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DE2017974B - Verfahren zur Herstellung von Aminomethylenphosphonsäuren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Aminomethylenphosphonsäuren

Info

Publication number
DE2017974B
DE2017974B DE19702017974 DE2017974 DE2017974B DE 2017974 B DE2017974 B DE 2017974B DE 19702017974 DE19702017974 DE 19702017974 DE 2017974 DE2017974 DE 2017974 DE 2017974 B DE2017974 B DE 2017974B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
glycol
reaction
chlorophosphite
formaldehyde
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19702017974
Other languages
English (en)
Other versions
DE2017974A1 (de
Inventor
Friedrich Dr. 6349 Edingen; Bauer Lieselotte Dr. 6702 Bad Dürkheim Krüger
Original Assignee
Joh. A. Benckiser Gmbh, 6700 Ludwigshafen
Filing date
Publication date
Application filed by Joh. A. Benckiser Gmbh, 6700 Ludwigshafen filed Critical Joh. A. Benckiser Gmbh, 6700 Ludwigshafen
Publication of DE2017974B publication Critical patent/DE2017974B/de
Pending legal-status Critical Current

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aminomethylenphosphonsäuren durch Umsetzung von a) Aminen, deren Salzen oder Ammouiumchlorid mit b) Formaldehyd und c) einer Verbindung des dreiwertigen Phosphors.
Die Aminoalkylenphosphonsäuren sind ausgezeichnete Komplexbildner für polyvalente Metalle, z. B. Calcium, Magnesium, Eisen usw. Sie sind hydrolysebestä.idig und werden deshalb vor allem flüssigen Reinigunismitteln zugesetzt. Da die Amonialkylenphosphons Auren schon in unterstöchiometrischen Mengen, sogenannten Impfmengen, wirken, haben sie in den letzten Jahren eine immer größere Bedeutung erlangt.
Zur Herstellung der Verbindungen sind schon eine Reihe von Verfahren bekannt. So werden die Verbindungen nach der deutschen Auslegeschrift 1,214,229 aus Amin, Formaldehyd und phosphoriger Säure hergestellt. Bei dieser Umsetzung entsteht jedoch stets ein Gemisch aus verschiedenen Komponenten, so daß in der deutschen Auslegeschrift 1,259.137 vorgeschlagen wird, einen Überschuß an phosphoriger Säure anzuwenden, um so zu reineren Produkte.- zu gelangen.
In der britischen Patentschrift 1,142,294 wird ferner ein Verfahren beschrieben, nach dem aasteile von phosprtcriger Säure das billigere Phosphortrichlorid mit Amin und Formaldehyd zu Aminoalkylenphosphonsäuren umgesetzt wird.
Als Nachteil dieses Verfahrens hat sich gezeigt, daß die Reaktion sehr stürmisch verläuft. Da sich die Reaktionslösung dabei stark erwärmt, kann das Phosphortrichlorid nur langsam und unter guter Kühlung zugetropft werden. Infolge des niederen Siedepunktes des Phosphortrichlorids ist es jedoch oft nicht zu vermeiden, daß ein Teil des Phosphortrichlorids abdestilliert oder auch von den in großen Mengen entweichenden ChlorwasserstofFgasen mitgerissen wird. Dieses Phosphortrichlorid fehlt dann bei der Umsetzung, was eine Ausbeuteverminderung zur Folge hat. es sei denn, man arbeitet mit einem Überschuß an Phosphortrichlorid, um den Verlust auszugleichen.
Diese Nachteile werden durch die Erfindung verhindert. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Aminomethylenphosphonsäuren durch Umsetzung von a) Aminen, deren Salzen oder Ammoniumchlorid mit b) Formaldehyd und c) einer Verbindung des dreiwertigen Phosphors, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung mit einem Gtykolchlorphosphit als Verbindung des dreiwertigen Phosphors durchführt.
