DD222599A1

DD222599A1 - Verfahren zur kombinierten herstellung von substituierten alkan-1,1-bis-phosphonsaeuren und phosphorigsaeurealkylestern

Info

Publication number: DD222599A1
Application number: DD25660383A
Authority: DD
Inventors: Klaus Hertzog; Peter Neumann; Ulrich Schuelke
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1983-11-11
Filing date: 1983-11-11
Publication date: 1985-05-22

Abstract

Erfindungsbetreff ist ein Verfahren zur kombinierten Herstellung von substiuierten Alkan-1,1-bisphosphonsaeuren und Phosphorigsaeurealkylestern. Die Bisphosphonsaeuren sind u. a. zur Wasserenthaertung und bei der Metallextraktion und die Phosphorigsaeuredi- und -trialkylester als Zwischenprodukte zur Phosphonsaeureherstellung einsetzbar. Erfindungsziel ist die bei getrennter Alkan-bisphosphonsaeure- und Phosphorigsaeuredi- und -trialkylesterherstellung anfallenden Neben- oder Abprodukte zu vermeiden. Erfindungsaufgabe ist eine Verfahrensentwicklung, die, unter Vermeidung des Neben- oder Abproduktanfalls, eine kombinierte Herstellung von substituierten Alkan-1,1-bisphosphonsaeuren und Phosphorigsaeuredi- und -trialkylestern ermoeglicht. Erfindungsgemaess wird P4O6 mit einer Carbonylverbindung R1-CO-R2 eines Molverhaeltnisses P4O6:R1-CO-R2 zwischen 1:1 und 1:2 bei 260 bis 400 K umgesetzt, das Umsetzungsprodukt mit einem Alkanol R3OH eines Molverhaeltnisses zwischen 1:3 und 1:8 bei einer 320 K nicht uebersteigenden Temperatur umgesetzt und aus dem Umsetzungsgemisch die substituierte Alkan-1,1-bisphosphonsaeure und die Phosphorigsaeuredi- und -trialkylester isoliert.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft.ein Verfahren zur kombinierten Herstellung von substituierten Alkan-1,1-bisphosphonsäuren der allgemeinen Formel .

HO—P— C— P OH

HO ^2 OH

und Dialkyl- bzw. Dialkyl- und Trialkylestern der phosphorigen Säure der allgemeinen Formel

^ Q Q OR

-P-Of? bzw. H-P-OR und P-OR

in welcher R¹ ein geradkettiger oder verzweigter unsubstituierter oder substituierter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 10 C-Atomen oder ein Η-Atom, R² ein Halogen-Atom, eine OH-Gruppe oder eine am Stickstoff durch aliphatische Kohlenwasserstoffreste substituierte Aminögruppe und R³ ein geradkettiger oder verzweigter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 C-Atomen bedeuten.

In.der weitaus größten Zahl der Verfahren werden Phosphorhalogenide wie PCI₃, PBr₃ (z. B. in DE-AS 1618691 und DE-AS 1618692, DE-OS 2132025, DE-OS 2132026) als Phosphorkomponente mit Carbonylverbindungen wie Aldehyden, Carbonsäuren und ihren Derivaten umgesetzt, wobei üblicherweise eine Komponente im Überschuß eingesetzt wird. In einer Reihe von Verfahren werden Gemische aus Phosphorhalogenid und Phosphoriger Säure (z. B. in DE-AS 1668442, DE-OS 2316396 u.a.) als Phosphorkomponenten eingesetzt, in DE-AS 2625767 wird die Umsetzung von Phosphoriger Säure mit Nitrilen zu 1-Amino-alkan-1,1-bisphosphonsäuren beschrieben. Weitere Verfahren gehen von Phosphorigsäureestem als Phosphorkomponenten aus und beschreiben Umsetzungen mit Carbonylverbindungen, z. B. in DD-PS 82335, oder Anlagerungen an C-C-Mehrfachbindungen, z.B. in DE-OS 1668572. In nur wenigen Patentschriftenwird der Einsatz von P₄O₆ als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Bisphosphonsäuren beschrieben. So werden in DE-PS 3047107 Umsetzungen von Gemischen aus P₄O₈ und Phosphoriger Säure mit Amiden bzw. Ammoniumsalzen von Alkancarbonsäuren im Molverhäitnis von 1:2 bis 1:6 zu Amionoalkanbisphosphonsäuren beschrieben. Die Umsetzung von P₄O₆ mit Essigsäure (z. B. DD-PS 106654) bzw. Chloressigsäure (Curry, J. D., D.A.Nicholson, O. T. Quimby, Topics in Phosphorus Chemistry, Vol.7, Wiley, New York, N. Y., 1972) im Molverhältnis von 1:10 bis 1:12 führte zur entsprechenden 1 -Hydroxy- bzw. 2-Chlor-1 -hydroxy-ethanbisphosphonsäure.

