Brevet FR2460959A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne un procédé pour la préparation de N-phosphonométhyl-glycine (glypho- sate). La N-phosphonométhyl-glycine, ingrédient actif d'un herbicide total à large spectre, peut être pré- parée, par exemple, par les procédés suivants bien connus dans la technique: a) des procédés utilisant l'acide imino diacétique comme matière de départ (HU-PS N 165 965, 167 343 et 172 170), b) des procédés utilisant des N-trisubs- titué-triazines (DE-PS N 2 609 172 et 2 700 017). c) la phosphonométhylation de dérivés de glycine par des dérivés d'acide chlorométhyl-phosphonique (HU-PS N 174 479). Le procédé selon la présente invention a été précédé par HU-PS N 173 170 selon lequel le produit peut être obtenu en faisant réagir de la glycine et du formaldéhyde dans un milieu alcalin aqueux, cela étant suivi de la réaction du sel de métal alcalin de N-hydro- xyméthyl-glycine formé avec un phosphite de dialcoyle et de l'hydrolyse par un acide de l'ester obtenu. Bien que ce dernier procédé soit moins compliqué que les procédés an- térieurs connus, il n'en reste pas moins qu'à grande é- chelle il s'accompagne de difficultés. Comme inconvénient de ce dernier procédé, on peut mentionner que la sélec- tivité du procédé n'est pas suffisante et que le produit final est contaminé dans une mesure considérable par la glycine, la bis-N,Nphosphono-méthyl-glycine, etc., et que l'on doit soumettre le produit à une purification supplémentaire pour obtenir un produit de la pureté dési- ree. Quand on conduit la réaction ci-dessus à grande échelle, l'analyse élémentaire du produit correspond aux valeurs calculées, mais le produit contient en fait 26% de N,N-bis-phosphonométhyl-glycine et 6% de glycine 2 2460959 en plus de la N-phosphonométhyl-glycine désirée. Le fait que les résultats d'analyse corres- pondent aux valeurs calculées peut s'expliquer comme suit: Les proportions de carbone, d'azote et d'hy- drogène dans les exemples du brevet mentionné sont sen- siblement les mêmes dans le cas de ce mélange de pro- duits que dans le cas de la N-phosphonométhyl-glycine pure. La composition correcte du mélange de produits a été déterminée par chromatographie en phase liquide, chromatographie en phase gazeuse et spectroscopie ainsi que par des titrages complexométriques et des méthodes analytiques basées sur la nitrosation. Au cours de ses recherches, la demanderesse a observé que les phosphites de dialcoyle se décomposent rapidement dans un milieu alcalin aqueux. Ainsi, parti- culièrement dans des procédés à grande échelle, la forma- tion de bis-phosphonométhyl-glycine est devenue prédomi- nante dans des milieux alcalins aqueux. La présente invention a pour but de dévelop- per le procédé ci-dessus à une technique à grande échel- le conduisant directement à des produits purs. L'invention concerne un procédé pour la prépa- ration de N-phosphonométhyl-glycine en faisant réagir de la glycine, du formaldéhyde et un phosphite de dialcoyle et en hydrolysant l'ester de Nphosphonométhyl-glycine obtenu avec un acide, caractérisé en ce qu'on fait iéa- gir la glycine avec le formaldéhyde en présence d'un al- canol en C1_4 et qu'on fait réagir la N,N-bis-hydroxymé- thyl-glycine obtenue avec un phosphite de dialcoyle dans un milieu de réaction d'un pH de 5 à 9, on fait réagir le /N-(N-hydroxy-méthylèneglycine)-méthylène7-phosphite de dialcoyle formé avec un acide minéral fort et on hydro- lyse l'ester d'alcoyle de N-phosphonométhyl-glycine for- 3 2460959 mé en présence d'un acide minéral et d'eau. On a trouvé que la glycine et