты, которую на последующей стадии окисляют до N-(фосфонометил)глицина, формальдегида и диоксида углерода.

[0017] Патентная заявка WO 2006107824 относится к получению N-(фосфонометил)глицина из N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты и, более конкретно, к способам контроля превращения N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты для идентификации ожидаемых результатов реакции, относящихся к превращению N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты и получению продуктов на основе глифосата с контролируемым содержанием N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты.

[0018] В патенте США №3969398 раскрыт способ получения N-(фосфонометил)глицина путем окисления N-(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты с использованием газа, содержащего молекулярный кислород, в качестве окислителя в присутствии катализатора, состоящего, по сути, из активированного углерода.

[0019] В патенте США №4624937 раскрыт улучшенный способ селективного получения вторичных аминов и первичных аминов путем объединения при реакционных условиях третичного амина или вторичного амина с кислородом или кислородсодержащим газом в присутствии катализатора на основе активированного углерода, улучшение которого включает применение катализатора на основе активированного углерода, где оксиды были удалены с поверхности углерода. Иллюстрируется влияние двухстадийной обработки углеродного катализатора на образование N-(фосфонометил)глицина из N,N'-бис(фосфонометил)иминодиуксусной кислоты.

Цели изобретения

[0020] Настоящее изобретение нацелено на обеспечение улучшенного, более предпочтительно, эффективного и благоприятного для окружающей среды способа получения N-(фосфонометил)глицина или одного из его производных, в котором отсутствуют недостатки способов предшествующего уровня техники.

Краткое описание изобретения

[0021] В настоящем изобретении раскрыт способ синтеза N-(фосфонометил)глицина или одного из его производных, выбранных из группы, состоящей из его солей, его сложных фосфонатных эфиров и солей его сложного фосфонатного эфира, включающий стадии:

a) образования реакционной смеси, содержащей кислотный катализатор, N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин и соединение, содержащее один или несколько несколько ангидридных фрагментов Р-О-Р, где указанные фрагменты содержат один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V), с образованием N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазина, его дегидратированных форм или их сложных фосфонатных эфиров;

b) гидролиза реакционной смеси с образованием N-(фосфонометил)глицина или одного из его производных, выбранных из группы, состоящей из его солей, его сложных фосфонатных эфиров и солей его сложного фосфонатного эфира.

[0022] В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения раскрыты один или несколько из следующих признаков:

- на стадии a) соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, содержащий один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V), постепенно примешивают в смесь, содержащую N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин и кислотный катализатор, при поддержании температуры ниже 120°С, предпочтительно ниже 90°С, более предпочтительно ниже 80°С;

- соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, выбрано из группы, состоящей из:

- гексаоксида тетрафосфора, тетраэтилпирофосфита;

- соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, полученного в результате объединения одного или нескольких соединений, содержащих один или несколько фрагментов Р-ОН, с одним или несколькими соединениями, содержащими один или несколько ангидридных фрагментов Р-О-Р, где атом Р в одном или нескольких соединениях имеет степень окисления (+III);

- соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, полученного в результате объединения одного или нескольких соединений, содержащих один или несколько фрагментов Р-ОН с одним или несколькими соединениями, содержащими один или несколько фрагментов Р-Х, где атом Р в одном или нескольких соединениях имеет степень окисления (+III);

- соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, полученного в результате объединения одного или нескольких соединений, содержащих один или несколько фрагментов Р-Х, и воды, где атом Р в соединении, содержащем фрагмент Р-Х, имеет степень окисления (+III);

- соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, полученного в результате объединения одного или нескольких соединений, содержащих 2 или более фрагментов Р-О-Р, и воды, где соединение, содержащее фрагмент Р-О-Р, имеет атом Р в степени окисления (+III) и один атом Р в степени окисления (+III) или (+V);

где соединения, содержащие один или несколько фрагментов Р-ОН, могут поддаваться таутомеризации фрагмента >Р(=O)H,

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

где уровень галогена составляет 1000 ppm или ниже, предпочтительно 500 ppm или ниже и более предпочтительно 200 ppm или ниже в пересчете на соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р;

- 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 треххлористого фосфора, диметилфосфита и декаоксида тетрафосфора, треххлористого фосфора и воды, а также гексаоксида тетрафосфора и воды;

- соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, представляет собой гексаоксид тетрафосфора;

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

- кислотный катализатор представляет собой гетерогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда, выбранный из группы, состоящей из:

