DE1300563B

DE1300563B - Verfahren zur Herstellung von AEthan-1-hydroxy-1, 1-diphosphonsaeure

Info

Publication number: DE1300563B
Application number: DEP39364A
Authority: DE
Inventors: Quimby Oscar Taylor
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1965-05-13
Filing date: 1966-05-04
Publication date: 1969-08-07
Also published as: GB1076914A; US3366677A; CH469744A; BE680928A; NL6606548A

Description

I 2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung säure sehr unvollkommen ist, weil die wasserentvon Äthan-l-hydroxy-l.l-diphosphonsäure durch Um- siehende Wirkung der Reagenzien eine große Rolle

setzung eines aus phosphoriger Säure, Essigsäure- für den Ablauf der Reaktion spielt; in der Praxis

anhydrid und Acetylchlorid bzw. eines aus Phosphor- werden deshalb Kondensate von Äthanhydroxydi-

trichlorid, Essigsäureanhydrid und Essigsäure be- 5 phosphonsäure, nicht aber die freie Verbindung selbst

stehenden Gemisches und Hydrolysieren des gebildeten erhalten.

Reaktionsprodukts, welches dadurch gekennzeichnet So wurde bei der Nacharbeitung von Beispiel 3 der

ist, daß man britischen Patentschrift 978 297 ein Reaktionsprodukt

a) phosphorige Säure, Essigsäureanhydrid und erhalten das 30 bis 32 »/„ Äthanhydroxydiphosphon-Acetylchlorid bzw. Phosphortrichlorid, Essig- ¹⁰ ^s*^me ™^ά _Α ^{68 bis} 79 \ P^P^ηο"^ ^Saf^e «^elt. säureanhydrid und Essigsäure im Molverhältnis Das erfindunpgemaße Verfahren liefert demnach die von 1-3-1 bis 1-8-5 mischt gewünschte Athanhydroxydiphosphonsaure m erheb-

b) die Mischung 5 Minuten bis'9 Stunden auf 30 bis Hch größeren Ausbeuten als die herkömmlichen 90⁰C erwärmt Verfahren.

c) den aus dem Reaktionsgemisch ausgefallenen ¹⁵ _A ^Im Gegensatz hierzu beruht die vorliegende Erfin-Niederschlag von der Reaktionslösung in üb- ^ung ^{unter ander}5^m ^aul der Erkenntnis, daß zur licher Weise abtrennt Gewinnung eines festen Zwischenproduktes, das ab-

d) den Niederschlag in'an sich bekannter Weise getrennt und zu ÄHDP hydrolysiert werden kann, die hydrolysiert und Ausfallung des Feststoffs bei tiefen Temperaturen und

e) die Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure von ^{ao in} Gegenwart eines großen Überschusses an Acetylieder Essigsäure abtrennt rungsmittel vorgenommen werden muß. Gemäß der

vorliegenden Erfindung wirkt das überschüssige Acety-

Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure hat die fol- lierungsmittel als Nichtlösungsmittel für die gerichtete gende Strukturformel Ausfällung des Feststoffs.

25 Die Ausgangsreaktion, die zur Bildung des acetyjj lierten Kondensats der Äthan-l-hydroxy-jUl-diphos-

II phonsäure führt (Stufe a), wird vorzugsweise im HO — P-OH Temperaturbereich von 50 bis 8O⁰C durchgeführt.

