CN102399239A - 一种草铵膦及类似物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种如式(V)所示的草铵膦及其类似物合成方法，以三氯化磷、亚膦酸三酯和氯甲烷为起始原料，通过格氏、歧化、偶联得到中间体甲基亚磷酸二酯，甲基亚磷酸二酯再与酸酐和丙烯醛类物质进行缩合、Strecker反应然后水解，最终得到草铵膦及其类似物。本发明的合成方法的路线反应条件温和，安全性较好，且收率明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种化合物的合成方法，具体涉及一种除草剂草铵膦及其类似物的合成方法。
背景技术
草铵膦(glufosinate-ammonium)由赫斯特公司(几经合并后现归属拜耳公司)开发生产，化学名称4-[羟基(甲基)膦酰基]-DL-高丙氨酸，其他名称草铵膦铵盐、Basta、Buster等，属膦酸类除草剂，是谷氨酰胺合成抑制剂，非选择性(灭生性)触杀型除草剂。开发于上个世纪80年代，作为除草剂获得登记使用是1984年。草铵膦是世界大吨位农药品种，也是世界第二大转基因作物耐受除草剂。毒性低，较为安全，在土壤中易于降解，对作物安全，不易飘移，除草谱广，活性高，用量少，环境压力小，杀草迅速，能快速杀死100种以上的禾本科和阔叶杂草，可用水做基剂，使用安全方便，这些是该品优于其他除草剂的特点，所以这个产品在出现了众多高效超高效的产品后，依然可以畅销。
拜尔公司在US4521348中提出了以合成二氯甲基膦为起始路线的合成方法，二氯甲基膦合成如下：
然后采用甲基二氯化膦合成甲基亚磷酸酯，再经过一系列反应合成草铵膦。
该路线收率高、成本低，但起始路线二氯甲基膦合成原料、产物物化性质活泼，易燃易爆。合成过程处于500～600℃，如控制不稳定，容易产生极易自然的黄磷和磷化氢，危险性很大。另外，物料具有强腐蚀性，对反应设备材质选择及其加工制造工艺要求苛刻，目前国内加工制造水平难以满足生产要求。
为了有效降低草铵膦工业化生产过程中的危险性同时降低生产成本，特此进行如下发明。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种改进的草铵膦及其类似物合成方法，以降低草铵膦工业化生产过程中的危险性同时降低生产成本。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
提供一种改进的草铵膦及其类似物合成方法，所述的草铵膦及其类似物结构如下式(V)所示，该方法以三氯化磷、亚膦酸三酯和氯甲烷为起始原料，通过格氏、歧化、偶联得到中间体甲基亚磷酸二酯，甲基亚磷酸二酯再与酸酐和丙烯醛类物质进行缩合、Strecker反应然后水解，最终得到草铵膦及其类似物。
本路线反应条件温和，安全性较好，且收率明显提高。
本发明所述的方法具体包括如下步骤：
①以PCl3、亚膦酸三酯和氯甲烷为起始原料，合成甲基亚膦酸酯(I)，合成路线如下：
其中，R1为C1～C4的烷基；
生成(I)的格氏试剂偶联反应中甲基氯化镁与氯亚膦酸二酯的摩尔比控制在0.95/1～1/1；反应温度介于-30～20℃，优选为-30～20℃，更优选为-20～0℃；
现有报道中反应操作均为格氏试剂相对过量，反应最终呈现弱碱性，本发明中控制格氏试剂摩尔量略低于亚磷酸酯的摩尔量，反应产物杂质量下降，提高了甲基亚膦酸二酯的收率。②以甲基亚膦酸二烷基酯合成草铵膦中间体及其类似物
