DE2032712A1 - Verfahren zur Herstellung von kleines Omega Amino alkan phosphonsaure bzw phos phinsaurederivaten - Google Patents

Description

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LEVERKU S EN- Bayerwerk Br/GrW Pitent-AbteUune _ 4 Jy|j JCJ7Q

Verfahren zur Herstellung von ^'-Amino-alkan-phösphonsäure bzw. -phosphinsäurederivaten

Es sind bisher nur wenige Methoden zur Herstellung von ti/'-Amino-alkan-phosphon bzw, -phosphinsäurederivaten beschrieben worden. Es ist z.B. bekannt, daß die auch in biologischen Systemen vorkommende /^-Amino-äthan-phosphonsäure über eine mehrstufige, schwierig durchzuführende Synthese herzustellen ist (vergl. Przemyslaw Mastalerz, Acta Biochim. Polon, 15, 151/173 (1969)).

N-substituiertea-Amino-alkan-phosphonsäuredialkylester können z.B. durch Reaktion von Phosphorigsäurediestern und Carbonylverbindungen in Gegenwart von primären oder sekundären Aminen erhalten werden (vergl. Houben-Weyl, Methoden der Organ. Chemie 4» Aufl. Bd XII/1 S. 484).

Diese Verfahren lassen sich nicht unmittelbar auf die ¹^-AmJ alkan-phosphon bzw. -phosphinsäurederivate übertragen und sie haben auch den Nachteil, daß sie relativ aufwendig und daher keineswegs geeignet sind, auch in größerem Maßstab durchgeführt zu werden.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von «v-Amino-alkan phosphon- bzw. -phosphinsäure-Derivaten gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man k'-Cyano-alkan-phosphon- bzw. -phosphinsäure-Derivate in ein entsprechendes Salz überführt und dieses mit Hilfe von Wasserstoffüberträgern hydriert.

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v;berraschenderweise hat es sich herausgestellt,, deß άίυ •.Vvirieriin;- von solchen salzartigen.Verbindungen ,vlatt und i'iit sehr guten Ausbeuten gelingt, während man b<--i dein Versuch, die entsprechenden Ester, wie z.B. u -Cyano-alkan-phosphonsäuredimethylester, zu hydrieren,,anstelle der zu erwartenden ..raine nicht nüher untersuchte, nichtfluchti^e Kondensation;-;-produkte erhült. riß ist zu vermuten, daß bei der Hydrierun ; inier- bzw. intramolekulare Umwandlun, en auftreten, diü dio- Eildung der gewünschten Verbindungen verhindern.

TTach dem erfindungsgemäßen Verfahren können zahlreiche Derivate deriV-Äinino-alkan-phosphon- bzw. -phosphinsäure dargestellt werden. Diese Verbindungen, die ganz allgemein auch als aliphatische, primäre Amine, die über Kohlenstoff gebundenen Phosphor aufweisen, aufgefaßt werden können, lassen mit Hilfe der folgenden Formel darstellen:

ζ, g η

P - GH₉ - G - (GII₉ )„ - NH,

ME⁺O" ^x£

wobei Y Wasserstoff oder ein niederer aliphatischer Rest, wie z.B. Methyl·, Äthyl·, Propyl- oder Isopropyl- bedeutet,

Z ein aliphatischer unverzweigter oder verzweigter Rest mit 1-5 C-Atomen, wie z.B. Methyl-, Äthyl-Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, Pentyl- oder Isopentyl-, ein cycloaliphatischer oder aromatischer Rest wie z.B. Cyclohexyl-, Phenyl- oder ToIy1-, wobei der Kohlenwasserstoffrest gegebenenfalls über Sauerstoffatom an das Phosphoratom gebunden sein kann

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ME ein einwertiges oder das entsprechende Äquivalent eines mehrwertigen Metallions oder ein Ammonium- bzw. substituiertes Ammoniumion ist

χ '-.' O oder 1 ist. '