Gegenüber dem bekannten Verfahren mit Phosphortrichlorid besetzt das Verfahren der Erfindung den Vorteü, daß die Glykolchlorphosphite einen wesentlich höheren Siedepunkt besitzen als Phosphor- trichlorid und deshalb viel schneller zugegeben werden können, ohne daß die Gefahr besteht, daß durch Erwärmung der Reaktionslösung Verluste an GIykolchlorphospjiit durch Abdestfllieren auftreten. So siedet z.B. Äthylenglykolchlorphosphit im Vakuum
π bei 50 mm Druck bei 71 "C, während rnosphortrichlorid schon bei Normaldruck bei fast der gleiche« Temperatur, nämlich bei 74,5° C, übergeht. Das Ver fahren der Erfindung ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung größerer Mengen an Aminoalkylenpho^
phonsäuren, da hierbei Faktoren wie Kühlung und Reaktionszeit für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens entscheidend sind.
Es sind zwar Verfahren bekannt, nach denen Phosphorigsäurediester aus niederen einwertiger Alkoho-
len mit Amin und Formaldehyd umgesetzt werden. Hierbei werden jedoch zunächst die Ester der Aminoalkylenphosphonsäuren erhalten, die erst zu den Säuren verseift werden müssen. Gemäß der Erfindung werden dagegen Chlorglykolphosphorigsäureester eingesetzt, wobei während der Reaktion Chlorwasserstoff entsteht, der auf die Umsetzung einen günstigen Einfluß ausübt und auch gleichzeitig den Glykolester verseift, so daß man gleich zu den freien Aminoalkylenphosphonsäuren gelangt. Darüber hinaus lassen sich die erfindungsgemäß verwendeten Chlorphosphorigsäureester aus mehrwertigen Alkoholen auch besser und reiner herstellen als die bekannten Phosphorigsäurediester einwertiger Alkohole. So entstehen bei der Umsetzung von 1 Mol Phosphortrichlorid mit 2MoI einwertigem Alkohol stets Gemische aus Phos-Dhorigsäurediester und Esterhalogeniden, die erst gereinigt werden müssen, während sich bei der Umsetzung von 1 Mol Phosphortrichlorid mit 1 Mol Glykol nahezu quantitativ der Glykolchlorphosphorigsäureester bildet. Es ist deshalb möglich, die rohen GIykolchlorphosphorigsäureester ohne Reinigung direkt nvt Amin und Formaldehyd zu den Aminoalkylenphosphonsäuren umzusetzen, was ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren darstellt.
Als Glykol-chlor-phosphite werden beispielsweise 1,2-Äthylenglykol-chlor-phosphit, 1,2-Propylenglykolchlor-phosphit, 1,3-Butylenglykol-chlor-phosphit verwendet.
Die Glykol-chlor-phosphite können mit all den Mono- oder Polyaminen oder deren Salzen umgesetzt werden, die schon a ^s den Herstellungsverfahren von Aminoalkylenphosphonsäuren mit phosphoriger Säure bzw. Phosphortrichlorid bekannt sind.
Es hat sich gezeigt, daß besonders gute Ausbeuten an Aminoalkylenphosphonsäuren auch bei der Umsetzung von Glykol-chlor-phosphit mit Säureamiden niederer Mono- oder Dicarbonsäuren wie Formamid, Oxamid, ferner mit Harnstoff erhalten werden.
ni Die Umsetzung kann in verschiedener Weise durchgeführt werden. Man kann in einem Reaktionskolben das Amin mit verdünnter Salzsäure neutralisieren. Formaldehyd und Glykol-chlor-phosphit zugeben und
anschließend noch 1 bis 2 Stunden im siedenden Wasserbad weitererhitzen. Man kann auch das freie Amin mit z.B. Formaldehydlösung vermischt mit Glykol-chlor-phosphit zur Reaktion bringen.