le formaldéhyde quand on les fait réagir dans un milieu anhydre en pré- sence d'un alcool forment de la N,N-bis-hydroxy-méthyl- glycine, qui est un composé nouveau. En utilisant ce nouveau composé dans une réaction ultérieure qui vise à la préparation du produit final, la possibilité de réactions secondaires peut être éliminée dans une mesure croissante. On a trouvé aussi que le phosphate de dialcoyle peut dans certaines conditions alcoyler les anions nu- cléophiles éventuellement présents, conduisant ainsi à des réactions secondaires. Cette possibilité doit être éliminée. On a pu observer que la réaction ci-dessus est favorablement influencée par la réduction du potentiel ionique des cations par accroissement supplémentaire de la polarité de la liaison dative P-O. On a constaté, de plus, que la réaction dépend beaucoup du pH correspon- dant: à un pH plus élevé, la possibilité de la réac- tion secondaire d'alcoylation augmente, tandis qu'un pH plus bas réduit la sélectivité de la phosphonométhy- lation. Sur la base des faits reconnus et observés ci- dessus, on a déterminé les conditions de réaction dans lesquelles la réaction se produit comme expliqué ci-des- sus et les réactions secondaires indésirables sont élimi- nées aussi efficacement que possible. Le rôle du solvant est très important dans le procédé selon l'invention. On fait réagir la glycine avec le formaldéhyde en présence d'un alcanol en C1-4 et au début de la réaction le milieu doit être anhydre. Comme solvant, on peut utiliser de préférence le métha- nol ou l'étahnol. L'alcanol peut aussi être utilisé dans un mélange de solvants, par exemple en même temps 4 2460959 que du dioxanne, du tétrahydrofuranne et/ou un éther en cl-4. La quantité de formaldéhyde a aussi une in- fluence. Si on utilise le formaldéhyde en quantités approximativement équimolaires ou en léger excès par rapport à la glycine, alors une partie de la glycine ne réagit pas. Dans ce cas, la glycine peut être re- cueillie facilement à partir du mélange de réaction par refroidissement. Le mélange de réaction est de préféren- ce acidifié au point isoélectrique de la glycine pour recueil de la glycine. Il est préféré d'utiliser une quantité de for- maldéhyde supérieure à la quantité de glycine. Quand on utilise de 1,25 à 5, de préférence de 1,8 à 2 équi- valents molaires de formaldéhyde, la glycine est trans- formée de manière sensiblement complète en N,N-bis-hy- droxy-méthyl-glycine. Dans ce cas, on n'a pas à recueil- lir la glycine à partir du mélange de réaction. Le formaldéhyde est de préférence préparé à partir du paraformaldéhyde in situ. Dans la réaction de la N,N-bis-hydroxyméthyl- glycine et du phosphite de dialcoyle, la base peut être choisie parmi diverses bases, telles que des hydroxydes de métaux alcalins, des alcoolates de métaux alcalins et/ou des acétates de métaux alcalins de manière à a- juster le pH approprié. On peut utiliser l'hydroxyde de sodium, un alcoolate de sodium ou plus particulièrement l'hydroxyde de potassium, un alcoolate de potassium ou des tampons acétate de sodium ou de potassium. La réaction de la N,N-bis-hydroxyméthyl-gly- cine et du phosphite de dialcoyle est conduite de préfé- rence en présence d'une trialcoylamine ou de n'importe quelle autre base organique contenant de l'azote qui convient pour former un produit d'addition réactif avec le phosphite de dialcoyle, et ainsi le mélange de réac- tion peut être traité facilement et on peut obtenir un produit de bonne qualité. La base aminée joue un rôle de catalyseur dans la réaction. L'ion ammonium ter- tiaire d'un potentiel