DD222598A1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF 1-AMINO-ALKAN-1,1-BISPHOSPHONESAEURES - Google Patents

Abstract

Erfindungsbetreff ist ein Verfahren zur Herstellung von 1-Amino-alkan-1,1-bisphosphonsaeuren, die als Komplexierungsmittel einsetzbar sind. Erfindungsziel ist die bei der Herstellung von 1-Amino-alkan-1,1-bisphosphonsaeuren anfallenden Nebenprodukte zu vermeiden und somit die Ausbeuten der hergestellten Bisphosphonsaeuren zu erhoehen. Erfindungsaufgabe ist eine Verfahrensentwicklung, die, unter weitestgehender Vermeidung des Anfalls von Nebenprodukten, eine Herstellung von 1-Amino-alkan-1,1-bisphosphonsaeuren mit hoeheren Ausbeuten in technisch einfacher Weise ermoeglicht. Erfindungsgemaess wird bei 20 C bis 70 C ein Reaktionsgemisch aus P4O6 und einem Gemisch aus Alkylcarbonsaeure R COOH, H3PO3 und CO(NH2)2 eines Molverhaeltnisses P4O6:R COOH:H3PO3:CO(NH2)2 von 1:3:3:1 bis 1:5:6:4 bereitet und das Reaktionsgemisch bei 100 C bis 200 C umgesetzt.The subject of the invention is a process for the preparation of 1-aminoalkane-1,1-bisphosphonic acids which can be used as complexing agents. It is the object of the invention to avoid the by-products obtained in the preparation of 1-aminoalkane-1,1-bisphosphonic acids and thus to increase the yields of the bisphosphonic acids produced. Invention task is a process development that, while largely avoiding the onset of byproducts, a production of 1-amino-alkane-1,1-bisphosphonic with higher yields in a technically simple manner possible. According to the invention, at 20 C to 70 C, a reaction mixture of P4O6 and a mixture of alkylcarboxylic acid R COOH, H3PO3 and CO (NH 2) 2 has a molar ratio P 4 O 6: R COOH: H 3 PO 3: CO (NH 2) 2 of 1: 3: 3: 1 to Prepared 1: 5: 6: 4 and the reaction mixture at 100 C to 200 C implemented.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1-Amino-alkan-1,1-bisphosphonsäuren der allgemeinen FormelThe invention relates to a process for the preparation of 1-aminoalkane-1,1-bisphosphonic acids of the general formula

in welcher R ein.geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 2 bis 12 C-Atomen bedeutet. Diese Bisphosphonsäuren sind als Ko'mplexierungsmittel, beispielsweise in der Wasserbehandlung oder bei Flotationsprozessen, einsetzbar.in which R denotes a straight-chain or branched alkyl radical having 2 to 12 C atoms. These bisphosphonic acids can be used as coalescing agents, for example in water treatment or in flotation processes.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß nach DE-OS 2625767 1-Amino-alkan-1,1-bisphosphonsäuren durch Erhitzen von Alkylnitrilen mit phosphoriger Säure im Temperaturbereich von 14O⁰C bis 200°C hergestellt werden. Bei Einsatz von Acetonitril beträgt die Ausbeute 60-80%.It is known that according to DE-OS 2625767 1-amino-alkane-1,1-bisphosphonic acids are prepared by heating of alkyl nitriles with phosphorous acid in the temperature range of 14O ⁰ C to 200 ° C. When using acetonitrile, the yield is 60-80%.

