N－膦酰基－甲基甘氨酸及其衍生物的制備方法

專利名稱：N－膦酰基－甲基甘氨酸及其衍生物的制備方法
技術領域：
本發明涉及N-(膦酰基甲基)甘氨酸及其衍生物的制備，更特別地，涉及改進的基于鹵甲基膦酸的反應制備這種化合物的方法。
N-(膦酰基甲基)甘氨酸(俗名草甘膦)是非常有效和商業上重要的除草劑，可用于消滅多種有害植物，包括農業雜草。在1988至1991年間，每年全世界有大約一千三百萬至兩千萬英畝的土地被施以草甘膦，這使其成為世界上最重要的除草劑之一。在整個二十世紀九十年代，草甘膦的制造和應用連續增長，在二十一世紀初，市場仍然很大。因此，方便和經濟地制備草甘膦和其它氨基羧酸的方法具有重要的商業價值。
Franz等在GlyphosateA Unique Global Herbicide(ACS Monograph189，1997)的233-257頁上指出了許多制備草甘膦的途徑。根據其中一種途徑，用甲醛和亞磷酸或三氯化磷處理亞氨基二乙酸二鈉鹽(DSIDA)以制造N-(膦酰基甲基)-亞氨基二乙酸和氯化鈉。然后，在存在碳催化劑的情況下氧化分解N-(膦酰基甲基)亞氨基二乙酸上的羧甲基以制造草甘膦酸。氧化產生無法輕易回收的副產物，從而損害了基于基本原材料的收率，并產生了廢物處理需求。例如，可以通過二乙醇胺的氧化制造DSIDA，二乙醇胺又是由環氧乙烷和氨制成的。在以IDA或DSIDA為原料合成草甘膦時，環氧乙烷的收率為50％或更低。
通過氯甲基膦酸與甘氨酸的反應制備草甘膦的方法是已知的。例如，美國專利4,661,298描述了在堿性水介質(每當量CMPA對應3.6當量的NaOH)中氯甲基膦酸(“CMPA”)與甘氨酸之間的反應，其中CMPA∶甘氨酸比率為1∶1，且可以不存在催化劑或存在聚乙烯亞胺。在這些條件下，當不存在催化劑時，草甘膦的最高收率為40.4％(以草甘雙膦為主要副產物，43.3％)。在存在聚乙烯亞胺的情況下，草甘膦的收率升至57.6％(以草甘雙膦為副產物)。德國專利DE 2528633(1976)，CA 85:21610和中國論文(南京林學院學報1984年第1號，第43-59頁，CA 101:213023，1021868)各自描述了CMPA與甘氨酸的反應，其中對于1∶1的CMPA∶甘氨酸的比率，草甘膦的收率據說為85至95％，但沒有提出分析證明(例如，通過HPLC或NMR)。美國專利3,977,860(1976)提出由2∶1重量比的CMPA∶甘氨酸制備草甘膦，但沒有提到收率。通常，以氯甲基膦酸為原料的草甘膦收率都相當低，這主要是由于形成了草甘雙膦或其它N，N-雙(膦酰基甲基)物類。
發明概要因此，在本發明的幾個目的中，可以提到提供草甘膦的制備方法；提供草甘膦前體的制備方法；由這些方法進行制備——這些方法在制造草甘膦或草甘膦前體時不會產生化學計量當量的碳質副產物；提供以鹵甲基膦酸為原料的方法；提供以鹵甲基膦酸為原料并能獲得相對較高的草甘膦或草甘膦前體收率的方法；提供能實現鹵甲基膦酸的高轉化率而不會過多地形成草甘雙膦或其它N，N-雙(膦酰基甲基)物類的方法。本發明的另一目的是提供以羥甲基磷酸或其源物質為原料制備草甘膦或草甘膦鹽的方法。
其它目的部分是顯而易見的，部分會在下文中指出。
因此，簡要的說，本發明涉及一種制備符合下式的產品或其膦酸酯或鹽的方法 式IR1選自由氫和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，R2和R3獨立地選自由氫、硝基、氰基和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，且R4選自由氰基和符合下式的取代基組成的組 式II其中R5為氫或形成羧酸鹽或酯的部分。該方法包括使鹵甲基膦酸或其鹽與胺反應物以每摩爾鹵甲基膦酸對應至少大約1.5摩爾所述胺反應物的比率接觸，所述胺反應物包括符合下式的化合物 式III其中R1、R2、R3和R4如上定義，或包括其中R4符合式II的式III的化合物的二聚物、低聚物或聚合物。
本發明還涉及制備如上所述的符合式I的產品的方法，包括在含有選自由四烷基銨和取代鏻、锍或氧化锍、及其混合物組成的組的陽離子的凝相堿性反應介質中，使鹵甲基膦酸或其鹽與包含如上所述的符合式III的化合物的胺反應物接觸。
本發明還涉及一種制備符合下式的產品或其膦酸酯或鹽的方法
式IR1選自由取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，R2和R3獨立地選自由氫、硝基、氰基和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組。R4選自由氰基和符合下式的取代基組成的組 式II其中R5為氫或形成羧酸鹽或酯的部分。該方法包括使鹵甲基膦酸反應物與胺反應物接觸，所述鹵甲基膦酸反應物包括鹵甲基膦酸、鹵甲基膦酸鹽、鹵甲基膦酸酯、或它們的混合物，所述胺反應物包括符合下式的化合物 式III
其中R1、R2、R3和R4如上定義，或包括其中R4符合式II的式III的化合物的二聚物、低聚物或聚合物。
本發明進一步涉及一種制備符合下式的產品或其膦酸酯或鹽的方法 式IVR1選自由氫和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，R6是氫或形成醚的部分，R7選自由亞烷基和亞烯基組成的組。該方法包括使鹵甲基膦酸或其鹽與含有氨基醇或其源物質的胺反應物接觸，所述反應物包括符合下式的化合物 式V其中R1、R6和R7如上定義。
本發明進一步涉及制備選自由羥乙基氨甲基膦酸、N-烷基羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸的鹽或酯、或N-烷基羥乙基氨甲基膦酸的鹽或酯組成的組的產品的方法。該方法包括使鹵甲基膦酸或其鹽與選自由乙醇胺、N-烷基乙醇胺、乙醇胺的醚或N-烷基乙醇胺的醚組成的組的氨基醇源接觸。
本發明進一步涉及制備三膦酰基甲胺的方法，包括使氨源與鹵甲基膦酸接觸。
本發明再進一步涉及制備草甘膦的堿金屬鹽的方法。該方法包括下列步驟使鹵甲基膦酸或其鹽與化學計量過量的甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽接觸，以制造含有堿金屬甘氨酸鹽或N-取代的甘氨酸鹽和草甘膦的三堿金屬鹽的反應混合物；部分中和產品回收進料混合物，所述產品回收進料混合物包含在所述反應混合物中制成的草甘膦或草甘膦鹽和未反應的甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽，由此將其中包含的堿金屬甘氨酸鹽或N-取代的甘氨酸鹽轉化成甘氨酸或N-取代的甘氨酸；和使甘氨酸或N-取代的甘氨酸從酸化的反應混合物中結晶出來。
本發明再進一步涉及制備草甘膦的堿金屬鹽的方法。該方法包括下列步驟使鹵甲基膦酸或其鹽與化學計量過量的甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽接觸，以制造含有草甘膦的三堿金屬鹽和未反應的胺成分(其選自由甘氨酸、堿金屬甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽組成的組)的反應混合物；使產品回收進料混合物與離子交換樹脂接觸，相對于所述未反應的胺成分，該離子交換樹脂對草甘膦具有選擇性，所述產品回收進料混合物包括在所述反應混合物中制成的草甘膦或草甘膦鹽和未反應的胺成分，由此將草甘膦陰離子加載到所述樹脂上并制造含有所述未反應的氨基酸成分的流出液相；和使含有所述草甘膦陰離子的離子交換樹脂與堿接觸，由此從所述樹脂中洗脫草甘膦鹽并制造含有所述草甘膦鹽和所述堿的鹵化物鹽的含水洗出液。
本發明進一步涉及制備符合下式的產品或其膦酸酯或鹽的方法
式I其中R1選自由氫和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，R2和R3獨立地選自由氫、硝基、氰基和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組。R4選自由氰基和符合下式的取代基組成的組 式II其中R5為氫或形成羧酸鹽或酯的部分。在該方法中，使羥甲基膦酸、其鹽或其源物質與胺反應物以每摩爾鹵甲基膦酸對應至少大約1.5摩爾所述胺反應物的比率接觸，所述胺反應物包括符合下式的化合物 式III其中R1、R2、R3和R4如上定義，或包括其中R4符合式II的式III的化合物的二聚物、低聚物或聚合物。
本發明還包括一種制造羥甲基膦酸的基本無水的二聚、三聚或低聚自酯(self ester)的方法。在存在有機溶劑的情況下，在大約100℃至大約200℃的溫度和大約1至大約70毫米汞柱的壓力下加熱羥甲基膦酸。有機溶劑的特征是在大約100℃至大約170℃之間與水形成共沸混合物。
本發明還涉及制備符合下式的產品或其膦酸酯或鹽的方法 式IV其中R1選自由氫和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，R6為氫或形成醚的部分，且R7選自由亞烷基和亞烯基組成的組。在該方法中，使羥甲基膦酸、其鹽、或其源物質與含有氨基醇或其源物質的胺反應物接觸。該胺反應物包含符合下式的化合物 式V其中R1、R6和R7如上定義。