ionique minimal favorise la réac- tion des phosphites de dialcoyle, car il forme un produit d'addition acide de Lewis-base. Ainsi l'amine tertiaire non seulement assure les conditions de pH optimal, mais encore stimule le corps en réaction lui-même. La base contenant de l'azote est utilisée en général à raison de 0,5 à 3, 0 équivalents molaires par rapport à la glycine. On peut utiliser de préférence des amines tertiaires cycliques ou à chaîne droite, comme la diéthyl aniline, la N-méthyl-pipéridine, la N-méthyl- pyrrolidine, la triéthylamine, la triméthylamine. D'un point de vue industriel, on préfère utili- ser de 0,5 à 1,0 équivalent molaire de triéthylamine par rapport à la glycine, cette base étant facilement dispo- nible, relativement peu coûteuse et pouvant être facile- ment récupérée. Comme phosphite de dialcoyle, on peut utiliser n'importe quelle substance connue, de préférence du phosphite de diméthyle ou du phosphite de diéthyle. Dans la mise en oeuvre du procédé selon l'in- vention, on a observé que la réaction est conduite de préférence dans une solution relativement diluée. Par exemple, on a trouvé qu'une solution méthanolique de molarité 1,1 à 1,5 en ce qui concerne la glycine est utilisable. La quantité préférée de glycine et de formal- déhyde est de 1,1 à 1,9 équivalent molaire par rapport au phosphite de dialcoyle. Le /N-(N-hydroxy-méthylène-gly- cine)-méthylène7-phosphite de dialcoyle obtenu dans la réaction comme produit intermédiaire n'a pas encore été décrit. On peut faire réagir ce composé avec un acide 6 2460959 minéral fort et il est ainsi transposé en ester de N-phos- phone-méthyl-glycine-alcoyle. L'isolement du produit in- termédiaire n'est pas nécessaire. L'ester d'alcoyle-de N-phosphonométhylglycine peut être hydrolysé par des procédés en eux-mêmes connus par chauffage en présence d'un acide minéral et d'eau. Le mélange de réaction peut être traité par des procédés en eux-mêmes connus en chimie organique, En raison de la sélectivité de la réaction, le mélange de réaction peut être traité par des techniques moins compliquées que dans le cas des procédés connus. Le procédé selon la présente invention a les avantages suivants quand on le compare aux procédés connus - La réaction se produit rapidement dans un milieu méthanolique à 25-600C, sans réactions secondai- res, un refroidissement énergique durant la réaction de la glycine et du formaldéhyde n'est pas nécessaire, contrairement au cas des procédés antérieurs. - Le produit est extrêmement pur (97-99%). - La réaction peut être conduite dans un seul appareil et dans une couche homogène. - Opérations très simples, temps de réaction très court. - Le procédé peut être mis en oeuvre dans un système de réaction continu. - Le catalyseur amine tertiaire utilisé peut être bien récupéré. - Le procédé est très avantageux en ce qui con- cerne l'environnement. - Le traitement du mélange de réaction est sim- ple. - Le rendement est élevé. Les détails du procédé selon l'invention sont encore illustrés par les exemples suivants. Exemple I On ajoute 37,5 g de glycine à une solution chaude de 500 cm3 de méthanol anhydre, de 47,0 g de triathylamine et de 30,0 g de paraformaldéhyde. La N,N-bis-hydroxyméthyl-glycine obtenue dans le mélange de réaction est mise à réagir sans isolement avec 55,0 g de phosphite de diéthyle et on fait bouillir le mé- lange réactionnel en l'agitant pendant 1 heure. A la solution obtenue contenant du _/-(N-hydroxy-méthylène- glycine)-méthylène7-phosphite de dialcoyle, on ajoute 210 cm3 d'acide chlorhydrique concentré et l'ester d'é- thyle de