Nach DE-AS 2738763 wird 1-Amino-alkan-1,1-bisphosphonsäure in 40%iger Ausbeute durch Umsetzung von phosphoriger Säure mit Harnstoff und Essigsäureanhydrid hergestellt. Der wesentliche Nachteil dieser Verfahren ist die geringe Ausbeute an 1-Amino-alkan-1,1-bisphosphonsäuren und der damit verbundene Anfall[von Nebenprodukten. In DE-OS 3047107 wird ein Verfahren zur Herstellung von 1-Amino-alkan-1,1-bisphosphonsäuren ausgehend von Carbonsäureamiden, Ammoniumsalzen der Carbonsäuren, Wasser, phosphoriger Säure und Phosphor(lll)-oxid beschrieben. Nach den Ausführungsbeispielen, die sich auf den Einsatz von Acetamid und Ammoniumacetat beschränken, wird 1-Aminoäthan-1,1-bisphosphonsäure in Ausbeuten zwischen 45% und 80% erhalten. Bei Einsatz von Ammoniumacetat werden Ausbeuten von ca. 80% nur erreicht, wenn das Phosphonylierungsmittel im Überschuß angewandt wird, was sich nachteilig auf das Verfahren auswirkt, da der Übeschuß an Phosphonylierungsmittel mit Wasser aus der Bisphosphonsäure als phosphorige Säure herausgelöst und für eine anschließende Wiederverwendung unter schonenden Bedingungen durch Destillation aufkonzentriert werden muß.According to DE-AS 2738763 1-amino-alkane-1,1-bisphosphonic acid is prepared in 40% yield by reacting phosphorous acid with urea and acetic anhydride. The main disadvantage of these methods is the low yield of 1-amino-alkane-1,1-bisphosphonic acids and the associated attack [of by-products. DE-OS 3047107 describes a process for preparing 1-aminoalkane-1,1-bisphosphonic acids starting from carboxamides, ammonium salts of carboxylic acids, water, phosphorous acid and phosphorus (III) oxide. According to the embodiments, which are limited to the use of acetamide and ammonium acetate, 1-aminoethane-1,1-bisphosphonic acid is obtained in yields between 45% and 80%. When using ammonium acetate yields of about 80% are achieved only when the phosphonylating agent is used in excess, which adversely affects the process since the excess of phosphonylating with water from the bisphosphonic acid dissolved out as phosphorous acid and for subsequent reuse under gentle conditions must be concentrated by distillation.

Ein weiterer entscheidender Nachteil dieses Verfahrens ist der Anfall von pyrophoren Phosphorsuboxiden, die suspendiert in brennbaren Lösungsmitteln eine große Gefährdung darstellen. Das Verfahren ist deshalb durch zusätzliche Kosten für eine geeignete Sicherheitstechnik und für die Beseitigung der Phosphorsuboxide belastet.Another major disadvantage of this method is the onset of pyrophoric phosphorus suboxides, which are suspended in combustible solvents pose a major threat. The process is therefore burdened by additional costs for a suitable safety technology and for the removal of the phosphorus suboxides.

Ziel der Erfindung^: Object of the invention ^:

Ziel der Erfindung ist es, die bei der Herstellung von 1-Amino-alkan-1,1-bisphosphonsäuren anfallenden Nebenprodukte zu vermeiden und somit die Ausbeuten der hergestellten Bisphosphonsäuren zu erhöhen.The aim of the invention is to avoid the by-products obtained in the preparation of 1-aminoalkane-1,1-bisphosphonic acids and thus to increase the yields of the bisphosphonic acids produced.

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wirdThe technical problem which is solved by the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem, unter weitestgehender Vermeidung des Anfalls von Nebenprodukten, eine Herstellung von 1-Amino-alkan-1,1 -bisphosphonsäuren mit höhreren Ausbeuten in technisch einfacherWeise möglich ist.The invention has for its object to develop a method by which, while largely avoiding the onset of by-products, a production of 1-amino-alkane-1,1-bisphosphonsäuren with higher yields in a technically simple way is possible.

-2- 256511 6-2- 256511 6

Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von i-Amino-alkan-i^-bisphosphonsäuren der allgemeinen FormelIt has been a process for the preparation of i-amino-alkane-i ^ -bisphosphonic the general formula

^N c. ^N c.

in welcher R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 2 bis 12 C-Atomen bedeutet, gefunden. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß manin which R is a straight-chain or branched alkyl radical having 2 to 12 C atoms, found. This method is characterized in that