本發明還包括制備氨甲基膦酸或其衍生物的方法。在該方法中，使羥甲基膦酸、其鹽或其源物質與酰胺接觸，由此形成N-酰基氨甲基膦酸中間體。將該中間體水解以制造氨甲基膦酸或其衍生物。
優選
具體實施例方式
的描述按照本發明，已經發現，通過鹵甲基膦酸反應物與甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸、或N-取代的甘氨酸鹽反應，可以實現草甘膦或另一單膦酰基甲基草甘膦衍生物的合意收率。該鹵甲基膦酸反應物例如包括氯甲基膦酸、溴甲基膦酸、碘甲基膦酸之類的鹵甲基膦酸、其鹽或其酯。
在本發明的優選具體實施方式
中，鹵甲基膦酸反應物與取代或未取代的甘氨酸或堿金屬甘氨酸鹽底物(substrate)，以每摩爾總的鹵甲基膦酸反應物對應至少大約1.5摩爾底物的比率反應。本發明的方法適用于于制備草甘膦的酯，尤其適用于制備草甘膦鹽。
此外，按照本發明，可以通過單乙醇胺(MEA)與鹵甲基膦酸反應物的反應制備羥乙基氨甲基膦酸(HEAMPA)、其酯或其鹽。HEAMPA是一種用于制備草甘膦、草甘膦鹽和草甘膦酯的有價值的中間體。本發明還可以在使用由甘氨酸或單乙醇胺衍生而得的底物的基礎上，有效地制備草甘膦和HEAMPA的各種衍生物。
此外，按照本發明，可以通過鹵甲基膦酸反應物與氨源的反應制備三膦酰基甲胺。三膦酰基甲胺是一種有用的螯合劑以及草甘膦的前體。
甘氨酸和甘氨酸衍生物的反應一般來說，符合下式的化合物或其鹽或其膦酸酯
式I可以通過使鹵甲基膦酸與式III的化合物接觸來制造 式III在式I和III的化合物中，R1為氫，或取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基，R2和R3獨立地為氫、硝基、氰基或取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基，且R4為氰基或符合下式的取代基 式II其中R5為氫或形成羧酸鹽或酯的部分。例如，R5可以選自氫、堿金屬、取代的銨、锍、鏻、或氧化锍，或取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基。可構成R1的取代烷基包括羥基羰基甲基(羧基甲基)、烷氧基羰基甲基、和羧基甲基陰離子，即，此時式I和/或II的化合物為羧酸鹽。
除氫之外，可構成R1、R2和/或R3的典型取代基包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、戊基、己基、辛基、癸基、乙烯基、烯丙基、戊烯基、乙炔基、丁炔基、芐基、苯乙基、苯基乙烯基、苯基烯丙基、對甲基苯乙基、苯基乙炔基和類似基團。這些相同的基團可以充當構成R4的取代基的形成酯的部分。R5可以包括相同種類的任何基團，或者可以是鈉、鉀、銨、異丙銨、四甲基銨或其它四烷基銨、芐基三乙基銨、或其它芐基三烷基銨、三烷基锍以及類似取代的鏻和氧化锍鹽。
當R1不是氫時，式I和III的化合物是“N-取代的”化合物。美國專利6,005,140(1999)和6,232,494(2001)提供了幾種制備式III所包括的N-取代的甘氨酸和它們的鹽和酰胺的方法，這些專利完全經此引用并入本文。例如，N-取代的甘氨酸可以如下制備1)使氰化氫、甲醛和N-取代胺縮合，然后水解成N-取代的甘氨酸或其鹽；2)通過在存在催化劑的情況下使羰基化合物與甘氨酸和氫反應以實現甘氨酸的還原性烷基化；3)在存在催化劑的情況下使N-取代酰胺、甲醛和一氧化碳縮合(羧基甲基化)，以制造N-取代的甘氨酸的N-乙酰基，其可以水解成N-取代的甘氨酸；和4)在存在堿(優選氫氧化鈉)的情況下將N-取代乙醇胺脫氫以形成N-取代的甘氨酸的鹽，Ebner等在美國專利5,627,125中對以上進行了描述，該專利完全經此引用并入本文。可以通過至少兩種方式制備N-取代乙醇胺前體。首先，可以在存在氫、溶劑和貴金屬催化劑的情況下使酮與單乙醇胺縮合。也可以使單取代的胺(例如甲胺)與環氧乙烷反應以形成單取代的乙醇胺，由此制備N-取代乙醇胺。
除了與式III的化合物反應外，鹵甲基膦酸還可以與其中R4符合式II的式III的化合物的二聚物、低聚物或聚合物反應。
鹵甲基膦酸和式III的單體之間的反應按照以下方式進行
等式1其中X是鹵素，優選Cl、Br或I，最優選Cl。優選以每摩爾鹵甲基膦酸對應至少大約3摩爾、更優選至少大約5、最優選至少大約8摩爾甘氨酸或甘氨酸鹽/酯底物的比率將該反應物加入反應區內。已經發現，以高的底物與鹵甲基膦酸的比率操作可以在最少地生成草甘雙膦或其它N，N-雙(膦酰基甲基)物類的情況下提供高的鹵甲基膦酸轉化率。由此可以實現草甘膦或草甘膦衍生物基于鹵甲基膦酸的高收率。此外，還可以從反應混合物中回收未反應的甘氨酸或甘氨酸鹽并再循環，以提供極高的基于底物的收率。
在鹵甲基膦酸與N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽/酯底物(即其中R1不是氫的式III的化合物)的反應中，可以以較低的底物與鹵甲基膦酸的比率進行反應。于3或更低的比率，可以在最少地生成草甘雙膦或其它N，N-雙(膦酰基甲基)物類的情況下實現高的鹵甲基膦酸轉化率，并實現草甘膦或草甘膦衍生物基于鹵甲基膦酸的高收率。優選地，在N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽/酯底物與鹵甲基膦酸基本等摩爾的情況下將反應物加入反應區。由此，可以使未反應的N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽/酯底物的量最小或完全消除，從而有利地減少反應物再循環并減少對后反應分離過程的負擔。
優選地，式I和III中的R1是氫或烷基，最通常是氫、甲基、異丙基或羥基羰基甲基。R4優選符合式II，且R5是氫、堿金屬、異丙銨或二甲基锍。最優選地，式III的化合物是甘氨酸(或其鹽酸鹽)、堿金屬甘氨酸鹽、亞氨基二乙酸(或其鹽酸鹽)或亞氨基二乙酸的堿金屬鹽，例如亞氨基二乙酸二鈉。該方法的主要商業應用是用于制備草甘膦酸或草甘膦鹽除草劑。
反應優選在含有極性溶劑的介質中進行，極性溶劑最優選為水或水與水混溶性有機溶劑(例如伯醇、二醇、二噁烷或四氫呋喃)的混合物。有時可以在無水體系中使用二甲基甲酰胺、二醇、二醇醚、乙腈和冠醚之類的極性有機溶劑，但是堿金屬甘氨酸鹽在非水溶劑中具有低溶度。四烷基銨甘氨酸在極性有機溶劑中具有較高的溶解度，甚至可以在懸浮液中反應。然而，優選存在水以提供合意的對草甘膦或式I的其它化合物而非草甘雙膦或其它雙(膦酰基甲基)物類的選擇性。水或水與水混溶性溶劑的混合物進一步提供了下述優點。
反應介質還優選為堿性的。如果胺底物包括氨基酸的堿金屬鹽，例如甘氨酸鈉，那么反應可以在不存在任何其它堿的情況下有效地進行。然而，除了氨基酸羧酸鹽，在反應介質中優選還存在另一種堿，最優選堿金屬氫氧化物，例如NaOH或KOH。已經發現，可以在總的堿進料與總的鹵甲基膦酸反應物進料的適度的比率下使反應完成。例如，當胺反應物是堿金屬甘氨酸鹽時，需要僅適度過量的附加堿(例如，每摩爾鹵甲基膦酸對應大約0.01至大約3.5摩爾的堿金屬氫氧化物)以促使反應達到高轉化率。或者或另外，除堿金屬氫氧化物外，或代替堿金屬氫氧化物，可以存在其它堿，例如堿性磷酸鹽和例如取代的銨、鏻、锍或氧化锍之類抗衡陽離子的氫氧化物，和它們的混合物。
當最終需要的除草劑產品是草甘膦鉀時，使用KOH作為堿以促進反應是特別有利的。已經發現，草甘膦鉀在水中具有高溶度，可制造高密度的、因而每單位體積具有高濃度的草甘膦酸當量的溶液。使用Ca(OH)2之類的堿土金屬氫氧化物有利于使草甘膦從反應介質中沉淀出來。
當反應過程中存在過量堿時，要理解的是，鹵甲基膦酸反應物可有效地構成鹵甲基膦酸的鹽，而非酸本身。此外，無論是否存在過量的堿，都必然存在一定量的鹵甲基膦酸根陰離子，其可以作為鹽存在或因酸的離解而存在。因此，本文只要提到反應在“鹵甲基膦酸”和胺反應物之間進行，除非文中作出相反說明，本領域技術人員可以理解到，這包括胺底物與鹵甲基膦酸根陰離子(有效地以鹵甲基膦酸鹽或其它形式存在)之間的反應。只要提到反應是與“鹵甲基膦酸的鹽”進行的，本領域技術人員可以理解到，這包括與鹵甲基膦酸根陰離子的反應。
已經發現，存在的水的比例對草甘膦收率具有重大影響。因此，相對于每摩爾鹵甲基膦酸，反應介質優選含有至少大約12摩爾水，更優選至少大約25摩爾，最優選至少大約40摩爾。存在高摩爾濃度的水有助于產生合意的收率，但應該避免不必要的高水濃度以防止產物過度稀釋，這隨后會損害反應器有效載荷和生產率。
在以分批模式進行反應時，將過量胺反應物和鹵甲基膦酸以上述優選比率加入反應容器中。反應介質中鹵甲基膦酸的初始濃度優選為至少大約3重量％，更通常大約5重量％至大約15重量％，且胺反應物的初始濃度優選為大約4重量％至大約60重量％，優選大約35重量％至大約60重量％。在反應結束時，反應混合物含有大約4重量％至大約30重量％，優選大約15重量％至大約25重量％的堿金屬草甘膦或其它符合式I的產品。