Zu den für das ei-findungsgemäß'e Verfahren benötigten Salzen gelangt man z.B. durch Verseifung von entsprechenden Estern mit Metall- oder Ammoniumhydroxiden, entsprechend der folgenden Reaktionsgleichung:

Z_K H ■'■'■■Z H P-CH₀-(C) -CN + MEOH-~» MEO-P-GH₀(C) -CiT + ROH

■ / μ £ ι X κ ^ ι X

RO 0 Y .0 ■ T

wobei Y, Z, ME, χ die gleiche. Bedeutung wie in I haben und R ein aliphatischer, cycloaliphatischer oder aromatischer Rest mit 1 - 10 C-Atomen ist. Bevorzugt kommen dafür die Methyl-Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Allyl-, Benzyl-, Hydroxyalkyl- oder Halogenalkyl-Reste infrage.

Diese Verseifung verläuft leicht und in guten Ausbeuten; bei niederen Estern verläuft die Verseifung exotherm, bei höheren Estern muß ggfs.leicht erwärmt werden. Anstelle von Metallhydroxiden lassen sich auch geeignete Metallsalze, die mit den Estern unter Verseifung reagieren, verwenden. Ebenso ist es möglich, direkt die entsprechenden Phosphon- bzw. Phosphinsäuren als Ausgangssubstanz einzusetzen.

Die eigentliche Hydrierung der Salze läßt sich im Prinzip mit sämtlichen, als/Hydrierungsmittel geeigneten Stoffen in Gegenwart von wasserstoffÜberträgern durchführen, do kann man z.B. mit Hilfe von Metallhydriden, wie Lithiumaluminifimhydrid hydrieren. Als besonders- günstig- hat sich jedoch die katalytisch«- Hydrier tor; mit Wasserstoff und den bekannten

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Katalysatoren wie Raney-iFickel, -Kobalt» -Eisen oder Platinmetalle unter erhöhtem Brück erwiesen. Die Durchführung der kataIytischen Hydrierung erfolgt im allgemeinen unter Verwendung eines Lösungsmittels, in dem die Salze weitgehend löslich sind. Grundsätzlich können dafür alle lösungsmittel eingesetzt werden, die gegenüber Alkalien beständig sind· Vorzugsweise verwendet man ein wässrig-alkoholisches Lösungsmittel, wie z.B. ein Gemisch aus Wasser und Methanol. Bei Verwendung eines Lösungsmittels auf der Basis Wasser-Alkohol empfiehlt es sich, als alkoholische Komponente einen solchen. Alkohol einzusetzen, der auch bei der Verseifung der Ausgangskomponente entsteht, falls die Ausgangssubstanz durch Verseifung hergestellt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Salzlösung zusammen mit einem Hydrierkatalysator wie Raney-Niekel oder Raney-Kobalt in einem Autoklaven mit flüssigem Ammoniak versetzt. Die Hydrierung wird dann bei Temperaturen von O⁰G bis 160⁰C, bevorzugt von 20⁰O bis 10O⁰O durchgeführt. Die Wahl des Druckes ist nicht besonders kritisch. Im allgemeinen sind Drücke zwischen 5 Atmosphären und 150 Atmosphären Wasserstoff ausreichend.

Die Dauer der Hydrierung hängt etwas von der eingesetzten Verbindung ab. Im allgemeinen ist die Hydrierung nach wenigen Stunden beendet. Es empfiehlt sieh, nach Ende der feststellbaren Wasserstoffaufnahme noch einige Zeit das hydrierte System unter Druok zu belassen, um sicher zu stellen, daß eine vollständige Durchhydrierung erfolgt ist.