In den meisten der vorstehend angeführten Verfahrensvorschriften werden Ausbeuten von 50-60%, in einzelnen Fällen bis über 80% an Bisphosphonsäuren angegeben, wobei sich diese Angaben meist auf die eingesetzte Phosphorkomponente beziehen. .

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Allen bekannten Verfahren zur Herstellung von substituierten Alkan-IJ-bisphosphonsäuren ist gemeinsam, daß sie trotz manchmal recht hoher Ausbeuten des gewünschten Produktes mit dem Entstehen größerer Mengen an Neben- und , Abprodukten belastet sind, die teils aus den Halogenabprodukten (meist Halogenwasserstofflösungen) beim Einsatz von Phosphorhalogeniden, teils aus gelborangen brennbaren niederen Phosphoroxiden, aber auch aus den im Überschuß zugesetzten Komponenten bzw. Nebenreaktionen resultieren.

Diese Neben- und¹ Abprodukte müssen umweltbelastend deponiert oder aufwendig aufgearbeitet werden. Weiterhin werden viele der vorgenannten Reaktionen zur Herstellung von substituierten Alkan-1,1-bisphosph0nsäuren'bei Temperaturen oberhalb 370K geführt, was die Bildung von Nebenprodukten oft begünstigt und Energiezufuhr erfordert.

Di-und Triester der Phosphorigen Säure werden fast ausschließlich aus Phosphorhalogeniden, vornehmlich PCI₃, und Alkoholen hergestellt, wobei der apparative Aufwand wegen der stark korrosiven Eigenschaften der Halogenwasserstoffabprodukte erheblich ist. Bekannt gewordene Verfahren zur Darstellung von Diestern der Phosphorigen Säure durch Umsetzung von P₄O₆ mit Alkoholen (z.B. DD-PS 116457) führen nurzu Ausbeuten von maximal 50%, da die Hälfte des eingesetzten Phosphors in Phosphorigsäuremonoester umgewandelt wird. Die technischen Anwendungsmöglichkeiten für Phosphorigsäuremonoester sind nach dem jetzigen Stand der Technik jedoch sehr begrenzt, so daß ein derartiges Verfahren zur Darstellung von Diestern der Phosphorigen Säure aus P₄O₆ und Alkoholen nur zu maximal 50%iger Nutzung des eingesetzten Phosphors führt.

Ziel der Erfindung ι .

Ziel der Erfindung ist es, die bei der getrennten Herstellung von substituierten Alkan-1,1-bisphosphonsäuren und Dialkyl- bzw. Dialkyl-und Trialkylestem der phosphorigen Säure anfallenden Neben-und bzw. oder Abprodukte zu vermeiden und somit die Ausnutzung des zur Herstellung dieser Verbindungen eingesetzten Phosphors zu erhöhen.

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem, unter Vermeidung des Anfalls von Neben- und bzw. oder Abprodukten, eine kombinierte Herstellung von substituierten Alkan-1,1-bisphosphonsäuren und Dialkyl- bzw. Diajkyl- und Trialkylestem der phosphorigen Säure möglich ist.

Merkmale der Erfindung ·

Es wurde ein Verfahren zur.kombinierten Herstellung von substituierten A!kan-1,1-bisphosphonsäuren der allgemeinen Formel '

R¹ 0 ; ' .·': ^:

C- P GH :

und Dialkyl- bzw. Dialkyl- und Trialkylestem der phosphorigen Säure der allgemeinen Formel

und

in welcher R¹ ein geradkettiger oder verzweigter unsubstituierter oder substituierter aliphatischer Kohlenwasserstoff rest mit 1 bis 10 C-Atomen oder ein Η-Atom, R² ein Hialogen-Atom, eine OH-Gruppe oder eine am Stickstoff durch aliphatische Kohlenwasserstoffreste substituierte Aminogruppe und R³ ein geradkettiger oder verzweigter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 C-Atomen bedeuten, gefunden. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man ; a) Phosphor(lll)-oxid (P₄O₆) mit einer Carbonylverbindung der allgemeinen Formel R-CO-R², in welcher R¹ und R² die oben genannte Bedeutung haben, im Molverhältnis P₄O₆:R¹-CO-R² zwischen 1:1 und 1 :2, gegebenenfalls unter Verwendung eines gegenüber Phosphor(lll)-oxid inerten organischen Lösungsmittels, vorzugsweise Dioxan, n-Heptan, Benzen, bei einer Temperatur zwischen 260 und 400K, vorzugsweise 300K, umsetzt,