反應可以在環境溫度至大約150℃、優選大約70℃至大約140℃、最優選大約100℃至大約130℃之間進行。反應優選在壓力容器或類似容器中進行。在批反應系統中，反應時間通常為大約5至大約40小時，更通常大約10至大約20小時。
反應優選在存在促進反應進行的添加劑時進行。特別優選的促進劑包括鹵化物離子、路易斯酸和有機堿。
特別優選的含氮有機堿包括多胺、聚亞胺(例如聚乙烯亞胺)或雜環堿(例如吡啶、聚乙烯基吡啶或聚偶氮大環)。不限于任何特定理論，推測有機堿可以通過將胺反應物去質子化并由此增強其與鹵甲基膦酸的甲基鹵部分反應的活性來有效地催化反應。優選地，反應介質可以含有大約0.1重量％至大約10重量％、更優選大約1重量％至大約3重量％的聚乙烯亞胺或其它有機堿。
當鹵甲基膦酸是氯甲基膦酸時，其它優選的促進劑包括溴化物離子和碘化物離子，它們通常以鈉、鉀或銨鹽的形式提供。溴化物和碘化物被認為參與了與氯甲基膦酸的可逆鹵素交換反應，從而產生平衡濃度的溴甲基或碘甲基膦酸。按照該假說，通過與胺底物的反應消耗了溴甲基或碘甲基膦酸，這驅動了鹵素交換平衡反應，以產生補充的溴甲基或碘甲基膦酸以進一步與底物反應。由此，只需要催化量的碘化物或溴化物離子以對反應提供有益作用，例如基于氯甲基膦酸的大約5摩爾％至大約10摩爾％。要指出的是，在鹵甲基膦酸反應物是溴甲基膦酸時，使用比例相當的碘化物離子可以促進反應。
其它添加劑也可用作該反應的促進劑。例如，在反應環境中起到路易斯酸作用的化合物也可促進反應。這類添加劑包括如下物類例如二氧化硅、酚鹽(例如聚乙烯基苯酚)、氧化鋁、氯化鋅、三氟化硼和稀土金屬氫氧化物(例如氫氧化鑭)。它們可通常以大約0.1重量％至大約10重量％、更通常1重量％至5重量％的比例存在于反應介質中。這些添加劑通常對反應表現出催化作用，盡管還未充分了解其促進反應的機理。
由于反應優選用相當過量的胺反應物和/或用相當摩爾過量的水進行，因此，有利地，反應以連續模式進行以提高生產率。在優選條件下，反應在單級連續攪拌釜反應器中進行至基本完成。當反應在單階段系統中進行時，同樣有利的是在管道或其它流動反應器中進行。由于反應是吸熱的，使用連續攪拌釜反應器在便于通過熱傳遞供應反應熱方面是有利的，熱傳遞是經由夾套、內盤管或通過外部交換器循環而從蒸汽或其它傳熱流體傳到反應介質中的。然而，在管道式反應器中也可以實現令人滿意的傳熱，其可以如下進行來自蒸汽套管，將新鮮蒸汽注入反應器，或在位于連續的串聯排列的管道式反應器之間的熱交換器中進行反應混合物的中間再加熱。
當大致使用活塞流反應系統時，反應器入口的反應物濃度與上述批反應循環開始時相當。當使用連續攪拌釜或其它反混反應器時，反應介質的組成基本是最終反應混合物的組成。在任一種情況下，進料比都與分批法中類似。
如果需要，也可以在連續基礎上進行反應混合物的蒸發濃縮，例如可以從濃縮的反應混合物中結晶出草甘膦或式I的其它產品，例如，使用刮膜式表面熱交換器，然后使用離心機或連續過濾器以回收結晶產物。
甘氨酸反應的回收方案可以通過各種備選方法從反應混合物中分離出草甘膦或式I的其它產品。無論回收的最終方法如何，通常合意的是通過蒸發過量水和/或其它溶劑以制造式I產品的濃縮溶液。在蒸發溶劑之前或者無論如何在進一步處理反應混合物或濃縮液以回收草甘膦或式I的其它產品之前，應該通過例如過濾去除任何堿金屬鹵化物副產品、以及任何異質添加劑，例如二氧化硅、氧化鋁或稀土金屬氫氧化物。
按照最終回收產品的一種備選方案，可以在含有反應混合物、其濾液、或優選通過從中蒸發掉過量溶劑獲得的濃縮液的產品回收進料混合物中加入重金屬或其它多價金屬的鹽、氧化物或氫氧化物，由此形成不溶的草甘膦螯合物。通過過濾或離心分離出該螯合物沉淀后，可以通過與酸或堿接觸來將草甘膦從螯合物中釋放出來，并且將以適宜的方式回收的重組鹽或氫氧化物再循環，用于進一步從反應混合物中沉淀草甘膦。在螯合物分離中獲得的上層濾液通常含有未反應的胺反應物，并可將其再循環以提供反應中所用的部分胺反應物。一部分濾液可能需要被凈化或處理以除去草甘雙膦和其它副產品。
在其它備選回收方法中，可以如下回收草甘膦例如將反應混合物或反應混合物濃縮液酸化(如加入HCl)，從而將pH值降至草甘膦的等電點附近，即大約5.5至大約6.5，并使產品以游離酸形式沉淀。通過過濾或離心回收游離酸后，所得濾液可以作為胺反應物的來源再循環到反應步驟中，其中適當部分進行凈化或其它處理以去除副產品。
按照再進一步的備選方案，可以通過式I的產品的結晶將其回收。當反應介質包括水和極性溶劑(例如，水和伯醇的混合物)時，結晶是尤其出色的備選方案。在這種方法中，通過蒸發使反應混合物濃縮，并僅通過濃縮、或通過濃縮和隨后將作為蒸發殘余物獲得的濃縮液冷卻的聯合作用使產品結晶。然后可通過過濾或離心回收結晶產物，并將結晶母液再循環到反應步驟，同樣，任何凈化、離子交換處理和/或其它處理可能適于除去雜質。

圖1-4闡述了分離方案流程圖，其描述了為實施本發明的某些優選具體實施方式
的分離單元操作而設計的設備系統。
下文將公開各種物流的示例性組成。選擇在下文的示例性分離方案中描述的物流的含水量，以產生含至少大約65重量％水的物流，以確保在工藝設備中不會產生溶解的反應物或產品的不合意“鹽析”并獲得含有90摩爾％水的產品。可以根據工藝經濟性和效率使用更多或更少的水，只要存在最低限度的水以避免“鹽析”即可。
圖1中闡述了從含水混合物中回收草甘膦的堿金屬鹽的優選方法，該含水混合物是通過鹵甲基膦酸或其鹽與甘氨酸或堿金屬甘氨酸鹽在存在堿的情況下反應獲得的。具體闡述了在氯甲基膦酸與甘氨酸鉀的反應中制得的草甘膦鉀的回收方法。在所述方法的具體實施方式
中，加入反應物和水，其中甘氨酸鉀與CMPA的摩爾比為10∶1，水與甘氨酸鉀的摩爾比為4∶1。在該具體實施方式
中，CMPA基本上完全反應，制得含有草甘膦三鉀(1摩爾)、甘氨酸鉀(6摩爾)、甘氨酸(3摩爾)、KCl(1摩爾)和水(40摩爾)的反應混合物。
將含有反應混合物或由反應混合物制成的含水產品回收進料混合物加入含有合適樹脂的陰離子交換柱中。通常，根據要被離子交換介質吸附的產品回收進料混合物的取代基的相對傾向選擇樹脂。例如，取代基的pKa可以為交換出OH-離子的樹脂提供指導，然后設計該柱以使其初始以pKa的降序載有陰離子。
在圖1的具體實施方式
中，設計該柱以使該柱隨著離子交換的進行優先載入Cl-和(K2草甘膦)-離子，當然也可以使用更專門化的離子交換材料和柱設計，以選擇性分離各種陰離子。反應混合物的未反應氨基酸成分(即甘氨酸和甘氨酸根離子)通過柱，制得含有甘氨酸鉀(6摩爾)、甘氨酸(3摩爾)、KOH(2摩爾)、和水(40摩爾)的含水柱流出液。將來自離子交換柱的含有未反應的甘氨酸和甘氨酸鹽的含水流出液再循環到反應步驟，以提供一部分用于進一步生成草甘膦鹽的胺反應物。將追加的CMPA(1摩爾)、甘氨酸(1摩爾)和KOH(2摩爾)與再循環流混合，或單獨加入反應系統中。
用KOH水溶液(2摩爾KOH；40摩爾水)洗脫負載的柱，制得含有草甘膦三鉀(1摩爾)、KCl(1摩爾)和水(40摩爾)的洗出液。用HCl(2摩爾；7摩爾水)中和洗出液，制得含有草甘膦單鉀(1摩爾)、KCl(3摩爾)和水(47摩爾)的中和的洗出液。對中和的洗出液進行納米過濾處理，可根據需要加入稀釋水，例如再加入40摩爾，制得含有KCl(3摩爾)和水(78摩爾)的濾液，以及含有草甘膦鉀(1摩爾)和水(9摩爾)的鹵化物被貧化的滲余物。
圖2闡述了圖1的另一個備選具體實施方式
，其中通過色譜法而非納米過濾從草甘膦鉀產物中分離KCl。使產品回收進料混合物在初級分離區中與離子交換樹脂接觸，產生與上述圖1方法中的離子交換器流出液具有相同組成的含水流出液。用KOH水溶液(2摩爾KOH；40摩爾水)洗脫該離子交換樹脂以制造含有草甘膦K3(1摩爾)、KCl(1摩爾)和水(40摩爾)的初級洗出液。將該洗出液與HCl(2摩爾；7摩爾水)混合以制造含有草甘膦單鉀(1摩爾)、KCl(3摩爾)和水(47摩爾)的中和的初級洗出液。
使中和的初級洗出液經過色譜分離系統，例如一個或多個尺寸排阻或離子色譜柱。在一個具體實施方式
中，使洗出液流與色譜介質在二級分離區中接觸，該第二分離區包括含有色譜分離介質的床或柱。介質可以對Cl-離子具有優先于(草甘膦)-離子的選擇性，或可以對(草甘膦)-離子具有優先于Cl-離子的選擇性。在按照圖2的一個具體實施方式
中，用含有進行尺寸排阻分離的介質的一個或多個柱進行色譜分離，從而使(草甘膦)-離子通過床或柱的速率相對于Cl-離子的通過速率受阻。操作柱系統，以制造含有草甘膦鉀(1.0摩爾)和水(9摩爾)的第一洗出液和含有KCl(3摩爾)和水(47摩爾)的第二洗出液。第一洗出液含有可用作除草劑或除草劑濃縮液的產品溶液。
或者，通過在初級離子交換操作中適當地選擇離子交換樹脂和洗脫條件，可以首先洗脫負載的離子交換柱以優先回收草甘膦三鉀，然后洗脫回收在草甘膦三鉀的洗脫過程中殘留在柱上的氯離子。含水草甘膦洗出液含有在水中的大約10重量％至大約50重量％草甘膦三鉀(1.0摩爾)。添加HCl后，所得中和的洗出液含有每摩爾草甘膦離子大約2摩爾的氯離子，從而成比例降低用于去除殘余氯化物的納米分離系統或離子色譜柱的載荷。
