草铵膦中间体及草铵膦的制备方法
阅读说明：本技术 草铵膦中间体及草铵膦的制备方法 (Glufosinate-ammonium intermediate and preparation method of glufosinate-ammonium ) 是由 周波 杨清 蒋海军 陈曙 杨苏军 程柯 尹英遂 于 2019-12-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种制备式草铵膦中间体及草铵膦的制备方法。本发明的方法将两种单独的计量料流S1和S2同时地加入反应器中,并且这些计量料流S1和S2具有以下组成：计量料流S1包含甲基膦化合物(I),计量料流S2包含不饱和酮化合物(II)和酸(III)。草铵膦中间体(IV)可经Strecker反应得到草铵膦。(The invention provides a preparation method of a glufosinate-ammonium intermediate and glufosinate-ammonium. The process of the present invention feeds two separate metering streams S1 and S2 simultaneously into the reactor, and these metering streams S1 and S2 have the following composition: metering stream S1 comprises methylphosphine compound (I), and metering stream S2 comprises unsaturated ketone compound (II) and acid (III). The glufosinate-ammonium Intermediate (IV) can be reacted by Strecker to obtain glufosinate-ammonium.)
技术领域
本发明涉及草铵膦中间体及草铵膦的制备方法。
背景技术
草铵膦是一种重要的除草剂。
目前已知专利CN1267305A公开了一种通过制备下式草铵膦中间体缩醛，
(其中X、Y、R相互独立地为H或C1-C18烷基、苄基或苯基，R*为氢或C1-C4烷基，A为酰基)再进一步通过Strecker反应、水解制备草铵膦的方法。该方法在制备缩醛时，需要加入四种物料，物料成本较高，且副产物较多。
专利CN1858054A公开了一种通过制备甲基膦酸酯有效中间体，再进一步通过Strecker反应、水解制备草铵膦的方法。该方法在制备甲基膦酸酯有效中间体时，可以只加入甲基亚膦酸酯、丙烯醛和羧酸三种物料，可以取得纯度97.8％，总收率96％的最终产品草铵膦。但是其仅提到前述草铵膦中间体缩醛可能为甲基膦酸酯有效中间体的存在形式之一，并未提到如何有效制备草铵膦中间体缩醛。并且，其最终产品草铵膦的收率和纯度仍有进一步提升的空间。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种制备式(IV)化合物或其盐方法，
包括以下步骤：
在式(III)酸的存在下，使式(I)化合物与式(II)化合物反应，
其中：
X和Y各自独立地为氢、烷基、烯基或芳香基，R*为氢或C1-C4烷基，A为酰基；
其中将两种单独的计量料流S1和S2同时地加入反应器中，并且这些计量料流S1和S2具有以下组成：计量料流S1包含式(I)化合物，计量料流S2包含式(II)化合物和式(III)酸。
除非有相反陈述，下列用在说明书和权利要求书中的术语具有下述含义。
烷基指饱和的脂族烃基团，包括1至18个碳原子的直链和支链基团。优选含有1至6个碳原子的烷基，例如甲基、乙基、丙基、2-丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊基等。烷基可以是取代的或未取代的，当被取代时，取代基可以为卤素、硝基、磺酰基、醚氧基、醚硫基、酯基、硫代酯基或氰基。