b) anschließend das Umsetzungsprodukt mit einem Alkanol der allgemeinen Formel R³OH, in welcher R³ die oben genannte Bedeutung hat, im Molverhältnis P₄O₆:R³OH zwischen 1:3 und 1:8 bei einer 320K nicht übersteigenden Temperatur umsetzt und .

c) aus dem Umsetzungsgemisch die substituierte Alkan-1,1-bisphosphonsäure und den Dialkyl- bzw. Dialkyl- und Trialkylester der phosphorigen Säure in an sich bekannter Weise isoliert.

Die Isolierung kann in der Weise erfolgen, indem entweder die im entstandenen Phosphorigsäureester unlösliche Bisphosphonsäure durch Filtration abgetrennt und das Filtrat gegebenenfalls destillativ getrennt wird oder indem die substituierte Alkan-bisphosphonsäure durch Einleiten von NH₃ in ein im Umsetzungsgemisch unlösliches Ammoniumsalz übergeführt, durch Filtration abgetrennt und das Filtrat gegebenenfalls destillativ getrennt wird.

Aus 1 Moi eingesetztem Phosphor(lll)-oxid werden 1 Mol Bisphosphonsäure und 2 Mol Phosporigsäuredialkylester oder, wenn R² ein Halogenrest oder eine N-substituierte AminogrUppe ist, 1 Mol Phosphorigsäuredialkylester und 1 Mol Phosphorigsäuretrialkylester gebildet. Phosphorigsäuremonoester werden nicht gebildet.

Die Ausbeute an Phosphorigsäuretrialkylester wird vermindert, die an Dialkylester steigt entsprechend, wenn bei den Umsetzungen geringe Wassermengen zugegeben sind oder die freie Bisphosphonsäure nicht vollständig abgetrennt wurde,

bevor das Estergemisch destillativ getrennt wird. ._

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Die Bildung der substituierten Alkan-1,1-bisphosphonsäuren und Phosphorigsäureester aus P₄O₆ und Carboxylverbindungen läßt sich durch folgende allgemeine Reaktionsgleichungen darstellen:

1 * 3

P.CL· + R-C +4- R .QH

'OH

(GU)

wobei R³ ein Alkylrest mit 1-8 C-Atomen ist, und

1 V c ^{+ R} - ^c

⁶ V

1 ' 3

R- C-OH ₊ Z(R O)₀ P_x

I PO-H

I^PO3^H2

3 <^

(R 0). P.

^{3 x}

(GI.2) _

wobei R² nicht -OH ist.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird durch folgende Ausführungsbeispiele noch näher erläutert, wobei die Erfindung aber nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.

Beispiel 1

1 Mol P₄O₆ wird mit 1 Mol Acetylchlorid versetzt. Das nach einigem Stehen fest gewordene Reaktionsprodukt wird mit 6 Mol absolutem Ethanol versetzt und gerührt, bis vollständige Lösung eingetreten ist. In die Lösung wird so lange NH₃-GaS eingeleitet, bis kein Niederschlag mehr ausfällt. Nach Abtrennung des Niederschlages wird das Filtrat im Vakuum fraktioniert. Der Niederschlag wird aus Wasser umkristallisiert und ist reines Tetraammoniumsalz der i-Hydroxy-ethan-1,1-bisphosphonsäure

Ausbeute:

585g Bisphosphonat = 44,4% (berechnet auf P₄O₆) , 258g Phosphorigsäurediethylester = 23,4% (berechnefauf P₄O₆)

293g Phosphorigsäuretriethylester = 22,1 % (berechnet auf P₄O₆)

Beispiel 2

1 Mol P₄O₆ wird in Dioxan gelöst und auf 325K erwärmt. Dann wird 1 Mol Essigsäure langsam unter Rühren dazugetropft und noch 1 h nachgerührt. In die entstandene Suspension werden unter Wasserkühlung 5 Mol abs. Ethanol gegeben und gerührt, bis eine klare, gelbliche Lösung entsteht. Nach Einleiten von NH₃ wird die Reaktionslösung wie in Beispiel 1 aufgearbeitet. Ausbeute:

0,92 Mol Bisphosphonat = 46,1 % (berechnet auf P₄O₆) .