可以用離子色譜法或尺寸排阻色譜法代替離子交換，以進行甘氨酸和甘氨酸鹽與草甘膦的初級分離。使含水產品回收進料混合物與色譜分離介質接觸，相對于混合物的其它氨基酸成分(例如未反應的甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽)，該色譜分離介質對草甘膦陰離子具有相對選擇性。使含水進料混合物通過含有色譜分離介質的床或柱，相對于進料混合物的未反應的氨基酸成分流(也就是甘氨酸或甘氨酸鹽)，該介質能有效地阻礙草甘膦物類通過該床或柱。由此，草甘膦或草甘膦鹽負載在介質上，并制得含有未反應的胺成分、而草甘膦陰離子被貧化的含水流出流。優選將含有甘氨酸或甘氨酸鹽的水相流出流再循環到反應區，在此甘氨酸或甘氨酸鹽與進一步供給的鹵甲基膦酸反應物反應。最后用堿性水溶液洗脫草甘膦，通常是三堿金屬草甘膦。根據選擇的色譜分離或離子交換介質及各分離操作的系統設計，氯化物可以與草甘膦一起、或與其它氨基酸成分一起、或在從任一氨基酸餾分中分離出的餾分中洗脫。作為圖1和2的一個具體實施方式
，可以在初級色譜分離步驟中分離氯化物和草甘膦，從而降低中和后的納米過濾或離子色譜分離步驟中的氯化物載荷。
圖3中顯示了另一種備選的回收方法，其中通過結晶而非離子交換或色譜法將草甘膦產品與未反應的胺成分分離。在圖3的方法中，按照與上述圖1的系統相同的方式進行反應步驟。對含有反應產物或由反應產物制成的含水產品回收進料混合物進行預蒸發結晶，并對所得漿料進行固/液分離(例如通過過濾或離心)，以產生結晶甘氨酸(3摩爾)、主要由水蒸氣(20摩爾)構成的塔頂蒸氣流、和含有草甘膦氫二鉀(1摩爾)、甘氨酸鉀(6摩爾)、KCl(1摩爾)和水(20摩爾)的初級結晶母液。對該初級結晶母液進行進一步的多級蒸發結晶處理以回收結晶的草甘膦三鉀(1摩爾)。在草甘膦K3的多級結晶中，附加的水蒸氣(20摩爾)從頂部散出，并制得含有甘氨酸鉀(6摩爾)和KCl(1摩爾)的草甘膦鹽結晶母液。將結晶的三鉀產品再溶于水中，優選溶于來自草甘膦三鉀結晶過程的塔頂濃縮液(10摩爾)，并用HCl(2摩爾)和追加的水中和以制造含有草甘膦單鉀(1.0摩爾)和KCl(2.0摩爾)的產品再調漿溶液。對該產品再調漿溶液進行納米過濾，并加入更多的水以制造含有KCl(2.0摩爾)和水(78摩爾)的濾液和含有草甘膦鉀(1.0摩爾)和水(9摩爾)的、鹵化物被貧化的滲余物。或者，可以通過離子交換或通過色譜法分離該堿金屬鹵化物鹽。例如，可以首先用水洗脫色譜分離介質以制造含有KCl(2.0摩爾)和水(47摩爾)的第一洗出液。隨后用水洗脫該介質以制造含有草甘膦單鉀(1摩爾)和水(9摩爾)的第二洗出液。
在水介質中將在預結晶步驟獲得的結晶甘氨酸再調漿，以制造胺反應物再調漿溶液，將該溶液再循環到反應區。
圖4闡述了另一種備選的回收草甘膦鉀的結晶法。該反應以圖3所述方式進行，但向其中加入足以中和所有現存甘氨酸鉀的HCl(8摩爾)以中和該反應混合物，生成含有甘氨酸(9摩爾)、草甘膦單鉀(1摩爾)、KCl(9摩爾)和水(40摩爾)的中和的反應混合物。從中和的反應混合物中蒸發掉水，由此將其濃縮，并導致結晶。優選減壓蒸發水，以便將液相冷卻，導致甘氨酸的進一步結晶。為了提高分離能力，優選進行多級分級結晶。用額外的水對含有草甘膦單鉀(1.0摩爾)和KCl(9摩爾)的結晶母液進行納米過濾，以制得含有KCl(9摩爾)和水(71摩爾)的濾液，和含有草甘膦鉀(1摩爾)和水(9摩爾)的、鹵化物被貧化的滲余物。
將結晶甘氨酸(9摩爾)再循環到反應步驟，優選以胺反應物再調漿水溶液(含40摩爾水)的形式再循環。將追加的CMPA(1摩爾)、甘氨酸(1摩爾)和KOH(9摩爾)與再循環流混合，或單獨加入反應系統中。為了使KOH的消耗和鹽的生成最小，優選以基本低于10、優選＜5、更優選＜3的甘氨酸/CMPA比率進行圖4的方法。在這種較低的反應物比率下，圖4的工藝液流的組成與上述不同，這可以由物料平衡測定。
要理解的是，圖1-4的流程圖是簡化示意圖。在本發明的范圍內，可以對反應混合物進行各種預操作以提供加入到圖1或2的離子交換柱、圖3的結晶器或圖4的中和步驟中的含水產品回收進料混合物。因此，含水產品回收進料混合物可以包括，例如，由反應混合物的預處理生成的濃縮液、稀釋液、濾液或其它物流。
如本文其它地方所述，在圖1-4的方法中甘氨酸與CMPA的比率可以明顯低于上文剛描述10∶1的比率。同樣如本文其它地方所述，可以調節水/甘氨酸和水/CMPA比率以提高或降低稀釋程度。還可以如本文所述調節KOH/甘氨酸比率。根據材料平衡的原則，其它工藝流的組成隨甘氨酸/CMPA比率、水/CMPA比率和KOH/甘氨酸比率的不同而不同。
這些分離方法的回收產物和產物流可在其它產品的制備中用作反應器進料流以進行式I的化合物的進一步反應。例如，N-取代產物可以轉化成可用作除草劑或除草劑濃縮液的未取代形式。
N-取代的N-(膦酰基甲基)甘氨酸和衍生物的氧化當符合式I的產品是N-取代的，即R1不是氫而是上文所述的其它基團時，此類產品構成在草甘膦和其它草甘膦衍生物的生產中有價值的中間體。可以得到將N-取代產品進一步轉化為未取代形式的方法。例如，在美國專利6,005,140(1999)、美國專利6,232,494(2001)和共同待審的美國專利申請09/248655(1999年2月11日提交)中描述的新型方法提出了一種催化氧化方法作為去除取代基團的方法。具體而言，這些參考文獻公開了一種新型且有用的在水介質中制造草甘膦、其鹽和其酯的方法，其中，在貴金屬催化劑上用氧氧化分解N-取代的草甘膦或其鹽或酯(統稱為“N-取代的草甘膦產品”)。這些參考文獻完全經此引用并入本文。
一般而言，可以按照這些參考文獻，由符合式I的鹵代膦酰基甲基化過程的N-取代草甘膦產品制備草甘膦及其鹽和酯，其中，R1優選為取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基，R2、R3和R4如上定義。按照本發明可以制造R1為取代基團的化合物，例如N-(膦酰基甲基)亞氨基二乙酸(有時稱為“PMIDA”)，以及R1為未取代基團的化合物。
PMIDA是公知的含有兩個N-羧甲基基團的符合式III的草甘膦中間體，即R1為-CH2CO2H。如美國專利4,775,498中Gentilcore所述，可以由三氯化磷、甲醛、以及亞氨基二乙酸的二鈉鹽的水溶液合成PMIDA。
通過如例如授予Franz的美國專利3,950,402和授予Balthazor等人的美國專利4,654,429中所述的在碳催化劑上的多相氧化反應；通過如Riley等人，J.Amer.Chem.Soc.113，3371-78(1991)和Riley等人，Inorg.Chem.30，4191-97(1991)中所述的均相催化氧化反應；以及通過如授予Frazier等人的美國專利3,835,000中所述的使用碳電極的電化學氧化法，可以將PMIDA轉化為草甘膦。在美國申請09/248655中，Ebner等人(“Ebner”)提出了一種催化液相氧化反應的催化劑及方法，并公開了一種用于將PMIDA氧化為草甘膦的優選具體實施方式
。
在Morgenstern等人(“Morgenstern”)的美國專利6,005,140和6,232,494中提出了一種用于將R1不為羧甲基的化合物氧化的催化劑及方法。構成R1的典型的未取代的取代基包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、戊基、己基、辛基、癸基、乙烯基、烯丙基、戊烯基、乙炔基、丁炔基、芐基、苯乙基、苯基乙烯基、苯基烯丙基、對甲基苯乙基、苯基乙炔基和類似基團。R1優選為甲基或異丙基。R1最優選為甲基。
該氧化反應通常為多相催化反應。優選地，將含有N-取代草甘膦產品的水溶液與氧化劑一起加入反應器中，該氧化劑優選為含氧的氣體或含有溶解氧的液體。在存在貴金屬催化劑(即含有貴金屬的催化劑)的情況下，將N-取代的草甘膦產品氧化轉化成式Ia的化合物或其鹽或酯 式Ia其中R2、R3和R4如上定義。
N-取代的草甘膦產品優選為符合式III的N-取代甘氨酸反應物的鹵代膦酰基甲基化反應產物。鹵甲基膦酸和N-取代的甘氨酸反應物的反應與和未取代化合物的反應相比，具有一些工藝優點。例如，N-取代的甘氨酸與CMPA的比率可以遠低于上述R1＝H時底物反應的優選具體實施方式
中的10∶1甘氨酸∶CMPA比率。優選地，N-取代的草甘膦產品是由比率如下的反應制成的——其中，該比率不超過大約3，更優選不超過大約2，再優選不超過大約1.5，再優選不超過大約1.25，再優選不超過大約1.1。該比率最優選為大約1，也就是鹵甲基膦酸反應物與N-取代的甘氨酸反應物以基本相等的比例接觸。將比率降至接近化學計量比，從而提供了下述工藝優點——簡化產品回收，和減少或消除反應物再循環，并減少在上述分離系統中從產品流中去除的鹽的量。優選在單步法中實現分離以去除鹵化物，此時不需要額外的用于去除N-取代的草甘膦產品的未反應前體的步驟。