Nach dem Abkühlen und Entspannen des Wasseretoffs und des Ammoniaks werden die Reaktionsprodukte aufgearbeitet. Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches erfolgt durch Abfiltrieren

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ties Katalysators und anschließendes Eindampfen, wobei die .festen oder zähflüssigen,nahezu reinen &/-Jiinino-allcanphosphon- bzw. phosphinsäure-Derivate als Rückstand hinierbleiben.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Verbindungen sind wez'tvolle Zwischenprodukte, die sich sehr gut zur Herstellung ilarninhemmender und oberflächenaktiver Stoffe verwenden ■ lassen.

Anhand der folgenden Beispiele soll das erfindungsgeinäße Verfahren näher erläutert werden:

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■■■■■■. BAD

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Beispiel 1

O H P

χ H Gl. 2) (OH₅O)₂P-GH₂GH₂GN + NaOH

CH_xO O

P-GH₂GH₂GN + GH₃OH Na⁺O"

Zu 1 Mol (= 163 g ) 2-Cyanoäthan-phosphonsäure-dimethylester (hergestellt aus Dimethylphosphit und Acrylnitril) tropfte man bei ca. 40-5O⁰G 1 Mol (= 80g) 50$ige wäßrige Natronlaugelösung.

Die Reaktion verlief exotherm, es mußte gekühlt werden. Eine Probe des nach beendeter Reaktion neutralen Reaktionsgeinisches wurde eingedampft. Der Rückstand enthielt nach Ausweis des Ultrarotspektrums nur Nitrilbanden, dagegen keine Garbonsäureamid- oder Garbonsäurebanden. Die Verseifung erfolgte selektiv an der Phosphonsäureestergruppe.

Beispiel 2

GH^O 0
3 \ 11

Gl. 3) P-GH₉GH₉ON + 2

CJH, 0 0 5 χ. ι.

Ra-Ni

P-GH₉OH₉GH₉NH

Na "0

In einen Autoklaven aus rostfreien Stahl, versehen mit einem Ankerrührer und einem Gaseinlaß, wurden 19,2 Ltr. einer 50#igen wäßrigen Lösung des nach Beispiel 1 hergestellten 2-Cyanoäthan-phosphonsäure-monomethylesternatriumsalzes, 6 Ltr. flüssiger Ammoniak und 300 g Raney-Nickel eingefüllt. Der Autoklav wurde nach dem Verschließen mit Stickstoff mehrmals gespült und mit 30 at Wasserstoff beaufschlagt. Man heizte innerhalb 25 min bis 50⁰C an, dabei fiel der Druck ab. Im Druckintervall 50-30 at Wasserstoff hydrierte man im Temperaturbereich von 50-6O⁰G. Die Wasserstoffaufnähme war nach 6 stunden beendet. Man hielt noch 1/2 Stunde bei 60° und 50 a'tü, kühlte dann ab, entspannte Wasserstoff und

:■ \ Q- g ύ :"'

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Ammoniak und befreite die Lösung durch Filtration von Katalysator.

Eine Probe der erhaltenen Lösung wurde bis zur Trockne eingedampft und durch acidimetrisehe Titration der Amingehalte bestimmt. Es wurden im allgemeinen Gehalte von 90-98 $ d. Th. ermittelt.

Eine weitere Probe wurde ultrarot-spektroskopisch untersucht. Dann konnte nur ein sehr geringer Anteil an Carbonamid-Banden festgestellt werden.

Beispiel 3

GH₃.

-GH₂GH₂GN + NaOH »

CH₃O Na⁺O"

CH, 0 ,_ra GH_x 0

3\u NH 3||

CH-, 0 CH_x. 0 Gl. 4) P-GH₂GH₂GN + NaOH- » P-GH₂GH₂GN + CH₃OH

Gl. 5) P-GH₉GH₉GN + 2 H₉ —^—» P-CH₉GH₉GH₉NH₉ ^{+ RaCo +}O

Na⁺O" ^Ra"^Co

In der im Beispiel 1 beschriebenen Weise verseifte man 1 Hol (= 147 g) des aus Methanphosphonigsäure- monomethyl-ester und Acrylnitril erhaltenen 2-Gyanoäthyl-methyl-phosphin-

