CN103665032A - 一种草铵膦的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种草铵膦的制备方法,以式(Ⅰ)所示的化合物为起始原料,式(Ⅰ)所示的化合物先与氰化物RCN反应得到酮腈,酮腈在酸性物质和水的存在下水解得到酮酸,然后在催化剂的作用下酮酸依次与氨气和氢气反应得到草铵膦,其中,式(Ⅰ)所示的化合物为环膦酸酐。本发明制备方法具有步骤简单、操作方便、产品纯度高、收率高、不需要多次重结晶等优点,而且本发明的制备方法最终产物直接是草铵膦铵盐,中间没有将草铵膦的盐酸盐转化为草铵膦铵盐的这一步,具有较大的经济效益,适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种草铵膦的制备方法。
背景技术
草铵膦(Glufosinate ammonium),别名:草胺磷;4-[羟基(甲基)膦酰基]-DL-高丙氨酸;草铵膦铵盐;2-氨基-4-[羟基(甲基)膦酰基]丁酸铵;4-(羟基(甲基)膦酰基)-DL-高丙氨酸;双丙氨磷;草丁磷。CAS号:77182-82-2,分子式:C5H18N3O4P,分子量:215.19。其结构式为:
草铵膦是一种具有部分内吸作用的高效、低毒、非选择性触杀型的有机膦类除草剂,是由德国Hoechst公司最先开发的。
目前国内外有关草铵膦的技术路线较多,虽然都能得到草铵膦但是反应条件比较苛刻,反应步骤繁琐,反应时间过长,反应物的纯化比较困难以及副产物无机盐过多、废酸过多,这些无疑为大规模生产带来一定的局限性。例如,李旭坤(CN103288874A)等人发明的制备方法就存在以下缺点:如,成本高的原料乙内酰脲,反应温度需要100℃的高温,乙内酰脲衍生物在无机酸中水解至少需要回流三十小时,而且草铵膦成品的收率和含量都不高,大规模生产价值不大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种制备草铵膦的新方法。
为解决以上技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种制备式(Ⅳ)所示的草铵膦化合物的方法,所述的方法包括以下步骤:
(1)在有机溶剂的存在下,式(Ⅰ)所示的化合物与氰化物RCN发生氰化反应制得式(Ⅱ)所示的化合物,其中,R为Na或K;优选地,R为Na。
(2)使式(Ⅱ)所示的化合物在酸性物质和水的存在下发生水解反应制得式(Ⅲ)所示的化合物;
(3)在甲醇和催化剂的存在下,式(Ⅲ)所示的化合物依次与氨气和氢气反应制得式(Ⅳ)所示的化合物。
进一步地,步骤(1)中,所述有机溶剂为氯仿、二氯乙烷、二氯甲烷中一种或几种的组合,优选地,所述有机溶剂为氯仿。所述式(Ⅰ)所示的化合物与氰化物RCN的投料摩尔比为1:1.0~1.1,所述有机溶剂的投料重量为所述式(Ⅰ)所示的化合物投料重量的1~5倍。
优选地,所述步骤(1)的具体实施过程为:将氰化物RCN、式(Ⅰ)所示的化合物和有机溶剂加入反应瓶中,搅拌并加热至40℃~65℃,反应1~3小时,反应结束后,减压蒸出所述有机溶剂,然后冷却,过滤,干燥,制得式(Ⅱ)所示的化合物。
进一步地,步骤(2)中,所述酸性物质为HCl、H2SO4或H3PO4。所述水的投料重量为所述式(Ⅱ)所示的化合物投料重量的4~6倍,所述酸性物质与所述(Ⅱ)所示的化合物的投料摩尔比为1.4~1.6:1。
优选地,所述步骤(2)的具体实施过程为:将式(Ⅱ)所示的化合物、酸性物质和水加入反应瓶中,搅拌反应0.5~15小时,反应温度为90℃~110℃,反应结束后,处理反应液得到式(Ⅲ)所示的化合物。
