DE1261850B

DE1261850B - Verfahren zur Herstellung von AEthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsaeure

Info

Publication number: DE1261850B
Application number: DEP39043A
Authority: DE
Inventors: James Bruce Prentice; Oscar Taylor Quimby
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1965-03-30
Filing date: 1966-03-23
Publication date: 1968-02-29
Also published as: GB1145608A; CH478847A; NL6604219A; GB1131916A; NL6707590A; DE1618788A1; US3400149A; CH496739A; DK113712B; BE678618A; BE699203A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C07f

Deutsche KL: 12 ο-26/01

Nummer: 1261850

Aktenzeichen: P 39043IV b/12 ο

Anmeldetag: 23. März 1966

Auslegetag: 29. Februar 1968

Diphosphonsäuren und Derivate derselben sind bekannte Verbindungen, und Verfahren zu ihrer Herstellung sind bereits seit langem bekannt (H. von B a e y e r und K. A. Hofmann, Ber. d. Dtsch. Chem. Ges., Bd. 30, S. 1973 bis 1978). Andere einschlägige Literaturstellen sind beispielsweise die folgenden: B. T. B r ο ο k s, J. Amer. Chem. Soc, Bd. 34. S. 492 bis 499 (1912); deutsche Patentschriften 1010 965, 1072 346, 1082 235, 1107 207, britische Patentschrift940138 und USA.-Patentschrift 3159581. In einigen dieser Literaturstellen wird auch der Gebrauch und die Anwendung von Äthan-1-hy droxy-1,1-diphosphonsäure und deren Salzen erörtert, wobei auch die verbreitete Anwendung als sequestrierende und komplexbildende Mittel sowie als Aufbaustoffe in Detergensmischungen erwähnt wird.

Jede der bekannten Methoden zur Herstellung von Diphosphonatverbindungen hat gewisse Nachteile. Die meisten' davon beruhen darauf, daß die einschlägige Chemie außerordentlich kompliziert ist und die Reaktionssysteme zur Bildung zahlreicher unbekannter und nicht identifizierter Zwischenprodukte führen. Außerdem ist über die Grundreaktionen so wenig bekannt, daß es bisher tatsächlich unmöglich war, die Reaktionen in Richtung hoher Ausbeuten einer gewünschten Diphosphonatverbindung, wie Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure, zu regeln oder zu lenken.

Das Verfahren von B a e y e r und H ο f m a η η sieht eine Reaktion zwischen Essigsäure und Phosphortrichlorid vor. Diese Reaktion verläuft unter Bildung von Acetylchlorid und phosphoriger Säure als Zwischenprodukt. Die Arbeit von Brooks steht dazu in enger Beziehung, ebenso wie die in den vorstehend erwähnten deutschen, britischen und USA.-Patentschriften erörterten Reaktionen.

Die Reaktion zwischen Essigsäure und Phosphortrichlorid soll in einer speziellen, korrosionsbeständigen Anlage durchgeführt werden, da Chlorwasserstoff als Nebenprodukt der Reaktion gebildet wird. 4c Eine besondere druckbeständige Anlage ist notwendig, falls die Reaktion bei Atmosphärendruck durchgeführt wird, es bilden sich große Mengen Acetylchlorid als Reaktionszwischenprodukte, und dies erfordert niedrige Reaktionstemperaturen, um den Verlust dieses wesentlichen, als Zwischenprodukt auftretenden Reaktionsteilnehmers, der vom Chlorwasserstoffgasstrom mitgeführt werden kann, auf ein Minimum herabzusetzen. Die niedrige Reaktionstemperatur führt zu einer geringen Umsetzungs- geschwindigkeit und unzulässig langen Reaktionszeiten mit unterschiedlichen Ausbeuten. Nur durch Verfahren zur Herstellung von
Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure

Anmelder:

The Procter & Gamble Company,

Cincinnati, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. W. Beil, A. Hoeppener, Dr. H. J. Wolff
und Dr. H. Chr. Beil, Rechtsanwälte,
6230 Frankfurt-Höchst, Adelonstr. 58

Als Erfinder benannt:

Oscar Taylor Quimby, Cincinnati, Ohio;

James Bruce Prentice, Batesville, Ind. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. März 1965 (444 033)

die Verwendung von teuren, korrosionsbeständigen Drucklagen konnten diese Probleme gelöst werden, und selbst dann fallen die Reaktionsprodukte oft in geringen Ausbeuten und unterschiedlicher Zusammensetzung an. Sehr häufig bestehen die nach bekannten Methoden hergestellten Reaktionsprodukte aus Konglomeratgemischen, die nicht in reine Komponenten getrennt werden können.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäuren zu schaffen, das die den bekannten Methoden anhaftenden Nachteile nicht aufweist. Das Verfahren soll rasch, billig und leicht regelbar durchgeführt werden können und eine im wesentlichen vollständige Umsetzung des als Ausgangsmaterial verwendeten phosphorhaltigen Reaktionsteilnehmers in das gewünschte Produkt ermöglichen. Ferner soll die Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure in im wesentlichen reiner Form und in hohen Ausbeuten erhalten werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Äthan-1 -hydroxy-1,1 -diphosphonsäure durch Umsetzung von pyrophosphoriger Säure mit Essigsäureanhydrid, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man Essigsäure mit einem Phosphorigsäureanhydrid in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels, das wenigstens teilweise die Reaktionsteilnehmer und deren Reaktionsprodukte auflöst und das einen Siedepunkt von wenigstens 14O⁰C auf-

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weist, umsetzt, die gebildeten Phosphitzwischenverbindungen auf eine Temperatur von etwa 90 bis etwa 150⁰C während mindestens etwa 3 Minuten erhitzt und das Reaktionsgemisch hydrolysiert.

Unter Phosphorigsäureanhydriden werden Dehydratationsprodukte von phosphoriger Säure verstanden.

Üblicherweise werden Dehydratationsprodukte dieser Säure durch die Zahl der Wassermoleküle definiert, die aus einer gegebenen Menge der Säure entfernt worden sind. Typische Angaben über Anhydride sind beispielsweise folgende: 2H₃PO₃—1H₂O, was ein Pyrophosphorigsäuremolekül definiert, d. h.

HO —Ρ—Ο—Ρ —OH

ι ι

H H

4H₃PO₃ — 4H₂O, worunter eine Molekülanordnung verstanden werden kann, wie sie im Tetrametaphosphit vorliegt:

H O

\/
O —P —O

c\ I I /H

w ι ι V> ο —ρ —ο

wird von dem Anhydrisierungsvermögen des speziellen Anhydrids bestimmt. Es können alle Anhydride der phosphorigen Säure benutzt werden, die eine Anhydrisierungskraft aufweisen, welche gleich oder größer als 1 ist; zur Erzielung hoher Ausbeuten sind höher kondensierte Anhydride als Pyrophosphorigsäure erwünscht. Die Anhydrisierungskraft der Reaktionsmischung kann als Anzahl der Mole Anhydrid definiert werden, die pro Mol Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure gebunden werden. Eine solche Einheit wird bei der Herstellung jedes Mols Äthan-1 - hydroxy -1,1 - diphosphonsäure verbraucht; etwa überschüssige Anhydrisierungskraft spiegelt sich im Endprodukt wider. Ein solches Produkt, das aus einer Reaktionsmischung entsteht, die 2 Anhydrideinheiten enthält, ist ein cyclisches Kondensat von Äthan-l-hydroxy-lJ-diphosphonsäure. Diese Verbindung kann aus der Reaktionsmischung leicht auskristallisiert werden; sie hat die folgende Struktur:

HO	ρ	OH	O	HO-	(	³ —	OH
CH₃	(		O				CH₃
HO	\		-P —		OH
			-C
		-
ρ
O

4H₃PO₃ — 6H₂O, wodurch die am stärksten kondensierte Form eines Anhydrids der phosphorigen Säure repräsentiert wird, das sogenannte Phosphorigsäureanhydrid, welches die Formel P₄O₆, einen F. von 24 bis 25°C und die folgende Struktur aufweist:

O —P —O

'-O-/— P

O —P —O

Anhydride von phosphoriger Säure, die weniger kondensiert sind als P₄O₆, können aus P₄O₆ durch Zusatz von phosphoriger Säure und/oder Wasser hergestellt werden; so kann Pyrophosphorsäure durch Zusatz von entweder 8 Mol HPO₃H₂ oder von 4 Mol H₂ O zu 1 Mol P₄O₆ gebildet werden. Andere Zwischenproduktanhydride können in gleicher Weise gebildet werden.