步骤①得到的甲基亚膦酸二烷基酯(I)与类丙烯醛物质(III)以0.9/1～1.1/1的摩尔比在酸酐(II)存在下发生Michael反应，合成甲基膦酸酯有效体(1-1)，甲基膦酸酯有效体(1-1)进行Strecker反应，生成甲基膦酸氨基氰或其类似物(IV)，合成路线如下：
其中，R1、R2为C1～C4的烷基，R3为氢或C1～C4的烷基；
所述的甲基亚膦酸二烷基酯与式III的丙烯醛类化合物发生Michael反应温度为-50～50℃；
甲基膦酸酯有效体(1-1)发生Strecker反应的反应温度为0～50℃；
在上述Michael反应中，也有可能在C＝O双键部分生成其它的缩醛(酮)或半缩醛(酮)，如
等，也可以同样在下一步中发生Strecker反应，生成相同的甲基膦酸氨基氰或其类似物(IV)。
③草铵膦及其类似物合成
步骤②得到的甲基膦酸氨基氰或其类似物(IV)在酸性或碱性水溶液条件下加热水解，得到草铵膦及其类似物(V)
其中，R1为C1～C4的烷基，R3为氢或C1～C4的烷基。
所述甲基膦酸氨基氰或其类似物(IV)在酸性或碱性水溶液条件下加热水解，水解反应温度50～150℃，优选为80～120℃，氰基逐步水解成为酰胺并进一步水解成酸，从而得到草铵膦及其类似物，反应路线如下：
上述制备得到的的草铵膦及其类似物可与酸性物质或碱性物质反应生成农药学上可接受的盐。
本发明产生的技术效果是：该方法利用了格氏路线合成的甲基亚膦酸双酯，其合成工艺条件温和，避免采用有高危风险的工艺。得到的双酯在酸酐存在的条件下再与丙烯醛或其类似物质缩合，并进行Strecker反应及其水解，最终得到草铵膦及其类似物。不仅提高了合成收率，同时减少了三废物质的产生，从而减少三废处理成本，降低环保压力。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明进行详细说明，以便更好的理解本发明的内容，具体如下：甲基亚膦酸酯的合成：
实施例1：
500ml四口烧瓶内，加入23.5g新鲜镁屑(0.98mol)，加入THF100g，加热到35℃滴加入1g溴甲烷进行引发，有明显温升后加入正己烷200ml并升温至微回流状态，连续通入氯甲烷49.5g(0.98mol)。通氯甲烷过程保持微回流状态，通结束保持微回流状态2hr，至几无可见镁屑，待用。
另一1000ml四口烧瓶内加入亚膦酸三乙酯110.7g(0.67mol)，加入己内酰胺6g，于20～25℃下滴加三氯化磷45.8g(0.33mol)，滴加结束保温2hr即得到氯亚膦酸二乙酯。
待上述均完成后，于强烈搅拌下，将格氏试剂滴加入氯亚膦酸二乙酯内，滴加温度控制-10～-5℃，于3～4hr滴完。滴加完毕继续保温3hr。反应完毕过滤，并采用100ml正己烷洗涤滤饼。滤液进行减压蒸馏，收集55～60℃/-0.09Mpa馏份得到甲基亚膦酸二乙酯122.7g，收率90.22％(以总磷计算)。
实施例2：
500ml四口烧瓶内，加入23.2g新鲜镁屑(0.965mol)，加入THF100g，加热到35℃滴加入1g溴甲烷进行引发，有明显温升后加入正己烷200ml并升温至微回流状态，连续通入氯甲烷48.7g(0.965mol)。通氯甲烷过程保持微回流状态，通结束保持微回流状态2hr，至几无可见镁屑，待用。
另一1000ml四口烧瓶内加入亚膦酸三乙酯110.7g(0.67mol)，加入六甲基膦酰三胺6g，于20～25℃下滴加三氯化磷45.8g(0.33mol)，滴加结束保温2hr即得到氯亚膦酸二乙酯。
