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"PROCEDE POUR LA PREPARATION DE
N-PHOSPHONOMETHYLGLYCINE".
Cette invention se réfère à un procédé très avancé
pour la production de N-phosphonométhylglycine (PMG).
On sait que la N-phosphonométhylglycine c'est le
produitbase pour la préparation d'herbicides ayants des
caractéristiques élevées et on sait aussi que ce composé est
actuellement possible seulement d'après des méthodes très
difficiles, dont la réalisation est laborieuse.
C'est donc de la plus grande importance de mettre
à disposition un procédé tr~s avancé qui permet d'obtenir la
N-phosphonométhylglycine sans les désavantages et les limites
dont les méthodologies de la technique conventionnelle sont
affligées.
Cette invention a précisément le but de fournir un
tel procédé.
Ce procédé, qui se différencie de ceux connus,
essentiellement pour la simplicité et la brève durée de la
synthèse chimique qui lui sont propres et pour la directe
utilisation des matières premières d'un co~t réduit qui
sont facilement trouvables en vent, est caractérisé
principalement par le fa7t qu'on dissout la glycine dans
une solution alcoolique de formaldéhyde et
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d'une base tertiaire, on ajoute, à solution terminée, un dialcoylphosphite
et on opère, après réaction, une hydrolyse alcaline, en obtenant la pTécip-
itation de la N-phosphonométhylglycine par successive acidification.
Pratiquement, le procédé est conduit à travers les phases succes-
sives de: dissoudre à chaud, en alcool, paraformaldéhyde, en effectuant
la depolymérisation en présence d'une petite quantité d'une base tertiaire;
ajouter la glycine et, en même temps, une plus grande quantité de la base
tertiaire au-dessus mentionnée; ajouter, après que la solution s'est
complétée, un dialcoylphosphite; faire réagir à chaud et saponifier l'ester
qui s'est formé avec une solution aqueuse de NaOH~ en éloignant l'alcool et
la base tertiaire susmentionnés; ensuite acidifier la solution alcaline
obtenue en faisant précipiter la N-phosphonométhylglycine.
En définitive, selon le procédé de l'invention, on fait réagir
la glycine, la formaldéhyde et un dialcoylphosphite en conditions particu-
lières ~et dont la réaction est particulierement facile) avec la possibilité
d'utiliser les produits secondaires.
Les conditions particulières susmentionnées sont telles qu'elles
permettent de considérer la glycine - c'est-à-dire un amino-acide - comme
s'il s'agit tout simplement d'une amine soluble dans un alcool ou dans
l'eau.
Maintenant, on sait, qu'à cause d'une certaine réaction type
Mannich, formaldéhyde, amines et dialcoylphosphites font naitre des
phosphonométhylamines.
Au cas et aux conditions particulières à l'examen, c'est-~-
dire qu'on obtient des N-phosphonométhylglycines.
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Afin de mieux préciser le contenu de cette invention, on
peut dire que le procédé prévoit - comme phase d'importance partic-
ulière - la solubilisation de la glycine dans une solution alcoolique
de formaldéhyde et d'amines tertiaires, avec une réaction simultanée
d'équilibre
R-OH H
2 H2NCH2COOH NR 3 ~ HOCH2NCH2COOH.NR'3 ~ _
~ CH2-NCH2COOH.NR'3+H20
qui porte à l'immédiate formation de deux produits (la N-méthylglycine
et/ou la N-méthylenglycine), utiles pour la suivan~e réaction avec le
dialcoylphosphite.
Afin d'obtenir la solubilisation complète de la glycine en
alcool sont nécessaires les minimums rapports stoechiométriques avec
la formaldéhyde et la base tertiaire; un defaut ou le manque, même
de l'un des deux composants, empêche la solubiIisation ou provoque
la précipitation de la glycine. En pratique, on commence par
dissoudre à chaud dans un alcool la paraformaldéhyde (trioxyméthyl-
ène), en effectuant la dépolymérisation en présence d7une base
tertiaire. Après on ajoute la glycine et la base tertiaire restante.
Dès que la solution est complète, on ajoute le dialcoyl-
phosphite. Après la réaction à chaud on va saponifier l'ester qui
s'est produit avec une solution aqueuse de NaOH, en éloignant soit
l'alcool soit la base tertiaire-.
La solution alcaline vient acidifiée afin de donner le
précipité de la N-phosphonométhylglycine.
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Le schéma des réactions est le suivant:
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~ ~ H
CH20~H2NCH2cOoH+R3N ~ ~ HOCH2NCH2COOH.NR3
1 R-OH H
HOCH2PO(OR)2 (RO)20PCH2NCH2COOH.NR3
R3N
N~OH
R-OH ~
H
HOCH2PO(ON~)2 (N~O)20PCH2NCH2COON~
HCl
~ CH2COOH
HOCH2PO(OH)2 HN /
CH2PO(OH)2
En ce qui concerne les co-produits, doit être remarqué que ne se
produit aucun di-dérivé de la glycine, comme la N-diphosphonométhylglycine, mais
plutôt l'acide hydroxyméthylphosphonique, qui vient récupéré sous forme de sel
de calcium.