Nicht alle der Zwischenproduktanhydride der phosphorigen Säure sind als reine Verbindungen isoliert und abgeschieden worden. Ihre Existenz ist jedoch faktisch sicher, und Analysen sowie Untersuchungen von Phosphorigsäureaktionen haben schon lange zu der Annahme geführt, daß sie über die Bildung von Zwischenproduktformen von Anhydriden der phosphorigen Säure führen. Gemäß der Erfindung wird P₄O₆ als Phosphorigsäureanhydrid bevorzugt. Andere Anhydride der phosphorigen Säure können in situ hergestellt werden. Die entscheidende Erwägung, betreffend die Eignung eines Anhydrids der phosphorigen Säure für die Zwecke der Erfindung Da die C—P-Bindungen so erheblich stabiler sind als die Kondensatbindungen, die in den verschiedenen Reaktionsprodukten gefunden werden, nämlich die C—O—C-Ätherbindungen, P—O—P- und C—O—P-Anhydridbindungen und C—O—P-Esterbindungen, können all die letzteren Bindungen leicht hydrolysiert werden, ohne daß es zu einer Spaltung der C—P-Bindungen kommt. Daher können cyclische Kondensate und alle anderen Kondensate, einschließlich der Halbkondensate, die durch Hydrolyse der P—O—P-Bindung in der oben dargestellten cyclischen Kondensatstruktur entstehen, leicht quantitativ in die Äthan-1 -hydroxy-1,1 -diphosphonsäure hydrolysiert werden.

Wird P₄O₆ mit Essigsäure gemischt, so läuft eine stark exotherme Reaktion ab, die außerordentlich rasch erfolgt und gelegentlich explosiv verläuft. Obwohl von den beiden Reaktionsteilnehmern anfangs eine homogene Lösung gebildet wird, wird die Reaktionsmischung bald dunkel und trübe, und dann folgt eine beschleunigte Wärmeentwicklung. Es ist daher notwendig, die Reaktion in Gegenwart eines Verdünnungsmittels ablaufen zu lassen, um einen Teil der Reaktionswärme absorbieren zu lassen.

Obwohl andere Anhydride der phosphorigen Säure eine geringere Tendenz zeigen, zu einer explosiven Reaktion Anlaß zu geben, bilden sie, ähnlich P₄O₆, unlösliche Zwischenprodukte, deren Konsistenz zwischen der eines viskosen Sirups und glasartiger Feststoffe liegen kann. Die extreme Viskosität solcher Fällungen verlangsamt die gewünschte molekulare Umlagerung der Phosphorwasserstoffbindungen zu den erforderlichen Phosphorkohlenstoffbindungen beträchtlich, wobei auch der Austausch von Reaktionsteilnehmern zwischen den Phasen nahezu ausgeschaltet wird. Ein weiterer Zweck, dem das Verdünnungsmittel neben der Wärmeabführung dienen muß, besteht daher darin, daß es wenigstens als teilweises

Lösungsmittel für nicht nur die anfänglichen Reaktionsteilnehmer, sondern auch für die als Zwischenprodukte anfallenden Fällungen wirkt.

Es ist nicht erforderlich, daß die Anhydridzwischenprodukte vollständig oder auch nur in größerem Ausmaß in dem organischen Verdünnungsmedium löslich sind. Beispielsweise sind die sirupartigen Anhydridzwischenprodukte nur mäßig oder wenig in den meisten der in Betracht gezogenen Lösungsmittel löslich, einschließlich der höherpolaren Lösungsmittel, und die Reaktionsmischung ist flüssig genug, um ein wirksames Rühren zu ermöglichen, wodurch die Begrenzungen der obenerwähnten Reaktion teilweise behoben werden.

Die notwendigen Voraussetzungen für das Verdünnungsmittel sind daher, daß sie gegenüber den Ausgangsreaktionsteilnehmern chemisch inert sein sollen, diese jedoch lösen sollen und auch die Fähigkeit haben sollen, die gebildeten Reaktionszwischenprodukte, welche die Tendenz zum Ausfallen zeigen, teilweise aufzulösen. Sie sollen auch einen genügend hohen Siedepunkt haben, damit sie nicht absieden und während der Reaktion verlorengehen. Gleichzeitig sollen sie zur Verringerung der Hitze dienen, indem sie die Reaktionswärme absorbieren. Der Siedepunkt soll wenigstens 14O⁰C und vorzugsweise wenigstens 170⁰C betragen. Beim Hinweis auf solche Bestandteile des Reaktionsmediums können die Bezeichnungen Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel wechselweise verwendet werden. Jeder der Ausdrücke soll beide der oben angegebenen Funktionen zum Ausdruck bringen, d. h. die Wirksamkeit als Lösungsmittel und als Verdünnungsmittel bezeichnen.

Sulfone stellen einen zufriedenstellend wirkenden Typ von Lösungsmittelmaterial dar. Di-n-propylsulfon, (C₃H₇J₂SO₂, und Sulfolan,

CH₂CH₂CH₂CH₂SO₂

können allein oder in binärer Mischung verwendet werden. Die Mischungen können aus beliebigen Anteilen der beiden Materialien bestehen, jedoch liegen bevorzugte Verhältnisse im Bereich von etwa 9 Teilen Di-n-propylsulfon zu 1 Teil Sulfolan bis etwa 1 Teil Di-n-propylsulfon bis 9 Teile Sulfolan. Für gewisse Reaktionen werden Mischungen bevorzugt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die relativ hohe Dielektrizitätskonstante (Polarität) der Sulfone kaum adäquat ist, um eine gewisse Löslichkeit der Anhydridzwischenprodukte hervorzurufen; gleichzeitig haben sich die Sulfone gegenüber sehr reaktiven Verbindungen ähnlich P₄O₆ und den Anhydridzwischenprodukten dieses Systems als chemisch inert erwiesen.

Andere zufriedenstellende Lösungsmittel umfassen Tetrachloräthan, Cl₂CHCHCl₂ und Dibutyläther (C₄Hg)₂O. Der halogenierte Kohlenwasserstoff scheint die Zwischenprodukte ebensogut oder besser als die vorerwähnten Sulfone zu lösen. Es wurde jedoch festgestellt, daß er mit dem P₄O₆ und/oder einem der Zwischenprodukte der Reaktionsmischung zu reagieren scheint; aus diesem Grunde ist er etwas weniger erwünscht als die Sulfone, obwohl er ansonsten in jeder Hinsicht zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Die niedrige aliphatische Ätherverbindung, Dibutyläther, hat sich einerseits gegenüber den Ausgangsreagenzien als chemisch inert erwiesen, war jedoch nicht genügend polar, um die Reaktionszwischenprodukte in so hohem Maße wie die Sulfone oder Tetrachloräthanlösungsmittel aufzulösen. In ähnlicher Weise wie Mischungen des Di-n-propylsulfons und Sulfolane, die die Vorteile jeder Verbindung ergeben, kann man Mischungen von Tetrachloräthan und Dibutyläther in jedweden Mischungsverhältnissen verwenden. Es können auch Mischungen dieser vier Verbindungen verwendet werden sowie auch andere, die den oben angegebenen Erfordernissen entsprechen.