待上述均完成后，于强烈搅拌下，将格氏试剂滴加入氯亚膦酸二乙酯内，滴加温度控制-10～-5℃，于4～6hr滴完。滴加完毕继续保温3hr。反应完毕过滤，并采用100ml正己烷洗涤滤饼。滤液进行减压蒸馏，收集55～60℃/-0.09Mpa馏份得到甲基亚膦酸二乙酯121.9g，收率89.63％(以总磷计算)。
对比实施例1：
500ml四口烧瓶内，加入26.4g新鲜镁屑(1.1mol)，加入THF100g，加热到35℃滴加入1g溴甲烷进行引发，有明显温升后加入正己烷200ml并升温至微回流状态，连续通入氯甲烷55.6g(1.1mol)。通氯甲烷过程保持微回流状态，通结束保持微回流状态2hr，至几无可见镁屑，待用。
另一1000ml四口烧瓶内加入亚膦酸三乙酯110.7g(0.67mol)，加入六甲基膦酰三胺6g，于20～25℃下滴加三氯化磷45.8g(0.33mol)，滴加结束保温2hr即得到氯亚膦酸二乙酯。
待上述均完成后，于强烈搅拌下，将格氏试剂滴加入氯亚膦酸二乙酯内，滴加温度控制-10～-5℃，于4～6hr滴完。滴加完毕继续保温3hr。反应完毕过滤，并采用100ml正己烷洗涤滤饼。滤液进行减压蒸馏，收集55～60℃/-0.09Mpa馏份得到甲基亚膦酸二乙酯102.6g，收率75.44％(以总磷计算)。
甲基亚膦酸二酯合成草铵膦及其类似物：
实施例3：
在20～30℃下将新鲜蒸馏的11.42g丙烯醛(0.204mol)加至20.81g醋酐(0.204mol)中，混合均匀。然后于强烈搅拌下滴加到27.2g甲基亚膦酸二乙酯(0.2mol)和9.2g乙醇(0.2mol)的混合物中，滴加时间控制大约2hr，滴加温度控制15～20℃。滴加完毕于该温度下继续保温反应2hr，然后负压脱出轻组分至100℃/-0.095Mpa。将残留物料逐滴加至9.8g氰化钠(0.2mol)、21.4g氯化铵(0.4mol)的100ml25％氨水溶液中，滴加温度控制20～25℃，滴加时间控制2hr左右，滴加完毕继续保温反应4hr。物料不经分离加入到400ml30％盐酸中，加热回流3hr，负压脱水至60℃/-0.095Mpa。加入120g甲醇和15g去离子水溶解过滤去除氯化铵和氯化钠，母液通入3.4g氨气调PH＝3.5～4，降温至0～5℃结晶2hr过滤、烘干得白色结晶粉末35.1g。用高效液相色谱分析草铵膦酸含量98.4％，理论收率为95.41％(相对于甲基亚膦酸二乙酯摩尔收率)。
实施例4：
在20～30℃下将14.3g丁烯酮(0.204mol)加至20.81g醋酐(0.204mol)中，混合均匀。然后于强烈搅拌下滴加到27.2g甲基亚膦酸二乙酯(0.2mol)和9.2g乙醇(0.2mol)的混合物中，滴加时间控制大约2hr，滴加温度控制15～20℃。滴加完毕于该温度下继续保温反应2hr，然后负压脱出轻组分至100℃/-0.095Mpa。将残留物料逐滴加至9.8g氰化钠(0.2mol)、21.4g氯化铵(0.4mol)的100ml25％氨水溶液中，滴加温度控制20～25℃，滴加时间控制2hr左右，滴加完毕继续保温反应4hr。物料不经分离加入到400ml30％盐酸中，加热回流3hr，负压脱水至60℃/-0.095Mpa。加入120g甲醇和15g去离子水溶解过滤去除氯化铵和氯化钠，母液通入3.4g氨气调PH＝3.5～4，降温至0～5℃结晶2hr过滤、烘干得白色结晶粉末37.5g。用高效液相色谱分析甲基草铵膦酸含量97.4％，理论收率为93.65％(相对于甲基亚膦酸二乙酯摩尔收率)。
实施例5：