I Die bevorzugte Reaktionszeit ist eng mit der jeweils

CH₃ — C—OH 30 angewendeten Temperatur verknüpft und liegt im

Bereich von 1 bis 4 Stunden bei 5O⁰C und 10 bis

HO P OH ⁵O Minuten bei 8O⁰C. Die Reaktionszeiten für Reak-

I tionstemperaturen zwischen 50 und 8O⁰C liegen

Q zwischen diesen Zeitabschnitten. Die Hydrolyse

35 (Stufe d) des acetylierten Kondensats zu freier ÄHDP

Die Verbindung hat gute komplex- und chelat- wird vorzugsweise im Temperaturbereich von 100 bis bildende Eigenschaften, die sich als Enthärter für 155° C durchgeführt, wobei die bevorzugte Reaktions-Wasser, zur Verhinderung bzw. Entfernung von zeit bei etwa 100^aC 2 bis 6 Stunden und bei etwa Kesselstein und für ähnliche Verwendungszwecke 155°C 15 bis 30 Minuten beträgt; die Zeitdauer für geeignet machen. Kürzlich wurde gefunden, daß Salze 40 die Hydrolyse bei Temperaturen zwischen 100 und dieser Säure, z. B. ihre Alkalisalze, sehr gute Gerüst- 155° C liegt zwischen den angegebenen Werten, stoffe zur Verwendung in Waschmitteln und Detergens- Während jeder der angegebenen Verfahrensstufen mischungen darstellen. Derartige Waschmittel und ist ein Rühren vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt Detergentien sind in der USA.-Patentschrift 3 159 581 notwendig, beschrieben. 45 Bei der Reaktion gemäß der Erfindung sind Phos-

Es sind verschiedene Reaktionen bekannt, die zur phortrichlorid und Essigsäure völlig gleichwertige

HerstellungvonÄthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure Reaktionsmaterialien im Vergleich zu phosphoriger

führen. Nach einem in der Literatur bekannten Ver- Säure und Acetylchlorid, wie sich aus der folgenden

fahren wird phosphorige Säure mit Acetylchlorid um- Gleichung ergibt:

gesetzt. Nach einer anderen bekannten Reaktion geht 50 jj pQ , -$qu COCl ^=? PCI + 3CH COOH

man von Phosphortrichlorid und Essigsäure aus. Die ^{3 3 3} ~~* ³ ³

beiden vorstehend erwähnten Reaktionssysteme sind Dies heißt, daß ganz ähnliche und in manchen

austauschbar, wenn die betreffenden Reaktionsteil- Fällen identische Reaktionsgemische aus Phosphortri-

nehmer in einem Molverhältnis von 1:3 angewendet chlorid, Essigsäureanhydrid und Essigsäure zusam-

werden, da sich in beiden Systemen rasch ein Gleich- 55 mengestellt werden können. Selbst wenn sie sich im

gewicht einstellt, das zu einem identischen System Verhältnis von Chlorid zu Hydroxyl oder Chlorid zu

führt. aktiven Wasserstoffatomen geringfügig voneinander

In den folgenden Literaturstellen finden sich Hin- unterscheiden, bilden sich die gleichen festen acetyweise__auf Verfahren und Reaktionen zur Herstellung lierten Kondensatausfällungen, wie sie beim Umvon Äthan-l-hydroxy-ljl-diphosphonsäure: Annalen 60 setzen von phosphoriger Säure mit Essigsäureanhydrid der Chemie, 133, S. 317 (1865); Berichte d. dtsch. und Acetylchlorid erhalten werden. Chem. Ges. 30, S. 1973 bis 1978 (1897); Journal of the Da das vollständige Verfahren weniger als 1 Mol an American Chemical Society, 34, S. 492 bis 499 (1912); gewinnbarer, wasserfreier Essigsäure pro Mol Phosdeutsche Patentschriften 1010 965,1082 235,1 072 346 phor, berechnet als phosphorige Säure oder Phosphor- und 1107 207; britische Patentschriften 940 138 und 65 trichlorid, liefert, kann die Gesamtmenge dieser 978 297. Diese bekannten Verfahren, insbesondere das Essigsäure, nachdem sie durch fraktionierte Destillades britischen Patents 978 297, haben den Nachteil, tion vom Wasser befreit wurde, zusammen mit einer daß die Umsetzung zur Äthanhydroxydiphosphon- äquivalenten Menge an Phosphortrichlorid, das ist

