4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-триметилсилокси -2- цианобутиронитрил в качестве полупродукта синтеза 4- метилгидроксифосфинил-2-аминобутановой кислоты, обладающей гербицидной активностью, и способ его получения

Формула изобретения

1. 4-Триметилсилоксиметилфосфинил -2- триметилсилокси-2-цианобутиронитрил формулы



в качестве полупродукта синтеза 4-метилгидроксифосфинил -2- аминобутановой кислоты, обладающей гербицидной активностью.

2. Способ получения 4-триметилсилоксиметилфосфинил -2- триметилсилокси-2-цианобутиронитрила, отличающийся тем, что 2-метил-2,5-диокси-1,2-оксафосфолан подвергают взаимодействию с триметилсилилцианидом в присутствии четыреххлористого титана при молярном соотношении реагентов 1 : 2 - 4 : 0,01 в среде хлороформа при 60 - 70^oС в течение 6 - 7 ч.

3. Способ получения 4-триметилсилоксиметилфосфинил -2- триметилсилокси-2-цианобутиронитрила, отличающийся тем, что 2-метил-2,5-диоксо-1,2-оксафосфолан подвергают взаимодействию с триметилсилилцианидом в присутствии иодистого тетрабутиламмония при молярном соотношении реагентов 1 : 2 - 4 : 0,02 - 0,05 в среде хлороформа при 60^oС в течение 6 - 7 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии фосфорорганических соединений с С-Р-связью, а именно к новому соединению 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-триметилсилок-си-2-цианобутиронитрилу формулы I

CH

(I) который может быть использован в качестве промежуточного продукта для получения 4-метилгидроксифосфинил-2-аминобутано- вой кислоты (фосфинотрицина) формулы II

CHO)CH₂CHOOH

(II) обладающей высокой гербицидной активностью и находящей применение в сельском хозяйстве (в виде моноаммониевой соли) в качестве контактного гербицида сплошного спектра действия, и способам его получения.

Кроме того, 4-триметилсилоксиметилфосфина-2-триметилсилокси-2-цианобути-ронитрил (I) может найти применение для синтеза потенциального комплексона 4-метилгидроксифосфинил-2-окси-2-карбок-сибутановой кислоты формулы III

CHO)CH₂CHCOOH)₂

(III) представляющей собой дикарбоновый аналог 3-метилгидроксифосфинил-1-оксипропилдифосфоновой кислоты, предлагаемой авторами в качестве комплексона и агента, препятствующего образованию зубного камня, для использования в фармацевтической промышленности.

Предлагаемый 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-триметилсилокси-2-циано-бутиронитрил (I), его свойства, способ получения, а также способ получения на его основе фосфинотрицина в литературе отсутствуют.

Наиболее близким аналогом 2-цианобутиронитрила (I) по структуре и назначению являются фосфорилированные производные циангидрина формулы IV

CH)CH₂CHN

(IV) которые получают фосфорилированием эфиров циангидрина акролеина кислыми эфирами метилфосфонистой кислоты в условиях радикального катализа [1] Гидролизом соединений типа (IV) в кислой среде получают 4-метилгидроксифосфинил-2-оксибутановую кислоту формулы V

CHO)CH₂CHCOOH

(V) Замена в последней гидроксильной группы на аминную функцию приводит с высоким выходом к фосфинотрицину. Схема синтеза следующая:

CH)H+ CH₂=CHN CH)CHHN

____CHO)CHCOOH _____CHO)HOOH

где R¹ алкил, R² ацетил или пропионил. Способ получения фосфорзамещенных ацетилированных циангидринов (IV) имеет ряд недостатков. Так исходные ацетилированные производные акролеина получают в несколько стадий с невысоким конечным выходом из расчета на акролеин. На стадии фосфорилирования процесс ведут в условиях радикально-цепного взаимодействия, которое затруднено для реализации в промышленности вследствие применения взрывоопасных катализаторов перекисной структуры и сложностей управления радикальными процессами в целом. Кроме того, в данном случае реакция идет при катализе ацилпероксидами, которые в настоящее время получают лишь в лабораторных условиях с невысокими выходами. Известно также, что технический фосфинотрицин, полученный через эфиры циангидрина акролеина, содержит много нежелательных примесей, а его производство осложняется большим количеством солевых стоков.