在20～30℃下将17.2g，2-甲基-丁烯酮(0.204mol)加至20.81g醋酐(0.204mol)中，混合均匀。然后于强烈搅拌下滴加到27.2g甲基亚膦酸二乙酯(0.2mol)和9.2g乙醇(0.2mol)的混合物中，滴加时间控制大约2hr，滴加温度控制15～20℃。滴加完毕于该温度下继续保温反应2hr，然后负压脱出轻组分至100℃/-0.095Mpa。将残留物料逐滴加至9.8g氰化钠(0.2mol)、21.4g氯化铵(0.4mol)的100ml25％氨水溶液中，滴加温度控制20～25℃，滴加时间控制2hr左右，滴加完毕继续保温反应4hr。物料不经分离加入到400ml30％盐酸中，加热回流3hr，负压脱水至60℃/-0.095Mpa。加入120g甲醇和15g去离子水溶解过滤去除氯化铵和氯化钠，母液通入3.4g氨气调PH＝3.5～4，降温至0～5℃结晶2hr过滤、烘干得白色结晶粉末37.9g。用高效液相色谱分析双甲基草铵膦酸含量96.8％，理论收率为87.77％(相对于甲基亚膦酸二乙酯摩尔收率)。
Claims (6)
1.一种如式(V)所示的草铵膦及其类似物合成方法，其特征在于：以三氯化磷、亚膦酸三酯和氯甲烷为起始原料，通过格氏、歧化、偶联得到中间体甲基亚磷酸二酯，甲基亚磷酸二酯再与酸酐和丙烯醛类物质进行缩合、Strecker反应然后水解，最终得到草铵膦及其类似物；
其中R3为氢或C1～C4的烷基。
2.权利要求1所述的方法，具体包括如下步骤：
①以PCl3、亚膦酸三酯和氯甲烷为起始原料，合成甲基亚膦酸酯(I)，合成路线如下：
其中，R1为C1～C4的烷基；
生成(I)的格氏试剂偶联反应中甲基氯化镁与氯亚膦酸二酯的摩尔比控制在0.95/1～1/1；反应温度介于-30～20℃；
②以甲基亚膦酸二烷基酯合成草铵膦中间体及其类似物
步骤①得到的甲基亚膦酸二烷基酯(I)与类丙烯醛物质(III)以0.9/1～1.1/1的摩尔比在酸酐(II)存在下发生Michael反应，合成甲基膦酸酯有效体(1-1)，甲基膦酸酯有效体(1-1)进行Strecker反应，生成甲基膦酸氨基氰或其类似物(IV)，合成路线如下：
其中，R1、R2为C1～C4的烷基，R3为氢或C1～C4的烷基；
所述的甲基亚膦酸二烷基酯与式III的丙烯醛类化合物发生Michael反应温度为-50～50℃；
甲基膦酸酯有效体(1-1)发生Strecker反应的反应温度为0～50℃；
③草铵膦及其类似物合成
步骤②得到的甲基膦酸氨基氰或其类似物(IV)在酸性或碱性水溶液条件下加热水解，得到草铵膦及其类似物(V)
其中，R1为C1～C4的烷基，R3为氢或C1～C4的烷基。
3.权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤①中生成(I)的格氏试剂偶联反应反应温度为-20～0℃。
4.权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤②中Michael反应温度为-10～30℃。
5.权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤③中甲基膦酸氨基氰(IV)在酸性或碱性水溶液条件下加热水解，氰基逐步水解成为酰胺并进一步水解成酸，从而得到草铵膦及其类似物，过程如下：
其中，R1为C1～C4的烷基，R3为氢或C1～C4的烷基。
6.权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的水解反应温度为80～120℃。
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