Die Menge des Lösungsmittels, obgleich wichtig, ist nicht entscheidend. Im allgemeinen wird das Lösungsmittel in Mengen von etwa 0,5 bis etwa dem 5fachen der Summe der Gewichtsmengen der Reaktionsteilnehmer verwendet.

Die Reihenfolge der Zugabe von Essigsäure und dem Phosphorigsäureanhydrid zu dem Lösungsmittel ist nicht von Bedeutung.

Es ist wünschenswert, einen Überschuß des Essigsäurereaktionsteilnehmers gegenüber dem Anhydrid von phosphoriger Säure vorliegen zu haben, wenn die Reaktion nicht durch die nachfolgende Kristallisation des vorerwähnten cyclischen Kondensates unterstützt wird. Es können theoretische Verhältnisse <n einer Reaktion verwendet werden, bei welcher die Kristallisation auftritt.

Es ist wünschenswert, ein Molarverhältnis an Essigsäure zu Phosphorigsäureanhydrid von 1,5:1 bis etwa 20:1, besonders 2:1 bis 10:1 anzuwenden.

Sobald die Reaktionsteilnehmer bei etwa Zimmertemperatur zusammengebracht worden sind, reagieren sie sehr schnell und bilden eine große Vielfalt von Zwischenprodukten, einschließlich Anhydride, welche drei Arten von Bindungen enthalten können (C-O—C, C—O—P und P—O—P); jene, die Phosphit enthalten, werden in kalter Reaktionsmischung an Hand von phosphorkernmagnetischen Resonanzdoubletts (Kupplungskonstante in der Größenordnung von 700 bis 750 cP) ermittelt, die bei +4 Teile je Million (ppm) für die Endphosphitgruppen und bei — 1 ppm für die mittleren Phosphitgruppen gelegen sind, wobei diese Angaben auf 85°/_oige H₃PO₄ (äußerer Standard) als 0,0 ppm bezogen sind.

Die Phosphitanhydridzwischenprodukte, die während der niederen Temperaturstufen der Reaktion gebildet werden, beginnen sich sofort umzulagern und setzen die Umlagerung fort, wenn die Temperatur während mindestens etwa 3 Minuten auf etwa 90 bis etwa 150⁰C, besonders 100 bis 140⁰C, erhöht wird; während dieser Umlagerung gehen die Phosphitanhydride mit P—Η-Bindungen in Phosphate mit P—C-Bindungen über. Wenn die Anhydrisierungskraft relativ hoch ist und beispielsweise das 1,5- bis 3,0fache des theoretisch zur Bildung von Äthanl-hydroxy-l,l-diphosphonsäure erforderlichen Wertes beträgt, kann eine weitere Kondensation erfolgen, wobei sich neue P—O—P-Anhydridbindungen zwischen zwei Phosphonatgruppen, C—O—C-Ätherbindungen zwischen zwei Alkohol(OH)-gruppen an Kohlenstoff oder C—O—P-Esterbindungen zwischen einer Alkohol(OH)-gruppe an Kohlenstoff und Säure-OH an einem Phosphonat ausbilden. Ohne Rücksicht auf die genaue chemische Natur des bei einer solchen Erhitzung entstehenden Phosphonatproduktes besteht der Zweck des Erhitzungsschrittes in der im wesentlichen vollständigen Umwandlung des P—Η-gebundenen Materials in P—C-gebundenes Material.

Wenn sich die Anhydrisiefungskraft 3 nähert, beträgt die minimale Erhitzungszeit für im wesentlichen vollständige Umwandlung in P—C-gebundene Verbindungen lediglich wenige Minuten, d. h., bei Anwendung einer geringeren Anhydrisierungskraft erfordert diese Umsetzung eine längere Erhitzungszeit. Gewünschtenfalls können mehrere Stunden Anwendung finden.

Obgleich sich wenige Minuten als kritischer unterer

oder Diacetylphosphonate u. dgl. sowie das organische Lösungsmittel.

Die Abscheidung und Gewinnung der während der Hydrolysestufe gebildeten freien Diphosphonsäure kann in beliebiger Weise geschehen. Wenn das cyclische Kondensat in dieser Verfahrensstufe kristallisiert ist, kann es abfiltriert und anschließend unter Bildung von reiner Äthan-l-hydroxy-lJ-diphosphonsäure hydrolysiert werden. Falls das cy-

Grenzwert erwiesen haben, ist die obere Grenze io clische Kondensat nicht kristallisiert ist, kann die

für alle praktischen Zwecke weniger wichtig. Bei einer gegebenen Reaktion kann die Erhitzungsperiode 3 oder 4 Stunden dauern, jedoch sind solche ausgedehnte Erhitzungszeiträume nicht die Regel.

Äthan-1 -hydroxy-1,1 -diphosphonsäure abgetrennt und durch eine gewöhnliche Wasserdampfdestillation, wie sie nachstehend näher beschrieben ist, gewonnen werden. Eine andere Verfahrensweise um-

zu arbeiten.
Die Kohlenstoffphosphorbindungen enthaltenden

Säure, die als Ausgangsreagens verwendet wurde, und der Anzahl an Mol Essigsäure, die zur Bildung des Produktes Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure

Innerhalb des Bereiches von etwa 3 Minuten bis 15 faßt die Abtrennung der freien Diphosphonsäure etwa 4 Stunden wird es im allgemeinen bevorzugt, durch Kristallisation aus dem teilweise oder vollin einem Zeitabschnitt von etwa 15 bis 60 Minuten ständig hydrolysierten Reaktionsgemisch. Andere

Rückgewinnungsmethoden können ebenfalls angewendet werden und können eine Kombination der

kondensierten Phosphonatzwischenprodukte, die in 20 vorstehend erwähnten Verfahrensweisen umfassen, der Reaktionsmischung nach dem Erhitzen enthalten Wie erwähnt, kann das Aufarbeiten des Äthan-

sind, werden dann durch Zugabe von Wasser zur 1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure enthaltenden Reak-Reaktionsmischung unter Bildung einer Äthan-1-hy- tionsproduktes eine Wasserdampfdestillationsstufe droxy-1,1 -diphosphonsäure und Essigsäure enthal- umfassen, um die Essigsäure zu entfernen und gleichtenden Lösung hydrolysiert. Es werden alle konden- 25 zeitig das Produkt teilweise zu hydrolysieren. Während sierten Bindungen des Anhydridtyps (C—O—C, in der Reaktionsmischung die Temperatur von etwa P — O — P), des Estertyps (C — O — P) und des 100 bis etwa 170⁰C, vorzugsweise von 130 bis 150°C, Äthertyps (C—O—C) im wesentlichen vollständig zu aufrechterhalten wird, wird überhitzter Wasserdampf Äthan-1-hydroxy-1.1-diphosphonsäurehydrolysiert. durch die Reaktionsmischung geleitet. Die Menge

Die beim Hydrolyseschritt angewendete Wasser- 30 an zur Entfernung von Essigsäure erforderlichem menge soll jene Menge überschreiten, die theoretisch Dampf hängt in jedem Fall von den Reaktionszur Umwandlung des Anhydrids der phosphorigen bedingungen ab, die Anwendung gefunden haben. Säure in freie Phosphonsäure erforderlich ist. Unter Es wurde gefunden, daß ein Destillatvolumen, das »theoretisch« ist die Wassermenge in Mol zu ver- etwa dem dreifachen der Reaktionsmischung entstehen, die der Differenz zwischen der Anzahl An- 35 spricht, die überschüssige Essigsäure wirksam enthydridbindungen in dem Anhydrid der phosphorigen fernt. Geringere oder größere Volumina können

verwendet werden, z. B. in der Größenordnung von etwa einem Volumteil Destillat bis zu etwa 5 Volumteilen Destillat. Üblicherweise kann die Destillations-

verwendet wurden, entspricht. Im Falle, daß P₄O₆ 40 stufe etwa wenige Minuten bis zu mehrere Stunden das Ausgangsanhydridreagens ist und dieses mit in Anspruch nehmen, was wieder von den Reaktions-2 Mol Essigsäure zur Reaktion gebracht wird, beträgt die Wassermenge zur Vervollständigung der
Hydrolysereaktion wenigstens 4 Mol. Wird ein weniger kondensiertes Anhydrid der phosphorigen Säure 45
mit 2 Mol Essigsäure umgesetzt, so wird die für die
vollständige Umwandlung in die freie Säureform
erforderliche Wassermenge proportional geringer sein.