— bei einer Temperatur zwischen 20° und 70⁰C, vorzugsweise 30°C, ein Reaktionsgemisch aus Phosphor(lll)-oxid und einem Gemisch oder einem in einem aprotischen polaren Lösungsmittel, vorzugsweise Acetonitril oder Dioxan, gelöstem Gemisch aus einer Alkylcarbonsäure der allgemeinen Formel R · COOH, in welcher R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 2 bis 12 C-Atomen bedeutet, phosphoriger Säure und gegebenenfalls Wasser und Harnstoff eines Molverhältnisses Phosphor(lil)-oxid:Alkylcarbonsäure:phosphorigerSäure:Harnstoff zwischen 1:3:3:1 und 1:5:6:4, vorzugsweise 1,0:4,0:4,0:2,0, bereitet und- At a temperature between 20 ° and 70 ⁰ C, preferably 30 ° C, a reaction mixture of phosphorus (III) oxide and a mixture or in an aprotic polar solvent, preferably acetonitrile or dioxane, dissolved mixture of an alkyl carboxylic acid of the general formula R ·COOH, in which R is a straight-chain or branched alkyl radical having 2 to 12 C atoms, phosphorous acid and optionally water and urea of a molar ratio phosphorus (lil) oxide: alkylcarboxylic acid: phosphorous acid: urea between 1: 3: 3: 1 and 1: 5: 6: 4, preferably 1.0: 4.0: 4.0: 2.0, and

— das Reaktionsgemisch bei einer Temperatur zwischen 100°C und 200⁰C, vorzugsweise 16O⁰C, umsetzt.- The reaction mixture at a temperature between 100 ° C and 200 ⁰ C, preferably 16O ⁰ C, is reacted.

Das Reaktionsgemisch aus Phosphor(lll)-oxid und einem Gemisch oder einem in einem aprotischen polaren Lösungsmittel gelöstem Gemisch kann in vorteilhafterweise aus — in der Reihenfolge —The reaction mixture of phosphorus (III) oxide and a mixture or a mixture dissolved in an aprotic polar solvent can advantageously consist of - in the order of -

— Alkylcarbonsäure, phosphoriger Säure und gegebenenfalls Wasser und Harnstoff oder- Alkylcarboxylic acid, phosphorous acid and optionally water and urea or

— phosphoriger Säure und gegebenenfalls Wasser, Alkylcarbonsäure und Harnstoff bereitet werden.- Phosphoric acid and optionally water, alkylcarboxylic acid and urea are prepared.

Es werden Ausbeuten von mehr als 97% an 1-Amino-alkan-1,1-bisphosphonsäure erreicht.Yields of more than 97% of 1-amino-alkane-1,1-bisphosphonic acid are achieved.

Die folgenden Bruttogleichungen veranschaulichen die stöchiometrischen VerhältnisseThe following gross equations illustrate the stoichiometric ratios

PA + 4H₃PO₃ + 4RCOOH+'2,OC(NH₂)2-> .PA + 4H ₃ PO ₃ + 4RCOOH + '2, OC (NH ₂ ) 2->.

4 RCNH₂(PO₃H₂I₂ + 2 CO₂ 4 RCNH ₂ (PO ₃ H ₂ I ₂ + 2 CO ₂

P₄O₆ + 3 H₂O + 2 RCOOH + OC(NH₂I₂^P ₄ O ₆ + 3 H ₂ O + 2 RCOOH + OC (NH ₂ I ₂ ^

2 RCNH₂(PO₃H₂I₂ + CO₂ 2 RCNH ₂ (PO ₃ H ₂ I ₂ + CO ₂

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte 1-Amino-äthan-1,1-bisphosphonsäure ist eine farblose kristalline Substanz, die keine Suboxide und weniger als jeweils 1% phosphorige Säure, 1-Hydroxy-ethyl-1,1-bisphosphonsäure und Phosphorsäure enthält.1-Aminoethane-1,1-bisphosphonic acid prepared by the process according to the invention is a colorless crystalline substance which contains no suboxides and less than in each case 1% phosphorous acid, 1-hydroxyethyl-1,1-bisphosphonic acid and phosphoric acid.

Das Umsetzungsprodukt kann deshalb in den meisten Anwendungsgebieten direkt eingesetzt werden.The reaction product can therefore be used directly in most applications.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung wird durch folgende Ausführungsbeispiele noch näher erläutert, wobei die Erfindung aber nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.The invention will be explained in more detail by the following embodiments, but the invention is not limited to these examples.