N-phosphono-méthyl-glycine formé est chauffé pendant 1,5 heure à 115 C de manière à être hydrolysé en N-phosphonométhyl-glycine. On traite le mélange de réaction et on obtient ainsi 66-68 g de N-phosphonomé- thyl-glycine dans une forme cristalline, pureté: plus de 96%. - Analyse: C3H8N05P (masse moléculaire: 169,074) calculé: C 21,31%, H 4,77%, N 8,28%, P 18,32% trouvé: C 21,2 %, H 4,8 %, N 8,1 %, P 18,2 %. RMN dans D20: à la température ambiante: P-CH2 3,12 d (J-12 Hz) CH2 3,7 s Teneur: d'après la méthode de nitrosation par spectro- photométrie et polarographie min.: 98,5 0,5%; HPLC: min 98,2 + 1,5%. Exemple 2 En utilisant 500 cm3 de méthanol anhydre con- tenant 10% de tétrahydrofuranne, 47,0 g de triéthylamine, ,0 g de paraformaldéhyde, 37,5 g de glycine et 55,0 g de phosphite de diéthyle, on peut procéder comme décrit dans l'exemple 1. 65-66 g de Nphosphonométhyl-glycine sont isolés dans une forme cristalline, pureté supérieu- re à 95%. La qualité du produit est identique à la qua- lité du produit obtenu selon l'exemple 1. Exemple 3 A 500 cm3 d'éthanol anhydre, on ajoute 48,0 g de triéthylamine et 30,6 g de paraformaldéhyde. On agite le mélange à la température d'ébullition et on ajoute 37,5 g de glycine. La N,N-bis-hydroxyméthyl-glycine for- mée dans le mélange de réaction est mise à réagir sans isolement avec 69,0 g de phosphite de diéthyle et on agite le mélange réactionnel pendant 20 minutes à 80 C. Le mélange de réaction est traité ensuite comme décrit dans l'exemple 1. On obtient 60-62 g de N-phosphonomé- thyl-glycine cristalline. Pureté: supérieure à 98%. Exemple 4 On dissout 35 g (0,875 mole) d'hydroxyde de sodium dans 1000 cm3 d'alcool méthylique anhydre. Com- me conséquence de la dissolution, la température de la solution monte à 35-40 C. Dans cette solution, on in- troduit 33,0 g (1,10 mole) de paraformaldéhyde, qui se dépolymérise instantanément. On ajoute 82,5 g (1,1 mole) de glycine à la solution claire qui est chauffée tandis qu'on l'agite à 60 C. On ajoute goutte à goutte 110 g (1,00 mole) de phosphite de diméthyle à cette températu- re et la solution est chauffée au reflux pendant 60 mi- nutes. Le mélange de réaction est ensuite refroidi à C et la glycine cristallisée est séparée par filtration. On obtient ainsi 20 g (0,267 mole de glycine), que l'on peut utiliser de nouveau. On acidifie le filtrat avec 330 cm3 (4 moles) d'acide chlorhydrique concentré. On refroidit la suspen- sion à 10 C et le sel précipité est séparé par filtration à cette température. Après lavage au méthanol, on ob- tient 42 g de chlorure de sodium pur. On soumet le filtrat à une distillation atmos- phérique jusqu'à ce que la température interne atteigne 113 à 115 C. On fait bouillir ensuite la solution à cette température avec reflux pendant 2 heures. La solu- tion est ensuite concentrée par distillation sous vide pour élimination de l'acide chlorhydrique résiduel. Au résidu de distillation, on ajoute 150 cm3 d'eau. On cristallise le produit en refroidissant et en agitant. La substance séparée par filtration est lavée au méthanol et séchée à 80 C. On obtient 97,6 g de N-phosphonométhyl-glycine. Pureté: 98,2%. Rendement par rapport au phosphite de diméthyle: 56,7% Rendement par rapport à la glycine: 68,1%. La qualité du produit correspond à la qualité des produits obtenus dans les exemples précédents. Exemple 5 On dissout 50,4 g (0,9 mole) d'hydroxyde de potassium dans 1200 cm3 de méthanol anhydre. A la solu- tion à température élevée, on ajoute 45 g (1,5 mole) de paraformaldéhyde et après dépolymérisation 112,6 g (1,5 mole) de glycine. On chauffe