(i) комбинаций твердых кислотных оксидов металлов как таковых или на подложке из вещества-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 перфторированные 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 Льюисовские кислотные центры; или

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

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

- кислотный катализатор представляет собой катализатор на основе кислоты Льюиса, выбранный из группы, состоящей из LiN(CF₃SO₂)₂, Mg(OCF₃SO₂)₂, Al(OCF₃SO₂)₃, Bi(OCF₃SO₂)₃, Sc(OCF₃SO₂)₃;

- кислотный катализатор представляет собой трифторметансульфоновую кислоту;

- реакционная смесь со стадии a) содержит растворитель, выбранный из группы, состоящей из этилацетата, ацетонитрила, 1,4-диоксана, сульфолана, толуола, парафина, алифатических и ароматических галогенированных углеводородов, таких как тетрахлорэтан, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, четыреххлористый углерод, орто-хлортолуол, дихлорбензол и монохлорбензол, 1-этил-3-метил-имидазолия бис(трифторметилсульфонил)имида или их смеси;

- стадию а) после завершения примешивания соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, содержащий один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V), N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин, кислотный катализатор и необязательно растворитель поддерживают при температуре, составляющей от 30°С до 120°С, предпочтительно от 40°С до 100°С, в течение периода времени, составляющего от 10 минут до 72 часов, предпочтительно составляющего от 1 часа до 30 часов.

- гидролиз на стадии b) осуществляют в кислотных условиях при температуре, составляющей от 25°С до 250°С, предпочтительно от 80°С до 200°С, в течение периода времени, составляющего от 10 до 100 часов, предпочтительно от 1 до 50 часов;

- эквивалентное отношение N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к ангидридному фрагменту Р-О-Р составляет от 0,2 до 2,5, предпочтительно от 0,3 до 2,0 и более предпочтительно от 0,5 до 1,5;

- молярное отношение N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к гексаоксиду тетрафосфора составляет от 0,4 до 5,0, предпочтительно от 0,6 до 4,0 и более предпочтительно от 1,0 до 3,0;

- молярное отношение кислотного катализатора к N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазину составляет от 0,05 до 25,0, предпочтительно от 0,1 до 20,0;

- монооксид углерода, образованный на стадии а), выделяют и повторно применяют;

- производные N-(фосфонометил)глицина выбирают из группы, состоящей из солей N-(фосфонометил)глицина, фосфонатных сложных эфиров N-(фосфонометил)глицина и солей фосфонатных сложных эфиров N-(фосфонометил)глицина, и при этом катион соли выбран из группы, состоящей из аммония, изопропиламмония, этаноламмония, диметиламмония, триметилсульфония, натрия и калия;

- N-(фосфонометил)глицин получают периодическим или непрерывным способом.

Подробное описание изобретения

[0023] Настоящее изобретение предусматривает экономически целесообразный и предпочтительно благоприятный для окружающей среды способ получения N-(фосфонометил)глицина или его производных. Под производными по настоящему изобретению подразумевают соли и фосфонатные сложные эфиры N-фосфонометилглицина.

[0024] Соли N-(фосфонометил)глицина содержат карбоксилат- и/или (ди)фосфонат-анион и агрономически приемлемый катион или катион аммония N-(фосфонометил)глицина и агрономически приемлемый анион.

[0025] Предпочтительные соли представляют собой соли аммония, изопропиламмония, этаноламмония, диметиламмония, триметилсульфония, натрия и калия, где отношение катиона к аниону N-(фосфонометил)глицина находится в диапазоне от 0,1 до 3,0.

[0026] При проведении гидролиза в основных условиях соль содержит карбоксилат- и/или фосфонат-анион N-(фосфонометил)глицина и щелочной металл, щелочноземельный металл или катион аммония; в ином случае, при проведении гидролиза в кислотных условиях образованная соль содержит катион аммония из N-(фосфонометил)глицина и анион, переходящий из применяемой для гидролиза кислоты. В данном последнем случае анион, например, представляет собой хлорид-анион, переходящий из хлористоводородной кислоты, или сульфат-анион, переходящий из серной кислоты.

[0027] Фосфонатные сложные эфиры содержат один 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, такими как алкарильная, алкенарильная и алкинарильная.

[0028] Замещенный гидрокарбил определяют как гидрокарбил, в котором по меньшей мере один атом водорода был замещен атомом, отличным от водорода, таким как атом галогена, атом кислорода с образованием, например, простого эфира или сложного эфира, атом азота с образованием амидной или нитрильной группы или атом серы с образованием, например, тиоэфирной группы.