Beispiel 1example 1

In einem Dreihalskolben, versehen mit Rührer, Thermometer und Kühler, werden zu einer Lösung von 32,8g (0,4 Mol) phosphoriger Säure, 24g (0,4 Mol) Essigsäure, i2g (0,2 Mol) Harnstoff in 30ml Dioxan innerhalb von 15min unter Rühren und Kühlen 22g (0,1 Mol) P₄O₆ getropft. Die Temperatur der Reaktionslösung sollte beim Zutropfen des P₄O₆ 30⁰C nicht wesentlich überschreiten. Nach 15minütigem Rühren bei Zimmertemperatur wird die dioxanhaltige Reaktionslösung innerhalb von 15min auf 140"C (Badtemperatur) erhitzt, 1 h am Rückfluß gekocht, anschließend das Dioxan abdestilliert und der Rückstand bis zur Kristallisation der 1-Amino-äthan-1,1-bisphosphonsäure 2-4h bei 160-180° erhitzt.In a three-necked flask equipped with stirrer, thermometer and condenser, to a solution of 32.8g (0.4 mol) of phosphorous acid, 24g (0.4 mol) of acetic acid, i2g (0.2 mol) of urea in 30ml of dioxane within of 15 min with stirring and cooling 22g (0.1 mol) P ₄ O _{6 added} dropwise. The temperature of the reaction solution should not significantly exceed the dropwise addition of P ₄ O ₆ 30 ⁰ C. After 15 minutes of stirring at room temperature, the dioxane-containing reaction solution is heated within 15 min at 140 "C (bath temperature), refluxed for 1 h, then distilled off the dioxane and the residue until the crystallization of 1-amino-ethane-1,1-bisphosphonic 2 -4h at 160-180 ° heated.

Nach 31 PNMR-Messungen, quantitativer Papierchromatographie, naßchemischer Analyse und Guinieraufnahme enthält das farblose Erhitzungsprodukt 98,5% kristalline i-Amino-äthan-IJ-bisphosphonsäure, ca. 0,5% i-Hydroxy-ethyl-1,1-bisphosponsäure und.jeweils ca. 0,5% H₃PO₃ und Phosphorsäure. Nach Waschen des Reaktionsproduktes mit Methanol-WasserAccording to 31 PNMR measurements, quantitative paper chromatography, wet chemical analysis and Guinieraufnahme the colorless heating product contains 98.5% crystalline i-amino-ethane-IJ-bisphosphonic acid, about 0.5% i-hydroxy-ethyl-1,1-bisphosphonic acid and .Each each about 0.5% H ₃ PO ₃ and phosphoric acid. After washing the reaction product with methanol-water

werden 80,5g reine 1-Amino-äthan-1,1-bisphosphonsäure erhalten (Ausbeute: 98,2%). , '80.5 g of pure 1-amino-ethane-1,1-bisphosphonic acid are obtained (yield: 98.2%). , '

Beispiel 2Example 2

In einem Schneckenmischer werden zu einer Lösung von 480g (8 Mol) Essigsäure, 656g (8 Mol) phosphoriger Säure und 240g (4 Mol) Harnstoff unter starker Kühlung 440g (2 Mol) Phosphor(lll)-oxid gegeben. Die Zulaufgeschwindigkeit des Phosphor(lll)-oxids wird so eingeregelt, daß die Temperatur der Lösung 30⁰C nicht übersteigt. Nach 15minütigem Rühren bei Zimmertemperatur wird das Reaktionszwischenprodukt 1 h bei 140 bis 16O⁰C erhitzt und der farblose Kristallbrei noch heiß ausgetragen. Das abgekühlte Produkt ist von leicht krümeliger Struktur und kristallin.In a screw mixer 440 g (2 mol) of phosphorus (III) oxide are added to a solution of 480 g (8 mol) of acetic acid, 656 g (8 mol) of phosphorous acid and 240 g (4 mol) of urea with vigorous cooling. The feed rate of the phosphorus (III) oxide is adjusted so that the temperature of the solution does not exceed 30 ⁰ C. After 15 minutes of stirring at room temperature, the reaction intermediate is heated for 1 h at 140 to 16O ⁰ C and the colorless crystal slurry still discharged hot. The cooled product is of slightly crumbly structure and crystalline.

. Die Charakterisierung des Erhitzungsproduktes erfolgte wie in Beispiel 1. Die Ausbeute an 1-Amino-äthan-i ,1 -bisphosphonsäure betrug 1,59kg (97%)., The characterization of the heating product was carried out as in Example 1. The yield of 1-amino-ethane-i, 1-bisphosphonic was 1.59kg (97%).