L'ordre d'adjontion des réactifs, avant le traitement avec NaOH, ce
n'est pas rigoureux; on peu~ ajouter la solution de formaldéhyde ou bien
directement la paraformaldéhyde solide dans le mélange des autres réactifs,
glycine, dialcoylphosphite, base ter~iaire; on peut mélanger en même temps tous
les réactifs soit solides soit liquides et après chauffer. Le résultat en
substance ne change pas, sour des modestes variations dans les rendements.
On préfère, néanmoins, l'ordre d'adjonc~ion déjà mentionné plus haut,
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c'est-à-dire alcool, paraformaldéhyde, une petite partie de la base tertiaire,
glycine et le restant de la base; ou bien, en même temps, alcool, para-
formaldéhyde, glycine et, finalement, la base tertiaire.
Le phosphite peut être ajouté à cette solution ou vice versa. Le
choix de l'alcool comme solvant peut être effectuée dans ~m domaine très étendu,
même s'on prétère des alcools ayants un bas pourcentage d'atomes de carbone et,
particulièrement, le méthanol.
L'emploi de l'eau comme solvant permet encore de vérifier la validité
de la réaction; par contre il fournit un bas rendement, étant donnée
l'instabilité dans l'eau du phosphonate.
La formaldéhyde est de préférence employée comme polymère anhydre, au
lieu de solution aqueuse, pour les raisons qu'on vient de mentionner.
Pour la base tertiaire le choix est large: bases tertiaires,
aliphatiques, aromatiques, hétérocycliques, s'adaptent parfaitement au but.
Pour plus de commodité dans l'emploi (point d'ébullition, facile récupération,
co~t) on préfère décidément l'utilisation de la triéthylamine.
En ce qui concerne le choix du méthanol de de la triéthylamine, il faut
mettre en évidence, comme aspect impoctant de e'invention que, en phase de
récupération et de recyclage de ces deux composants, en les distillant de la
solution aqueuse-alcaline de saponification, à une température qui ne dépasse
pas les 70C, en phase vapeur, c'est possible la récupération complète de toute
l'amine, en solution méthanolique avec un contenu en H20 inférier à 1'1%. Cette
solution aminique est parfaitement et immédiatement indiquée à son réemploi,
sans distillations ou rectifications ultérieures, quand même faisables. En ce
qui concerne l'ester phosphonique, on peut faire le même discours qu'on a fait
pour les alcools; c'est-~-dire qu'on peut employer n'importe quel ester de
alcools ayant un bas poids moléculaire; plus particulièrement sont indiqués aux
buts de l'invention tous les diesters de l'acide phosphoreux.
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De toute fa,con on préfère en principe les esters alcoyliques et, en
particulier, l'ester méthylique et l'ester éthylique. Il est opportun de fournir
quelques détails en ce qui concerne les rapports molaires qu'il faut choisir
parmi les différents réactifs, afin d'obtenir la réussite la meilleure du
procédé, d'après ce qu'il ressort des expériences effectuées jusqu'à maintenant.
En général, le rapport Et3N/glycine ne doit pas être inférieur à 1, le
rapport CH20/glycine peut changer, entre 1 et 2 ~et plus) mais il sera de
préférence de 1,3-1,6, et le rapport phosphite/glycine peut changer dans la
mesure la plus étendue, par exemple de 0,4 à 2 et plus, de préférence entre, 0,6
et 1,6, selon si l'on veut diriger la réaction vers le rendement le meilleur
d'un ou de L,autre réactif. La quantité de solvant, de préférence de l'alcool
méthylique, peut changer de 150 à 500 cc, ou plus, pour mole de glycine.
La quantité de NaOH necessaire pour la hydrolyse de lfester phos-
phonique c'est de 3-4 moles environ pour chaque mole de phosphite employé; la
quantité de HCl nécessaire pour la précipitation de la N-phosphonométhylglycine
se monte au correspondant molaire de la NaOH employée;` de toute facon dans
l'acidification on doit avoir un pH compris entre 1 et 1,9.
Peuvent être de grande importance aussi les données relatives aux
temps et aux températures en jeu dans le procédé selon l'invention.
La paraformaldéhyde en méthanol, en présence de petits pourcentages de
triéthylamine se dissollt déjà à 45-50C. A reflux on a une solution complète en
5-10;.