进一步地,所述步骤(2)中处理反应液的步骤为:对所述反应液减压蒸出水分,然后加入无水甲醇溶解,再加热回流1~3小时,然后降温至-5℃~5℃,过滤,得到滤液,所述滤液为具有所述式(Ⅲ)所示的化合物的甲醇溶液。
步骤(2)中,为了反应后处理方便,所述酸性物质优选HCl,这样水解反应结束后只需进行脱除甲醇溶剂的步骤。为了确保反应的完全,所述水的投料重量为所述式(Ⅱ)所示的化合物投料重量的5倍,所述HCl与所述(Ⅱ)所示的化合物的投料摩尔比为1.5:1,水解反应温度优选为110℃,反应温度10小时。
进一步地,步骤(3)中,所述催化剂为雷尼镍或钯碳。
优选地,所述步骤(3)的具体实施过程为:将氨气通入装有式(Ⅲ)所示的化合物、甲醇和催化剂的反应釜中,搅拌反应,反应温度为15℃~45℃,反应时间为0.5~5小时,停止通氨气,然后向所述反应釜通入氢气继续反应,反应温度为35℃~70℃,反应时间为5~10小时,反应结束后,处理反应液得到式(Ⅳ)所示的化合物,上述反应过程中,通所述氨气时,所述反应釜内氨气压力保持在0.3MPa~0.5MPa;通所述氢气时,所述反应釜内氢气压力保持在2MPa~6MPa。
由于上述技术方案的实施,本发明与现有技术相比具有如下优点:
本发明的草铵膦的制备方法无需多次重结晶,反应步骤少,操作简便快捷,适合工业化生产,最后制备的草铵膦纯度高,基本含量在97%以上,收率高,总摩尔收率在91%以上(以式(Ⅰ)所示的化合物计),而且产品色泽好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明不应仅限于这些实施例。
实施例1
步骤(1):式(Ⅱ)所示的化合物的制备
在500毫升干燥的三口瓶中加入4.9克粉碎后的***和50毫升干燥过的氯仿,搅拌加热到50℃,开始缓慢滴加式(Ⅰ)所示的化合物13.4克和67毫升干燥过的氯仿的混合液,滴加温度控制在50℃-60℃,滴加完后,保温反应2小时,反应结束后,减压蒸馏出溶剂氯仿,冷却过滤,晾干,得到白色固体粉末18.3克,即为式(Ⅱ)所示的化合物。
步骤(2):式(Ⅲ)所示的化合物的制备
在250毫升三口瓶中,加入122克30%盐酸,搅拌,然后加入式(Ⅱ)所示的化合物18.3克,加完后,用冰盐水将反应体系的温度迅速降为-5℃,然后通入氯化氢,此温度下搅拌反应约1.5小时后,加热至室温,通过TLC跟踪检测,确定反应完全,然后加热到110℃,继续反应10小时。然后减压蒸出水分,尽量蒸干。再加入无水甲醇150毫升,加热回流2小时,回流完毕后,冷却到0℃左右,过滤,得到滤液,滤液中含有式(Ⅲ)所示的化合物。
步骤(3):式(Ⅳ)所示的化合物的制备
将步骤(2)得到的滤液全部装入250毫升高压釜中并加入1克催化剂雷尼镍,紧固高压釜,通入氨气,反应釜内氨气压力维持0.4MPa,室温下搅拌反应1小时,停止通氨气,然后通入氢气继续反应,反应釜内氢气压力维持在4.0MPa,加热到50℃,继续反应6小时,反应结束后,冷却,放气泄压,过滤,得到滤液并回收催化剂雷尼镍。滤液蒸馏回收部分甲醇,剩余滤液冷却到0-5℃,过滤,干燥,得到白色固体草胺磷铵盐18.8克,即为式(Ⅳ)所示的化合物,其含量为97.3%,收率为95%。
实施例2
步骤(1):式(Ⅱ)所示的化合物的制备
在500毫升干燥的三口瓶中加入6.8克粉碎后的***和50毫升干燥过的氯仿,搅拌加热到60℃开始缓慢滴加18.5克式(Ⅰ)所示的化合物和67毫升干燥过的氯仿的混合液,滴加温度控制55℃-65℃,滴加完后,保温反应2小时,反应结束后,减压蒸馏出溶剂氯仿,冷却,过滤,干燥,得到白色固体粉末25.3克,即为式(Ⅱ)所示的化合物。