Man kann weiterhin in anderer Reihenfolge arbeiten, indem man zuerst das Glykol-chlor-phosphit mit Formaldehyd umsetzt und anschließend das Amin oder ein Salz des Amins oder ein Säureamid zugibt
Das Glykol-chlor-phosphit wird nach bekannten Verfahren aus Glykol und Phosphortrichlorid in Ge genwart von Methylenchlorid als Verdünnungsmittel gewonnen. Nach Abdestillieren des Verdünnungsmittels auf dem Wasserbad wird das Glykol-chlor-phosphit im Vakuum destilliert.
Man kann aber auch ohne Verdünnungsmittel ar- is briten und den rohen Ester direkt zur Reaktion bringen. Es ist so r\!glich, in einem Gang durch Zugabe des Formaldehyds zu dem rohen Ester und anschließendem Zutropfen des Aminchlorhydrats oder Säureamids zu den Aminoalkylenphosphonsäuren zu gelangen.
Selbstverständlich können auch Gemische verschiedener Amine mit Formaldehyd und Glykol-chlorphosphiten zur Umsetzung gebracht werden.
Die Isolierung der Reaktionsprodukte kann so erfolgen, daß man die Reaktionsiösung einengt und die kristallisierte Verbindung durch Abnutschen und Nachwaschen mi wenig Wasser, Alkohol oder Aceton reinisoliert. Man kann aber a"ch die rohen Reaktionslösungen vorzugsweise bei Phosphonsäuren, die schlecht kristallisieren oder als Ö': anfallen, direkt Reinigungsmitteln in fester und flüssiger Form einverleiben oder sie in wäßrigen Systemen zur Steinverhütung in unterstöchiometrischen Mengen einsetzen. Das in der Reaktionslösung vorhandene Glykol stört 5ϊ dabei nicht. Die Anwesenheit von Glykol bei steinverhütenden Zubereitungen hat sich vielmehr als Vorteil erwiesen.
Formaldehydlösung (3MoI) innerhalb von 10 Minuten im stehenden Wasserbad gegeben. Die Temperatur der Reaktionslösung steigt dabei auf 60° C. Anschließend werden 45 g Formamid (lMol) hinzugegeben und die Reaktionslösung noch 1 bis 2 Stunden im siedenden Wasserbad gerührt. Beim Abkühler kristallisiert Nitrilo-tris-(methylenphosphonsäure) aus. Es wird abgesaugt und mit Aceton gewaschen. Ausbeute: 83% der Theorie. ---
Beispiel 4 ·
Zu 103g Diäthylentriamin (lMol) werden unter RühTen 500 g 30%ige Formaldehydlösung (5MoI) gegeben und anschließend 63Og Äthylenglykol-chlorphosphit (5 Mol) im stehenden Wasserbad getropft. Die Temperatur der Reaktiondlösung steigt dabei auf 85° C. Die Reaktionsmischung wird noch 1 bis 2 Stunden im siedenden Wasserbad erhitzt. Die so erhaltene wäßrige Lösung von Diäthylentriamin-penta-(methylenphosphonsäure) kann ohne Reinigung direkt Reinigungsmitteln ugegeben werden.
Beispiel 5
Zu einem Gemisch aus 103 g Diäthylentriamin (lMol), 300g konz. Salzsäure (3MoI) und 500g 30%iger Formaldehydlösung (5MoI) werden 77Og !,S-Butylenglykol-chlor-phosphit (5MoI) ictropft und das Reaktionsgemisch anschließend noch 2 Stunden auf 100 bis 110° C erhitzt. Die so erhaltene wäßrige Lösung kann ohne Reinigung direkt Reinigungsmitteln zugesetzt werden.
Beispiel 1
Zu der Mischung aus 30 g Ähylendiamin (V2 Mol), 100 g konz. Salzsäure (1 Mol) und 200 g 30%iger Formaldehydlösung (2 Mol) werden unter Rühren innerhalb von 30 Minuten 252 g Äthylenglykol-chlorphosphit (2 Mol) im stehenden Wasserbad gegeben. Die Temperatur der Reaktionslösung steigt dabei bis 80°C. Anschließend wird noch 2 Stunden im siedenden Wasserbad weitererhitzt und dann im Vakuum eingeengt.^ Nach Waschen mit Wasser und Alkohol wird Äthylendiamin-tetra-(methylenphosphonsäure) als weiße feste Substanz erhalten.