Изобретение позволяет расширить ассортимент промежуточных соединений из класса фосфорорганических циангидринов, на основе которых осуществляют синтез эффективных нетосичных гербицидов, а также упростить способ получения последних за счет использования более простого метода синтеза соответствующих полупродуктов.

Сущность изобретения заключается в новом соединении: 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-триметилсилокси-2-циано-бутиронитриле, на основе которого возможен синтез эффективного гербицида фосфинотрицина, и способах его получения, заключающихся во взаимодействии 2-метил-2,5-диоксо-1,2-оксафосфолана с триметилсилилцианидом в среде хлороформа в течение 6-7 ч при 60-70^оС в присутствии четыреххлористого титана при молярном соотношении реагентов, равном 1:(2-4):0,01, или в присутствии тетрабутиламмония йодистого при молярном соотношении реагентов, равном 1:(2-4):(0,02-0,05). Выход целевого соединения составляет при этом 90-95%

Процесс описывается следующей схемой:

CHC=O + 2(CH₃)₃SiCN CH

Температурный интервал процесса получения 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-триметилсилокси-2-цианобутиронитрила (I) определяется тем, что при температуре ниже 60^оС реакция значительно замедляется, при температуре выше 70^оС происходит разрушение продукта с отщеплением цианистого водорода, сопровождающееся осмолением реакционной смеси. При стехиометрическом соотношении реагентов исходный 1,2-оксафосфолан не вступает в реакцию полностью, в то же время использование более 4 эквивалентов триметилсилилцианида нецелесообразно, так как не дает увеличения выхода целевого продукта. Временной интервал процесса определяется тем, что при проведении реакции в течение менее 6-7 ч наблюдается соответствующее снижение выхода 2-цианобутиронитрила на 15-30% За указанный период времени реакция завершается практически полностью и более длительное нагревание приводит лишь к разрушению конечного соединения.

Известно взаимодействие 2-метил-2,5-диоксо-1,2-оксафосфолана с цианидом натрия, приводящее к натриевой соли метил(3-кето-3-цианопропил)фосфиновой кислоты (VI) [2] гидролизом которой в кислой среде получают другой полупродукт синтеза фосфинотрицина 4-метилгидроксифосфинил-2-кетобутановую кислоту (VII)

CHC=O+NaCN_CHH₂CHCNCHCHCOOH

Однако 1,2-оксафосфолан представляет собой циклический ангидрид 3-метилгидроксифосфинилпропионовой кислоты. Известно, что ангидриды карбоновых кислот легко реагируют с цианидами щелочных металлов, но не вступают в реакцию с триметилсилилцианидом даже в условиях катализа. Таким образом, предлагаемый способ получения 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-триметилсилокси-2-цианобутиронитрила (I) является неочевидным, и такое взаимодействие смешанных ангидридов с триметилсилилцианидом описано впервые.

Гидролизом 2-цианобутиронитрила (I) концентрированной соляной кислотой при кипячении получают 4-метилгидроксифосфинил-2-оксибутановую кислоту (V) с практически количественным выходом. Для получения фосфинотрицина далее используют стандартную методику [1] При гидролизе соединения (I) в мягких условиях с выходом 90% получают 4-метилгидроксифосфинил-2-окси-2-карбоксибутановую кислоту (III). Нагревание кислоты (III) сопровождается декарбоксилированием и также приводит к 4-метилгидроксифосфинил- 2-оксибутановой кислоте (V)

CH

Следует подчеркнуть, что кремнийорганические эфиры гидролизуются чрезвычайно легко, образующийся при этом гексаметилдисилоксан, в отличие от хлористого натрия, легко отделяется от конечного продукта и может быть возвращен в рецикл для синтеза исходного триметилсилилцианида.

Исходную фосфорорганическую компоненту 2-метил-2,5-диоксо-1,2- оксафосфолан легко получают, в то числе и в промышленности, по описанным методикам [3-5] из метилдихлорфосфина и акриловой кислоты в одну стадию.

П р и м е р 1. Получение 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2- триметилсилокси-2-цианобутиронитрила (I).

В круглодонную колбу, снабженную мешалкой, термометром, обратным холодильником и капельной воронкой, помещают 39,6 г (0,4 моль) триметилсилилцианида, 0,2 г (0,001 моль) TiCl₄ и при температуре 20^оС медленно прибавляют 13,4 г (0,1 моль) 2-метил-2,5-диоксо-1,2-оксафосфолана в 70 мл хлороформа. По окончании прибавления реакционную массу выдерживают в течение 7 ч при температуре 70^оС. После отпаривания растворителя и избытка триметилсилилцианида в вакууме получают 33,2 г (колич.) 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-триме-тилсилокси-2-цианобутиронитрила (I) в виде слегка желтоватого вязкого масла.