Der Hydrolyseschritt kann bei Zimmertemperatur
ausgeführt werden, jedoch werden üblicherweise 50 wirkt werden, beispielsweise unter Anwendung von höhere Temperaturen angewendet. Eine zufrieden- Wasser unter Druck in einem Autoklav zur Hydrostellende Geschwindigkeit wird bei 90 bis 170⁰C, lysierung des Kondensats und anschließende Destilbesonders 100 und 150⁰C, erreicht. lation der Essigsäure unter atmosphärischem Druck.

Die Hydrolyse kann durch Zugabe von weniger Nach der Hydrolyse und Entfernung der über-

als der theoretischen Menge Wasser nur teilweise 55 schüssigen Essigsäure aus dem Reaktionssystem entbewirkt werden, oder sie kann durch Befiuten des hält die Reaktionsmischung im wesentlichen die freie Systems mit einem Überschuß an Wasser vollständig Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure, organisches zu Ende gebracht werden. Wenn aus irgendeinem Lösungsmittel, falls dieses nicht vor der Hydrolyse Grunde in diesem Stadium der Reaktion eine nur entfernt worden ist, geringe Mengen gewisser Konteilweise Hydrolyse erwünscht ist, so kann der Rest 60 densate der oben angeführten Säure und manchmal der Wasserzugabe einen Teil der nachstehend be- geringe Mengen von phosphoriger Säure und Orthoschriebenen Reinigungsstufe ausmachen. phosphorsäure. Der Phosphitgehalt scheint etwas

Nach der teilweisen oder vollständigen Hydrolyse- von der Höhe des Überschusses an Essigsäurereagens behandlung enthält das Reaktionsprodukt die ge- abzuhängen, und die Bildung von Orthophosphat wünschte freie Phosphonsäure. Es kann jedoch wäh- ⁶5 als Nebenprodukt scheint durch überschreiten der rend der Reaktion auch unumgesetzte Essigsäure Reaktionstemperaturbereiche, wie sie hier definiert vorliegen, möglicherweise einige Acetyl enthaltende sind, oder durch Arbeit an den oberen Grenzen Anhydridzwischenprodukte, beispielsweise Mono- des Bereiches begünstigt zu werden.

bedingungen abhängt. Zeitabschnitte von etwa 15 Minuten bis etwa 2 Stunden haben sich insbesondere als geeignet erwiesen.

Bei Anwendung von überhitztem Wasserdampf kann die Temperatur der Reaktionsmischung bei etwa 105 bis etwa 170⁰C und vorzugsweise zwischen etwa 130 und etwa 150⁰C liegen. Die Entfernung der Essigsäure kann auch auf anderen Wegen be-

Die Abtrennung der freien Säure aus dem Reaktionsprodukt kann leicht durch einen gewöhnlichen Lösungsmittelextraktionsprozeß, wie z. B. mit einer Wasser-Chloroform-Mischung, bewirkt werden. An Stelle des Chloroforms kann ein beliebiges anderes organisches Lösungsmittel benutzt werden, das mit Wasser nicht mischbar und mit dem für die Reaktion verwendeten Verdünnungsmittel mischbar ist, z. B. Tetrahydrofuran, Hexan, Tetrachlormethylen, Tetrachloräthylen, Äthyläther, Benzol oder Xylol. In jedem Fall wurde gefunden, daß alle phosphorhaltigen Produkte in der wäßrigen Phase vorliegen und daß keine feststellbaren P³¹-Produkte in der Lösungsmittelschicht vorliegen, z. B. in Chloroform, wenn P³¹-kernmagnetische Magnetresonanzspektren aufgenommen werden.

Das bei der Hochtemperaturreaktion angewendete Lösungsmittel kann bei der Aufarbeitung des Produktes in verschiedenen Stadien entfernt werden. Beispielsweise kann, falls sich das abgekühlte Reaktionsprodukt in zwei flüssige Phasen oder in eine flüssige und in eine feste Phase trennt, eine direkte Trennung von der flüssigen Lösungsmittelschicht vorgenommen werden, wobei damit im wesentlichen die gesamte, nicht umgesetzte phosphorige Säure abgetrennt wird; die in höherem Maße polaren Lösungsmittel (z. B. Sulfone) werden auch etwas Äthanl-hydroxy-l,l-diphosphonsäure auflösen. Dieses Mittel zur Entfernung der phosphorigen Säure unterstützt die Reinigung der Äthan-1-hy droxy-Ll-diphosphonsäure und kann dazu benutzt werden, die phosphorige Säure in den nächsten Abschnitt für die Hochtemperaturreaktion in einem beliebigen Kreisprozeß zurückzuführen. Irgendwelche mitgeführte Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure geht dadurch nicht verloren.

Das Lösungsmittel kann auch nach der Hydrolyse entweder durch direkte Abtrennung der organischen Verdünnungsmittelschicht von der wäßrigen Schicht oder unter Durchführung einer Chloroformextraktion der Mischung entfernt werden. In jedem Fall werden alle phosphorenthaltenden Verbindungstypen in der wäßrigen Schicht zurückbleiben, und die organischen Typen werden analog dem inerten Verdünnungsmittel und der Essigsäure in der flüssigen organischen Schicht zu finden sein.

In dem oben beschriebenen Reaktionssystem kann das Reaktionsprodukt Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure in Ausbeuten bis zu etwa 99 bis 100%, bezogen auf das Phosphorreagens, in Abhängigkeit von den jeweils angewendeten Reaktionsbedingungen enthalten.

Die Mengen an gebildetem Nebenprodukt können sehr klein sein; durch sorgfältige Beachtung der hier beschriebenen Verfahrensweisen kann die BiI-dung von Nebenprodukten im wesentlichen vollständig vermieden werden, so daß ein nahezu reines Reaktionsprodukt an Äthan-l-hydroxy-lJ-diphosphonsäure erhalten wird. Dieses Produkt kann weiter durch Kristallisation gereinigt werden.

Die nachstehenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.

In den Beispielen wurden die Reaktionsprodukte durch P³¹-kernmagnetische Resonanzspektren analysiert und die analytischen Daten sind als Molprozent Phosphor der in Betracht kommenden Verbindungstype angegeben. Bei diesem System unterscheiden sich die Zahlenwerte von den Gewichtsprozentwerten nicht wesentlich. In den für jedes der nachstehenden Beispiele angegebenen Analysen enthält die Aufschlüsselung Zahlenwerte, die auch die Menge an gebildetem cyclischem Kondensat der Äthanl-hydroxy-l,l-diphosphonsäure angeben. Dies ist deshalb erfolgt, um zu zeigen, daß durch Variation der Reaktionsbedingungen zwischen Essigsäure und dem Phosphorigsäureanhydrid es möglich ist, größere oder geringere Mengen des cyclischen Kondensats zu erhalten, das, wie vorstehend ausgeführt, unmittelbar und vollständig in reine Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure hydrolysiert werden kann.