le mélange à 60 C, on ajoute goutte à goutte 110 g (1,0 mole de phosphite de diméthyle et le mélange est chauffé au reflux pendant minutes. On refroidit ensuite le mélange de réaction à 28-30 C et, en agitant, on ajoute 10 cm3 d'acide acé- tique glacial. La glycine précipitée est séparée par filtration à 10 C et après lavage au méthanol on récupè- re 48 g (0,64 mole) de glycine que l'on peut utiliser de nouveau. On ajoute 330 cm3 (4 moles) d'acide chlorhydri- que concentré au filtrat et le sel précipité est séparé par filtration à froid et lavé au méthanol. On obtient 37 g de chlorure de sodium pur. On chauffe ensuite le mélange réactionnel pendant deux heures pour compléter l'hydrolyse. Après traitement du mélange de réaction, on isole 117,9 g de N-phosphonométhyl-glycine pure dans une forme cristalline. Le produit est d'une pureté de 97,5%. Exemple 6 On dissout 35,2 g (0,9 atome-gramme) de potas- sium métallique dans 1300 cm3 de méthanol anhydre. Dans la solution à température élevée, on introduit 45 g (1,5 mole) de paraformaldéhyde et après dépolymérisation on ajoute 112,6 g (1,5 mole) de glycine. On chauffe le mélange à 60 C et à cette température on ajoute goutte à goutte 110 g (1,0 mole) de phosphite de diméthyle. On fait bouillir la solution pendant 60 minutes, on la re- froidit à 28 C et on ajoute goutte à goutte 10 cm3 d'a- cide acétique glacial, en agitant. La glycine précipitée est séparée par filtration à 10 C et après lavage au mé- thanol on récupère 43,8 g (0,5 mole) de glycine que l'on peut utiliser de nouveau. On ajoute au filtrat 420 cm3 (5 moles) d'acide chlorhydrique concentré et le sel précipité est filtré à froid et lavé au méthanol et on obtient ainsi 64,8 g de chlorure de potassium. Le mélange contenant de l'ester d'éthyle de N-phosphonométhyl-glycine est chauffé pendant 2-3 heures jusqu'à ce que l'hydrolyse soit terminée. On traite ensuite le mélange de réaction. On obtient 124,5 g de N-phosphono-méthyl-glycine dans une forme cristalli- ne. Pureté: 97,5%. Exemple 7 A une solution chaude de 500 cm3 de méthanol, de 98 g d'acétate de potassium et de 30 g de formaldéhyde, on ajoute 37,5 g de glycine et 55 g de phosphite de di- méthyle. On agite le mélange pendant une heure à la tem- pérature d'ébullition. On refroidit le mélange et après le refroidissement on obtient 167 cm3 d'acide chlorhydri- que concentré. On agite la solution pendant 15 minutes et le sel précipité est séparé par filtration. On peut opé- rer ensuite comme décrit dans l'exemple 1. On obtient 54-55 g de N-phosphonométhyl glycine. La qualité du pro- duit est telle qu'indiquée dans l'exemple 1. Exemple 8 On dissout 19,5 g (0,35 mole) d'hydroxyde de potassium technique, en agitant, dans 500 litres de mé- thanol anhydre. On ajoute à la solution alcaline métha- nolique 17,3 kg (0,58 kmole) de paraformaldéhyde techni- que qui sont dissous après 1 à 2 minutes d'agitation. On dissout ensuite 43,3 kg (0,58 mole) de glycine techni- que tandis que la température interne du système est por- tée à 601C. A la solution ainsi obtenue, on ajoute 42,3 kg (0,38 kmole) de phosphite de diméthyle, après quoi on fait bouillir le mélange réactionnel pendant 1 heure. On refroidit ensuite le mélange à 28-30C, on ajoute 7 litres d'acide acétique glacial et après cris- tallisation pendant 30 minutes la glycine précipitée est centrifugée et on lave le mélange sur la centrifugeuse avec 20 litres d'alcool méthylique anhydre. Après sé- chage, on obtient 19 kg (0,25 kmole) de glycine que l'on *peut utiliser de nouveau. On ajoute la solution froide à 154 kg (1,48 kmole) d'une