3 4

¹I₃ Mol Phosphortrichlorid auf 1 Mol trockene Essig- produktes wurde wegen der äußerst komplexen Natur säure, der Reaktionszone wieder zugeführt werden. des Reaktionssystems nicht bestimmt. Mit ziemlicher Dadurch wird ein Teil des Verbrauches an phospho- Sicherheit kann das Zwischenprodukt jedoch als ein riger Säure und an Acetylchlorid, der in der Mutter- acyteliertes Zwischenkondensat der Äthan-1-hydroxylauge zu beobachten ist, wieder ausgeglichen. Die 5 1,1-diphosphonsäure angenommen werden. Es ist Mutterlauge oder das Filtrat, das bei der Reaktion bei überraschend, daß das als Zwischenprodukt aufniedriger Temperatur und Kristallisation des acety- tretende acetylierte Kondensat sich bei so niedrigen lierten festen Kondensats erhalten wurde, kann Temperaturen, nämlich im Temperaturbereich der ebenfalls der Reaktionszone wieder zugeführt werden. Reaktion von etwa 30 bis etwa 90⁰C, so rasch bildet Schließlich können zur Wiederherstellung der ur- io und ausfällt. Der während dieser Reaktionsstufe gesprünglichen Mengenverhältnisse, die für das Reak- bildete Niederschlag wird im folgenden als »das tionsgemisch gewählt wurden, zusätzliche Ergänzungen acetylierte Kondensat« bezeichnet. Das acetylierte erforderlich sein: Erstens kann es erforderlich sein, Kondensat kann aus der Filtrationsstufe 14 zurückphosphorige Säure in ausreichender Menge zuzu- gewonnen werden, z. B. dadurch, daß die Reaktionssetzen, um ein etwaiges Defizit im Phosphorgehalt 15 lösung einfach filtriert und die rückgewonnene auszugleichen; zweitens kann ein Zusatz an Acetyl- Ausfällung mit Äthyläther gewaschen wird, chlorid erforderlich sein, um einen etwaigen Fehl- Nach einer bevorzugten Ausführungsform des betrag im Chloridgehalt auszugleichen; und drittens erfindungsgemäßen Verfahrens wird der nicht verkann es auch notwendig sein, Essigsäureanhydrid brauchte Teil der Ausgangsreaktionskomponenten zuzusetzen, und zwar in einer Menge, die gleich dem 20 im Kreisprozeß dem Reaktionsgemisch wieder zuge-Fehlbetrag an diesem Reagens ist. führt, wobei die Mutterlauge über Leitung 22 und die

Das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren zurückgewonnene trockene Essigsäure über Leitung 23

ermöglicht eine Gesamtausbeute von 90 bis 100 % leicht so eingestellt werden können, daß das erforder-

Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure, bezogen auf liehe Molverhältnis der Reaktionskomponenten im

eingesetzten Phosphor. Bei einem absatzweisen Ver- as vorstehend angegebenen, erforderlichen Bereich liegt,

fahren ist die Ausbeute niedriger und liegt gewöhnlich So kann beispielsweise Phosphortrichlorid für die

im Bereich von 60 bis 75°/₀. dem Verfahren wieder zugeführte trockene Essigsäure

Die Figur erläutert die kontinuierliche Ausführungs- und zur Ergänzung der Phosphor(III)-Reaktionskom-

form des erfindungsgemäßen Verfahrens. ponenten verwendet werden. Auf diese Weise kann ein