Für alle praktischen Zwecke kann die Ausbeute an Äthan-1-hydroxy-l,l-diphosphonsäuretypen die kombinierten Analysenwerte der freien Säure und des cyclischen Kondensats enthalten.

Beispiel 1

8,34 cm³ (0,146 Mol) Essigsäure werden in 23 cm³ Di-n-propylsulfon und 30 cm³ Sulfolan gelöst, worauf man 4,2 cm³ Phosphor(III)-oxyd (0,0364 Mol P₄O₆) innerhalb 1 Minute zugibt, wobei das Reaktionsgemisch in einem Ölbad auf 98° C erhitzt wird. Die Temperatur des Behälters stieg von 86 auf 102⁰C an, und eine gummiartige Fällung wurde gebildet. Die Temperatur stieg dann genau auf 133° C an und fiel langsam auf 130⁰C ab. Diese Temperatur wurde 10 Minuten aufrechterhalten, worauf auf Zimmertemperatur abgekühlt und bei dieser Temperatur 1 Stunde belassen wurde. Das Reaktionsgemisch wurde dann in 2 Teile geteilt: (A) Die gummiartige Fällung und (B) die klare Lösungsmittelschicht. Die beiden Teile wurden wie folgt behandelt:

Teil (A) wurde mit 30 cm³ Sulfolan, 20 cm³ Di-n-propylsulfon und einem Überschuß an Wasser versetzt. Dann wurde überhitzter Wasserdampf bei 125 bis 130⁰C eingeleitet, bis 200 cm³ Destillat übergegangen waren. Die Wasserlösung wurde dann zweimal mit 100 cm³ Chloroform extrahiert und zur Analyse mit Natronlauge auf einen pH-Wert von 9 neutralisiert. Die Probe wurde zur Trockne eingedampft. Ausbeute: 27 g. Die P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse ergab eine Zusammensetzung von 92% Äthan-1-hydroxy-1,1 -diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 3% HPO₃Na₂ und 5% Na₂HPO₄.

Teil (B): Die Lösungsmittelfraktion wurde mit überhitztem Wasserdampf einer Dampfdestillation unterworfen, bis 200 cm Destillat übergegangen waren. Der Rückstand wurde mit 100 cm³ Wasser verdünnt, und die organischen Lösungsmittel wurden mit Chloroform extrahiert. Die wäßrige Schicht wurde zur Analyse mit Natronlauge auf einen pH-Wert von 10 eingestellt und zur Trockne eingedampft. Ausbeute 4V₂ g. Die P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse ergab eine Zusammensetzung von 92% Äthan-1 -hydroxy-1,1 -diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 3% HPO₃Na₂ und 5% Na₂HPO₄. Die kernmagnetische Resonanzanalyse bezüglich P³¹ des Gesamtproduktes ergab eine Zusammensetzung von 92% Äthan -1 - hydroxy -1,1 - diphosphonsäure, 3% HPO₃Na₂ und 5% Na₃PO₄.

Beispiel 2

2,15 g (0,036 Mol) Essigsäure wurden bei Zimmertemperatur zu 3,94 g (0,018 Mol) P₄O₆ gegeben, das in 10 cm³ s-Tetrachloräthan gelöst war. Die Reaktionsmischung wurde nach 3 Minuten bei 33° C sehr trübe und wurde dann klarer; das Reaktions-

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gemisch wurde nach weiteren 18 Minuten bei 33⁰C wieder eine klare Lösung. Die klare Lösung wurde erwärmt. Nach weiteren 25 Minuten betrug die Temperatur 70⁰C, und eine gummiartige Fällung hatte · sich gebildet. Die Temperatur stieg langsam an, bis sie 101⁰C erreicht hatte; dann stieg die Temperatur sprunghaft auf 123° C, und der gesamte Reaktionsansatz gelierte. Eine wäßrige Lösung der vom s-Tetrachloräthan befreiten Reaktionsmischung wurde durch Anwendung kernmagnetischer Resonanz analysiert.

Die P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse ergab, daß das Produkt 82% Äthan-l-hydroxy-l,l~diphos~ phonsäure und 18% HPQ₃H₂ enthielt.

B ei s ρ i e 1 3

1,31 g (0,073 Mol) Wasser und 4,37 g (0,073 Mol) Essigsäure wurden in 13,7 cm³ s-Tetrachloräthan und 13,7 cm³ Di-n-propylsulfon (Pr₂SO₂) gelöst. Man gibt rasch 8,0 g Phosphor(III)-oxyd (0,0364 Mol P₄O₆) zu der obigen Mischung bei Zimmertemperatur zu. Innerhalb von V₂ Minute steigt die Temperatur infolge der Reaktionswärme auf 85° C an, und es bildet sich in der vorher klaren Reaktionsmischung eine gummiartige Fällung. In diesem Augenblick begann die Temperatur abzusinken, und es wurde Wärme zugeführt. Die Temperatur wurde in 15 Minuten auf 128° C erhöht und dann langsam innerhalb der folgenden 20 Minuten von 128 auf 153° C ansteigen gelassen. Durch die Reaktionsmischung wurde überhitzter Wasserdampf 45 Minuten bei 130 bis 150° C hindurchgeleitet. Die Reaktionsmischung wurde mit Wasser verdünnt und zur Analyse mit Natronlauge auf einen pH-Wert von 9 eingestellt; aus der wäßrigen Lösung wurde ein kristallines Produkt gewonnen, nachdem Isopropylalkohol zugesetzt worden war. Das Festprodukt wurde durch Filtration gewonnen und ergab 11,6 g. Eine P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse der kristallinen Fraktion zeigte, daß die Mischung 100% Äthan-l-hydroxy-Ll-diphosphonsäure (Trinatriumsalz) enthielt. Die Mutterlauge wurde zur Trockne eingedampft, wobei ein zweites Festprodukt in einer Menge von 10,9 g erhalten wurde. Eine P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse ergab, daß die Mischung 50% Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 30% Na₂HPO₄ und 20% HPO₃Na₂ enthielt. Eine kernmagnetische Resonanzanalyse hinsichtlich P³¹, am Gesamtprodukt durchgeführt, ergab eine Zusammensetzung wie folgt: 76% Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 14% Na₂HPO₄ und 10% HPO₃Na₂.

Beispiel 4

1,62 cm³ (0,090 Mol) Wasser wurden zu 10,0 g (0,045 Mol) P₄O₆ gegeben, das in 50 cm³ Di-n-propylsulfon gelöst war. Die Reaktionsmischung wurde während des Wasserzusatzes gekühlt, um zu verhindern, daß die Temperatur über 50°C anstieg. Es wurden 6,75g (0,1125MoI) Essigsäure zugesetzt und die Reaktionsmischung erwärmt. Die Temperatur wurde innerhalb von 80 Minuten auf 132° C erhöht. Während dieser Zeit wurde das gummiartige Fällungsprodukt in höherem Maße viskos, bis ein.harter Feststoff entstanden war. Während der folgenden 35 Minuten bei 132° C begann der harte Festkörper auszukristallisieren und zerfiel in einen losen Schlamm weißer Kristalle, die in dem Di-n-propylsulfonlösungsmittel gelöst waren. Die Reaktionsmischung wurde weitere 60 Minuten bei 132° C für insgesamt 3 Stunden Reaktionszeit digeriert. Das Festprodukt wurde abfiltriert und mit Chloroform lösungsmittelfrei gewaschen. Es wurden insgesamt 12,5 g Feststoff erhalten. Die P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse ergab eine Zusammensetzung von 100% cyclischen! Kondensat von Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure.

