专利名称：N-膦酰基甲基亚氨基二乙酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种通过亚氨基二乙酸(IDA)的碱金属盐与三氯化磷在水溶液中反应生成亚氨基二乙酸的盐酸盐、亚磷酸和相应的碱金属氯化物，然后与甲醛源反应制备N-膦酰基甲基亚氨基二乙酸(PMIDA)的方法。
众所周知，PMIDA是制备无选择性除草剂N-膦酰基甲基甘氨酸(草甘膦)的中间产品。已经介绍有很多通过IDA的膦酰基甲基化来制备PMIDA的方法。这些方法中一部分是从游离酸形式的IDA出发。这方面，从DE 2914294 A中已知IDA与三氯化磷和甲醛的反应。得到比较高的产率。然而，这种方法的缺点是，使用大大过量的三氯化磷和甲醛。WO 94/15939中介绍了在有浓硫酸存在下，IDA与亚磷酸和甲醛源在水溶液中的反应。为得到满意的产率，对在获得PMIDA的过程中产生的滤液进行昂贵的处理。
EP 618212 A(相应于US 5 312 973)介绍了通过用磷酸和盐酸的水溶液以及甲醛对IDA进行膦酰基甲基化制备PMIDA的方法。这种水溶液在膦酰基甲基化之前，通过三氯化磷用水或盐酸进行水解制备，其中调节反应温度和水量，使得水溶液中含有的盐酸与亚磷酸的摩尔比为0.5∶1至2∶1。因此，此方法用不足量的盐酸进行。进一步进行膦酰基甲基化，使得存在的IDA与亚磷酸的摩尔比在1∶1和1∶1.2之间。这种昂贵和烦琐的方法得到的PMIDA的产率为91％。
另一种方法从IDA的碱金属盐，特别是二钠盐(DSIDA)出发而进行。在这方面，WO 96/40698(相应于US 5 688 994)介绍了一种通过向反应混合物中同时引入IDA源、甲醛源和亚磷酸源来制备PMIDA的方法。作为IDA源可以使用IDA的碱金属盐或强无机酸盐或游离酸形式的IDA。这里得到的产率为87％，不令人满意。
EP 595598 A介绍了通过IDA的碱金属盐与甲醛源反应制备羟甲基亚氨基二乙酸的方法。然后，得到的羟甲基亚氨基二乙酸与亚磷酸在盐酸存在下反应。选择羟甲基亚氨基二乙酸作为中间产物的路径是为了得到用于制备PMIDA的储存稳定性的原料溶液。与羟甲基亚氨基二乙酸相反，IDA的二钠盐在储存过程中以晶体形式析出，给进一步的加工过程造成困难。
WO 00/14093说明了一种通过IDA的金属盐与用于生成IDA所要求量的无机酸反应，加入亚磷酸源，以得到IDA的亚磷酸盐溶液，从亚氨基二乙酸的亚磷酸盐溶液中分离出反应混合物中含有的用于生成IDA使用的强无机酸的金属盐，用亚磷酸源和甲醛源在强无机酸存在下对亚磷酸盐进行膦酰基甲基化来制备PMIDA的方法。这种方法虽然得到比较高的产率，但是成本很高，因为其包括两个附加的反应步骤，即IDA的亚磷酸盐的生成和提到的金属盐的分离。WO 00/22888中说明了类似的方法。
最后，EP 155926 A(相应于US 4 724 103和4 775 498)说明了一种通过IDA的碱金属盐与强无机酸反应生成IDA的无机酸盐，然后用甲醛和亚磷酸进行膦酰基甲基化来制备PMIDA的方法。亚磷酸和盐酸作为强无机酸可以通过三氯化磷的水解制备。膦酰基甲基化后，将NaOH的水溶液加入反应混合物中，以溶解反应混合物中存在的强无机酸的碱金属盐，使得PMIDA可以沉淀物形式得到。用这种方法得到的产率不令人满意。
DE 19909200说明了一种通过IDA与亚磷酸和甲醛在水溶液中，在强无机酸存在下反应制备PMIDA的方法。反应在110-150℃温度，在保护气气氛下进行。
GB 2154588 A和US 3 288 846中介绍了制备PMIDA的其它方法。
现有技术中介绍的方法的共同点是，它们都很昂贵，例如因为它们包括了附加的反应步骤，如IDA的碱金属盐的中和，和/或不尽如人意的产率。
因此，本发明的任务是，提供一种简单、高产率地得到PMIDA的方法。
现已惊奇地发现，这一任务当在IDA的碱金属盐与三氯化磷反应期间和/或反应后，将可能含有HCl的水从反应混合物中去除，直到IDA·HCl的浓度为至少44wt％时得到解决。
因此，本发明涉及一种制备N-膦酰基甲基亚氨基二乙酸的方法，其通过亚氨基二乙酸的碱金属盐与三氯化磷在水溶液中反应生成亚氨基二乙酸的盐酸盐、亚磷酸和相应的碱金属氯化物，然后此反应产物与甲醛源反应，其中在IDA的碱金属盐与三氯化磷反应期间和/或反应后，将可能含有HCl的水从反应混合物中去除，直到亚氨基二乙酸-盐酸盐的浓度为至少44wt％，基于扣除碱金属氯化物重量的反应混合物重量，如要求则从反应混合物中获取N-膦酰基甲基亚氨基二乙酸。