[0029] Сложные фосфонатные эфиры, в целом, получают на стадии a) с применением содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р соединения, замещенного соответствующими гидрокарбильными заместителями.

[0030] Производные N-фосфонометилглицина можно получать как результат реакции гидролиза стадии b) или получать посредством дополнительной обработки N-(фосфонометил)глицина.

Под производными по настоящему изобретению подразумевают соли, сложные фосфонатные эфиры или соли сложного фосфонатного эфира N-(фосфонометил)глицина.

В настоящем изобретении следует понимать, что выражение N-(фосфонометил)глицин включает все производные.

[0031] Способ по настоящему изобретению включает стадии:

a) осуществления реакции N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина с соединением, содержащим ангидридный фрагмент Р-О-Р, содержащий один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V), в присутствии кислотного катализатора и необязательно растворителя с образованием N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазина, его дегидратированных форм или их производных;

b) осуществления гидролиза образованного N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазина, его дегидратированных форм или их производных с получением N-(фосфонометил)глицина или одного из его производных.

[0032] N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин можно получить посредством циклодимеризации иминодиуксусной кислоты.

[0033] В случае, когда содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р соединение предпочтительно выбрано из группы, состоящей из гексаоксида тетрафосфора и частично гидролизованных соединений на основе гексаоксида тетрафосфора, полученных посредством реакции 1 моля гексаоксида тетрафосфора с 1, 2, 3, 4 и 5 молями воды, соответственно, следует понимать, что все соединения, содержащие по меньшей мере один 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), могут применяться для целей настоящего изобретения.

[0034] Подходящие соединения, содержащие ангидридный фрагмент Р-О-Р, могут либо содержать ангидридный фрагмент Р-О-Р в собственно 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 N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазином.

[0035] Подходящие комбинации реагентов представляют собой:

a) соединения, содержащие по меньшей мере один фрагмент Р-ОН (также поддающийся таутомеризации фрагмент >Р(=O)Н в >Р(LP)OH (где LP представляет собой неподеленную пару электронов), что возможно для диметилфосфита (MeO)₂Р(=O)Н) и соединений содержащих 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, Br, I);

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

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

[0036] В случае a) и b) обязательным является то, что по меньшей мере в одном из используемых соединений атом Р находится в степени окисления (+III), при этом в случае c) необходимо, чтобы атом Р находился в степени окисления (+III), а в случае d) фрагменты Р-О-Р содержали атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V) с целью образования содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р соединения, содержащего атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V);

[0037] Соединения, содержащие ангидридный фрагмент Р-О-Р, где ангидридный фрагмент Р-О-Р уже присутствует, представляют собой оксиды фосфора с формулой P₄O_n с 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)(HO)Р(O)-O-Р(O)(OH)₂).

[0038] Комбинации, описанные в a), получают посредством осуществления реакции, например, оксидов фосфора с формулой P₄O_n при 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(OR), при условии, что такие комбинации будут приводить к содержащим ангидридный фрагмент Р-О-Р соединениям, содержащим один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V).

[0039] Комбинации, описанные в b), получают посредством объединения PCl₃, PBr₃, P(O)Cl₃, моно- или дихлорфосфитов типа (RO)₂PCl и (RO)PCl₂ с фосфористой кислотой, фосфорной кислотой, моно- или дизамещенных фосфитов 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).

[0040] Комбинации, описанные в c), получают посредством объединения PCl₃, PBr₃, моно- или дихлорфосфитов типа (RO)₂PCl и (RO)PCl₂ с H₂O.

С целью получения соединений, содержащих ангидридный фрагмент Р-О-Р, не содержащих функциональные группы Р-Х, оставшиеся функциональные группы Р-Х гидролизуют водой. 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.

[0041] Наиболее предпочтительными являются гексаоксид тетрафосфора, тетраэтилпирофосфит и комбинации фосфористой кислоты и гексаоксида тетрафосфора, фосфористой кислоты и декаоксида тетрафосфора, фосфористой кислоты и треххлористого фосфора, диметилфосфита и декаоксида тетрафосфора, треххлористого фосфора и воды, а также гексаоксида тетрафосфора и воды.

[0042] Количество 'реакционно-способных' 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.