Das Filtrat und die Waschflüssigkeiten wurden mit Wasser verdünnt und die organischen Lösungsmittel durch Chloroformextraktion entfernt. Die Wasserschicht wurde durch Eindampfen auf 5,5 g eines Sirups eingeengt. Die P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse zeigte eine Mischungszusammensetzung von 29% Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure, 67% cyclisches Kondensat von Äthan-l-hydroxy-lJ-diphosphonsäure und 4% HPO₃H₂ an. Die P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse des Gesamtproduktes ergab eine Mischungszusammensetzung wie folgt: 8 % Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure, 91% cyclisches Kondensat von Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure und 1% HPO₃H₂.

Beispiel 5

9,15 g Phosphor(III)-oxyd (0,0415 Mol P₄O₆) wurden zu 40 cm³ Di-n-propylsulfon, das 1,44 cm³ (0,088 Mol) Wasser enthielt, hinzugefügt, wobei die Temperatur mittels eines Kühlbades auf 40° C gehalten wurde. Bei der Zugabe des P₄O₆ schied sich ein weißer Gummi ab. 9,35 g (0,1557 Mol) Essigsäure wurden rasch bei 29°C zugesetzt; die Hauptmenge des Gummis wurde wieder aufgelöst. Die praktisch klare Reaktionsmischung wurde mit einem auf 137⁰C erwärmten ölbad erhitzt. Innerhalb 2 Minuten erreiphte die Reaktionstemperatur 105° C, und es bildete sich wieder eine gummiartige Fällung. Die Temperatur stieg auf 133°C an; der Gummi wurde zu einem harten Festkörper, der dann in einen losen Schlamm zerfiel, wenn die Probe nach 90 Minuten bei 133° C kristallisierte. Der Schlamm wurde weitere 2 Stunden bei 133⁰C digeriert. Die Feststoffe wurden durch Filtration gewonnen, wobei 14,7 g erhalten wurden. Durch P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse wurde festgestellt, daß die Zusammensetzung 100% cyclisches Kondensat der Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure enthielt.

Die Mutterlauge wurde mit Wasser—Chloroform extrahiert und die wäßrige Schicht eingedampft, wobei 1,2 g eines viskosen Sirups erhalten wurden. Die P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse ergab eine Zusammensetzung von 88% Äthan-l-hydroxy-l.l-diphosphonsäure (einschließlich eines Halbkondensates von Äthan -1 - hydroxy -1,1 - diphosphonsäure) und 12% HPO₃H₂. Die kernmagnetische Resonanzanalyse hinsichtlich P³¹ des Gesamtproduktes ergab eine Zusammensetzung von 7% Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure, 92% cyclisches Kondensat von Äthan -1 - hydroxy -1,1 - diphosphonsäure und 1% HPO₃H₂.

B e i s ρ i e 1 6

11,3g Phosphor(III)-oxyd (0,0514 Mol P₄O₆) und 11,9 g (0,198MoI) CH₃COOH wurden in 56 cm³ Di-n-propylsulfon gelöst. Die Temperatur stieg spontan auf 40⁰C an, wobei sich eine gummiartige Fällung bildete. Die Reaktionsmischung wurde in einem eine Temperatur von 130° C aufweisenden ölbad erhitzt. Nach insgesamt 4 Minuten wurde aus dem

Gummi ein harter Feststoff. 1,8 cm³ (0,1 Mol) Wasser wurden nach 6 Minuten und dann wieder nach 2¹I₂ Stunden zugegeben. Während dieser Zeit und einer Gesamtzeit von 4 Stunden wurde die Reaktionstemperatur mit einem, eine Temperatur von 130⁰C aufweisenden ölbad aufrechterhalten. Die Reaktionsmischung wurde abgekühlt, mit insgesamt 230 cm³ Wasser verdünnt, worauf die organischen Lösungsmittel durch Chloroformextraktion entfernt wurden. Die wäßrige Schicht wurde zur Analyse mittels NaOH auf einen pH-Wert von 9 eingestellt und eingedampft, wobei 34 g eines Festproduktes erhalten wurden. Durch P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse wurde festgestellt, daß die Mischung 45% Äthan-1 - hydroxy -1,1 - diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 48% cyclisches Kondensat von Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure (Pentanatriumsalz) und 7% HPO₃Na₂ enthielt.

Beispiel 7

1,85 cm³ (0,1028 Mol) Wasser wurden in 56 cm³ Di-n-propylsulfon gelöst. Es wurden 11,3 g Phosphor(III)-oxyd (0,0513 Mol P₄O₆) innerhalb 1 Minute zugesetzt, wobei die Temperatur mittels eines Kühlbades auf 55 bis 6O⁰C gehalten wurde. Der P₄O₆-Zusatz bewirkte die Abscheidung einer gummiartigen Fällung. Die Reaktionsmischung wurde innerhalb 8 Minuten auf 36°C abgekühlt; zu diesem Zeitpunkt wurden 6,15 cm³ (0,1025 Mol) CH₃COOH zugesetzt. Die Reaktionsmischung wurde innerhalb 20 Minuten auf 126° C erhitzt, und diese Temperatur wurde weitere 2 Stunden beibehalten. Durch die Reaktionsmischung wurde 90 Minuten bei 14O⁰C überhitzter Wasserdampf hindurchgeleitet. Das Produkt wurde mit Wasser verdünnt, und das Di-n-propylsulfon wurde durch Chloroformextraktion abgetrennt. Die wäßrige Schicht wurde zur Analyse mittels NaOH auf einen pH-Wert von 9 gebracht und eingedampft, wobei 30 g eines Festproduktes erhalten wurden. Durch kernmagnetische Resonanzanalyse hinsichtlich P³¹ wurde festgestellt, daß die Zusammensetzung 78% Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 12% cyclisches Kondensat von Äthan-1 - hydroxy -1,1- diphosphonsäure (Pentanatriumsalz), 6% HPO₃Na₂ und 4% Na₂HPO₄ enthielt.

Beispiel 8

8,4 cm³ (0,14 Mol) Essigsäure und 2,5 cm³ (0,14 Mol) Wasser wurden in 50 cm³ Di-n-propylsulfon (Pr₂SO₂) bei Zimmertemperatur gelöst. 15,4 g Phosphor(III)-oxyd (0,07 Mol P₄O₆) werden rasch zugesetzt; die Temperatur stieg rasch auf 99° C an, und innerhalb 2 Minuten schied sich ein Gummi ab. Die Reaktionsmischung wurde 45 Minuten auf maximal 150⁰C erhitzt. Durch die Reaktionsmischung wurde 40 Minuten lang bei 140° C überhitzter Wasserdampf hindurchgeführt, wobei in der Reaktionsmischung zwei flüssige Schichten entstanden. Die Schichten wurden durch Dekantieren getrennt. Die Di-n-propylsulfonschicht enthielt HPO₃H₂ und Äthanhydroxydiphosphonsäure in geringen Mengen. Die wäßrige Schicht wurde zur Analyse mit NaOH auf einen pH-Wert von 9 eingestellt und der Gefriertrocknung unterworfen, wobei 35,3 g Festprodukt erhalten wurden, das, wie durch Analyse festgestellt wurde, 18,6% Wasser enthielt. Die P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse ergab eine Zusammensetzung des Produktes von 44% Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphorisäure (Trinatriumsalz), 44% cyclisches Kondensat von Äthan-1 -hydroxy-1,1 -diphosphonsäure (Pentanatriumsalz) und 12% HPO₃Na₂.