按本发明的方法可以通过下面的反应方程式来阐明，其中作为IDA的碱金属盐选择二钠盐 作为IDA的碱金属盐特别使用二钠盐和二钾盐。通常亚氨基二乙酸的盐通过亚氨基二乙腈的水解制备。得到的水解产物可以用作按本发明方法的原料。还可以选择使用其它来源的盐。特别优选的是，使用纯度至少为90％的IDA的碱金属盐。
IDA的碱金属盐在水溶液中一般以30-50wt％，特别是35-45wt％的浓度使用。
向IDA的碱金属盐的水溶液中加入三氯化磷。三氯化磷水解生成亚磷酸和HCl，其与IDA的碱金属盐反应生成IDA的盐酸盐和相应的碱金属氯化物。三氯化磷优选的用量是约1-1.2摩尔当量(基于IDA的碱金属盐)。在使用多于1摩尔当量时，生成过剩的HCl，其溶解保留在水相中。
在IDA的碱金属盐与三氯化磷反应期间和/或反应后，从反应混合物中去除水，特别是通过常压蒸馏或减压蒸馏(约0.1-0.8bar)去除。在使用多于1摩尔当量的三氯化磷时，从反应混合物中去除的水中含有HCl。水的去除优选利用三氯化磷与水反应的反应热而进行。此反应强烈放热，这种释放的反应热足够用以保持反应混合物(在常压下)沸腾并通过蒸馏将要求量的水去除。可选择在水解后馏除至少一部分水。
因为在酸存在下进行随后的膦酰基甲基化，所以可以在水去除后加入强无机酸，特别是盐酸。合适的是使用高浓度酸，例如≥20wt％的盐酸，特别是浓(30-37wt％)盐酸。优选在与甲醛源反应前，反应混合物中盐酸浓度为5-20wt％，基于反应混合物中水的重量。
按本发明去除的水量是，使得膦酰基甲基化前反应混合物中IDA·HCl的浓度为至少40wt％，基于扣除碱金属氯化物重量的反应混合物重量。优选IDA·HCl的浓度在44-55wt％范围内。
膦酰基甲基化通过IDA·HCl与亚磷酸和甲醛源在酸存在下反应进行。这种酸用来减少副产物N-甲基亚氨基二乙酸的生成。
作为甲醛源特别使用浓度为30-50wt％的甲醛水溶液。还可能选择使用低聚甲醛。优选使用约1.1-1.5摩尔当量的甲醛。已经证明特别优选的是，使用基本上等摩尔量的三氯化磷，且使用的甲醛源的量使得有约1.3-1.45摩尔当量的甲醛可供使用。
反应温度一般在约85℃-约180℃范围内，优选在约105℃-约145℃范围内，特别是在约125℃-约145℃范围内。反应可以在常压下或轻微超压，例如约1.1-3bar下，在空气中或在保护气下进行。
已经证明特别有利的是，甲醛源分两份加入。首先加入大部分，特别是60-90wt％，优选75-85wt％，而剩余部分在反应约1小时后加入。总反应时间一般为1.5-5小时，特别是2-3小时。膦酰基甲基化后形成一种悬浮液。为了将PMIDA析出并将悬浮的碱金属氯化物引入溶液中，加入NaOH水溶液，直到碱金属氯化物溶解。为沉析PMIDA，向溶液中加入一种碱至最大等电点(pH1.3)。但是，优选将pH值调节至低于等电点的数值，特别是调节至0-1，优选0.5-0.8范围内的数值。已经惊奇地表明，PMIDA在等电点以下的溶解性很小，以致于产率由此得到提高。
使用的碱是碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物，优选氢氧化钠，特别是15-25wt％氢氧化钠溶液。为得到尽可能高的产率，调节pH值和/或在尽可能低的温度下，例如在5℃-20℃温度范围内进行结晶。
沉淀出的PMIDA的获取按常用方法，例如通过过滤进行。如要求则用水洗涤滤饼。
尽管上述在沉淀和结晶时进行pH调节并保持低温，但是仍然有少部分的PMIDA保留在母液和洗涤用水中。剩余PMIDA的获取可以按常用方法，例如通过将母液和洗涤用水蒸发浓缩来进行。
按本发明的方法可以在常用反应器中连续、半连续或间歇地进行。如要求则此方法可以在保护气气氛下，例如在氮气或氩气下进行。
按本发明方法的优点是，PMIDA可以简单、高产率地制备。然而，原料只以少摩尔过量使用。原料可以高浓度使用，尽管是浓缩操作，但是在IDA的碱金属盐与三氯化磷反应过程中生成的悬浮液仍然很好处理。
下面的实施例对本发明加以阐述，不对其加以限制。