ИК-спектр (, см^-1): 2240 (CN), 1260 (Р=О). Спектр ЯМР³¹Р 40,9 м.д. /CDCl₃). Спектр ПМР (, м. д. I Гц, CDCl₃): 0,22 два синглета (18 Н, Si (CH₃)₃), 1,41 д (3Н, СН₃Р,²J(PH) 14,1), 1,70-1,95 м (2Н, РСН₂), 2,20-2,34 м (2Н, СН₂С(CN)₂-). Спектр ЯМР¹³С (, м. д. J) Гц, CDCl₃): 0,09 и 0,1 два синглета (Si(CH₃)₃, 16,1 д (СН₃Р,¹J(PC) 96,6). 25,4 д (РСН₂,¹J(РС) 95,9), 35,6 с (РСНН₂), 62,5 д ((CN)₂OSiMe,³ I(PC) 21,3). 114,2 с (CN). Масс-спектор m/I: [M]⁺ 332/2, [M-CH₃]⁺ 317/17. [M-CH₃-CN]⁺ 291/30, [Me₃Si]⁺ 73/100.

П р и м е р ы 2-11 приведены в табл.1. Спектральные параметры соединений, полученных в этих примерах, полностью идентичны данным для 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-триметилсилокси-2- цианобутиронитрила (I), приведенным в примере 1. Во всех примерах на 1 моль фосфолана добавляли 0,01 моль четыреххлористого титана.

П р и м е р 12. Получение 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2- триметилокси-2-цианобутиронитрила (I).

В круглодонную колбу, снабженную мешалкой, термометром, обратным холодильником и капельной воронкой, помещают 39,6 г (0,4 моль) триметилсилилцианида, 1,8 г (0,005 моль, 5 мол.) тетрабутиламмония йодистого. При температуре 20^оС медленно добавляют к смеси 13,4 г (0,1 моль) 2-метил-2,5-диоксо-1,2-оксафосфолана в 70 мл хлороформа. Затем реакционную массу выдерживают в течение 6 ч при температуре 60^оС. После отпаривания растворителя и избытка триметилсилилцианида в вакууме получают 30,9 г (92%) 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2- триметилсилокси-2-цианобутиронитрила (I), константы которого полностью совпадают с физико-химическими данными для соединения (I) синтезированного в присутствии четыреххлористого титана.

Примеры 13-21 приведены в табл.2.

П р и м е р 22. Получение 4-метилгидроксифосфинил-2-окси-2-карбоксибутановой кислоты (III).

В круглодонную колбу, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, помещают 100 мл концентрированной соляной кислоты, охлаждают от -20 до -30^оС и медленно прибавляют 33,2 г (0,1 моль) 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-три-метилсилокси-2-цианобутиронитрила (I). В течение 1 ч температуру реакционной смеси доводят до комнатной, гексаметилдисилоксан отделяют, остаток выдерживают при этой температуре в течение 3 ч. Отгоняют в вакууме HCl и воду, к остатку прибавляют 50 мл ацетона, отфильтровывают выпавший хлористый аммоний. Растворитель упаривают, остаток выдерживают в вакууме масляного насоса 2 ч, 35-45^оС, 0,5-1 мм рт.ст. Получают 20,3 г (90%) 2-окси-2-карбоксибутановой кислоты (III) в виде густого масла. Спектр ЯМР³¹Р: 57,0 м. д. (D₂O). Спектр ПМР (,м.д. I Гц, D₂O): 1,53 д (3Н, СН₃.²I(РН) 12,1), 2,00-2,15 с (2Н, РСН₂), 2,56-2,70 м (2Н, РСН₂С). Спектр ЯМР ¹³С (, м. д. I, Гц, D O₂): 14,0 д (СН₃Р, ¹I(PC) 92,5), 24,2 д (PСН₂, ¹I(РС) 93,7), 28,7 с (РСНН₂), 79,2 д ((ОН)(СООН)₂, ³I(РС) 16,7). 172,8 с (СООН). Найдено, C 31,70; H 5,04; P 13,64; C₆H₁₁O₇P. Вычислено, C 31,87; H 4,90; P 13,70.