Beispiel 9

4,6 cm³ (0,81 Mol) Essigsäure werden in 15 cm³ Di-n-propylsulfon und 20 cm³ Sulfolan gelöst. 4,2 cm³ (0,0364 Mol P₄O₆) Phosphor(III)-oxyd werden innerhalb 1 Minute zugesetzt. Die Temperatur stieg innerhalb von 6V2 Minuten auf 57° C an, und es bildete sich eine gummiartige Fällung. Nach 8 Minuten betrug die Temperatur 69 und nach 13 Minuten 59°C. Die Reaktionsmischung wurde dann mittels eines Ölbades erhitzt und 35 Minuten bei 110 bis 124° C belassen. Die Reaktionsmischung wurde auf Zimmertemperatur abgekühlt und innerhalb von 20 Minuten mit 2,6 cm³ (0,146 Mol) Wasser in 17,4 cm³ Sulfolan versetzt. Während dieser Zeit wurde eine Reaktionstemperatur von 108⁰C erreicht und aufrechterhalten, und die Reaktionsmischung bildete eine klare Lösung. Eine Temperatur von 110⁰C wurde weitere 30 Minuten aufrechterhalten. Das Produkt wurde zur Analyse mit NaOH auf einen pH-Wert

von 9,0 eingestellt und zweimal mit 100 cm³ Chloroform zwecks Entfernung der organischen Lösungsmittel extrahiert. Die Wasserschicht wurde dann zur Trockne eingedampft, wobei 23,8 g eines Festproduktes erhalten werden. Durch kernmagnetische Resonanzanalyse hinsichtlich P³¹ wurde festgestellt, daß die Zusammensetzung 87% Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 9% HPO₃Na₂ und 4% Na₃PO₄ enthielt.

Beispiel 10

9,07 g (0,151 Mol) Essigsäure wurden in 65 cm³ Butyläther gelöst und bei Zimmertemperatur mit 11,29 g (0,0515 Mol) P₄O₆ versetzt. Die klare Lösung wurde gerührt und mit einem auf 130⁰C gehaltenen ölbad erhitzt. Sobald die Temperatur innerhalb von 7 Minuten auf 120⁰C angestiegen war, schied sich ein weißer Gummi ab, der dunkel wurde und eine für das Rühren zu hohe Viskosität aufwies. Während weiterer 20 Minuten wurde eine Temperatur von 124 bis 127⁰C aufrechterhalten, worauf auf 85° C abgekühlt und vorsichtig mit 13,6 cm³ Wasser versetzt wurde, so daß die maximale Reaktionstemperatur 110° C betrug. Die Reaktionsmischung trennte sich beim Wasserzusatz in zwei Schichten auf. Die Mischung wurde auf 130 bis 140⁰C erhitzt, worauf überhitzter Wasserdampf durch die Mischung geleitet wurde, um die überschüssige Essigsäure zu entfernen. Das in einer Menge von 350 cm³ gesammelte Destillat enthielt 87% der Essigsäure. Die Lösungsmittel, und zwar sowohl Wasser als auch Butyläther, wurden durch Eindampfen entfernt und der Rückstand erneut in Wasser aufgelöst. Dann wurde zur Analyse Natriumhydroxyd zugesetzt, bis ein pH-Wert von 10 erreicht war. Das Wasser wurde durch Eindampfen entfernt, wobei ein 14,7% Wasser enthaltendes Festprodukt in einer Menge von 32,4 g erhalten wurde bzw. 27,6 g wasserfreies Pulver. Die kernmagnetische Resonanzanalyse hinsichtlich P³¹ ergab eine Zusammensetzung von 67% Äthan-1-hydroxy -1,1- diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 18 % cyclisches Kondensat von Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure (Pentanatriumsalz), 14% HPO₃Na₂ und 1% Na₂HPO₄.

Beispiel 11

4,6 cm³ (0,081 Mol) Essigsäure werden zu 20 cm³ Sulfolan und 15 cm³ Di-n-propylsulfon gegeben. Die klare Lösung wurde in einem eine Temperatur von 90⁰C aufweisenden ölbad erhitzt. 4,2 cm³ Phosphor(III)-oxyd (0,364 Mol P₄O₆) wurden innerhalb 2 Minuten zugegeben; die Temperatur des Reaktionsgefäßes stieg von 75 auf 120° C an, wobei ein gummiartiges Fällungsprodukt gebildet wurde. Nach weiteren 2 Minuten bei 120⁰C lösten sich 2,6 cm³ (Oj 1443 Mol) des Gummis auf. 4 Minuten später wurden weitere 5 cm³ Wasser zugesetzt, und die Temperatur sank auf 65⁰C ab. Es wurden weitere 200 cm³ Wasser zugesetzt und die Mischung zur Entfernung organischer Lösungsmittel mit Chloroform extrahiert. Die wäßrige Schicht wurde zur Analyse mit NaOH auf einen pH-Wert von 9 gebracht und eingedampft, wobei 26 g eines Festproduktes erhalten wurden. Durch P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse wurde eine Zusammensetzung von 75% Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 9% cyclisches Kondensat von Äthan-1 - hydroxy - 1,1 - diphosphonsäure (Pentanatriumsalz), 13% HPO₃Na₂ und 3% Na₂HPO₄ ermittelt.

Beispiel 12

4,6 g (0,081 Mol) Essigsäure wurden in 20 cm³ Sulfolan und 15 cm³ Di-n-propylsulfon gelöst; dann wurden 4,2 cm³ (0,0364 Mol) P₄O₆ bei 32°C zugesetzt. Die Temperatur stieg spontan an; nach 3 Minuten betrug die Temperatur 73° C, und in der vorher klaren Reaktionsmischung hatte sich eine gummiartige Fällung gebildet. Die Temperatur stieg weiter auf 8O⁰C an und fiel in den folgenden 7 Minuten langsam auf 64° C ab. Zu diesem Zeitpunkt wurden 1,3 cm³ (0,072 Mol) Wasser zugegeben, wodurch ein rascher Temperaturanstieg auf 92° C bewirkt wurde. Die gummiartige Fällung ging in eine kristalline Aufschlämmung über, die sich dann wieder in eine gummiartige Masse von Feststoffen zurückverwandelte. Die Reaktionsmischung wurde mit einem auf 14O⁰C erhitzten ölbad erwärmt, und bei 116° C wurden weitere 1,3 cm³ (0,072 Mol) Wasser zugefügt. Aus der Reaktionsmischung entstand eine nahezu klare Lösung; es blieb jedoch eine gewisse Trübung auf Grund einer nicht mischbaren Flüssigkeit bestehen. Eine Temperatur von 120⁰C wurde während 4 Minuten aufrechterhalten; die Reaktionsmischung wurde dann auf Zimmertemperatur abgekühlt. Es erfolgte eine Verdünnung der Reaktionsmischung mit 200 cm³ Wasser, und die organischen Lösungsmittel wurden durch Flüssig-Flüssig-Extraktion mit Chloroform entfernt. Die wäßrige Schicht wurde zur Analyse mit NaOH auf einen pH= Wert von 9 eingestellt und zur Trockne eingedampft, wobei 23,3 g eines Festproduktes erhalten wurden. Die P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse ergab eine Zusammensetzung mit einem Gehalt von 39% Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 43% cyclisches Kondensat von Äthan-l-hydroxy-ljl-diphosphonsäure (Pentanatriumsalz), 14% HPO₃Na₂ und 4% Na₂HPO₄. "

Beispiel 13

4,2 cm³ (0,0364 Mol P₄O₆) Phosphor(III)-oxyd wurden in 42 cm³ Di-n-propylsulfon und 32 cm³ Sulfolan aufgelöst. Zu der klaren Reaktionsmischung wurden