In einem kontinuierlichen Verfahren wird das 30 chargenweises Reaktionsverfahren auf einfache Weise Reaktionsgemisch aus phosphoriger Säure 10, Essig- zu einem kontinuierlichen Verfahren gemacht werden. Säureanhydrid 11 und Acetylchlorid 12 einer Reak- Daraus ergibt sich, daß ein Kreisprozeß, der unter den tionszone 13 zugeführt, wo die Reaktion unter Er- erfindungsgemäßen Bedingungen bzw. unter Anwenhitzen des Reaktionsgemisches unter stetem Rühren dung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausausgeführt wird. Bei dieser Reaktion fällt ein acety- 35 geführt wird, etwa 1 Mol Äthan-l-hydroxy-l^-diliertes Kondensat aus, wie noch nachstehend genauer phosphonsäure je Mol verbrauchten Acetyls und je erläutert wird. Das Reaktionsgemisch wird dann bei 14 2 Mol verbrauchten Phosphors liefert, filtriert, wodurch das ausgefällte, acetylierte Konden- Die Hydrolyse des abgetrennten acetylierten Konsat 15 vom Filtrat der Mutterlauge 16 abgetrennt densates der Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure 15 wird, die teilweise Ausgangsmaterialien und/oder 40 beruht auf der Erkenntnis, daß das feste, acetylierte kleine Mengen der Zwischenreaktionsprodukte ent- Kondensat viel rascher hydrolysiert als ein cyclisches hält. Der aus dem acetylierten Kondensat bestehende Tetraphosphonsäurekondensat, das bei höheren Tem-Rückstand 15 wird dann in 17 hydrolysiert, wobei sich peraturen aus einem Reaktionsgemisch von Essigeine Lösung aus freier Äthan-l-hydroxy-lJ-diphos- Säureanhydrid und phosphoriger Säure in einem Molphonsäure und Essigsäure bildet. Die freie Äthan- 45 verhältnis von 1:1 gemäß dem Stand der Technik l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure 19 kann von der Essig- erhalten wurde. Diese Erscheinung war weder zu säure abgetrennt und zurückgewonnen werden, indem erwarten, noch läßt sie sich derzeit erklären, man sie in 18 aus der Essigsäurelösung 20 auskristalli- Die Hydrolyse kann auf beliebige Weise durchgesiert und das erhaltene Gemisch filtriert. führt werden, die Lösung unter Wasserzusatz einfach

Die in der Figur veranschaulichte Verfahrensweise 50 unter Rückfluß erhitzt werden, wobei ungefähr 6 ml

erläutert auch die Rückführung der Mutterlauge 16 Wasser pro Gramm Feststoff zugesetzt werden. Die

und der Essigsäure 20 in den Kreisprozeß, nämlich in unter Rückfluß erhitzte Lösung kann destilliert werden,

das Reaktionsgemisch in der Zone 13 über die Lei- um Wasser und Essigsäure zu entfernen. Nachdem

tungen 22 und 23. Für Essigsäure 20 kann es erf order- der Essigsäuregehalt auf vernachlässigbare Werte

lieh sein, etwa vorhandenes Wasser bei 21 abzudestil- 55 gesunken ist, wird die Destillation fortgesetzt, bis der

lieren. Anschließend muß jedes Mol Essigsäure mit Wassergehalt der Flüssigkeit im Gefäß etwa 10 bis

¹Z₃ Mol Phosphortrichlorid vermischt werden. Wie 15 % beträgt. Die erhaltene sirupartige Flüssigkeit

bereits erwähnt wurde, reagiert die Essigsäure mit wird dann, wie nachstehend beschrieben, zur Kristalli-

dem Phosphortrichlorid unter Bildung der als Korn- sation gebracht.

ponenten der Ausgangsreaktion eingesetzten Verbin- 60 Nach einer anderen Hydrolysemethode wird eine

düngen, nämlich phosphorige Säure 10 und Acetyl- Zwischenstufe eingeschaltet. Nachdem die Essigsäure

chlorid 12. abdestilliert wurde, kann erforderlichenfalls Wasser

Ein kritisches Merkmal der Erfindung beruht auf zugesetzt und die Lösung unter Rückfluß weiter

der Erkenntnis, daß die Reaktion über die Kristalli- gekocht werden, bis durch Analyse festgestellt wird,

sation eines festen acetylierten Kondensates während 65 daß im wesentlichen der gesamte vorhandene Phosphor

der beschriebenen Erhitzungs- oder Reaktionsstufe in Form der Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure

verläuft. vorliegt. Das Wasser wird dann abdestilliert, bis der

Die genaue Zusammensetzung dieses Zwischen- Wassergehalt auf etwa 10 bis 15 % gefallen ist.