步骤(2):式(Ⅲ)所示的化合物的制备
在250毫升三口中,加入122克30%盐酸,搅拌,然后加入式(Ⅱ)所示的化合物25.3克,加完后,用冰盐水将反应体系迅速降为-10℃,然后通入氯化氢,此温度下搅拌反应大约1.5小时后,加热至室温,通过TLC跟踪检测,确定反应完全,然后加热到110℃反应10小时。然后减压蒸出水分,尽量蒸干。再加入无水甲醇150毫升,加热回流2小时,回流完后,冷却到0℃左右,过滤,得到滤液,滤液中含有式(Ⅲ)所示的化合物。
步骤(3):式(Ⅳ)所示的化合物的制备
将步骤(2)得到的滤液全部装入250毫升高压釜中并加入2克催化剂钯碳,紧固高压釜,通入氨气,反应釜内氨气压力维持0.3MPa,室温下搅拌反应5小时,停止通氨气,然后通入氢气继续反应,反应釜内氢气压力维持在6.0MPa,加热到70℃,继续反应8小时。反应结束后,冷却,放气泄压,过滤,得到滤液并回收催化剂钯碳。滤液蒸馏回收部分甲醇,剩余滤液冷却到5℃左右,过滤,干燥,得到白色固体草胺磷铵盐25.5克,即为式(Ⅳ)所示的化合物,其含量为97.4%,收率为93%。
实施例3
步骤(1):式(Ⅱ)所示的化合物的制备
在500毫升干燥的三口瓶中加入4.9克粉碎后的***和50毫升干燥过的二氯乙烷,搅拌加热到50℃,开始缓慢滴加式(Ⅰ)所示的化合物13.4克和67毫升干燥过的二氯乙烷的混合液,滴加温度控制在50℃-60℃,滴加完后,保温反应2小时,反应结束后,减压蒸馏出溶剂二氯乙烷,冷却过滤,晾干,得到白色固体粉末17.5克,即为式(Ⅱ)所示的化合物。
步骤(2):式(Ⅲ)所示的化合物的制备
在250毫升三口瓶中,加入150克30%磷酸,搅拌,然后加入式(Ⅱ)所示的化合物17.5克,加热到110℃,反应10小时。然后减压蒸出水分,尽量蒸干。再加入无水甲醇150毫升,加热回流2小时,回流完毕后,冷却到0℃左右,过滤,得到滤液,滤液中含有式(Ⅲ)所示的化合物。
步骤(3):式(Ⅳ)所示的化合物的制备
将步骤(2)得到的滤液全部装入250毫升高压釜中并加入1克催化剂雷尼镍,紧固高压釜,通入氨气,反应釜内氨气压力维持0.4MPa,室温下搅拌反应1小时,停止通氨气,然后通入氢气继续反应,反应釜内氢气压力维持在4.0MPa,加热到50℃,继续反应6小时,反应结束后,冷却,放气泄压,过滤,得到滤液并回收催化剂雷尼镍。滤液蒸馏回收部分甲醇,剩余滤液冷却到0-5℃,过滤,干燥,得到白色固体草胺磷铵盐18克,即为式(Ⅳ)所示的化合物,其含量为97%,收率为93.2%。
实施例4
步骤(1):式(Ⅱ)所示的化合物的制备
在500毫升干燥的三口瓶中加入4.9克粉碎后的***和50毫升干燥过的二氯甲烷,搅拌加热到65℃,开始缓慢滴加式(Ⅰ)所示的化合物13.4克和67毫升干燥过的二氯甲烷的混合液,滴加温度控制在55℃-65℃,滴加完后,保温反应3小时,反应结束后,减压蒸馏出溶剂二氯甲烷,冷却过滤,晾干,得到白色固体粉末18克,即为式(Ⅱ)所示的化合物。
步骤(2):式(Ⅲ)所示的化合物的制备
在250毫升三口瓶中,加入150克30%硫酸,搅拌,然后加入式(Ⅱ)所示的化合物18克,加完后,加热到110℃,反应10小时。然后减压蒸出水分,尽量蒸干。再加入无水甲醇150毫升,加热回流2小时,回流完毕后,冷却到0℃左右,过滤,得到滤液,滤液中含有式(Ⅲ)所示的化合物。
步骤(3):式(Ⅳ)所示的化合物的制备