säure-methylesters (Kp₂= 55⁹C) mit 1 Mol (= 80 g) 50 wäl3riger Natronlauge, Es mußte stark gekühlt werden. Die anschließende Hydrierung des Reaktionsgemisches in Gegen- ' wart von 25 g Raney-Kobalt und 200 ml flüssigen Ammoniaks .. ™ erfolgte in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise bei 70-8O⁰G und einem Wasserstoffdruck von 80-100 Atmosphären, Man erhielt das 3-Aminopropyl-methyl-phosphinsäure-natrium in quantitativer Ausbeute in einer Reinheit von 95 % (acidimetrische Titration),

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Beispiel 4

O n-G.H_QO Q

H 4 9 \ji

Gl. 6) 11(G₄H₉O)₂P-GH₂CH₂CH + NaOH > T-

Na⁺O"

n-C,H_Q0H

4 9 n-0,H_rtO Q

4 9 Λ * - NH " -49

Gl. 7) P-GH₂CH₂CN + 2 H₂ —2—» ^P-CH₂CH₂CH₂NH₂

1 Mol (=247g) des 2-Cyanoäthan-phoßphonsäure-di-n-butylesters (Kp-,-= 193⁰G) wurden mit 80 g 50 %iger wäßriger Natronlauge (1 Mol) 5 Stunden bei 80⁰C gerührt. Die dabei erhaltene, praktisch neutrale Lösung des Mononatriumsalzes des 2-Oyanoäthan-phosphonsäure-mono-n-butylesters wurde im Vakuum zur Trockne eingedampft und der Rückstand anschließend mit Wasser auf eine Konzentration von ca. 50 % gebracht.

Die Hydrierung erfolgte in der im Beispiel 2 angegebenen Weise in Gegenwart von 25 g Raney-Nickel und 200 ml flüssigem Ammoniaks, bei 65⁰C und 70-80 at Wasserstoff. Nach Abfiltration des Katalysators und Eindampfen der Lösung hinterblieb in praktisch quantitativer Ausbeute des Natriumsalz des 3-Amino-propan-phosphonsäure-moiio-n-butylesters in ,einer Reinheit von 92 % (acidimetrische Titration).

Beispiel 5

0 H CH₅O O H

Gl. 8) (CHv₅O)₀P-CH₀-C-CN + NaOH » P-CH₉-C-CiN + CH_xOH

3 2 2 ι Γ d j

Na⁺O CH,

CH_xO _v p H BH- CH_xO 0 H-

PCHGCN 2 H »

_{x v} p BH _x 3 \ 11 \ ⁵⁵Xl Gl. 9) P-CH₉-G-CN + 2 H₉ — » P-CHo-C-CHo-NH,

2 Γ"ZT *-^₂-V-WIX₂-HI₁₂

1 Mol (= 177 g) des aus Methacrylnitril und Dimethylphosphit

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2~Cynao-2-methyl-äthanphosphonsäure-dimethylesters wurden nach der im Beispiel 1 und 2 beschriebenen Weise von Natronlauge verseift und anschließend hydriert·. Es hinterblieb in fast quantitativer Ausbeute und in einer Reinheit von 94 $>■ (acidimetrische Titration) das 2-Methyl-3-amino-propanphosphonsäuremonomethylester-natriumsalz,

Beispiel 6

O C₂Hr-O, 0

Gl. 10) (CpH₁-O)₉P-CHpCN ■+ NaOH -> ^P-CHpCN + CpH

•^ 4-' mm C*

Na⁺O

C₂H₅O_x 0 _m °2^H5⁰\°

Gl. 11) P-CH₂GN.+ 2 H₂ —^-> ,P-CH₂CH₂NH₂

332 g Triäthylphosphit (2 Mol) wurden bei ca. 15O⁰C langsam mit 75i5 g (1 Mol) Ohloracetonnitril so umgesetzt, daß das entstehende Ithylchlorid entweichen konnte. Durch anschließende Destillation wurden 166 g Cyanmethan-phosphonsäurediäthylester (Kp₁= 10O⁰C) erhalten.