烯基指由至少两个碳原子和至少一个碳-碳双键组成的如上述定义的烷基。例如乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-，2-或3-丁烯基等。烯基可以是取代的或未取代的，当被取代时，取代基可以为卤素、硝基、磺酰基、醚氧基、醚硫基、酯基、硫代酯基或氰基。
芳香基指具有至少一个芳环结构的基团。芳香基优选苯基或苄基。苯基和苄基可以是取代的或未取代的，当被取代时，取代基可以为卤素、硝基、磺酰基、醚氧基、醚硫基、酯基、硫代酯基或氰基。
酰基是有机酸的残基，例如：羧酸及其他由其衍生的酸的残基，例如，硫代羧酸、任选N-取代的亚氨基羧酸、或碳酸单酯、任选N-取代的氨基甲酸、磺酸、亚磺酸、膦酸、次膦酸的残基。例如：甲酰基、烷基羰基，例如：(C1-C4-烷基)-羰基、苯基羰基。优选的A为具有1至6个碳原子的羧酸的酰基，尤其是乙酰基。
式(I)化合物可以按照现有方法制备得到，例如CN1267305A中公开的方法以及提到文献中的方法。X、Y优选各自独立地为C1-C6烷基，尤其是乙基。
式(II)化合物和式(IIII)酸均为已知的基础化学品。
CN1858054A中公开的投料方式是将丙烯醛-弱酸混合物逐滴加入至甲基亚膦酸二乙酯中。申请人通过实验和机理研究中发现，如果采取相反的投料方式，即将甲基亚膦酸二乙酯逐滴加入至丙烯醛-弱酸混合物中时，由于酸过量的影响，副反应大量发生，目标缩醛含量低于60％。并且，反应液中杂质的数目和含量均大幅上升，尤其会产生大量以下结构的杂质，该杂质含量可达10％以上：
因此，过量的甲基亚膦酸二乙酯有利于抑制副反应的发生，这与CN1858054A中公开的投料方式也是相一致的。然而，令人意外的是，当将甲基亚膦酸二乙酯与丙烯醛-弱酸混合物同时加入反应器进行反应时，与前述尽量使甲基亚膦酸二乙酯过量的投料方式相比，不但目标缩醛含量显著提升，反应液中的杂质数目和含量也显著下降，
除此之外，尽管而CN1858054A中公开了多个的甲基膦酸酯有效中间体，并认为其在后续反应中具有类似的功能。然而，申请人在草铵膦的实际生产中意外发现，在通过制备甲基膦酸酯有效中间体制备草铵膦的工艺中，草铵膦的收率及纯度与反应液中的目标缩醛含量具有显著的正相关性。
因此，采用本发明的方法，可以制备高目标缩醛含量的反应液，从而有效提高了后续反应的生产效率。
本发明制备得到的高浓度缩醛反应液可以按照已知文献的方法，不经后处理或经适当的后处理继续反应制备得到草铵膦，例如CN1267305A中描述的方法，尤其是strecker方法。
在进一步优选的实施方案中，其中将两种单独的计量料流S1和S2同时地计量加入反应器中，加入的速率为在加入1mol式(I)化合物的时间内，同时加入0.5～2mol的式(II)化合物和0.5～2mol的式(III)酸。为实现同时地计量加入，可以采用本领域已知的技术手段，例如利用恒压滴液漏斗、计量泵等现有装置。
更进一步地，每1mol式(I)化合物使用0.8～1.2mol的式(II)化合物和0.8～1.2mol的式(III)酸，优选使用0.9～1.1mol的式(II)化合物和0.9～1.1mol的式(III)酸。
进一步地，A为C1-C6酰基。
进一步地，所述烷基为C1-C18的一个或多个取代的烷基，烯基为C2-C18的一个或多个取代的烯基，芳香基为苯基、苄基、取代的苯基或取代的苄基，其中取代基为卤素、硝基、磺酰基、醚氧基、醚硫基、酯基、硫代酯基或氰基。
优选的，X、Y各自独立地为C1-C6烷基；R*为氢；A为C1-C6酰基。
更优选的，X为乙基，Y为乙基，R*为氢，A为乙酰基。
在本发明的方法中，前述计量料流S1和/或S2可以包含适当的有机溶剂，如醇类溶剂或苯类溶剂。令人意外的是，与CN1267305A方法中醇类的辅助作用相比，本发明方法中乙醇的存在反而降低了反应液中目标缩醛的含量，且乙醇越多，目标缩醛含量越低。
本发明的反应温度可以是-80～50℃，优选10～42℃，更优选20～30℃。
与CN1858054A的投料方式相比，本发明原料滴完即基本反应完毕。作为进一步的优选，在已经同时全部计量加入反应原料后，即前述计量料流S1和S2加毕后还包括保温的步骤，其中保温的温度为20～30℃，以获得目标缩醛含量更高的反应液。
总的来说，本发明反应的时间一般可以在0.5～48小时，优选0.5～18小时，依反应温度、批量大小、反应物的性质、溶剂(如有)而异。