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Nach einer weiteren Variante wird eine Dampf- Kondensates wird das acetylierte, feste Kondensat in destillationsstufe mit überhitztem Wasserdampf ein- Wasser gelöst und vollständig neutralisiert, indem man geschaltet. Dabei wird das zu hydrolysierende Gemisch den pH-Wert durch Zusatz von Natriumhydroxyd auf aus acetyliertem Feststoff und Wasser in einen Behälter 11 erhöht. Dann wird zusätzlich noch das 0,25- bis mit doppeltem Mantel gebracht, um dieses Gemisch 5 l,0fache der zur Neutralisation erforderlichen Menge auf einer Temperatur von 120 bis 17O⁰C₅ Vorzugs- an Natriumhydroxyd zugesetzt. Danach wird hydrolyweise von 135 bis 155°C, halten zu können. In diesem siert, indem man entweder diese stark alkalische Lö-FaIl braucht dem festen, acetylierten Kondensat an- sung kocht, oder indem man sie einem Destillationsfänglich nur eine begrenzte Wassermenge zugegeben verfahren mit überhitztem Dampf unterwirft, wie es werden, nämlich 1 bis 2 cm³/g Feststoff. Die während io vorstehend für die Hydrolyse der sauren Lösung beeiner solchen Hydrolyse freigesetzte Essigsäure destil- schrieben wurde. Das Tetranatriumsalz wird gewonliert mit dem Dampf ab. Anschließend wird das nen, indem man das Wasser abdampft und das Durchströmen des überhitzten Wasserdampfes fort- Natriumacetat und überschüssiges Natriumhydroxyd gesetzt, bis im wesentlichen der gesamte Phosphor als auflöst, oder indem man die getrockneten Feststoffe Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure vorliegt, was 15 mit Methanol auslaugt.

beispielsweise durch eine kernmagnetische Resonanz- Um die Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure als

analyse auf P³¹ festgestellt werden kann; ein Quartett Monohydrat aus der wäßrigen, sirupartigen Flüssigbei etwa —19 ppm und eine PCHg-Kopphmgskon- keit mit einem Gehalt von 10 bis 15 % Wasser zu gestante von 14 Hz. Sobald dieser Punkt erreicht ist, winnen, ist es nur notwendig, sie auf Raumtemperawird der überhitzte Dampf abgestellt. Wenn der 20 tür abzukühlen. Das Verfahren kann noch beschleunigt Wassergehalt der hydrolysieren Lösung 10 bis 15% werden, indem man mit einer kleinen Menge der Monoüberschreitet, wird er durch Abdampfen des hydratkristalle impft, sobald sich der Sirup auf 7O⁰C Wassers aus der Lösung auf einen solchen Wert ge- oder eine noch niedrigere Temperatur abgekühlt hat. bracht. I Die Kristalle können durch Filtration gewonnen und

Nach einer weiteren Variante wird ungefähr die- 25 von der Mutterlauge durch Waschen mit einem mit jenige Wassermenge angewendet, die zur vollständigen Wasser mischbaren Lösungsmittel befreit werden, das Überführung des festen acetylierten Kondensates in jedoch keine wesentlichen Mengen des Monohydrates die Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure erforderlich löst. Aceton ist für diesen Zweck gut geeignet, sofern ist. Diese Verfahrensweise erfordert gewöhnlich die es nicht erhitzt wird (verursacht Verfärbungen bei Anwendung eines Lösungsmittels. Das bevorzugte 30 erhöhten Temperaturen). Auch Dioxan ist für diesen Lösungsmittel ist Essigsäure, die in einer Konzentration Zweck geeignet, doch lösen niedrige Alkohole, z. B. von 3 bis 10 cm³ Essigsäure pro Gramm des festen, Methanol oder Äthanol, eine zu große Menge des acetylierten Kondensates angewendet wird. Monohydrats auf. Nach dem Verdampfen des zum

Das feste, acetylierte Kondensat kann auch in Waschen verwendeten Lösungsmittels, vorzugsweise Wasser gelöst und vor der Hydrolyse teilweise oder 35 unter Vakuum, kann der Rückstand der Mutterlauge vollständig zu einem Salz der Äthan-l-hydroxy-l.l-di- zugesetzt und der Wassergehalt abermals auf einen phosphonsäure neutralisiert werden. Das gemäß dem Wert im Bereich von 10 bis 15% vermindert werden, Stand der Technik erhaltene cyclische Tetraphosphon- so daß nach dem im vorhergehenden Absatz beschriesäurekondensat läßt sich dagegen bei einem pH-Wert benen Verfahren auch noch eine zweite Menge des von 5 und einer Temperatur von 100 bis 103° C nur 40 Monohydrats gewonnen werden kann. Dieses Versehr langsam hydrolysieren und wird bei pH-Werten fahren kann so oft wiederholt werden, als zur vollvon etwa 10 und darüber bei 100 bis 103° C im wesent- ständigen Gewinnung der Äthan-l-hydroxy-lJ-dilichen dauerbeständig. Wird die Hydrolyse des acety- phosphonsäure erforderlich ist. lierten, festen Kondensates gemäß der Erfindung bei Zur Gewinnung der Äthan-l-hydroxy-lJ-diphos-