[0043] В случае применения галогенсодержащих исходных веществ, например, PCl₃, POCl₃ или PBr₃, уровень галогена в содержащем Р-О-Р ангидрид соединении 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 избыточную функциональную группу Р-Х. Образованный НХ удаляют посредством, например, продувки сухим инертным газом, таким как азот или гелий, через раствор.

[0044] 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 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 Р₄O₆ с улучшенным выходом" ("Process for the manufacture of P₄O₆ with improved yield"). Более подробно, кислород или смесь кислорода и инертного газа, а также газообразный или жидкий фосфор преимущественно реагируют в стехиометрических количествах в реакционном блоке при температуре в диапазоне от 1600 до 2000 K с отводом тепла, образованного при экзотермической реакции фосфора и кислорода, при поддержании предпочтительного времени пребывания от 0,5 до 60 секунд с последующим охлаждением продукта реакции при температуре ниже 700 K и очисткой неочищенного продукта реакции посредством дистилляции. Гексаоксид тетрафосфора, полученный таким образом, представляет собой чистый продукт, обычно содержащий по меньшей мере 97% оксида. Полученный таким образом P₄O₆ обычно представлен в виде жидкого вещества 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 до 30 секунд, более предпочтительно от 8 до 30 секунд. Продукт реакции в одном предпочтительном варианте осуществления может быть охлажден до температуры ниже 350 K.

[0045] Предполагают, что P₄O₆, участвующий в реакции при температуре от 24°С (t° плавления) до 120°С, обязательно должен быть жидким или газообразным, несмотря на это, теоретически, для получения реакционной среды можно применять твердые вещества.

[0046] С целью удобства и оперативного знания, гексаоксид тетрафосфора, представленный формулой 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%.

[0047] 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.

[0048] С другой стороны катализатор на основе кислоты Бренстеда может одновременно являться растворителем и катализатором; для того чтобы быть подходящим катализатором Бренстеда, растворитель должен характеризоваться pKa менее 5.

[0049] Гомогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда предпочтительно выбирают из группы, состоящей из метансульфоновой кислоты, фторметансульфоновой кислоты, трихлорметансульфоновой кислоты, трифторметансульфоновой кислоты, уксусной кислоты, трифторуксусной кислоты, трет-бутилсульфоновой кислоты, пара-толуолсульфоновой кислоты, нафталинсульфоновой кислоты, 2,4,6-триметилбензолсульфоновой кислоты, перфтор- или перхлорсульфоновых кислот, перфтор- или перхлоркарбоновых кислот, соляной кислоты, бромистоводородной кислоты, йодистоводородной кислоты, фосфористой кислоты, фосфорной кислоты и их смесей. Гомогенная кислота Бренстеда предпочтительно представляет собой метансульфоновую кислоту.

[0050] Гетерогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда предпочтительно выбирают из группы из:

(i) комбинаций твердых кислотных оксидов металлов как таковых или на подложке из вещества-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 Льюисовские кислотные центры; 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 и их комбинаций.

[0051] Гетерогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда для применения в способе согласно настоящему изобретению предпочтительно выбирают из группы, состоящей из макромолекулярных полимерных смол, имеющих непрерывную структуру с открытыми порами и содержащих фрагменты сульфоновой, карбоновой и/или фосфоновой кислоты.

[0052] Гетерогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда является практически нерастворимым или несмешиваемым в реакционной среде. Катализатор может формировать, в реакционных условиях, при конкретной температуре реакции, вторую жидкую фазу и может быть выделен в конце реакции с помощью традиционных методик, таких как фильтрация или разделение фаз.

[0053] Гомогенные катализаторы на основе кислоты могут оставлять осадок в конечном продукте реакции. Тем не менее, известны методики выделения кислотного катализатора из реакционной среды, такие как ионообмен, нанофильтрация или электродиализ, которые можно применять для устранения или уменьшения таких проблем. Альтернативно, конечный продукт можно отделить, например, осаждением с применением вспомогательного растворителя, а катализатор на основе кислоты Бренстеда выделить и повторно использовать после удаления вспомогательного растворителя.

[0054] Кислота Льюиса, будучи включенной в растворитель, в целом является гомогенной или гетерогенной кислотой Льюиса.

[0055] Растворители на основе кислоты Бренстеда можно заменить кислотами Льюиса, растворенными или суспендированными в органическом растворителе.

[0056] 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. Примерами таких предпочтительных комбинаций являются: LiNTf₂, Mg(OTf)₂, Al(OTf)₃, Bi(OTf)₃.