160 g dieses Esters wurden mit 118 g Wasser vermischt und bei 35⁰O (Kühlung) mit 72 g 50 Seiger Natronlauge zur Reaktion gebracht (Dauer 2 Std.).

In einem Autoklaven aus rostfreiem Stahl von 0,7 Itr. Inhalt, versehen mit einem Ankerrührer und Gaseinlaß wurden 340 g einer wäßrigen, alkoholischen Lösung von 145 g des Cyanomethan-phosponsäure-monoäthylester-natriumsalzes eingefüllt. Man gab 30 g Raney-Nickel und 100 ml flüssigem Ammoniak hinzu. Nach dem Verschließen des Autoklaven und Spülen mit Stickstoff wurden 80 atü Wasserstoff aufgedrückt. Man heizte innerhalb 1 Std. bis 50⁰C an, wobei der Druck abfiel und · erhöhte den Druck weiter auf 150 at. Die Temperatur im

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Autoklaven wurde bei 5O⁰C gehalten, bis der Druck auf 125 at abgefallen war, dann erhöhte man die Temperatur, auf-^d-Gv-¹.'-'1 und hielt 20 min auf 60⁰C. Die Wasserstoffaufnähme wurde beendet nach insgesamt 3 Stunden. Fach'dem Abkühlen -eiit- ■ spannte man den Wasserstoff und Ammoniak und befreite die' Lösung durch Filtration von Katalysator".

Die erhaltene wäßrige Lösung wurde bis zur Trockne eingedampft. Es hinterblieb in quantitativer Ausbeute 2-Aminoäthan-phoßphonsäure-monoäthylester-mononatriumsalz! in einer Reinheit von 92 i» d. Th. (acidimetrische Titration). Im UR-Spektrum des Rückstandes waren als Verunreinigungen schwache Carbonsäure-Banden zu erkennen.

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Claims (8)

1. Patentansprüche;

   y. Verfahren zur Herstellung von ^ft/ -Amino-alkan-phosphon- "bzw. -phosphinsäurederivaten, dadurch gekennzeichnet, daß man

   frZ-Cyano-alkan-phosphon- "bzw. -phosphinsäurederivate in ein Salz überführt und dieses mit Hilfe von Wasserstoffüberträgern hydriert.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungen der folgenden Formel hergestellt werden: ZOH

   P - CH₂ - A - (CH₉ )_v -ME⁺O" Ϋ

   o )„ - NH₉

   wobei Υ Wasserstoff oder ein niederer aliphatischer Rest mit 1 bis 5- O-Atomen ist

   Z ein aliphatischer unverzweigter oder verzweigter Rest mit 1-5 G-Atomen, ein* cycloaliphatischer, araliphatischer oder aromatischer Rest ist, wobei der KW-Rest gegebenenfalls über ein Sauerstoffatom an das Phosphoratom gebunden sein kann ME ein einwertiges oder das entsprechende Äquivalent eines mehrwertigen Metallions oder ein Ammoniumbzw, substituiertes Ammoniumion ist, und χ O oder 1 ist.
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die . u/-Cyano-alkan-phosphon- bzw. -phosphinsäurederivate durch Verseifung der entsprechenden Ester in die Salzeübergeführt werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Salze mit Wasserstoff katalytisch hydriert werden.

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5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysatoren Raney-Katalysatoren eingesetzt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung in Gegenwart von NH^ durchgeführt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6_S dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung bei Drücken von 5 bis 150 atü H₂ und O⁰C bis 120⁰O erfolgt.
8. 8. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1-7 hergestellten Stoffe als flammhemmende Substanz. . ·

   9· Verwendung der nach einem der Ansprüche 1-7 hergestellten Stoffe als oberflächenaktive Substanz„

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