由于強酸往往會抑制鹵甲基膦酸的轉化，因此，作為分離步驟的結果，N-取代的草甘膦產品溶液是中性或堿性的，但也可以是酸性的。優選N-取代的草甘膦產品溶液基本不含鹵化物離子。據觀察，鹵化物離子使一些優選的貴金屬催化劑失活。可以通過任何合適的分離方法，例如上述新型分離系統，將N-取代的草甘膦產品與鹵化物離子分離。優選地，僅通過納米過濾分離N-取代的草甘膦產品，而不需要其它步驟來分離未反應的甘氨酸或甘氨酸鹽。
在特別有利的具體實施方式
中，符合式III的“N-取代”反應物優選包含亞氨基二乙酸(IDA)，鹵甲基膦酸反應物優選包含CMPA。CMPA優選以大約等摩爾的量與IDA反應。在存在堿的水溶液的情況下進行該反應。該堿優選為無機堿，例如氫氧化鈉或氫氧化鉀，或選自烷基取代的銨、鏻、锍或氧化锍氫氧化物的有機堿。優選該堿與IDA或CMPA反應物的摩爾比為大約3至大約5，優選為至少大約4。
如果IDA與鹵甲基膦酸的摩爾比為至少大約1.5，則可以促進鹵甲基膦酸的轉化。有利地，然而，如其它仲胺的情況中那樣，反應可以大致1∶1的比率進行，而不會形成雙(膦酰基甲基加合物)。因此，優選地，IDA與鹵甲基膦酸的比率不超過大約1.2比1，更優選不超過大約1.1比1。
IDA與CMPA反應產生N-膦酰基甲基亞氨基二乙酸(草甘膦中間體或“GI”)作為符合式I的N-取代產品。如上所述，GI是草甘膦制造中有價值的中間體。GI可以按照下述方法氧化分解以產生草甘膦。
在大約80℃至大約110℃、更通常90℃至100℃的優選反應溫度和大約15小時至大約20小時的優選反應時間下可以產生大約55-70％的基于CMPA的GI收率。如伯胺的情況中那樣，反應優選在水與鹵甲基膦酸的比率相對較高的相對較稀的水介質中進行。如上所述，水與鹵甲基膦酸的比率通常也適用于IDA之類的仲胺。
在另一種備選具體實施方式
中，鹵甲基膦酸與IDA的反應被催化。例如，在存在含Cu的催化劑的情況下，在大約1.5小時至大約6小時的反應時間下可以獲得大約35％至大約98％的GI收率。可以使用均相或多相催化劑促進與IDA的反應。均相催化劑可以包括氯化銅、氯化亞銅、或高氯酸銅之類的銅鹽，它們可溶于水或堿性水介質。多相催化劑可以包括，例如，氫氧化銅、在聚乙烯吡啶載體上的乙酸銅、氧化銅、銅粉、阮內銅、在二氧化硅、氧化鋁、CR2O3或MnO2載體上的氧化銅。其它可用的銅催化劑包括在Ebner等美國專利5,689,000中描述的催化劑，其包括與鈀或鉑之類的貴金屬結合到碳載體上的金屬銅，和WO 03/033140中描述的各種銅/鎳海綿體催化劑。無論是均相還是多相形式，銅催化劑中的銅在所有反應物料中的濃度為大約0.01至大約10重量％。按照另一備選方案，多相催化劑可以是固定或流化床形式，含有IDA和HMPA或HMPA源的反應介質通過該多相催化劑。
可以過濾去除反應混合物中的多相催化劑，并再循環用于將其它IDA轉化成PMIDA。在PMIDA沉淀時，均相催化劑仍然留在母液中。通常可使至少一部分母液再循環，并加入用于使IDA與鹵甲基膦酸進一步反應的介質中。母液中所含的銅可用于催化劑這一進一步反應。通常從該過程中去除至少一部分母液以清除副產物和雜質。加入新的催化劑以補償母液凈化中被除去的銅。可以通過使母液濃縮以沉淀副產物鹽(例如NaCl或KCl)來提高催化劑再循環的程度。如果工藝經濟性如此重要，可以通過離子交換處理母液或母液清除物(purge)以回收二價銅，由此最大限度地降低清除的母液或沉淀的鹽中的銅損耗。
如上所述，鹵甲基膦酸反應物優選包括氯甲基膦酸。溴甲基膦酸和碘甲基膦酸同樣具有反應性，可能反應性更強，但是氯甲基膦酸對于工業制造過程是更經濟的原材料。此外，如下所述，添加劑的使用可以使氯甲基膦酸與其它的鹵甲基膦酸物類具有同樣的反應性。
可以按照下述各種方案從反應混合物中回收草甘膦中間體(本文也稱作“PMIDA”)。按照另一備選和優選的具體實施方式
，通常通過加入例如HCl或HBr之類的酸，使反應溶液達到PMIDA的等電點，從而使PMIDA沉淀。可以通過離心或過濾回收PMIDA，再溶于水，并按照本領域公知的方法通過催化氧化轉化成草甘膦。
可用于IDA與鹵膦酸的反應的銅催化劑通常也可用于其它仲胺的反應。要理解的是，這些催化劑在伯胺的反應中也有活性。然而，在后一情況下，它們往往促進雙(膦酰基甲基)加合物(例如草甘雙膦)的形成。
PMIDA和類似化合物的氧化盡管針對的是一般的氧化反應和將叔胺氧化形成仲胺的反應，但Ebner提出的催化劑特別適合氧化PMIDA，因為該催化劑也可以有效地將所得甲醛和甲酸副產物氧化成二氧化碳和水。優選的氧化催化劑包括在其表面上含有貴金屬并任選含有助催化劑和碳的碳載體。
碳載體的形式并不關鍵。在本發明的一個具體實施方式
中，載體是整體載體。合適的整體載體可以具有多種形狀，這種載體可以是，例如，篩或蜂窩形式。這種載體也可以是例如反應器葉輪的形式。在特別優選的具體實施方式
中，載體是微粒形式。
催化劑優選在其表面含有一種或多種貴金屬。優選地，貴金屬選自鉑(Pt)、鈀(Pd)、釕(Ru)、銠(Rh)、銥(Ir)、銀(Ag)、鋨(Os)和金(Au)。一般而言，鉑和鈀特別優選，鉑最優選。
除了貴金屬，碳載體表面上可以有至少一種助催化劑。盡管助催化劑通常沉積在碳載體表面上，但可以使用其它助催化劑源(例如，碳載體本身可以天然含有助催化劑)。助催化劑往往能提高催化劑選擇性、活性和/或穩定性。助催化劑還能減少貴金屬浸出。
助催化劑可以，例如，是在碳載體表面上的額外貴金屬。例如，釕和鈀被發現在下述催化劑上起到助催化劑作用——該催化劑含有沉積在碳載體表面上的鉑。助催化劑或者可以，例如，選自錫(Sn)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鈷(Co)、鉍(Bi)、鉛(Pb)、鈦(Ti)、銻(Sb)、硒(Se)、鐵(Fe)、錸(Re)、鋅(Zn)、鈰(Ce)和鋯(Zr)。優選地，助催化劑選自鉍、鐵、錫和鈦。在特別優選的具體實施方式
中，助催化劑是錫。在另一特別優選的具體實施方式
中，助催化劑是鐵。在另一優選具體實施方式
中，助催化劑是鈦。在又一特別優選的具體實施方式
中，催化劑同時包括鐵和錫。
氧化催化劑優選如下制備。首先，將碳載體脫氧。其次，在載體上沉積貴金屬。第三，可在載體上沉積助催化劑，可在貴金屬沉積之前、同時或之后沉積。第四，通過本領域已知的方法，例如在非氧化氣氛中加熱或用胺處理，將碳載體表面還原。
上述催化劑尤其可用于pH值低于7、特別是pH值低于3的液相氧化反應。在存在使貴金屬溶解的溶劑、反應物、中間體或產物的情況下，其尤其有用。一種這樣的反應是將PMIDA或其鹽在pH值為大約1至大約2的環境中氧化以生成N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其鹽。下列描述將公開使用上述催化劑將PMIDA或其鹽氧化分解成N-(膦酰基甲基)甘氨酸或其鹽的細節。然而，應該認識到，下文公開的原理一般適用于其它液相氧化反應。
為了開始PMIDA氧化反應，優選在存在氧的情況下向反應器中加入PMIDA試劑(也就是PMIDA或其鹽)、催化劑和溶劑。溶劑最優選為水，但其它溶劑(例如，冰醋酸)也適用。反應可以在各種分批、半分批和連續反應器系統中進行。反應器的構造并不關鍵。
在連續反應器系統中進行時，在反應區內的停留時間可以根據所用的特定催化劑和條件在很大的范圍內變動。通常，停留時間為大約3至大約120分鐘不同。優選地，停留時間為大約5至大約90分鐘，更優選大約5至大約60分鐘。在分批反應器中進行時，反應時間通常為大約15至大約120分鐘不等。優選地，反應時間為大約20至大約90分鐘，更優選大約30至大約60分鐘。
在廣義上，可以按照本發明在很大的溫度范圍內和在低于大氣壓的壓力至超大氣壓的壓力下進行氧化反應。優選地，在大約20至大約180℃、更優選大約50至大約140℃、最優選大約80至大約110℃進行PMIDA反應。在高于大約180℃的溫度下，原材料容易緩慢分解。
PMIDA氧化過程中使用的壓力通常取決于所用溫度。優選地，壓力足以防止反應混合物沸騰。如果使用含氧氣體作為氧源，壓力還優選足以使氧氣以足夠的速率溶入反應混合物，從而使PMIDA氧化不會受到氧供應不足的限制。壓力優選至少等于大氣壓。更優選地，壓力為大約30至大約500psig，最優選大約30至大約130psig。
催化劑濃度優選為大約0.1至大約10重量％([催化劑質量÷總反應物料量]×100％)。更優選地，催化劑濃度優選為大約0.2至大約5重量％，最優選大約0.3至大約1.5重量％。高于大約10重量％的濃度難以過濾。另一方面，低于大約0.1重量％的濃度容易產生不能接受的低反應速率。
PMIDA試劑在進料流中的濃度并不關鍵。優選使用PMIDA試劑的飽和水溶液，但為了操作簡易性，該方法也可以在更低或更高的PMIDA試劑在進料流中的濃度下進行。如果催化劑以細碎形式存在于反應混合物中，優選使用一定濃度的試劑，使得所有的反應物和N-(膦酰基甲基)甘氨酸產品保持在溶液中，這樣催化劑可以通過過濾回收再利用。或者，如果催化劑作為固定相存在(反應介質和氧源通過該固定相)，可以使用更高濃度的試劑，以使部分N-(膦酰基甲基)甘氨酸產品沉淀。