solution aqueuse concentrée d'acide chlorhydrique technique, en agitant et en refroidissant. Le chlorure. de potassium précipité est cristallisé pendant 30 minutes à 100C, centrifugé et le sel est lavé avec 20 litres de méthanol anhydre sur la centrifugeuse. On obtient 25,0 kg de chlorure de potassium humide à la sortie de la centrifugeuse (teneur en substance sèche: 94%). On isole le produit dans une forme cristalline après hydrolyse effectuée pendant 2,5 heures avec de l'acide chlorhydrique aqueux à 110-1201C. Après sécha- ge, on obtient 43 kg de N-phosphonométhyl-glycine, contenant 97,5% de produit pur dans une forme cristalli- ne. Analyse selon la méthode de nitrosation: 97,8 + 0,5% méthode HPLC: 97,9 + 1,5%. REVENDICATIONS 1) Un procédé pour la préparation de N-phosphono- méthyl-glycine en raisant réagir de la glycine avec du formaldéhyde et un phosphite de dialcoyle et en hydro- lysant avec un acide l'ester de-N-phosphonométhyl-gly- cine obtenu, caractérisé en ce qu'on fait réagir la glycine avec le formaldéhyde en présence d'un alcanol en C1_4, on fait réagir la N,N-bis-hydroxyméthylglycine obtenue avec le phosphite de dialcoyle dans un milieu d'un pH de 5 à 9, on fait réagir le /!N-(N-hydroxy-méthylè- ne-glycine)-méthylène7-phosphite de dialcoyle formé avec un acide minéral fort et on hydrolyse l'ester d'alcoyle de N-phosphonométhyl-glycine formé en présence d'un acide minéral et d'eau. 2) Un procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'on utilise le méthanol ou l'éthanol comme alcool en C1_4. 3) Un procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on utilise l'alcool en C1_4 dans un mélan- ge de solvants constitué de dioxanne, de tétrahydrofu- ranne et/ou d'un éther en C1_4. 4) Un procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on fait réagir la glycine avec 1,25 à 5 équivalents molaires de formaldéhyde, de préfé- rence 1,8 à 2,2 équivalents molaires de formaldéhyde par rapport à la glycine. ) Un procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on fait réagir-la glycine avec du formal- déhyde libéré in situ à partir de paraformaldéhyde dans le mélange réactionnel. 6) Un procédé selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce qu'on fait réagir la N,N-bis-hydro- xyémthyl-glycine avec le phosphite de dialcoyle en pré- sence d'une trialcoylamine ou de n'importe quelle autre base organique contenant de l'azote (catalyseur) conve- 13 2460959 nable pour former un produit d'addition réactif avec le phosphite de dialcoyle. 7) Un procédé selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'on utilise la base contenant de l'azote à raison de 0,5 à 3 équivalents molaires par rapport à la glycine. 8) Un procédé selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce qu'on fait réagir la N,N-bis-hydro- xyméthyl-glycine avec le phosphite de dialcoyle en pré- sence d'un hydroxyde de métal alcalin, d'un alcoolate de métal alcalin et/ou d'un acétate de métal alcalin. 9) Un procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on utilise la glycine et le formaldéhyde à raison de 1,1 à 1,9 équivalent molaire par rapport au phosphite de dialcoyle et le récupère, la glycine n'ayant pas réagi à la fin de la synthèse en refroidissant, de préférence en acidifiant le mélange, au point iso-élec- trique de la glycine. ) Un procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on conduit la réaction dans une solution méthanolique de molarité 1,1 à 1,5 en ce qui concerne la glycine. 11) N-phosphonométhylglycine obtenue par la-mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications I à 10.