实施例1在一个配有汽轮式搅拌器(950rpm)和搅拌器折流板的1.6l反应器中加入554g水。在搅拌下首先加入203gNaOH(5.08mol)，然后加入338gIDA(2.54mol)，加热至回流，这里形成一种透明溶液(亚氨基二乙酸的二钠盐)。这相应于1095g41％的DSIDA水溶液。通过一个向尖端渐细、深入到反应混合物的表面以下的玻璃管，在回流下1小时内加入348g(2.54mol)PCl3。将回流的混合物抽取到1.6l配有叶轮式搅拌器(950rpm)和搅拌器折流板的搅拌容器中，并用50 g水冲洗。从反应混合物中馏除411g 2.8％HCl。接着，将194g 37％HCl加入反应混合物中，在1小时内在反应混合物的表面下，回流下计量加入216g 49％甲醛水溶液(3.55mol)。然后，在回流下继续搅拌2小时，将反应器内物料转移到一个配有三级交叉梁式搅拌器(330rpm)的，预先冷却到10℃夹套温度的2l反应器中。当悬浮液冷却到26℃时，在25min内在反应混合物的表面下计量加入627g 20％NaOH(3.73mol)，以致于pH值为0.8。将悬浮液抽取到配有锚式搅拌器(220rpm)的2l反应器中，在15℃下继续搅拌1小时。将悬浮液通过玻璃料过滤器过滤，并用250gH2O洗涤。将有残余湿气的PMIDA在真空干燥箱内，在80℃，50mbar下干燥。在反应器中的固体滞留部分通过用3320g 1.5％NaOH冲洗来分离。在PMIDA结晶物中，在冲洗用溶液、母液和洗涤用水中的PMIDA的含量借助HPLC测定。总共得到541g(2.38mol)PMIDA，这相应于总产率为94％。其中在母液中得到4gPMIDA，在洗涤用水中得到1gPMIDA。扣除母液和洗涤用水中的PMIDA损失量后的总产率定义为分离产率。其为93％。
下面的实施例2-5按相应的方法进行，但是其中使用不同量的原料和不同的浓度。结果总结在下表中。
a)不计NaClb)由于过度中和使得在母液中PMIDA太多
权利要求
1.一种用于制备N-膦酰基甲基亚氨基二乙酸的方法，其通过亚氨基二乙酸的碱金属盐与三氯化磷在水溶液中反应生成亚氨基二乙酸的盐酸盐、亚磷酸和相应的碱金属氯化物，然后与甲醛源反应，如要求则从反应混合物中获取N-膦酰基甲基亚氨基二乙酸，其特征为，在亚氨基二乙酸的碱金属盐与三氯化磷反应期间和/或反应后，将可能含有HCl的水从反应混合物中去除，直到亚氨基二乙酸-盐酸盐的浓度为至少40wt％，基于扣除碱金属氯化物重量的反应混合物重量。
2.如权利要求1的方法，其特征为，在与三氯化磷反应期间馏除可能含有HCl的水。
3.如权利要求1或2的方法，其特征为，将亚氨基二乙酸-盐酸盐的浓度调节在44-55wt％范围内。
4.如上述权利要求之一的方法，其特征为，在与甲醛源反应前，将反应混合物中HCl的量调节至5-20wt％，基于反应混合物中水的重量。
5.如上述权利要求之一的方法，其特征为，使用约1.0-1.2摩尔当量的三氯化磷。
6.如上述权利要求之一的方法，其特征为，甲醛源的用量使得有1.0-1.5摩尔当量的甲醛可供使用。
7.如权利要求6的方法，其特征为，甲醛源的用量使得有1.3-1.45摩尔当量的甲醛可供使用。
8.如上述权利要求之一的方法，其特征为，为获取N-膦酰基甲基亚氨基二乙酸，通过加入一种碱将反应混合物的pH值调节至最大为1.3。
9.如权利要求8的方法，其特征为，将pH值调节至0-0.8。
10.如权利要求8或9的方法，其特征为，作为碱使用5-25wt％氢氧化钠溶液。
全文摘要
本发明涉及一种用于制备N－膦酰基甲基亚氨基二乙酸的方法，其通过亚氨基二乙酸的碱金属盐与三氯化磷在水溶液中反应生成亚氨基二乙酸的盐酸盐、亚磷酸和相应的碱金属氯化物，然后与甲醛源反应，如要求则从反应混合物中获取N－膦酰基甲基亚氨基二乙酸，其中在亚氨基二乙酸的碱金属盐与三氯化磷反应期间和/或反应后，将可能含有HCl的水从反应混合物中去除，直到亚氨基二乙酸－盐酸盐的浓度为至少40wt％，基于扣除碱金属氯化物重量的反应混合物重量。这种方法可以实现简单、高产率地制备N－膦酰基甲基亚氨基二乙酸。
文档编号C07F9/38GK1484647SQ02803655
公开日2004年3月24日 申请日期2002年1月11日 优先权日2001年1月12日
发明者M·马西, M·德罗穆勒, M 马西, 弈吕 申请人:巴斯福股份公司