通常，可以使用最高大約50重量％([PMIDA試劑質量÷總反應物料量]×100％)的PMIDA試劑濃度(尤其在大約20至大約180℃的反應溫度下)。優選地，使用最高大約25重量％的PMIDA試劑濃度(特別是在大約60至大約150℃的反應溫度下)。更優選地，使用大約12至大約18重量％的PMIDA試劑濃度(特別是在大約100℃至大約130℃的反應溫度下)。可以使用低于12重量％的PMIDA試劑濃度，但是它們的使用不那么經濟，因為在每一反應器循環中產生較少的N-(膦酰基甲基)甘氨酸產品，并且對于產生的每單元N-(膦酰基甲基)甘氨酸產品，必須去除更多的水并使用更多的能量。較低的溫度(也就是，低于100℃的溫度)通常不太有利，因為在這種溫度下PMIDA試劑和N-(膦酰基甲基)甘氨酸產品的溶度都會降低。
PMIDA氧化反應的氧源可以是任何含氧氣體或含有溶解氧的液體。優選地，氧源是含氧氣體。以使反應混合物中的溶解氧濃度保持所需水平的方式，通過任何傳統手段將氧加入反應介質中。如果使用含氧氣體，優選以使氧最大限度地與反應溶液接觸的方式將其加入反應介質中。可以通過使氣體經擴散器(例如多孔玻璃料)分散或通過攪拌、搖振或本領域技術人員已知的其它方法，獲得這種接觸。
氧進料速率優選使得PMIDA氧化反應速率不會受到氧供應的限制。然而，如果溶解氧的濃度太高，催化劑表面容易被不利地氧化。通常，優選使用能夠用到至少大約40％的氧的氧進料速率。更優選地，氧進料速率導致使用至少大約60％的氧。更優選地，氧進料速率導致使用至少大約80％的氧。最優選地，該速率導致使用至少大約90％的氧。
如果在反應溶液中提供或加入犧牲還原劑，用本發明可以觀察到貴金屬的損耗降低。合適的還原劑包括甲醛、甲酸和乙醛。最優選地，使用甲酸、甲醛或它們的混合物。在一個優選具體實施方式
中，未反應的甲醛和甲酸再循環回到用于隨后循環的反應混合物中。在這種情況下，再循環流還可在隨后的循環中用于溶解PMIDA試劑。
通常，產品混合物中N-(膦酰基甲基)甘氨酸的濃度可以高達40重量％或更高。優選地，N-(膦酰基甲基)甘氨酸濃度為大約5至大約40％，更優選大約8至大約30％，再優選大約9至大約15％。產品混合物中甲醛的濃度通常低于大約0.5重量％，更優選低于大約0.3％，再優選低于大約0.15％。
在氧化之后，優選過濾分離催化劑。然后通過沉淀，例如通過蒸發掉一部分水并冷卻，以離析出N-(膦酰基甲基)甘氨酸產品。
應該認識到，根據催化劑表面隨使用達到的氧化程度，催化劑具有再用于數個循環的能力。即使在催化劑嚴重氧化之后，其仍可通過再活化而再利用。為了使表面嚴重氧化的催化劑再活化，優選首先洗滌表面以從表面上去除有機物。然后優選按照與如上所述貴金屬沉積在載體表面后還原催化劑的方式相同的方式將其還原。
其它草甘膦中間體的氧化Morgenstern參考文獻描述了優選用于氧化含有一個N-羧基甲基的N-取代的草甘膦中間體的催化劑和方法。所述催化劑包括貴金屬催化劑。
貴金屬催化劑優選包括選自鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、銥(Ir)、鋨(Os)和金(Au)的貴金屬。一般而言，鉑和鈀更優選，鉑最優選。由于鉑最優選，下列論述中大部分涉及鉑的使用。然而，應該理解的是，相同的論述一般適用于其它貴金屬及其混合物。
貴金屬催化劑可以是無載體的，例如鉑黑。或者，催化劑可以包含在載體表面上的貴金屬，載體例如碳、氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、硅氧烷和硫酸鋇(BaSO4)。如美國專利6,232,494所述，載體上的金屬是本領域中常用的而且可以通過商業途徑獲自各種來源，或也可通過使用本領域公知的各種方法將貴金屬沉積在載體表面上制得。
如果使用碳載體，載體優選為石墨的，因為這些載體往往具有較大的草甘膦選擇性，或該載體具有在將貴金屬沉積到表面上之前已經用強氧化劑氧化的表面。在美國專利6,232,494中描述了通過氧化制備碳載體的方法。還描述了貴金屬負載在聚合載體(也就是含有聚合物的載體)上的有用催化結構。可以使用各種聚酰胺、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚脲和聚酯作為聚合物。優選地，聚合物選自聚乙烯亞胺、聚丙烯酸的鹽、聚苯乙烯、聚氨基苯乙烯、被二甲胺基團取代的聚苯乙烯、磺化聚苯乙烯、和聚乙烯基吡啶(“PVP”)。更優選地，聚合物選自PVP和磺化聚苯乙烯。在一些具體實施方式
中，PVP最優選。在特別優選的具體實施方式
中，貴金屬是鉑并使用含H2PtCl6的溶液沉積到載體表面上。
貴金屬在載體表面上的濃度可以在很寬的界限內變動。優選地，其為大約0.5至大約20重量％([貴金屬質量÷催化劑總質量]×100％)，更優選大約3至大約15重量％，再優選大約5至大約10重量％。在高于大約20重量％的濃度下，容易形成貴金屬層和團塊。由此，對于相同的貴金屬的總用量，表面貴金屬原子的濃度較低。這往往會降低催化劑活性并且不經濟地利用昂貴的貴金屬。
在反應混合物中，貴金屬與N-取代的草甘膦產品的重量比優選為大約1∶500至大約1∶5。更優選地，該比率為大約1∶200至大約1∶10，再優選為大約1∶50至大約1∶10。除了貴金屬外，催化劑可以含有助催化劑。助催化劑可以在無載體的貴金屬表面上，或在是負載的貴金屬催化劑的情況下，在貴金屬和/或其載體的表面上。優選地，助催化劑含有選自鋁(Al)、釕(Ru)、鋨(Os)、銦(In)、鎵(Ga)、鉭(Ta)、錫(Sn)和銻(Sb)的金屬。更優選地，助催化劑含有選自鎵、銦、釕和鋨的金屬。盡管助催化劑可以來自各種來源(例如，催化劑可以包含天然含有助催化劑的載體)，但其通常被添加到貴金屬表面。應該認識到，如果催化劑包含載體，則助催化劑通常添加到貴金屬表面、載體表面或這二者的表面。用于沉積助催化劑的方法是本領域公知的，并且包括上述用于將貴金屬沉積到載體上的方法。助催化劑的用量(無論是與貴金屬、沉積貴金屬的載體、還是與這二者相關)可以在很寬的界限內變動，這部分取決于所用助催化劑。優選地，助催化劑的重量比至少為大約0.05％([助催化劑質量÷催化劑總質量]×100％)。美國專利6,232,494中描述的催化劑還可以包含電活化分子物類(也就是可以通過電子傳遞可逆地氧化或還原的分子物類)。優選地，該電活化分子物類在貴金屬表面上(如果催化劑包含載體，電活化分子物類優選在貴金屬表面、載體表面或這二者的表面上)。電活化分子物類的存在可以提高貴金屬催化劑的選擇性和/或轉化率，特別是在催化劑用于實現N-甲基取代的草甘膦的氧化以形成草甘膦時。在這種情況下，電活化分子物類優選是疏水的，并具有相對于SCE(飽和甘汞電極)至少大約0.3伏的氧化電勢(E1/2)。電活化分子物類還可用于將N-異丙基取代的草甘膦氧化以形成草甘膦的情況。在這種情況下，催化劑尤其優選在石墨碳載體上包含貴金屬和電活化分子物類。
通常合適的電活化分子物類的例子包括三苯基甲烷；N-羥基鄰苯二甲酰亞胺；5，10，15，20-四(五氟苯基)-21H，23H-卟吩鐵(III)氯化物(縮寫成“Fe(III)TPFPP氯化物”)；2，4，7-三氯芴；三芳胺，例如N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基聯苯胺(有時稱作“TPD”)和三(4-溴苯基)胺；2，2，6，6-四甲基哌啶n-氧化物(有時稱作“TEMPO”)；5，10，15，20-四苯基-21H，23H卟吩鐵(III)氯化物(有時稱作“Fe(III)TPP氯化物”)；4，4’-二氟二苯甲酮；5，10，15，20-四苯基-21H，23H卟吩鎳(II)(有時稱作“Ni(II)TPP”)；和吩噻嗪。當使用貴金屬催化劑催化將N-甲基取代的草甘膦氧化成草甘膦的反應時，特別優選的電活化分子物類是三芳胺；-羥基鄰苯二甲酰亞胺；TEMPO；Fe(III)TPP氯化物；和Ni(II)TPP。在許多具體實施方式
中，三芳胺(尤其是TPD)是最優選的電活化分子物類。例如，在超過大約130℃的反應溫度下，最優選的電活化分子物類是TPD。
可以在文獻中找到電活化分子物類的氧化電勢。可以在Encyclopediaof Electrochemistry of the Elements(A.Bard and H.Lund eds.，MarcelDekker，New York，各卷的出版日期不同)中找到顯示許多電活化分子物類的氧化電勢和可逆性的匯編。在美國專利6,005,140和6,232,494中提出了氧化電勢的其它來源。可以使用本領域公知的各種方法將電活化分子物類沉積在貴金屬催化劑上。或者，可以將電活化分子物類與貴金屬催化劑相分離地直接加入氧化反應混合物中。
N-取代的草甘膦產品一開始在反應介質的濃度可以在很大范圍內變動。通常，濃度為大約1至大約80重量％([N-取代的草甘膦質量÷總反應物料量]×100％)。更優選地，濃度為大約5至大約50重量％，再優選大約20至大約40重量％。
