Способ синтеза альфа-аминоалкиленфосфоновой кислоты

1. Способ синтеза альфа-аминоалкиленфосфоновой кислоты или ее сложного эфира, включающий стадии:
- а) получения реакционной смеси путем смешивания соединения, содержащего один или несколько ангидридных фрагментов Р-О-Р, причем указанные фрагменты содержат один атом Р со степенью окисления (+III) и другой атом Р со степенью окисления (+III) или (+V), альфа-аминоалкиленкарбоновой кислоты и кислотного катализатора, где
указанное соединение, содержащее один или несколько ангидридных фрагментов Р-О-Р, выбирают из группы, состоящей из:
- тетрафосфорного гексаоксида, тетраэтилпирофосфита, соединения, полученного в результате объединения одного или нескольких соединений, содержащих один или несколько фрагментов Р-ОН, с одним или несколькими соединениями, содержащими один или несколько ангидридных фрагментов Р-О-Р, где атом Р в одном или нескольких соединениях имеет степень окисления и где соединения с одним или несколькими фрагментами Р-ОН поддаются таутомеризации по фрагменту >Р(=O)H; и
- соединения, полученного в результате объединения одного или нескольких соединений с 2 или более фрагментами Р-О-Р и воды, где фрагменты Р-O-Р имеют один атом Р со степенью окисления (+III) и один атом Р со степенью окисления (+III) или (+V);
и где
указанная реакционная смесь характеризуется эквивалентным отношением альфа-аминоалкиленкарбоновой кислоты к ангидридным фрагментам Р-O-Р, составляющим по меньшей мере 0,2, и
- b) выделения из указанной реакционной смеси полученного соединения альфа-аминоалкиленфосфоновой кислоты или ее сложного эфира.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакционную смесь получают путем постепенного добавления соединения, содержащего ангидридный фрагмент Р-О-Р с одним атомом Р со степенью окисления (+III) и другим атомом Р со степенью окисления (+III) или (+V), к смеси, содержащей альфа-аминоалканкарбоновую кислоту и кислотный катализатор.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакционную смесь получают путем постепенного добавления смеси, содержащей альфа-аминоалканкарбоновую кислоту и кислотный катализатор, к соединению, содержащему ангидридный фрагмент Р-О-Р с одним атомом Р со степенью окисления (+III) и другим атомом Р со степенью окисления (+III) или (+V).
4. Способ по п. 1, включающий дополнительные стадии:
добавления воды к реакционной смеси после завершения превращения альфа-аминоалкиленкарбоновой кислоты в альфа-аминоалкиленфосфоновую кислоту;
доведения реакционной смеси, содержащей добавленную воду, до температуры, составляющей от 20°С до 100°С, и
выдерживания реакционной смеси, содержащей добавленную воду, при указанной температуре в течение по меньшей мере 10 минут.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, выбирают из группы, состоящий из тетрафосфорного гексаоксида, тетраэтилпирофосфита, и при этом содержащие ангидридный фрагмент Р-О-Р соединения получены в результате объединения фосфористой кислоты и тетрафосфорного гексаоксида, фосфористой кислоты и тетрафосфорного декаоксида, диметилфосфита и тетрафосфорного декаоксида, а также тетрафосфорного гексаоксида и воды.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, представляет собой тетрафосфорный гексаоксид.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединение, содержащее фрагмент альфа-аминоалкиленкарбоновой кислоты, имеет общую формулу:
R1-N(R2)-CR3R4-CO2M,
где R1 может представлять собой замещенный атом С или замещенный атом S; R2 может представлять собой атом Н, замещенный атом С или замещенный атом S; R3 и R4 независимо могут представлять собой атом Н или замещенный атом С; М может представлять собой атом Н или щелочной или щелочно-земельный металл.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединение, содержащее фрагмент альфа-аминоалкиленкарбоновой кислоты, выбирают из:
a) соединения, где атом N обладает низкой основностью в результате замещения по атому N электроноакцепторными группами или группами, которые могут частично делокализовывать неподеленную пару у N;
b) полиамина, у которого присутствуют по меньшей мере два атома N, и каждый атом N отделен по меньшей мере двумя атомами углерода от следующего соседнего атома N;
c) соединения, у которого атом N имеет в качестве заместителей алкильные группы.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединение, содержащее фрагмент альфа-аминоалкиленкарбоновой кислоты, выбирают из:
a) нитрилтрехуксусной кислоты, этилендиаминтетрауксусной кислоты, диэтилентриаминпентауксусной кислоты, N-бензилиминодиуксусной кислоты, N-метилиминодиуксусной кислоты, иминодиуксусной кислоты, N,N-бис(карбоксиметил)-1-глутаминовой кислоты, тринатрия-N,N-бис(карбоксиметил)-аланина, N-цианометилаланина, N,N-бис(цианометил)-глицина, 4-морфолинуксусной кислоты, пироглутаминовой кислоты, N-ацетилглицина, N,N-бис(карбоксиметил)-6-аминокапроновой кислоты, N-фенилглицина, N-тозилглицина, моногидрата транс-1,2-циклогексилдиаминотетрауксусной кислоты, N-фосфонометилиминодиуксусной кислоты, иминодиуксусной кислоты, привитой на смолу, такую как, например, подкисленная Amberlite IRC748i;
b) 1,4,7,10-тетраазадодекан-1,4,7,10-тетрауксусной кислоты, моногидрата транс-1,2-циклогексилдиаминотетрауксусной кислоты;
c) N,N′-диметилглицина.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кислотный катализатор представляет собой гомогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда, предпочтительно выбранный из группы, состоящей из метансульфоновой кислоты, трифторметансульфоновой кислоты, уксусной кислоты, трифторуксусной кислоты, п-толуолсульфоновой кислоты, хлористоводородной кислоты, фосфористой кислоты, фосфорной кислоты и их смесей.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кислотный катализатор представляет собой гетерогенный катализатор на основе кислоты Бренстеда, выбранный из группы, состоящей из:
(i) комбинаций твердых кислотных оксидов металлов как таковых или на подложке из материала-носителя;
3
(ii) катионообменных смол, выбранных из группы, включающей сополимеры стирола, этилвинилбензола и дивинилбензола, функционализированных таким образом, что обеспечивается прививка фрагментов SOH на ароматическую группу и перфорированные смолы, несущие группы карбоновой и/или сульфоновой кислоты;
(iii) органических сульфоновых, карбоновых и фосфоновых кислот Бренстеда, (которые являются практически несмешиваемыми в реакционной среде при температуре реакции);
(iv) кислотного катализатора, полученного:
- в результате взаимодействия твердой подложки, содержащей неподеленную пару электронов, на которую осаждается органическая кислота Бренстеда; или
- в результате взаимодействия твердой подложки, содержащей неподеленную пару электронов, на которую осаждается соединение, содержащее Льюисовские кислотные центры; или
- из гетерогенных твердых веществ, функционализированных посредством химической прививки группы кислоты Бренстеда или ее предшественника; и
(v) гетерогенных гетерополикислот общей формулы HxPMyOz, где Р выбран из фосфора и кремния, а М выбран из вольфрама и молибдена и их комбинаций.