einem pH von 5 durchgeführt, so kann die freigesetzte 45 phonsäure aus dem Gemisch mit Essigsäure nach der Essigsäure durch Destillation entfernt werden. Wird Hydrolyse mit ungefähr der theoretischen Wasserdie Hydrolyse jedoch bei einem wesentlich höheren menge in einem großen Essigsäurevolumen als LöpH durchgeführt, so kann das Acetat durch Auslaugen sungsmittel wird die Lösung auf nahezu Raumtemdes getrockneten Hydrolysates mit Methanol zurück- peratur abgekühlt. Die wasserfreie Äthan-1-hydroxygewonnen und das Natriumsalz in Essigsäure über- 50 1,1-diphosphonsäure kristallisiert aus und setzt sich geführt werden, bevor man es wieder der Reaktions- ab. Die Kristallisation kann durch Impfen mit einer zone 13 zuführt. kleinen Menge von Kristallen der wasserfreien

Um teilweise neutralisierte Lösungen des acety- Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure eingeleitet werlierten, festen Kondensates zu hydrolysieren, wird den, wenn die Temperatur unter 50⁰C liegt, zunächst der pH-Wert der wäßrigen Lösung des 55 Um das Dinatriumsalz der Äthan-l-hydroxy-l,l-di-Kondensates mit Natriumhydroxyd auf 5 eingestellt phosphonsäure aus der wäßrigen Lösung des Hydroly- und die freigesetzte Essigsäure nach einer der vor- sates auszukristallisieren, sollte das Wasser verdampft stehend beschriebenen Destillationsmethoden entfernt. werden, bis der Wassergehalt bei 35 bis 50% liegt, Die Hydrolyse wird dann fortgesetzt, z. B. gemäß der dann wird die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt, vorstehend beschriebenen Verfahrensweise mit über- 60 Die Kristalle können abfiltriert und, falls gewünscht, hitztem Dampf, bis die kernmagnetische Resonanz- mit einem Äthanol-Wasser-Gemisch im Volumenanalyse auf P³¹ ergibt, daß im wesentlichen der ge- verhältnis von 40:60 gewaschen werden. Äthanol und samte Phosphor in Form des Dinatriumsalzes der Wasser werden aus dem Gemisch aus Filtrat und den Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure vorliegt. Das Waschrückständen verdampft, bis die Lösung wieder Salz kann durch Verdampfen des Wassers oder durch 65 einen Wassergehalt von etwa 35 bis 50 % hat. Diese Kristallisation gewonnen werden, wie nachstehend Stufe kann wiederholt werden, bis im wesentlichen noch beschrieben wird. das gesamte Dinatriumsalz der Äthan-1-hydroxy-

Vor der Hydrolyse des vollständig neutralisierten 1,1-diphosphonsäure gewonnen wurde.

Beispiel 1

Es wurde ein Reaktionsgemisch hergestellt, indem man 300 g (3,66 Mol) phosphorige Säure, 2610 g (25,60 Mol) Essigsäureanhydrid und 660 g (8,41 Mol) Acetylchlorid vermischte. Während des mechanischen Rührens wurde das Gemisch auf 50 ±2° C erhitzt und während 2 Stunden auf 5O⁰C gehalten. Es entstand ein Niederschlag, der durch Filtrieren der Lösung abgetrennt wurde. Die Ausbeute an mit Äther ge- ίο waschenem und getrocknetem, festem acetyliertem, gewonnenem Kondensat betrug 311 g, es enthielt etwa 74% des in das Reaktionsgemisch in Form von phosphoriger Säure eingebrachten Phosphors.