氧化反應的氧源可以是，例如，含氧氣體或含有溶解氧的液體。優選地，氧源是含氧氣體，包含分子氧，并且其任選包括一種或多種在反應條件下不與氧、反應物和產物反應的稀釋劑。這種氣體的例子包括空氣、純分子氧、或用氦、氬、氖、氮或其它不含分子氧的氣體稀釋的分子氧。優選地，含氧氣體的至少大約20體積％是分子氧，更優選地，含氧氣體的至少大約50％是分子氧。
優選以足以使溶解氧濃度保持限定水平的速率將氧加入反應混合物中。在大約125℃或更低的反應溫度下，以足以使溶解的氧濃度保持不超過大約2.0ppm的速率加入氧，但氧濃度又要高到足以維持所需反應速率。以使反應混合物中的溶解氧濃度保持所需水平的方式，通過任何方便的手段將氧加入反應介質中。如果使用含氧氣體，優選以使氧最大限度地與反應溶液接觸的方式將其加入反應介質中。例如，可以通過使氣體經擴散體(例如多孔玻璃或金屬燒結體，其優選在最大維度上具有不超過大約20微米的孔，更優選在最大維度上含有不超過大約1微米的孔)分散，同時搖振或攪拌反應器內含物，以提高液-氣接觸和氧的溶解，從而獲得這種接觸。較不優選但合適的其它加入氧的方法包括，例如，(1)將氧加入反應器頂部空間，然后使用葉片產生的渦流將其吸入反應混合物中(該方法有時被稱作回混操作)；或(2)使氧通過填有催化劑的管式反應器，反應介質也從中通過。
為了提高選擇性，優選使溶液中未溶氧的量最小，特別優選使與貴金屬催化劑接觸的未溶氧的量最小。一種實現途徑是通過與溶液接觸的膜加入氧。用于無氣泡的氣體轉移的膜是本領域已知的。
在特別優選的具體實施方式
中，在攪拌釜反應器中進行反應，該反應器使用旋轉葉片并使含氧氣體氣泡于溶液上表面的下方加入反應溶液中。為了避免(或至少減少)由含氧氣泡引起的選擇性降低，葉片速度優選不超過防止含氧氣泡在其加入溶液時從溶液表面直接上升所必須的速度。或者，可以與葉片有一定距離地將含氧氣泡加入溶液中，該距離使得幾乎沒有氣泡進入葉片經過的反應器區域，更優選完全沒有氣泡進入葉片經過的反應器區域。例如，氧氣剛剛在液體上表面的下方并遠高于葉片加入，由此使氣泡逸入頂部空間而非在葉片周圍形成氣/液湍流區域。通常，也可以通過以使反應混合物中未溶氧的含量不超過大約10體積％的方式將氧加入反應混合物中，來避免或降低未溶氧的負面影響。更優選地，反應混合物中未溶氧的含量不超過大約4體積％，再優選地，反應混合物中未溶氧的含量不超過大約1體積％。通常，還可以使用如上所述含有電活化分子物類的貴金屬催化劑以避免或降低未溶氧的負面影響。已經發現，電活化分子物類(特別是N，N’-二(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基聯苯胺)的存在尤其有利于將N-甲基草甘膦氧化成草甘膦。
優選地，氧化反應在大約50至大約200℃之間進行。更優選地，反應在大約100至大約190℃之間進行，再優選在大約125至大約160℃之間進行。
氧化過程中反應器內的壓力部分取決于所用溫度。優選地，壓力足以防止反應混合物沸騰。如果使用含氧氣體作為氧源，壓力還優選足以使氧氣以足以維持所需反應速率的速率溶入反應混合物。壓力優選至少等于大氣壓。更優選地，氧分壓為大約5至大約500psig。更優選地，當溫度為大約125至大約160℃時，氧分壓為大約50至大約200psig。
可以使用多種分批、半分批或連續反應器系統進行氧化反應。這些系統還包括使已經從反應產品混合物中移出至少一部分草甘膦產品后仍殘留的溶液再循環。殘留溶液的再循環可以使任何未反應的N-取代的草甘膦獲得利用，并提高反應產品混合物中任何未沉淀的草甘膦產品的回收率。為了降低污染物的累積，可以將一部分殘留溶液凈化(該被清除的部分有時稱作“廢液”)。剩余部分(有時稱作“再循環溶液”)再循環回到氧化反應區。凈化可以如下實現例如，將殘留溶液加壓并使其與膜接觸，該膜可以選擇性地通過污染物以形成廢液，同時保留N-取代的草甘膦和未沉淀的草甘膦產品以形成再循環溶液。優選地，該膜具有低于大約1,000道爾頓的分子量截止值并在反應條件下機械穩定。
或者，在獲得N-取代草甘膦的完全轉化之前，可以中斷氧化反應。按照美國專利6,232,494，隨著氧化反應接近完成，催化劑的活性和選擇性會趨于降低。此外，許多N-取代的草甘膦(包括N-甲基草甘膦和N-異丙基草甘膦)比草甘膦本身更易溶于含水反應混合物，通過在氧化完成之前去除產品草甘膦，可以克服這種活性和選擇性的降低。這可以如下實現例如，在尚未完全轉化之前，去除催化劑(例如，通過過濾)、蒸發反應混合物中的部分水，并冷卻反應混合物。蒸發和冷卻步驟使許多草甘膦產品在溶液中沉淀，從而有利于其去除。然后將含有未反應的-取代草甘膦的殘留溶液再循環回氧化反應器。
優選地，在已經消耗了大約20至大約95％的N-取代的草甘膦時，將草甘膦沉淀并去除。更優選地，在已經消耗了大約50至大約90％的N-取代的草甘膦時，再優選地，在已經消耗了大約50至大約80％的N-取代的草甘膦時，最優選地，在已經消耗了大約50至大約70％的N-取代的草甘膦時，將草甘膦沉淀并去除。較低的轉化率導致過高的再循環率，而較高的轉化率(如上所述)與差的催化劑活性和降低的選擇性有關。
單乙醇胺及其衍生物的反應按照本發明的另一具體實施方式
，MEA與鹵甲基膦酸反應以產生HEAMPA。又可通過已知氧化法，例如通過美國專利5,627,125、美國專利5,689,000、共同待審的美國申請序列號09/547,373(Attorney docketnumber MTC 6638)和美國申請序列號09/832,541(以US-2002-0019564-A1在2002年2月14日公開)中公開的方法將HEAMPA轉化成草甘膦，所有這些文獻都完全經此引用并入本文。例如，可以在存在銅催化劑的情況下使HEAMPA與分子氧接觸，以將末端甲醇部分氧化成羧酸基團。更通常地，式IV的產品或其膦酸酯或鹽 式IV可以通過使鹵甲基膦酸與式V的胺反應物接觸而制備 式V其中鹵甲基膦酸的鹵素取代基優選為Cl、Br或I，R1是氫或取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基，R6是氫或形成醚的部分，且R7是亞烷基或亞烯基。優選地，R7是-(CH2)n-，其中n是2至6的整數。當R7是亞烯基時，其優選選自-CH＝CH-CH2--CH2-CH＝CH--CH2-CH＝CH-CH--CH＝CH-CH2-CH2-
-CH2-CH2-CH＝CH-和類似的C5至C8亞烯基，包括被烷基取代基取代的亞烯基鍵。
通常，式IV和V中的R1可以由構成式I中的R1的任何取代基構成。可構成式I的R1、R2或R3的任何烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基和芳炔基也可用作式IV的R6。優選地，式IV和V中的R1是氫、烷基，最優選為氫、甲基或異丙基。n的值優選為2。
在一個
具體實施例方式
中，該反應如下進行 式2優選地，單乙醇胺或式V的其它化合物與鹵甲基膦酸的摩爾比為至少大約1.5，更優選至少大約3，再優選至少大約5，最優選至少大約8。式V化合物與鹵甲基膦酸的高比率促進了HEAMPA或式IV的其它化合物的高收率，并使副產物N，N-雙(膦酰基甲基)乙醇胺或其它N，N-雙(膦酰基甲基)衍生物的生成量最小。
如甘氨酸和甘氨酸衍生物的反應中那樣，鹵甲基膦酸優選為氯甲基膦酸。
反應可以在包含水和/或其它極性有機溶劑的反應體系中在升高的溫度下進行，其它極性有機溶劑有例如二甲基甲酰胺、乙腈、二醇(例如乙二醇)、二醇醚(例如四甘醇單甲醚或四甘醇二甲醚)、冠醚(優選含有三至大約八個C2或C3亞烷基單元，例如18-冠-6、15-冠-5、或12-冠-3)、伯醇(例如甲醇)、多元醇(例如丙三醇)、聚乙烯純、季戊四醇和還原糖，和一種或多種這些有機溶劑與水的混合物。已經觀察到，一些溶劑盡管可用，但往往會提高胺反應物的過烷基化程度，即轉化成N，N-雙(膦酰基甲基)物類。已經在例如二甲基甲酰胺、乙腈和二醇醚之類的溶劑中觀察到這種趨勢。然而，在使用某些其它表面活性劑，尤其是甘油與水的混合物時，觀察到對收率的有利影響。已經發現，甘油在水中的10重量％至20重量％溶液特別有利。
如在甘氨酸和甘氨酸衍生物的反應中那樣，該反應優選在堿性反應介質中進行。優選地，堿是堿金屬氫氧化物，最優選NaOH或KOH，并且以每摩爾鹵甲基膦酸對應至少大約1.5摩爾堿的比率存在。更優選，以每摩爾鹵甲基膦酸對應至少大約2摩爾堿、更優選至少大約3摩爾堿的比率，在反應介質中加入堿。任選地，除堿金屬氫氧化物外，或代替堿金屬氫氧化物，可以存在其它堿，例如堿性磷酸鹽和例如取代的銨、鏻、锍或氧化锍之類抗衡陽離子的氫氧化物，和它們的混合物。
水的存在比例也對HEAMPA收率具有重大影響。優選地，以每摩爾鹵甲基膦酸對應至少大約25摩爾、更優選至少大約40摩爾的比率，在反應介質中加入水。反應介質的總含水量優選至少大約35重量％，更優選至少大約45重量％。或者，如下進一步詳述，反應可以在基本無水的條件下進行以利于產物回收和未反應的胺反應物的再循環。
反應可以在室溫至150℃之間、優選70℃至120℃之間、更優選大約75℃至大約105℃之間進行。