0,91 Mol Phosphorigsäurediethylester = 45,6% (berechnet auf P₄O₅)

Beispiel 3 \

130g (0,59 Mol) P₄O₆ in 80ml n-Heptan werden mit 89g (1,22 Mol) Ν,Ν-Dfmethylformamid versetzt und 2h bei 287K gerührt.

Nach 15stündigem Stehen bei 287 K wird der ausgefallene Feststoff unter Heptan zerkleinert und unter Rühren und Kühlen bei 293K mit 138g (6,0 Mol) absolutem Ethanol versetzt. Nach 2stündigem Rühren wird der Feststoff abgesaugt, in 500ml Wasser gelöst und 2 h gekocht. Aus der wäßrigen Lösung kristallisiert nach Einengen Ν,Ν-Dimethylaminomethan-bisphosphonsäure.

Das Filtrat wird i.V. fraktioniert destilliert und ergibt Phpsphorigsäuretri-und-diethylester.

Ausbeute:

(ber.auf P₄O₆) 61,4g N,N-Dimethylaminomethanbisphosphonsäure = 47,5%

22,0 g Phosphorigsäuretriethylester = 22,0% " ;

20,5 g Phosphorigsäurediethylester= 27,1 %

Beispiel 4 .

0,1 Mol P₄O₆ wird mit 0,13 Mol Chloracethylchlorid versetzt. Das nach Stehen über Nacht bei 298 K entstandene feste Reaktionsprodukt wird! mitO,6 Mol wasserfreiem Propanol umgesetzt. Durch Einleiten von 0,1 Mol NH₃ wird das Ammoniumsalz

der ^-Chior-i-hydroxy-ethan-IJ-bisphosphonsäure gefällt. Nach Abtrennung des Niederschlages wird das Filtrat wie üblich im Vakuum fraktioniert destilliert und ergibt Phosphorigsäuredi- bzw. -tripropylester.

Ausbeute: g . ''

(ber.auf P₄O₆) 0,09Mol Bisphosphonat = 45% , .

0,095MoI Phosphorigsäuredipropylester= 24%

0,08 Mol Phosphorigsäuretripropylester = 20 %

Claims

-1- 256 603

Erfindungsanspruch:

Verfahren zur kombinierten Herstellung von substituierten Alkan-1,1-bis-phosphonsäuren der allgemeinen Formel

und Dialkyl- bzw. Dialkyl- und Trialkylestern der Phosphorigen Säure der allgemeinen Formel

/sp, W

H- P-^^OR bzw. H — P —OR und P—_r OR³

/^OR³ ^0R³ ^0R³

in welcher R¹ ein geradkettiger oder verzweigter unsubstituierter oder substituierter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 10 C-Atomen oder ein Η-Atom, R² ein Halogen-Atom, eine OH-Gruppe oder eine am Stickstoff durch aliphatische Kohlenwasserstoffreste substituierte Aminögruppe und R³ ein geradkettiger oder verzweigter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 8 C-Atomen bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) Phosphor(lll)-oxid (P₄O₆) mit einer Carbonylverbindung der allgemeinen Formel R¹-CO-R², in welcher R¹ und R² die oben genannte Bedeutung haben, eines Molverhältnisses P₄O₆:R¹-CO-R² zwischen 1:1 und 1:2, gegebenenfalls unter Verwendung eines gegenüber Phosphor(lll)-oxid inerten organischen Lösungsmittels/vorzugsweise Dioxan, n-Heptan, Benzen, bei einer Temperatur zwischen 260 und 400K, vorzugsweise 300K, umsetzt,

b) anschließend das Umsetzungsprodukt mit einem Alkanol der allgemeinen Formel R³OH, in welcher R³ die oben genannte Bedeutung hat, eines Molverhältnisses P₄O_e:R³OH zwischen 1:3 und 1:8 bei einer 300K nicht übersteigenden Temperatur

" umsetzt und . ·

c) aus dem Umsetzungsgemisch die substituierte Alkan-1,1-bisphosphonsäure und den Dialkyl- bzw. die Dialkyl- und Trialkylester der Phosphorigen Säure in an sich bekannter Weise isoliert.