3
2
2
3
2
2
3
2
3
3
2
3
3
2
3
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кислотный катализатор представляет собой катализатор на основе кислоты Льюиса, выбранный из группы, состоящей из LiN(CFSO), Mg(OCFSO), Al(OCFSO), Bi(OCFSO), Sc(OCFSO).
13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакционная смесь содержит разбавитель, выбранный из группы, состоящей из 1,4-диоксана, толуола, этилацетата, сульфолана, ацетонитрила, 1-этил-3-метил-имидазолий-бис(трифторметилсульфонил)имида или их смеси.
14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эквивалентное отношение альфа-аминоалкиленкарбоновой кислоты к ангидридному фрагменту Р-О-Р составляет от 0,2 до 4,5, предпочтительно от 0,3 до 3,0 и более предпочтительно от 0,5 до 1,5.
15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение эквивалентов альфа-аминоалкиленкарбоновой кислоты к молям тетрафосфорного гексаоксида составляет от 1,0 до 12,0, предпочтительно от 1,5 до 8,0 и более предпочтительно от 2,0 до 6,0.
16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение молей кислотного катализатора к эквивалентам альфа-аминоалкиленкарбоновой кислоты составляет от 0,01 до 11,0, предпочтительно от 0,1 до 9,0, более предпочтительно от 1,0 до 7,0 и наиболее предпочтительно от 2,0 до 5,0.
17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединение, содержащее ангидридный фрагмент Р-О-Р, смешивают со смесью альфа-аминоалкиленкарбоновой кислоты и кислотного катализатора при температуре, составляющей от 20°С до 120°С, предпочтительно от 20°С до 80°С.
18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакционную смесь после завершения смешивания выдерживают при температуре, составляющей от 20°С до 100°С, предпочтительно от 40°С до 90°С и более предпочтительно от 50°С до 80°, в течение периода времени, составляющего от 10 минут до 72 часов.
19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получаемую альфа-аминоалкиленфосфоновую кислоту выбирают из группы, состоящей из аминометилфосфоновой кислоты, (N,N-диметиламино)метилфосфоновой кислоты, фталимидометилфосфоновой кислоты, N-фениламинометилфосфоновой кислоты, N-тозиламинометилфосфоновой кислоты, N-фосфонометилглицина, N-(1-фосфонометил)-глицина, фосфонометилиминодиуксусной кислоты, 4-морфолинметилфосфоновой кислоты, 4-амино-4-фосфономасляной кислоты, 5-фосфоно-2-пирролидона, N,N-бис(фосфонометил)-6-аминокапроновой кислоты, N,N-бис(фосфонометил)-4-амино-4-фосфономасляной кислоты, N,N-бис(фосфонометил)-4-аминоглутаминовой кислоты, N,N-бис(фосфонометил)-1-аминоэтилфосфоновой кислоты, имино(бисметиленфосфоновой кислоты), N-метилимино(бисметиленфосфоновой кислоты), N-бензил-имино(бисметиленфосфоновой кислоты), аминотрисметиленфосфоновой кислоты, этилендиаминотетра-(метиленфосфоновой кислоты), транс-1,2-циклогексилдиаминотетраметиленфосфоновой кислоты, 1,4,7,10-тетраазадодекан-1,4,7,10-тетраметиленфосфоновой кислоты, N-метил-иминодифосфоновой кислоты.
20. Способ по п. 1, отличающийся тем, что монооксид углерода выделяют и применяют повторно.
21. Способ, включающий применение альфа-аминоалкиленфосфоновой кислоты или ее сложных эфиров, полученных согласно способу по п. 1, в качестве ингибитора образования накипи, диспергирующего средства, комплексообразователя, моющей присадки, вспомогательного вещества, применяемого при бурении в ходе добычи нефти с морских промыслов, фармацевтического компонента, для ионообмена при прививке на органической или неорганической подложке, в качестве лигандов для иммобилизации гомогенных металлических катализаторов и в качестве гетерогенных кислотных катализаторов.