Etwa 75 g des vorstehenden Feststoffes wurden hydrolysiert, indem man denselben in 310 cm³ Wasser löste und während 3 Stunden einer Dampf destillation bei Atmosphärendruck unterwarf. Bei der Destillation wurden 12,35 g CH₃COOH rückgewonnen. Das Hydrolysat wurde dann mit wäßriger, 50%iger NaOH auf einen pH-Wert von etwa 9 neutralisiert und die Lösung einer Gefriertrocknung unterworfen. Das Produkt war ein weißer Feststoff mit einem Gewicht von 75 g, der in fünf aufeinanderfolgenden Auslaugeschritten mit Äthanol weiter gereinigt wurde, wobei ein Produkt mit einem Gewicht von 71,5 g übrigblieb. Das mit Äthanol ausgelaugte Produkt enthielt 17,2% Wasser, 0,9% Chlorid als Natriumchlorid und 5,2% Acetat als Natriumacetat. Durch kernmagnetische Resonanzanalyse einer wäßrigen Lösung wurde festgestellt, daß 65 bis 75% ihres Phosphorgehaltes in Form des Trinatriumsalzes der Äthan-1-hydroxy-1,1 - diphosphonsäure vorlagen (Quadruplet bei 8 = -19,6 ppm, bezogen auf 85% H₃PO₄ als 0,0, mit einer Kopplungskonstante von etwa 14 Hz [cP]); der Rest bestand aus dem Salz eines unvollständig hydrolysieren Kondensates (nicht aufgelöste Multiplet bei S — —17 ppm). Das protonenmagnetische Resonanzspektrum ergab eine ähnliche Verteilung; nämlich ein Triplet bei τ = 8,4 bis 8,5 ppm bei / = 14 Hz (cP) und eine Einfachbande bei τ = 7,9 —8,1 ppm, bezogen auf Tetramethylsilanprotonen bei τ = 10,0 ppm.

Das Gemisch der Salze wurde in üblicher Weise in die freie ÄHDP übergeführt.

Beispiel 2

Es wurde eine klare Lösung hergestellt, indem man 100 g (1,22 Mol) HPO₃H₂ einem Gemisch von 800 cm³ (8,47 Mol) (CH₃CO)₂O und 200 cm³ (2,81 Mol) CH₃COCl zugab (Molverhältnis 1,0:6,9:2,3). Nach einem 35 Minuten dauernden Erhitzen auf 50° C wurde die Lösung trüb. Die Trübung verdichtete sich rasch, wobei zuerst ein Gummi entstand, der sich innerhalb der nächsten 10 Minuten in einen kristallinen Niederschlag umwandelte. Das Gemisch wurde dann während weiterer 110 Minuten digeriert (Gesamtdauer des Erhitzern: 2 Stunden und 35 Minuten).

Die Feststoffe wurden abfiltriert und mit Äthyläther gewaschen, bis sie frei von Mutterlauge waren. Die Ausbeute an ätherfreiem Feststoff betrug 103 g. Eine Lösung dieser Feststoffe in frischem Wasser zeigte bei der kernmagnetischen Resonanzanalyse hinsichtlich P³¹ ein Multiplet bei —16 ppm (J nicht gemessen).

Zur Hydrolyse wurden 48 g der obigen Feststoffe in 100 ml Wasser gelöst und während 24 Stunden (bei 100 bis 103° C) unter Rückfluß erhitzt. Eine kleine Probe, die nach 6 Stunden entnommen wurde, war nach der Kernmagnetischen Resonanzanalyse hinsichtlich P³¹ identisch mit dem Haupthydrolysat, da beide die Spektraleigenschaften von reiner Äthanl-hydroxy-l,l-diphosphonsäure zeigten, nämlich ein bei δ — —19 ppm zentriertes Quadruplet mit einer Kopplungskonstante /=16 Hz (cP); eine kleine Probe, die nach 2stündigem Kochen unter Rückfluß entnommen wurde, war nur zu zwei Drittel zur gewünschten Diphosphonsäure hydrolysiert. Die zur vollständigen Hydrolyse des vorstehend angegebenen Feststoffes erforderliche Zeit liegt daher bei 100 bis 103° C zwischen 2 und 6 Stunden.