65 innerhalb von 10 Minuten 4,17 cm³ (0,073 Mol) Essigsäure bei 34 bis 36° C zugesetzt. Die Reaktionswärme bewirkte einen langsamen Temperaturanstieg; 7 Minuten nach Zugabe der Essigsäure wurde die Reaktionsmischung trüb; 18 Minuten nach dem Zusatz von Essigsäure erreichte die Reaktionstemperatur 49⁰C, und es wurde eine plötzliche Erhöhung des Trübungsgrades festgestellt. Innerhalb von 90 Minuten wurde die Reaktionsmischung auf 30° C abkühlen gelassen, worauf sie auf 125 bis 130⁰C für 20 Minuten erhitzt wurde. Zu diesem Zeitpunkt wurden 2,62 cm³ (0,145 Mol) Wasser zugesetzt; die Temperatur stieg rasch auf 155° C an, und die Reaktionsmischung trennte sich in zwei Schichten auf; es wurden weitere 5 cm³ Wasser zugesetzt, wobei keine weitere Reaktionswärme festgestellt wurde. Durch die Reaktionsmischung wurde dann 45 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 140⁰C überhitzter Wasserdampf hindurchgeleitet. Die Reaktionsmischung wurde zur Analyse mit NaOH auf einen pH-Wert von 9 gebracht und die organischen Lösungsmittel durch Flüssig-Extraktion mit Chloroform entfernt. Die wäßrige Schicht wurde zur Trockne eingedampft, wobei 23 g eines Festproduktes erhalten wurden. Durch kernmagnetische Resonanzanalyse hinsichtlich P³¹ wurde festgestellt, daß die Zusammensetzung 77% Äthan-1 -hydroxy-1,1-diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 3% cyclisches Kondensat von Äthan-1-hydroxy-l,l-diphosphonsäure (Pentanatriumsalz), 18% HPO₃Na₂ und 2% Na₂HPO₄ enthielt.

Beispiel 14

2,15 cm³ (0,038 Mol) Essigsäure (CH₃COOH) wurden bei 10⁰C zu 18 cm³ Dibutyläther, der 3,94 g (0,018 Mol) P₄O₆ enthielt, zugesetzt. Die klare Reaktionsmischung wurde langsam erwärmt; nach 20 Minuten Reaktionszeit bildete sich bei einer Temperatur von 18°C eine zweite Flüssigkeitsschicht; nach 35 Minuten bei 50⁰C wurde aus der zweiten flüssigen Schicht ein viskoser Gummi. Während 20 Minuten wurde eine Temperatur von 50⁰C aufrechterhalten, worauf die Temperatur langsam innerhalb einer 2stündigen Periode auf 137° C erhöht wurde und während einer weiteren Stunde bei dieser Temperatur von 137° C belassen wurde. Der viskose Gummi wurde zum Zwecke einer kernmagnetischen Resonanzanalyse bezüglich P³¹ in Wasser aufgelöst. Die P³¹-kernmagnetische Resonanzanalyse ergab eine Zusammensetzung von 66% Äthan-l-hydroxy-l.l-diphosphonsäure, 12% cyclisches Kondensat von Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure und 22% HPO₃H₂.

Die kernmagnetische Resonanzanalyse hinsichtlich P³¹ ergab, daß das Produkt 78% Äthan-1-hydroxy - 1,1 - diphosphonsäuretypen (bestehend aus 66% Äthan -1 - hydroxy -1,1 - diphosphonsäure und 12% cyclischen! Kondensat von Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure) und 22^u/o phosphorige Säure enthielt.

Beispiel 15

4,37 g (0,73 Mol) Essigsäure und 1,31 g (0,073 Mol) H₂O wurden in 41 cm³ Di-n-propylsulfon aufgelöst und rasch mit 8,0 g (0,0364 Mol) P₄O₆ versetzt. In dem Maße, wie die Temperatur innerhalb von 25 Minuten spontan auf 70°C anstieg, schied sich ein Gummi ab. Die Reaktionsmischung wurde auf 130° C erhitzt und bei dieser Temperatur für insgesamt 60 Minuten belassen. Dann wurde durch

die Reaktionsmischung 75 Minuten bei 140 bis 150⁰C überhitzter Wasserdampf hindurchgeleitet. Die Reaktionsmischung Wurde dann auf Zimmertemperatur abgekühlt und zur Analyse mit NaOH auf einen pH-Wert von 9,0 eingestellt. Die wäßrige Schicht wurde mit Wasser auf 300 cm³ verdünnt und das Di-n-propylsulfon durch Extraktion mit Chloroform entfernt. Die wäßrige Schicht wurde zur Trockne eingedampft, wobei 25,4 g von teilweise hydratisierten Feststoffen erhalten wurden. Eine P^-kernmagnetische Resonanzanalyse ergab, daß die Mischung 60% Äthan -1 - hydroxy -1,1- diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 10% cyclisches Kondensat von Äthan-1 - hydroxy -1,1- diphosphonsäure (Pentanatriumsalz) und 30% HPO₃Na₂ enthielt.

Beispiel 16

1,2 cm³ (0,067 Mol) Wasser und 4,6 cm³ (0,80 Mol) Essigsäure wurden in 13,5 cm³ Di-n-propylsulfon und 13,5 cm³ Dibutyläther gelöst. Unter Anwendung eines Eis-Salz-Bades wurde die Reaktionsmischung auf 16⁰C gekühlt. Dann wurden rasch 7,7 g Phosphor(III)-oxyd (0,035 Mol P₄O₆) zugesetzt, wodurch ein rascher Temperaturanstieg auf 120° C erfolgte und eine gummiartige Fällung aus der klaren Reak- 25' tionsmischung abgeschieden wurde. Dann wurde erwärmt und eine Reaktionstemperatur von 150° C während 30 Minuten aufrechterhalten. Durch die Reaktionsmischung wurde 45 Minuten lang bei 140° C überhitzter Wasserdampf durchgeleitet. Das Produkt wurde mit Wasser verdünnt und zur Analyse mit NaOH auf einen pH-Wert von 9 gebracht. Die Entfernung der restlichen organischen Lösungsmittel erfolgte durch Flüssig-Flüssig-Extraktion mit Äthyläther—Wasser. Der wäßrige Anteil wurde zur Trockne eingedampft, wobei 25,5 g eines Festproduktes erhalten wurden. Durch kernmagnetische Resonanzanalyse hinsichtlich P³¹ wurde festgestellt, daß das Produkt 58% Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure (Trinatriumsalz), 7% cyclisches Kondensat von Äthan-1 - hydroxy-1,1- diphosphonsäure (Pentanatriumsalz), 21% Na₂HPO₄ und 14% HPO₃Na₂ enthielt.

In den oben angeführten Beispielen ist die Natriumorthophosphatverbindung Na₃PO₄ im Endprodukt eher als eine Verunreinigung des P₄O₆-Ausgangsmaterials (d. h. P₄O₆, das zu P₄O₁₀ oxydiert worden ist) als ein Ergebnis der Reaktion anzusehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure durch Umsetzung von pyrophosphoriger Säure mit Essigsäureanhydrid, dadurch gekennzeichnet, daß man Essigsäure mit einem Phosphorigsäureanhydrid in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels, das wenigstens teilweise die Reaktionsteilnehmer und deren Reaktionsprodukte auflöst und das einen Siedepunkt von wenigstens 140⁰C aufweist, umsetzt, die gebildeten Phosphitzwischenverbindungen auf eine Temperatur von etwa 90 bis etwa 150° C während mindestens etwa 3 Minuten erhitzt und das Reaktionsgemisch hydrolysiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in n-Propylsulfon, Sulfolan, Tetrachloräthan, Dibutyläther oder deren Mischungen als organischem Lösungsmittel durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Essigsäure mit Phosphorigsäureanhydrid im Molverhältnis von etwa 1,5 :1 bis etwa 20:1 umsetzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrolyse bei etwa 90 bis etwa 17O⁰C unter Zugabe von Wasser zur erhitzten Reaktionsmischung durchführt, wobei Wasser im Überschuß über die theoretisch zur Umwandlung von Phosphorigsäureanhydrid in freie Phosphonsäure erforderliche Menge angewendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 107 207.