П р и м е р 23. Получение 4-метилгидроксифосфинил-2-оксибутановой кислоты.

а). В круглодонную колбу, снабженную мешалкой, термометром, обратным холодильником, помещают 100 мл концентрированной соляной кислоты, охлаждают от -20 до -30^оС и добавляют при этой температуре 33,2 г (0,1 моль) 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-триметилсилокси-2-цианобути- ронитрила (I). По окончании прибавления температуру реакционной смеси медленно в течение 1 ч доводят до комнатной, верхний слой гексаметилдисилоксана отделяют, остаток разбавляют 100 мл воды и кипятят 4-5 ч. После охлаждения хлористый водород и воду упаривают в вакууме, достаток обрабатывают аналогично примеру 22. Получают 17,3 г (95%) 4-метилгидроксифосфинил-2-оксибутановой кислоты (V), т. пл. 117^оС. Спектр ЯМР ³¹Р 58,1 м.д. (D₂O). Спектр ПМР (, м.д. I Гц, D₂O): 1,40 д (3Н, СН₃Р, ²J(РН) 14,0), 1,63-1,92 м (4Н, СН₂C), 4,20 м (1Н, СН, АВХ-система ³I(НН) 7,1). Спектр ЯМР ¹³С (.м.д. IГц, D₂O): 13,2 д (СН₃Р, ¹J(PC) 91,8). 24,6 д (РСН₂, ¹J(РС) 94,2), 25,8 с (РСНН₂), 69,5 д (H-ОН, ³I(РС) 17,1). 176,6 с (СООН). Найдено, С 33,15; Н 6,24; Р 16,65; С₅Н₁₁О₅Р. Вычислено, С 32,98; Н 6,09; Р 17.01.

б) К 20,3 г (0,09 моль) 4-метилгидроксифосфинил-2-окси-2- карбоксибутановой кислоты (III), полученной в примере 22, добавляют 100 мл 1 н. соляной кислоты и кипятят в течение 2-3 ч. После отгонки в вакууме НСl и воды, остаток промывают диэтиловым эфиром, сушат в вакууме масляного насоса. Получают 15,7 г (96%) 4-метилгидроксифосфинил-2-оксибутановой кислоты, спектральные параметры которой совпадают с данными соединения, полученного по методике а). Синтез соединений (III), (V) можно проводить в том же реакционном аппарате, что и синтез 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-триметилсилокси-2-циа- нобутиронитрила (I), после отгонки растворителя и без выделения промежуточного продукта. Далее 4-диметилгидроксифосфинил-2-оксибутановая кислота используется для синтеза фосфинотрицина.

П р и м е р 24. Получение 4-метилгидроксифосфинил-2-аминобутановой кислоты (II).

К 9,1 г (0,05 моль) 4-метилгидроксифосфинил-2-оксибутановой кислоты добавляют 100 мл насыщенного раствора аммиака в этиловом спирте. Осадок отфильтровывают, добавляют к нему 23,8 г (0,2 моль) хлористого тионила в 150 мл бензола. Реакционную смесь кипятят 3 ч, упаривают и обрабатывают насыщенным раствором аммиака в хлороформе, вновь упаривают, добавляют 20 мл воды и подкисляют 1 н. HCl до устойчивого рН 2. Раствор упаривают, добавляют 100 мл ацетона, отфильтровывают хлористый аммоний. Фильтрат упаривают, добавляют 100 мл 80% -ного EtOH и 20 мл окиси пропилена. Выпавший фосфинотрицин (II) отфильтровывают, сушат на воздухе. Получают 7 г (78%) соединения (II), т.пл. 232-233^оС, _р 44,7 (D₂O).

Таким образом, 4-триметилсилоксиметилфосфинил-2-триметилсилокси-2-циано- бутиронитрил (I) является легко доступным соединением для синтеза 4-метилгидроксифосфинил-2-оксибутановой кислоты (V), используемой в синтезе фосфинотрицина, и, кроме того, для получения потенциального комплекса 4-метилгидрок- сифосфинил-2- окси-2-карбоксибутановой кислоты (III). Применение соединения (I) позволяет упростить способ получения 4-фосфорилированной-2-оксибутановой кислоты и соответственно фосфинотрицина за счет использования доступных исходных реагентов и возможности проведения процесса в одном реакционном аппарате без выделения промежуточных соединений при одновременном повышении выхода из расчета на первичное исходное соединение метилдихлорфосфин.