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 полимерными органическими или неорганическими главными цепями. 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.

[0057] Типичными примерами подходящих органических растворителей являются анизол; хлорсодержащие или фторсодержащие углеводороды, такие как фторбензол, хлорбензол, тетрахлорэтан, тетрахлорэтилен, дихлорэтан, дихлорметан; полярные растворители, такие как диглим, глим, дифенилоксид, производные полиалкиленгликоля с защищенными ОН-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 или его смеси; нереакционноспособные ионогенные жидкости, такие как 1-н-бутил-имидазолия трифторметансульфонат и 1-этил-3-метил-имидазолия бис(трифторметилсульфонил)имид; или их смеси.

[0058] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения органический растворитель представляет собой гомогенный катализатор Бренстеда, характеризующийся pKa, равной или более низкой, чем 5, и выбран из группы, состоящей из уксусной кислоты, метансульфоновой кислоты, фторметансульфоновой кислоты, трифторметансульфоновой кислоты, трихлорметансульфоновой кислоты, трифторуксусной кислоты, трет-бутил-сульфоновой кислоты, пара-толуолсульфоновой кислоты, нафталинсульфоновой кислоты, 2,4,6-триметилбензолсульфоновой кислоты, перфтор- или перхлор-сульфоновых кислот, перфтор- или перхлор-карбоновых кислот, фосфористой кислоты, фосфорной кислоты и их смесей.

[0059] Преимущественно, на стадии a) N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин в присутствии кислотного катализатора растворяют в растворителе, где полученный в результате раствор содержит приблизительно от 2% до приблизительно 30% по весу и предпочтительно от приблизительно 4% до приблизительно 20% по весу N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина.

[0060] Для того чтобы растворить N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин в присутствии кислотного катализатора в растворителе, может быть необходим подогрев смеси N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина, катализатора и растворителя до температуры, составляющей от приблизительно 30°С до приблизительно 90°С, более предпочтительно от приблизительно 50°С до приблизительно 80°С при перемешивании. С другой стороны ультразвук можно использовать для осуществления растворения N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина в смеси растворителя/катализатора при окружающей температуре.

[0061] Как только N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин растворяется в смеси растворителя/катализатора, соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, предпочтительно гексаоксид тетрафосфора, и раствор, содержащий N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин и кислотный катализатор, находящийся при температуре, составляющей от приблизительно 20°С до приблизительно 90°С, постепенно смешивают при перемешивании таким образом, чтобы в ходе смешивания температура реакционной смеси не превышала приблизительно 120°С, предпочтительно приблизительно 90°С и более предпочтительно приблизительно 80°С.

[0062] В варианте осуществления настоящего изобретения соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, предпочтительно гексаоксид тетрафосфора, постепенно добавляют при оптимальных условиях смешивания к раствору, содержащему N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин и кислотный катализатор, находящийся при температуре, составляющей от приблизительно 20°С до приблизительно 90°С, таким образом, чтобы температура реакционной смеси не превышала приблизительно 120°С, предпочтительно приблизительно 90°С и более предпочтительно приблизительно 80°С.

[0063] В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения раствор, содержащий N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин, находящийся при температуре, составляющей от приблизительно 20°С до приблизительно 90°С, постепенно добавляют при оптимальных условиях смешивания к соединению, содержащему ангидридный фрагмент Р-О-Р, предпочтительно гексаоксиду тетрафосфора, и кислотному катализатору таким образом, чтобы температура реакционной смеси не превышала приблизительно 120°С, предпочтительно приблизительно 90°С и более предпочтительно приблизительно 80°С.

[0064] На стадии a) отношение "молей кислотного катализатора" к "эквивалентам ангидридного фрагмента Р-О-Р, содержащего один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V)" составляет по меньшей мере приблизительно 0,01 и предпочтительно составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 10,0.

[0065] На стадии a) мольное отношение "кислотного катализатора" к "N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина" составляет по меньшей мере приблизительно 0,01 и предпочтительно составляет от приблизительно 0,05 до 25,0, более предпочтительно от приблизительно 0,1 до приблизительно 20.

[0066] Эквивалентное отношение N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к ангидридному фрагменту Р-О-Р на стадии a) предпочтительно составляет от приблизительно 0,2 до приблизительно 2,5, более предпочтительно от приблизительно 0,3 до приблизительно 2,0 и даже более предпочтительно от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,5.