根据原料的性质和反应条件，如甲基亚膦酸二乙酯在高温下易燃，为提高生产中的安全性，可以在反应中加入惰性气体或稀有气体保护，如氮气。
在此基础上，本发明还提供了一种制备式(V)化合物或其盐的方法，
包括以下步骤：
其中R*为氢或C1-C4烷基，其中将式(IV)化合物，
非必需地在水解形成式(IV′)化合物之后，
其中Z为OH或OX的混合物或与氨及氢氰酸盐，在Strecker合成反应的条件下与氨/氯化铵及氰化钠或与氨及氢氰酸的混合物或与氨及氢氰酸盐，非必需地在氯化铵存在下，反应得到式(IV″)的α-氨基腈类或其盐类
及式(IV″)化合物在酸或碱性的条件下水解得到式(V)化合物，其中X、Y、A、R*的定义如前述所定义，式(IV)化合物按照前述的方法制备得到。
具体实施方式
实施例1
向一个恒压滴液漏斗中加入甲基亚膦酸二乙酯(136.13g/mol，20g，0.147mol)，为物料A；再向另一个恒压滴液漏斗中加入丙烯醛(56.06g/mol，8.24g，0.147mol)和乙酸(60.05g/mol，8.8g，0.147mol)的混合物，为物料B。氮气保护下，将物料A和B同时滴加到反应烧瓶中，磁力搅拌下开始反应，控制两股物料滴加速度，体系温度控制在20-30℃。两股物料同时滴加完毕，室温(25℃)下继续搅拌反应30min后结束得缩醛混合物，GC检测缩醛主峰含量为86.03％。
将缩醛混合物逐滴加入至氰化钠(49.01g/mol，7.2g，0.147mol)、氯化铵(53.49g/mol，15.73g，0.294mol)的50mL25wt％氨水溶液中，滴加完毕后搅拌2h，得到氨基氰混合物。
将氨基氰混合物逐滴加入至200mL 37wt％盐酸中，加热回流3.5h。旋干水份得粘稠物质，加入125mL甲醇溶解，过滤除氯化铵固体。滤液浓缩脱溶剂甲醇后，加入15mL蒸馏水，用5mol/L的NaOH溶液调节pH在3.0-3.5。加入甲醇重结晶，析出草铵膦(181.13g/mol)白色晶体26.6g，草铵膦纯度为98.5％，收率为98.4％(基于甲基亚磷酸二乙酯摩尔量)。
实施例2
按照实施例1的方法，改变反应温度为10～20℃(即滴加控制时的温度)，GC检测缩醛主峰含量为85.47％，析出草铵膦白色晶体26.3g，草铵膦纯度为98.5％，收率为97.3％。
实施例3
按照实施例1的方法，改变反应温度38～42℃，GC检测缩醛主峰含量为84.75％，析出草铵膦白色晶体26.2g，草铵膦纯度为98％，收率为96.4％。
实施例4
按照实施例1的方法，改变反应温度48～50℃，GC检测缩醛主峰含量为77.24％，析出草铵膦白色晶体24.4g，草铵膦纯度为97％，收率为88.9％。
实施例5
向一个恒压滴液漏斗中加入甲基亚膦酸二乙酯(20g，0.147mol)和乙醇(6.77g，0.147mol)的混合物，为物料A；再向另一个恒压滴液漏斗中加入丙烯醛(8.24g，0.147mol)和乙酸(8.8g，0.147mol)的混合物，为物料B。氮气保护下，将物料A和B同时滴加到反应烧瓶中，磁力搅拌下开始反应，控制两股物料滴加速度，体系温度控制在20-30℃。两股物料同时滴加完毕，室温(25℃)下继续搅拌反应30min后结束，GC检测缩醛主峰含量为83.35％。
按前述实例步骤从缩醛混合物到氨基氰混合物，再到草铵膦白色晶体。最终析出草铵膦白色晶体25.8g，草铵膦纯度为98％，收率为95.0％。
实施例6
按照实施例5的方法，改变乙醇的加入量为0.75当量，GC检测缩醛主峰含量为85.42％，析出草铵膦白色晶体26.1g，草铵膦纯度为98.5％，收率为96.6％。
实施例7
向一个恒压滴液漏斗中加入甲基亚膦酸二乙酯三甲苯溶液(50g，含甲基二酯10g，0.074mol)，为物料A；再向另一个恒压滴液漏斗中加入丙烯醛(4.12g，0.074mol)和乙酸(4.4g，0.074mol)的混合物，为物料B。氮气保护下，将物料A和B同时滴加到反应烧瓶中，磁力搅拌下开始反应，控制两股物料滴加速度，体系温度控制在20-30℃。两股物料同时滴加完毕，室温(25℃)下继续搅拌反应30min后结束，GC检测缩醛主峰含量为79.01％。
按前述实例步骤从缩醛混合物到氨基氰混合物，再到草铵膦白色晶体。最终析出草铵膦白色晶体25.0g，草铵膦纯度为97％，收率为91.1％。