Ausbeute: 53% der Theorie.
Beispiel 2
Unter Kühlung wird eine Mischung aus 30 g Athylendiamin (V2MoI), lÖÖg konz. Salzsäure (1 Mol) und 20Og 30%iger Formaldehydlösung (2MoI) hergestellt und dazu unter Rühren 28Og i,2-Propylenglykolchlor-phosphit (2MoI) zugetropft und noch 2 Stunden bei 110° C weitergerührt. Die Reaktionslösung kann ohne Reinigung direkt Reinigungsmitteln zugesetzt werden.
Beispiel 3
Zu 378 g Äthylenglykol-chlor-phosphit (roh, nicht destilliert) (3 Mol) werden unter Rühren 300 g 30%ige
Beispiel 6
Zu einem Gemisch aus 53,5 g Ammoniumchlorid (1 Mol) und 300 g 30%iger Formaldehydlösung (3 Mol) werden unter Rühren und Wasserbadkühlung
378 g Äthylenglykol-chlor-phosphit (3MoI) getropft und die Reaktionsmischung noch 1 bis 2 Stunden im siedenden Wasserbad gerührt. Beim Abkühlen kristallisiert Nitrilo-tris-(methylenphosphonsäure) aus. Es wird abgesaugt und mit Aceton gewaschen.
Ausbeute: 71,4% der Theorie.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Glykolchlorphosphit gegenüber den bekannten Verfahren mit Phosphortrichlorid bzw. phosphoriger Säure ist auch die bessere Ausbcuu an Aminomethylenphosphonsäure. In der nachfolgenden Tabelle sind Vergleichsversuche zusammengestellt, nach denen Nitriio-tris-(methylenphosphonsäure) unter gleichen Bedingungen und molaren Verhältnissen der Reaktionspartner einmal erfindungsgemäß mit Glykolchlorphosphit und zum anderen mit Phosphortrichlorid bzw. phosphoriger Säure hergestellt wurde.
Vergleichs versuche
Es wurde jeweils wie im Baispiel 6 der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist, gearbeitet.
5 H3PO3 PCl3 Glykol-
chlor-
phosphit
6 Kristallisations
zeit in Stunden
NH4Cl Formal-
dehydlsg.
30%ig
123 g 204 g 190 g Ausbeute 15
15
nach Einengen auf
das halbe Volumen
und tagelangem
Stehen
26,75 g
26,75 g
26,75 g
200 mi
200 ml
200 ml
123 g 204 g 190 g 64%
75%
ca. 45%
14
15
siehe oben
26,75 g
26,75 g
26,75 g
200 ml
200 ml
20OmI
nach beende 204 g
ter Reaktion +
94 g Glykol 63%
77%
ca. 40%
ca. 3 Tage
26,75 g 200 ml 42,7%
Die Versuche zeigen, daß die besten Ausbeuten an fester Nitrilo-tris-(methylenphosphonsäure) nach dem 20 erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Aminomethylenphosphonsäuren durch Umsetzung von a) Aminen, deren Salzen oder Ammoniumchlorid mit b) Formaldehyd und c) einer Verbindung des dreiwertigen Phosphors, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit einem GiykolchlorphospMt als Verbindung des dreiwertigen Phosphors durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit Äthylenglykol-chlor-phosphit, 1,2-Propylenglykol-chlor-phosphit oder l^-Butylenglykol-chlor-phosphit durchführt.
3. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit Formamid anstelle der Komponente a) durchführt.
DE19702017974 1970-04-15 Verfahren zur Herstellung von Aminomethylenphosphonsäuren Pending DE2017974B (de)

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Publication Number Publication Date
DE2017974B true DE2017974B (de) 1972-12-28

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