[0067] Содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р соединение представляет собой гексаоксид тетрафосфора. Молярное отношение N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к гексаоксиду тетрафосфора на стадии а) составляет от приблизительно 0,4 до приблизительно 5,0, предпочтительно от приблизительно 0,6 до приблизительно 4,0 и более предпочтительно от приблизительно 1,0 до приблизительно 3,0.

[0068] Постепенное смешивание соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, предпочтительно гексаоксид тетрафосфора, и раствора, содержащего N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин и кислотный катализатор, осуществляют при тщательном перемешивании. Как только смешивание завершали, содержимое реактора перемешивали при практически постоянной температуре, составляющей от приблизительно 30°С до приблизительно 120°С, предпочтительно от приблизительно 40°С до приблизительно 100°С, в течение периода времени, составляющего от приблизительно 10 минут до приблизительно 72 часов и предпочтительно от приблизительно 1 часа до приблизительно 30 часов.

[0069] В ходе реакции соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, с N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазином, монооксид углерода и соединения, содержащие фрагмент Р-С, образуются в эквимолярных количествах.

[0070] При превращении два моля СО будет образовываться на каждый образованный моль N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина. СО будет покидать реакционную смесь в виде газа с очень высокой чистотой. Этот газообразный СО можно использовать во многих областях применения, таких как, например, топливо, в сочетании с водородом для получения метанола и углеводородов в ходе синтеза Фишера-Тропша, для реакций гидроформилирования, для карбонилирования спиртов, например, карбонилирования метанола до уксусной кислоты или превращения метилацетата в уксусный ангидрид.

[0071] После завершения стадии а) реакционную смесь со стадии а), содержащую N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазин, его дегидратированные формы или их производные, гидролизуют на стадии b). Этот гидролиз преимущественно осуществляют при кислотных, нейтральных или щелочных условиях и предпочтительно при кислотных условиях.

[0072] Предпочтительно, воду в реакционную смесь добавляют после ее охлаждения до комнатной температуры. Альтернативно, реакционную смесь можно охладить путем добавления воды. Гидролиз осуществляют при температуре, составляющей от приблизительно 25°С до приблизительно 250°С, предпочтительно от приблизительно 80°С до приблизительно 200°С, в течение периода, составляющего от приблизительно 10 минут до приблизительно 100 часов и предпочтительно от приблизительно 1 часа до приблизительно 50 часов.

[0073] В ходе гидролиза N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазин, его дегидратированные формы или их производные превращаются в N-(фосфонометил)глицин или его производные, при этом возможный избыток ангидридных фрагментов Р-О-Р превращается в фрагменты Р-ОН.

[0О74] Непрореагировавшие ангидридные фрагменты Р-О-Р могут быть результатом неполного превращения или результатом стехиометрического избытка соединений, содержащих ангидридную группу Р-О-Р.

Примеры

[0075] Следующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение; при этом они предназначены только для иллюстрации настоящего изобретения, но не предназначены для ограничения или в противном случае определения объема настоящего изобретения.

Пример 1. Синтез N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазина

[0076] В круглодонной колбе, оснащенной механической мешалкой, термометром, холодильником 4,00 г (17,2 ммоля) N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина смешивали с 25 мл трифторметансульфоновой кислоты. После этого реакционную смесь нагревали до 75°С и медленно добавляли 1,89 г (8,6 ммоля) гексаоксида тетрафосфора. Впоследствии реакционную смесь перемешивали в течение 16 часов при 75°С. В ходе добавления и во время реакции наблюдали образование монооксида углерода. При окружающей температуре 30 мл воды добавляли к реакционной смеси, которую затем нагревали до 95°С в течение 6 часов. Осажденное белое твердое вещество, которое удаляли фильтрованием при окружающей температуре (выход: 4,35 г). Твердое вещество состояло из N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазина на 98,9% по весу.

Общий выход для выделенного твердого вещества определяют как 83,2%.

[0077] В таблице 1 изложен ряд примеров по настоящему изобретению.