Beispiel 3Example 3

Zu einer Lösung von 46,4g (0,4 Mol·) Hexancarbonsäure, 32,8g (0,4 Mol) phosphoriger Säure und 12g (0,2 Mol) Harnstoff werden bei 30°C 22,0g (0,1 Mol) Phosphor(lll)-oxid getropft. Nach 30minütigem Rühren bei Zimmertemperatur wird das Reaktionszwischenprodukt2h auf 160°Cerhitzt Die reine 1-Amino-hexan-1,1-bisphosphohsäurewird beim Digerierendes stark viskosen Erhitzungsproduktes mit Methanol-Wasser als farbloser, kristalliner Feststoff erhalten. Die Charakterisierung erfolgte wie in Beispiel 1, die Ausbeute betrug 85g (83%).To a solution of 46.4 g (0.4 mol) of hexanecarboxylic acid, 32.8 g (0.4 mol) of phosphorous acid and 12 g (0.2 mol) of urea are added at 30 ° C 22.0g (0.1 mol) Phosphorus (III) oxide dropped. After stirring at room temperature for 30 minutes, the reaction intermediate is heated to 160 ° C for 2 h. The pure 1-amino-hexane-1,1-bisphosphoric acid is obtained by triturating the highly viscous heating product with methanol-water as a colorless, crystalline solid. The characterization was carried out as in Example 1, the yield was 85 g (83%).

Claims (2)

-1-256 511-1-256 511 Erfinduiigsansprüche:Erfinduiigsansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von i-Amino-alkan-IJ-bis-phosphonsäuren der allgemeinen Formel1. A process for the preparation of i-amino-alkane-IJ-bis-phosphonic acids of the general formula in welcher R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 2 bis 12 C-Atomen bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß manin which R is a straight-chain or branched alkyl radical having 2 to 12 C atoms, characterized in that — bei einer Temperatur zwischen 20" und 70⁰C, vorzugsweise 30°C, ein Reaktionsgemisch aus Phosphor(lll)-oxid und einem Gemisch oder in einem aprotischen polaren Lösungsmittel, vorzugsweise Acetonitril oder Dioxan, gelöstem Gemisch aus einer Alkylcarbonsäure der allgemeinen Formel R COOH, in welcher R ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest mit 2 bis 12 C-Atomen bedeutet, phosphoriger Säure und gegebenenfalls Wasser und Harnstoff eines Molverhältnisses PhosphordlD-oxidiAlkylcarbonsäureiphosphorigerSäureiHarnstoff zwischen 1:3:3:1 und 1:5:6:4, vorzugsweise 1,0:4,0:4,0:2,0, bereitet und- At a temperature between 20 "and 70 ⁰ C, preferably 30 ° C, a reaction mixture of phosphorus (III) oxide and a mixture or in an aprotic polar solvent, preferably acetonitrile or dioxane, dissolved mixture of an alkylcarboxylic acid of the general formula R. COOH, in which R is a straight-chain or branched alkyl radical having 2 to 12 C atoms, phosphorous acid and optionally water and urea of a molar ratio PhosphordlD-oxideiAlkylcarboxylic acid phosphorous acid urea between 1: 3: 3: 1 and 1: 5: 6: 4, preferably 1 , 0: 4.0: 4.0: 2.0, prepares and — das Reaktionsgemisch bei einer Temperatur zwischen 100° und 200⁰C, vorzugsweise 16O⁰C, umsetzt.- The reaction mixture at a temperature between 100 ° and 200 ⁰ C, preferably 16O ⁰ C, is reacted. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Reaktionsgemisch aus Phosphor(lll)-oxid und einem. Gemisch oder einem in dem aprotischen polaren Lösungsmittel gelöstem Gemisch aus — in der Reihenfolge —2. The method according to item 1, characterized in that the reaction mixture of phosphorus (III) oxide and a. Mixture or a mixture dissolved in the aprotic polar solvent from - in order - — Alkylcarbonsäure, phosphoriger Säure und gegebenenfalls Wasser und Harnstoff oder- Alkylcarboxylic acid, phosphorous acid and optionally water and urea or — phosphoriger Säure und gegebenenfalls Wasser, Alkylcarbonsäure und Harnstoff , bereitet.- Phosphoric acid and optionally water, alkyl carboxylic acid and urea, prepares.