La glycine en alcool méthylique, au moyen de l'action combinée de la
NEt3 et de la CH20 se dissout aussi à la température ambiante en 1-1,5 heures,
temps qui dépend beaucoup de la finesse de la glycine.
A 60-70C, en 15-20', on a la solution complète.
La réaction de dissolution de la glycine c'est exothermique. Comme
déjà dit, on peut obtenir la solution aussi en mélangeant tous les composants
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dans le mê me temps.
L'adjonction du phosphite peut avoir lieu en temps variables de 5 à
120'. La température peut être soit celle-là de l'anabiante soit celle-là du
re~lux, 7Q-75C environ au cas de l'emploi du méthanol comme solvant.
De toute fa,con, on préfère avo;r une température de réaction de 65-70C
environ, pour 30-120', de préférence pour 60'. La réaction est légèrement
exothermique.
L'adjonction de la solution de NaOH au mélange de réaction, ou vice
versa, produit une forte exothermicité qui, néanmoins, c'est facilement
contrôlable.
Le temps d'hydrolyse de l'ester phosphonique, dans le moyen alcoolique
alcalin, c'est de 1-2 heures environ, temps après lequel on éloigne le mélange
alcool-triéthylamine (en 1-2 heures). Le mélange alcool-amine peut être éloigné
même dès le début du chauffage. La température finale peut arriver, en
chaudière, à 100-120C, de préférence 100-105C.
La précipitation, par cristallisation de la N-phosphonométhylglycine,
à un pH compris entre 1 et 2, et à une température comprise entre 10 et 20 C, a
lieu en 3-4 heures environ. Les exemples qui suivent servent à mieux expliquer
les caractéristiques de l'invention dans tous ses dé~ails à pur titre d'exemple,
alors qu'ils n'introduisent; évidemment, aucune limitation d~ns de domaine de
l'invention lui-même.
Premier Exemple
Dans un récipient, muni d'agitateur, thermomètre, réfrigérant de
reflux et entonnoir à goutte, sont mis 400 cc deméthanol~ 45 g ~1,5 moles) de
paraformaldéhyde et 5-10 cc de triéthylamine. On va chauffer à reflux pour
5-10', jusqu'à solution complète.
On ajoute 75 g (1 mole) de glycine et, toujours en agitation, on va
dégoutter la triéthylamine, 102 g ~140 cc) 1 mole. On maintient la température
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de 60-70C environ, pour 30-60' et, à solution achevée, on va dégoutter, en
5-10', gl g (85 cc = 0,66 moles) de diéthylphosphite. A 65-72C environ on
maintient en réaction pour 1-1,5 heures environ. On ajoutent, pendant le
refroidissement, 250 g de NaOH au 40% (2,5 moles) et après on fait refluer pour
1,5 heures. Après ce temps on commence à distiller le mélange méthanol-
triéthylamine, qui se recupère intégralement. En chaudière, en 1-2 heures
environ, on arrive à 100-110C.
On refroidit et on acidifie à pH 1,5 avec du HCl concentré. Lentement,
commence à précipiter la N-phosphonométhylglycine qui, après 3-4 heures à 15C,
vient filtrée, lavée avec de l'H2O et desséchée sous forme de cristallins,
blancs-jaunâtres au 98% de pureté pour un poids global de 65-71 g.
Le rendement sur la glycine c'est du 38-42% environ. Le rendement sur
le diéthylphosphite c'est du 57,5-63,5% environ.
Deuxième Exemple
Dans un récipient, comme cité plus haut, on va charger 500 cc de
méthanol, 45 g (1,5 moles~ de paraformaldéhyde, 75 g (1 mole) de glycine et, à
40-55 on va dégoutter 102 g (140 cc 1 mole) de triéthylamine. On maintient à
60-70C environ pour 30-60' et, à solution déjà complétée, on va dégoutter en
30', 138 g (129 cc 1 mole) de diéthylphosphite. Après 1-1,5 heures à 65-70C on
20 commence à dégoutter une solution de soude au 30% (140 g de NaOH, 3,5 moles~.
On fait refluer, en rassemblant le mélange méthanol-triéthylamine qui distille.
En chaudière on a la température de 105C en 3 heures environ.
On refroidit, on acidifie à pH 1,5. On obtient 81-88 g de N-phos phono-
méthylglycine, avec un rendement du 48-52% soit sur la glycine soit sur le
diéthylphosphite.
Troisième Exemple
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On opère, comme vu dans l'exemple précédent, seulement on va augmenter
la quantité de diéthylphosphite, 1,5 moles, (207 g 194 cc) et, par conséquent,
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celle-l~ de NaOH, 200 g (5 moles) comme solution au 30%.
On obtient 98-107 g de N-phosphonométhylglycine. Le rendement sur le
diéthylphosphite c'est du 38,6-42%. Le rendement sur la glycine c'est du
58-63%.
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