В данной таблице:

в столбце 1: указан идентификационный номер примера;

в столбце 2: указано количество ммолей N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина с приведенным в скобках количеством миллиэквивалентов карбоновой кислоты;

в столбце 3: указан тип катализатора;

в столбце 4: указано количество ммолей катализатора;

в столбце 5: указано количество ммолей гексаоксида тетрафосфора;

в столбце 6: указано отношение ммолей N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к ммолям гексаоксида тетрафосфора с приведенным в скобках количеством миллиэквивалентов карбоновой кислоты в виде N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к ммолям гексаоксида тетрафосфора;

в столбце 7: указано отношение ммолей катализатора к ммолям N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина с приведенным в скобках отношением ммолей катализатора к миллиэквивалентам карбоновой кислоты в виде N,N'-бис (карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина;

в столбце 8: указано отношение ммолей катализатора к ммолям гексаоксида тетрафосфора;

в столбце 9: указана температура (°С) смеси, содержащей N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин и кислотный катализатор, к которым добавляют гексаоксид тетрафосфора; эту температуру поддерживают в ходе добавления всего гексаоксида тетрафосфора;

в столбце 10: указаны температурные (°С) и временные (часы) условия для реакционной смеси после завершения добавления гексаоксида тетрафосфора;

в столбце 11: указаны температурные (°С) и временные (часы) условия для реакционной смеси, содержащей воду, для гидролиза N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазина, его дегидратированных форм или их производных и непрореагировавшего гексаоксида тетрафосфора;

в столбце 12: указан выход реакции в вес. % по результатам измерения с помощью ¹H-NMR и ³¹P-NMR спектроскопии.

[0078] В таблице 1:

(1): обозначает общий выход твердого N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазина;

(2): обозначает выход N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазина в пересчете на раствор или на неочищенный материал после удаления всех летучих соединений;

(3): обозначает выход N-(фосфонометил)глицина;

(4): Amberlyst 15 (в прим. 7) обозначает Amberlyst™ 15 (Rohm εt Haas) и представляет собой сильнокислотную, содержащую функциональные группы сульфоновой кислоты, макропористую полимерную смолу на основе сшитого стирол-дивинилбензольного сополимера;

(5): AlOTf₃ обозначает трифторметансульфонат алюминия.

Изобретение относится к способу синтеза N-(фосфонометил)глицина или его соли – высокоэффективного фитотоксичного средства. Способ включает следующие стадии: a) образование реакционной смеси, содержащей кислотный катализатор, N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин и соединение, содержащее один или несколько ангидридных фрагментов Р-О-Р, где указанные фрагменты содержат один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V), с образованием N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазина, причем соединение, содержащее один или несколько ангидридных фрагментов Р-О-Р, где указанные фрагменты содержат один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V), выбрано из гексаоксида тетрафосфора, P₄O₇, P₄O₈, P₄O₉, декаоксида тетрафосфора, тетраэтилпирофосфита, диметилфосфита и их сочетаний; и b) гидролиз реакционной смеси с образованием N-(фосфонометил)глицина или его соли. Причем если гидролиз проводят в основных условиях, соль содержит карбоксилат-и/или фосфонат-анион N-(фосфонометил)глицина и щелочной металл, щелочноземельный металл или катион аммония; если гидролиз проводят в кислотных условиях, соль содержит катион аммония из N-(фосфонометил)глицина и анион, переходящий из применяемой для гидролиза кислоты; и/или катион соли N-(фосфонометил)глицина выбран из группы, состоящей из аммония, изопропиламмония, этаноламмония, диметиламмония, триметилсульфония, щелочного или щелочноземельного металла. Предлагаемый способ позволяет получить целевой продукт при использовании высокоэффективной и экологически безопасной технологии. 27 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

1. Способ синтеза N-(фосфонометил)глицина или его соли, включающий стадии:

a) образования реакционной смеси, содержащей кислотный катализатор, N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин и соединение, содержащее один или несколько ангидридных фрагментов Р-О-Р, где указанные фрагменты содержат один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V), с образованием N,N'-бис(фосфонометил)-2,5-дикетопиперазина, причем соединение, содержащее один или несколько ангидридных фрагментов Р-О-Р, где указанные фрагменты содержат один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V), выбрано из гексаоксида тетрафосфора, P₄O₇, P₄O₈, P₄O₉, тетраэтилпирофосфита и их сочетаний; и

b) гидролиза реакционной смеси с образованием N-(фосфонометил)глицина или его соли, причем

если гидролиз проводят в основных условиях, соль содержит карбоксилат-и/или фосфонат-анион N-(фосфонометил)глицина и щелочной металл, щелочноземельный металл или катион аммония;

если гидролиз проводят в кислотных условиях, соль содержит катион аммония из N-(фосфонометил)глицина и анион, переходящий из применяемой для гидролиза кислоты; и/или