Das nach 24stündigem Kochen unter Rückfluß erhaltene Produkt wurde nach Verdampfen eingeengt, wobei man eine Ausbeute von 43 g einer sirupartigen Säure erhielt.

Beim Stehen kristallisierte ein Teil dieser Säure. Die Kristalle wurden durch Filtration abgetrennt, mit Aceton gewaschen, bis sie frei von Mutterlauge waren und getrocknet. Die Ausbeute betrug 15,3 g. Diese Kristallfraktion wurde als das Monohydrat der Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure mittels Röntgenstrahlenbeugung identifiziert. Elementaranalysen, Säure-Base-Titration und das Calcium-Komplexbildungsvermögen waren völlig im Einklang mit dieser Zusammensetzung. Ein Teil dieser Kristalle, gelöst in Wasser, ergab bei der kernmagnetischen Resonanzanalyse auf P³¹ das Spektrum der Äthan-1-hydroxy-1,1-diphosphonsäure.

Beispiel 3

Bei Raumtemperatur wurde eine Reaktionslösung hergestellt, die aus 1,22 Mol Phosphortrichlorid, 4,5 Mol Essigsäure und 7,64 Mol Essigsäureanhydrid bestand. Die klare Lösung wurde während 20 Minuten auf 70⁰C erhitzt. Nach 5 Minuten bei 70⁰C wurde die Lösung trüb, wobei das acetylierte Kondensat aus der Lösung auskristallisierte. Während der Kristallisation stieg die Temperatur spontan auf 77° C und fiel dann langsam auf 70⁰C ab. Auf diesem Wert wurde die Temperatur während weiterer 90 Minuten gehalten. Das Reaktionsgemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Feststoffe wurden durch Filtration abgetrennt und mit Äthyläther gewaschen, bis sie frei von Mutterlauge waren.

5,0 g des festen Produktes wurden für Analysenzwecke zurückbehalten. Es wurde gefunden, daß das Produkt identisch mit dem gewünschten acetylierten Kondensat der Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure war.

Das übrige feste Produkt wurde in 200 ml Wasser gelöst und während 6 Stunden bei 100° C unter Rückfluß gekocht. Die Lösung wurde zu einem Sirup eingedampft und erneut in Essigsäure gelöst. Die Lösung wurde nochmals zu einem Sirup eingedampft und wieder in Essigsäure gelöst. Dann wurde die Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure bei 25 bis 3O⁰C aus der Essigsäurelösung auskristallisiert. Die Feststoffe wurden durch Filtration abgetrennt: Ausbeute: 32,6 g; dies entspricht einer Ausbeute von 70%, wenn man die 5,0 g des acetylierten Kondensates berücksichtigt, die in einer früheren Stufe aus dem System entfernt wurden. Das Produkt war identisch mit reiner Äthan-l-hydroxy-lJ-diphosphonsäure.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Äthan-1-hydroxy-l,l-diphosphonsäure durch Umsetzung eines aus phosphoriger Säure, Essigsäureanhydrid und

909 532/379

Acetylchlorid bzw. eines aus Phosphortrichlorid, Essigsäureanhydrid und Essigsäure bestehenden Gemisches und Hydrolysieren des gebildeten Reaktionsprodukts, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) phosphorige Säure, Essigsäureanhydrid und Acetylchlorid bzw. Phosphortrichlorid, Essigsäureanhydrid und Essigsäure im Molverhältnis von 1:3:1 bis 1:8:5 mischt,

b) die Mischung 5 Minuten bis 9 Stunden auf 30 bis 90⁰C erwärmt,

10

c) den aus dem Reaktionsgemisch ausgefallenen Niederschlag von der Reaktionslösung in üblicher Weise abtrennt,

d) den Niederschlag in an sich bekannter Weise hydrolysiert und

e) die Äthan-l-hydroxy-l,l-diphosphonsäure von der Essigsäure abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe a) ein Molverhältnis von phosphoriger Säure, Essigsäureanhydrid und Acetylchlorid bzw. von Phosphortrichlorid, Essigsäureanhydrid und Essigsäure von 1:4,1:1,5 bis 1:7,4:4,6 anwendet.

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