将步骤(2)得到的滤液全部装入250毫升高压釜中并加入1克催化剂雷尼镍,紧固高压釜,通入氨气,反应釜内氨气压力维持0.3MPa,室温下搅拌反应3小时,停止通氨气,然后通入氢气继续反应,反应釜内氢气压力维持在2MPa,加热到70℃,继续反应5小时,反应结束后,冷却,放气泄压,过滤,得到滤液并回收催化剂雷尼镍。滤液蒸馏回收部分甲醇,剩余滤液冷却到0-5℃,过滤,干燥,得到白色固体草胺磷铵盐17.6克,即为式(Ⅳ)所示的化合物,其含量为97.2%,收率为91.3%。
以上对本发明做了详尽的描述,其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,且本发明不限于上述的实施例,凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述有机溶剂为氯仿、二氯乙烷、二氯甲烷中一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述式(Ⅰ)所示的化合物与氰化物RCN的投料摩尔比为1:1.0~1.1,所述有机溶剂的投料重量为所述式(Ⅰ)所示的化合物投料重量的1~5倍。
4.根据权利要求1~3中任一项权利要求所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)的具体实施过程为:将氰化物RCN、式(Ⅰ)所示的化合物和有机溶剂加入反应瓶中,搅拌并加热至40℃~65℃,反应1~3小时,反应结束后,减压蒸出所述有机溶剂,然后冷却,过滤,干燥,制得式(Ⅱ)所示的化合物。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述酸性物质为HCl、H2SO4或H3PO4。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述水的投料重量为所述式(Ⅱ)所示的化合物投料重量的4~6倍,所述酸性物质与所述(Ⅱ)所示的化合物的投料摩尔比为1.4~1.6:1。
7.根据权利要求1、5或6所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)的具体实施过程为:将式(Ⅱ)所示的化合物、酸性物质和水加入反应瓶中,搅拌反应0.5~15小时,反应温度为90℃~110℃,反应结束后,处理反应液得到式(Ⅲ)所示的化合物。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述步骤(2)中处理反应液的步骤为:对所述反应液减压蒸出水分,然后加入无水甲醇溶解,再加热回流1~3小时,然后降温至-5℃~5℃,过滤,得到滤液,所述滤液为具有所述式(Ⅲ)所示的化合物的甲醇溶液。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)中,所述催化剂为雷尼镍或钯碳。
10.根据权利要求1或9所述的方法,其特征在于,所述步骤(3)的具体实施过程为:将氨气通入装有式(Ⅲ)所示的化合物、甲醇和催化剂的反应釜中,搅拌反应,反应温度为15℃~45℃,反应时间为0.5~5小时,停止通氨气,然后向所述反应釜通入氢气继续反应,反应温度为35℃~70℃,反应时间为5~10小时,反应结束后,处理反应液得到式(Ⅳ)所示的化合物,上述反应过程中,通所述氨气时,所述反应釜内氨气压力保持在0.3MPa~0.5MPa;通所述氢气时,所述反应釜内氢气压力保持在2MPa~6MPa。
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