катион соли N-(фосфонометил)глицина выбран из группы, состоящей из аммония, изопропиламмония, этаноламмония, диметиламмония, триметилсульфония, щелочного или щелочноземельного металла.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии а) соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, содержащий один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V), постепенно примешивают в смесь, содержащую N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин и кислотный катализатор, при поддержании температуры ниже 120°C.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что температуру поддерживают ниже 90°C.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что температуру поддерживают ниже 80°C.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидролиз проводят в кислотных условиях и соль содержит хлорид- или сульфат-анион.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, выбрано из группы, состоящей из гексаоксида тетрафосфора и тетраэтилпирофосфита.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, выбрано из группы, состоящей из гексаоксида тетрафосфора, P₄O₇, P₄O₈, P₄O₉ и их сочетаний.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, представляет собой гексаоксид тетрафосфора.

9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что кислотный катализатор представляет собой гомогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда, предпочтительно выбранный из группы, состоящей из метансульфоновой кислоты, трифторметансульфоновой кислоты, уксусной кислоты, трифторуксусной кислоты, пара-толуолсульфоновой кислоты, хлористоводородной кислоты, фосфористой кислоты, фосфорной кислоты и гипофосфористой кислоты и их смесей.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кислотный катализатор представляет собой гетерогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда, содержащий катионообменную смолу, выбранную 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.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кислотный катализатор представляет собой катализатор на основе кислоты Льюиса, выбранный из группы, состоящей из LiN(CF₃SO₂)₂, Mg(OCF₃SO₂)₂, Al(OCF₃SO₂)₃, Bi(OCF₃SO₂)₃, Sc(OCF₃SO₂)₃.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кислотный катализатор представляет собой трифторметансульфоновую кислоту.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакционная смесь со стадии а) содержит растворитель, выбранный из группы, состоящей из этилацетата, ацетонитрила, 1,4-диоксана, сульфолана, толуола, парафина, алифатических и ароматических галогенированных углеводородов, таких как тетрахлорэтан, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, четыреххлористый углерод, орто-хлортолуол, дихлорбензол и монохлорбензол, 1-этил-3-метил-имидазолия бис(трифторметилсульфонил)имида или их смеси.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадию а) после завершения примешивания соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р, содержащий один атом Р в степени окисления (+III) и другой атом Р в степени окисления (+III) или (+V), N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазин, кислотный катализатор и необязательно растворитель, поддерживают при температуре от 30°C до 120°C в течение периода времени от 10 мин до 72 ч.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что температуру поддерживают от 40°C до 100°C в течение периода времени от 1 ч до 30 ч.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидролиз на стадии b) осуществляют в кислотных условиях при температуре от 25°C до 250°C в течение периода времени от 10 до 100 ч.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидролиз на стадии b) осуществляют в кислотных условиях при температуре от 80°C до 200°C в течение периода времени от 1 до 50 ч.

18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эквивалентное отношение N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к ангидридному фрагменту Р-О-Р составляет от 0,2 до 2,5.

19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эквивалентное отношение N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к ангидридному фрагменту Р-О-Р составляет от 0,3 до 2,0.

20. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эквивалентное отношение N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к ангидридному фрагменту Р-О-Р составляет от 0,5 до 1,5.

21. Способ по п. 1, отличающийся тем, что молярное отношение N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к гексаоксиду тетрафосфора составляет от 0,4 до 5,0.

22. Способ по п. 1, отличающийся тем, что молярное отношение N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к гексаоксиду тетрафосфора составляет от 0,6 до 4,0.

23. Способ по п. 1, отличающийся тем, что молярное отношение N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазина к гексаоксиду тетрафосфора составляет от 1,0 до 3,0.

24. Способ по п. 1, отличающийся тем, что молярное отношение кислотного катализатора к N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазину составляет от 0,05 до 25,0.

25. Способ по п. 1, отличающийся тем, что молярное отношение кислотного катализатора к N,N'-бис(карбоксиметил)-2,5-дикетопиперазину составляет от 0,1 до 20,0.

26. Способ по п. 1, отличающийся тем, что монооксид углерода выделяют и повторно применяют.

27. Способ по п. 1, отличающийся тем, что катион соли выбран из группы, состоящей из аммония, изопропиламмония, этаноламмония, диметиламмония, триметилсульфония, натрия и калия.

28. Способ по п. 1, отличающийся тем, что N-(фосфонометил)глицин получают периодическим или непрерывным способом.