实施例8
按照实施例7的方法，改变反应温度14～16℃，GC检测缩醛主峰含量为75.94％，析出草铵膦白色晶体24.1g，草铵膦纯度为97％，收率为87.8％。
实施例9
按照实施例7的方法，改变反应温度35～45℃，GC检测缩醛主峰含量为72.62％，析出草铵膦白色晶体23.5g，草铵膦纯度为96％，收率为84.7％。
对比实施例1
向四口烧瓶中加入甲基亚膦酸二乙酯(20g，0.147mol)，为物料A；向恒压滴液漏斗中加入丙烯醛(8.24g，0.147mol)和乙酸(8.8g，0.147mol)的混合物，为物料B。氮气保护下，将物料B滴加到物料A中，磁力搅拌下开始反应，控制物料B滴加速度，体系温度控制在20-30℃。滴加完毕，室温(25℃)下继续搅拌反应30min后结束，GC检测缩醛主峰含量为81.53％。
按前述实例步骤从缩醛混合物到氨基氰混合物，再到草铵膦白色晶体。最终析出草铵膦白色晶体24.8g，草铵膦纯度为98％，收率为91.3％。
对比实施例2
向四口烧瓶中加入甲基亚膦酸二乙酯(20g，0.147mol)，为物料A；向一个恒压滴液漏斗中加入丙烯醛(8.24g，0.147mol)和乙酸(8.8g，0.147mol)的混合物，为物料B；再向另一个恒压滴液漏斗中加入乙醇(6.77g，0.147mol)，为物料C。氮气保护下，将物料B和C同时滴加到物料A中，磁力搅拌下开始反应，控制两股物料滴加速度，体系温度控制在20-30℃。两股物料同时滴加完毕，室温(25℃)下继续搅拌反应30min后结束，GC检测缩醛主峰含量为81.65％。
按前述实例步骤从缩醛混合物到氨基氰混合物，再到草铵膦白色晶体。最终析出草铵膦白色晶体25g，草铵膦纯度为98％，收率为92％。
对比实施例3
向四口烧瓶中加入甲基亚膦酸二乙酯20g，0.147mol)和乙醇(6.77g，0.147mol)的混合物，为物料A；向恒压滴液漏斗中加入丙烯醛(8.24g，0.147mol)和乙酸(8.8g，0.147mol)的混合物，为物料B。氮气保护下，将物料B滴加到物料A中，磁力搅拌下开始反应，控制物料B滴加速度，体系温度控制在20-30℃。滴加完毕，室温(25℃)下继续搅拌反应30min后结束，GC检测缩醛主峰含量为76.60％。
按前述实例步骤从缩醛混合物到氨基氰混合物，再到草铵膦白色晶体。最终析出草铵膦白色晶体24.3g，草铵膦纯度为97％，收率为88.5％。
对比实施例4
按照对比实施例3的方法，改变乙醇的加入量为0.75当量，GC检测缩醛主峰含量为78.77％，析出草铵膦(181.13g/mol)白色晶体24.4g，草铵膦纯度为97.5％，收率为89.3％。
对比实施例5
向四口烧瓶中加入甲基亚膦酸二乙酯的三甲苯溶液(50g，含甲基亚膦酸二乙酯10g，0.074mol)，为物料A；向恒压滴液漏斗中加入丙烯醛(4.12g，0.074mol)和乙酸(4.4g，0.074mol)的混合物，为物料B。氮气保护下，将物料B滴加到物料A中，磁力搅拌下开始反应，控制物料B滴加速度，体系温度控制在20-30℃。滴加完毕，室温(25℃)下继续搅拌反应30min后结束，GC检测缩醛主峰含量为74.51％。
按前述实例步骤从缩醛混合物到氨基氰混合物，再到草铵膦白色晶体。最终析出草铵膦白色晶体23.6g，草铵膦纯度为97％，收率为86.0％。
对比实施例6
向四口烧瓶中加入甲基亚膦酸二乙酯三甲苯溶液(50g，含甲基二酯10g，0.074mol)，为物料A；向一个恒压滴液漏斗中加入丙烯醛(4.12g，0.074mol)，为物料B；再向另一个恒压滴液漏斗中加入乙酸(4.4g，0.074mol)，为物料C。氮气保护下，将物料B和C同时滴加到物料A中，磁力搅拌下开始反应，控制两股物料滴加速度，体系温度控制在20-30℃。两股物料同时滴加完毕，室温(25℃)下继续搅拌反应30min后结束，GC检测缩醛主峰含量为77.67％。
按前述实例步骤从缩醛混合物到氨基氰混合物，再到草铵膦白色晶体。最终析出草铵膦白色晶体24.1g，草铵膦纯度为97％，收率为87.8％。
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