與上文關于鹵甲基膦酸與式III的胺反應物的反應所述的添加劑相同或類似的添加劑的存在，可以促進反應。這些添加劑、助催化劑和催化劑的預期機理和比例與式I的化合物的制備中所述的大致相同。
當反應在僅含有機溶劑的介質中進行時、NaCl或反應的其它鹽副產物可能在反應過程中沉淀。例如，該方法可以在基本無水的反應體系中進行，在該體系中加入基本無水的堿金屬氫氧化物以促進反應。優選在回收式IV的產品之前通過過濾或離心去除鹽。為了便于從含有含水溶劑體系的反應混合物中回收產品，首先需要將所得溶液濃縮以沉淀出副產物鹽。
當與相對于鹵甲基膦酸的進料量過量的單乙醇胺或式V的其它化合物進行反應時，產品回收進一步要求去除反應混合物中所含的未反應的式V化合物。如果反應使用含水溶劑，可以方便地通過用水不混溶性溶劑(例如二氯甲烷)萃取來去除未反應的式V化合物。二氯甲烷以外的可用于萃取的溶劑包括低分子量有機酸的低碳烷基酯，例如乙酸乙酯或乙酸丁酯。方便地，可以將萃取物蒸餾以將式V的化合物與萃取溶劑分離，使前者再循環到反應步驟中，后者再循環到萃取步驟。蒸餾還可以產生合適的清除餾分以去除雜質，或可以通過再循環胺反應物、或再循環溶劑或這二者的凈化或進一步處理來去除雜質。
或者，可以從反應混合物中蒸餾出乙醇胺或式V的其它化合物。當將有機溶劑用于反應時，優選首先去除副產物鹽，并將過濾后的反應混合物蒸餾以去除溶劑和未反應的式V的化合物。可以回收混合冷凝物中的溶劑和未反應的式V的化合物并再循環到反應步驟，同時進行合適的凈化以去除雜質。任選地，溶劑可以在相同的蒸餾體系中與式V的化合物分離(在該體系中從過濾后的反應混合物中分離出二者)，或者在隨后的蒸餾中分離。如在溶劑萃取物的蒸餾中那樣，進一步蒸餾可以產生濃縮的清除流，從而在溶劑和/或化合物V的最小損耗下去除雜質。
由過濾后的反應混合物的萃取獲得的萃余液，或蒸餾步驟的殘余物含有式IV的產品。以本領域技術人員已知的任何便利的方式進一步處理萃余液或殘余物，可以回收式IV的化合物。任選地，萃余液或蒸餾塔底流出物可直接用作其它產品制備中的反應器進料流以使式IV的化合物進一步反應。例如，當式IV的化合物包括HEAMPA或其鹽或酯時，可以例如通過本文其它地方并入的參考文獻(美國專利5,627,125、美國專利5,689,000、共同待審的美國申請序列號09/547,373(Attorney docketnumber MTC 6638)和美國申請序列號09/832,541(以US-2002-0019564-A1在2002年2月14日公開))中公開的方法，在存在銅催化劑的情況下與分子氧反應，以將其直接氧化成草甘膦或草甘膦鹽或酯。
用于MEA反應的回收方案圖5中闡述了從含水混合物中回收HEAMPA的堿金屬鹽的本發明的優選具體實施方式
，該含水混合物是通過鹵甲基膦酸(CMPA)或其鹽與單乙醇胺在存在堿的情況下反應獲得的。具體闡述了其中堿是KOH時的方法。在圖5的方法中，將從反應混合物中回收的HEAMPA或N-取代HEAMPA鹽通過催化脫氫轉化成草甘膦或N-取代的草甘膦鹽。
在所示方法的具體實施方式
中，加入原料反應物與水，原料中MEA與CMPA的摩爾比為10∶1，水與MEA的摩爾比為4∶1。反應混合物含有HEAMPA二鉀(1摩爾)、MEA(9摩爾)、KCl(1摩爾)和水(40摩爾)。將含有反應混合物或由反應混合物衍生的含水產品回收進料混合物加入含有樹脂的陰離子交換柱中，選擇該樹脂以攔截HEAMPA。隨著離子交換的進行，該柱優選載入Cl-和(K HEAMPA)-離子。MEA通過該柱，產生其中HEAMPA貧化并含有MEA的柱流出液，其優選再循環到反應區以用作與進一步供應的CMPA反應的胺反應物。用KOH水溶液洗脫負載的柱(2毫升KOH；40毫升水)以產生含有HEAMPA二鉀(1摩爾)、KCl(1摩爾)和水(40摩爾)的洗出液。
可以在洗出液中進一步加入堿以產生脫氫反應進料混合物，將其加入脫氫反應區中，其在此與脫氫催化劑接觸，從而將羥乙基氨甲基膦酸陰離子或N-取代的羥乙基氨甲基膦酸陰離子轉化成草甘膦陰離子或N-取代的草甘膦陰離子。按照并入的參考文獻的論述，脫氫優選在pKa值至少大約11、更優選至少大約12、再優選至少大約13的強堿的存在下進行。合適的堿包括，例如，堿金屬氫氧化物(LiOH、NaOH、KOH、RbOH或CsOH)、堿土金屬氫氧化物(例如，Mg(OH)2或Ca(OH)2)、NaH和氫氧化四甲銨。在這些堿中，由于它們在反應條件下在水中的溶度以及它們的商業可得性和易于操作性，通常優選堿金屬氫氧化物(特別是NaOH和KOH)。對于HEAMPA的脫氫，KOH是特別優選的堿。
加入反應區的堿的優選量取決于，例如，加入反應區的伯醇基團的摩爾數。優選地，相對于每摩爾伯醇羥基，加入至少大約1摩爾當量的堿。在圖5的特別優選的具體實施方式
中，每摩爾HEAMPA產品加入1摩爾KOH，以制造脫氫反應進料混合物。
脫氫優選用金屬催化劑催化。優選銅催化劑，例如，美國專利5,627,125和美國專利5,689,000中描述的碳載銅，或共同待審的美國申請序列號09/547,373和美國申請公開US-2002-0019564-A1中描述的銅海綿體催化劑。優選的催化劑加載量(也就是，加入反應區的催化劑的優選量)取決于，例如，加入反應區的HEAMPA的量。在海綿體載體上，催化銅在反應區的存在比例優選為HEAMPA重量的至少大約1重量％。更優選地，催化劑加載量為HEAMPA重量的大約1至大約70重量％，再優選大約10至大約40重量％。
優選的催化劑加載量還取決于，例如，總反應物料的量。通常，催化劑加載量是總反應物料重量的至少大約0.1重量％。更優選地，催化劑加載量是總反應物料重量的大約0.1至大約10重量％，再優選大約3.5至大約10重量％，再優選大約3.5至大約5重量％。高于大約10重量％的濃度會難以過濾。另一方面，低于大約0.1重量％的濃度往往會產生不能接受的低反應速率。
參考文獻描述了大約70℃至大約250℃之間的脫氫溫度。對于碳載銅催化劑，溫度優選為大約100℃至大約190℃，更優選大約140℃至大約180℃。對于銅海綿體催化劑，溫度優選為大約120℃至大約220℃，更優選大約140℃至大約200℃，再優選大約145℃至大約155℃。
超過大氣壓的壓力是正常的，但并不總是在上述溫度下以合適的速率進行反應所必須的。通常，必須超過以液相進行反應時的最小壓力。對于碳載銅催化劑過程，液體反應混合物上方的頂部空間的反應壓力優選為大約1.96×105帕至大約2.94×106帕，更優選大約4.90×105帕至大約1.96×106帕。對于銅海綿體過程，液體反應混合物上方的頂部空間的反應壓力為至少大約4.90×105帕，更優選大約4.90×105帕至大約2.94×106帕，再優選大約4.90×105帕至大約1.96×106帕，再優選大約7.85×105帕至大約1.08×106帕，最優選大約9.22×105帕。盡管可以使用更高的壓力，但它們通常不那么合意，因為它們往往會降低反應速率。
脫氫優選在非氧化氣氛下進行以避免催化劑表面氧化，更優選在含有稀有氣體和/或N2的氣氛下進行，并且當反應以工業規模進行時，再優選在N2下進行。由于脫氫反應進行時釋放出氫，該氣氛還含有氣體氫，優選將其小心地從加壓反應器中排出。監視排氣以測定反應的速率和完成程度。
在優選
具體實施例方式
中，反應混合物上方的頂部空間充滿大氣壓力的非氧化氣體。將反應物和催化劑加入反應器，并使反應混合物溫度保持為本文其它地方所述的反應溫度，同時使反應器壓力自生地上升直至達到反應器中的所需反應壓力。隨后使頂部空間排氣以將反應器壓力控制在該所需反應壓力下，直至隨著氫氣生成速率的降低反應接近完成。
脫氫反應可以在多種分批、半分批和連續反應器系統中進行。合適的傳統反應器構造包括，例如，攪拌釜反應器、固定床反應器、滴流床反應器、流化床反應器、泡流反應器、活塞流反應器、和平行流反應器。通常，更優選的反應器構造是攪拌釜反應器。
當在連續反應器系統中進行脫氫時，在反應區的停留時間可以根據所用的特定催化劑和條件在很大的范圍內變動。同樣，當在分批反應器中進行脫氫時，反應時間通常也可以根據這些因素在很大的范圍內變動。通常，脫氫相當于第一級反應，特別是朝著反應末端進行。因此，在連續反應區中的優選停留時間(或在分批反應區中的優選停留時間)還取決于所需轉化程度。
在圖5的一個具體實施方式
中，脫氫反應產物含有草甘膦三鉀(1.0摩爾)、KCl(1.0摩爾)和足以使反應進行的水(例如，大約40摩爾)。在脫氫反應混合物中加入無機酸，優選在水(7.0摩爾)中的HCl(2.0摩爾)，以制造中和的脫氫反應混合物，其含有草甘膦單鉀(1.0摩爾)、KCl(3.0摩爾)和水(47摩爾)。加入水，并通過納米過濾從中和的脫氫反應混合物中去除KCl，制得含有KCl(3.0摩爾)和水(78摩爾)的濾液，以及含有草甘膦單鉀(1.0摩爾)和水(9摩爾)的其中鹵化物貧化的滲余物。或者，可以通過離子色譜法從中和的脫氫反應混合物中分離出KCl。納米過濾制得的滲余物、或來自離子色譜分離介質的草甘膦單鉀洗出液，構成了可用作除草劑或除草劑濃縮液的產品溶液。
在圖5的方法的另一備選具體實施方式
中，使含有反應混合物或由反應混合物衍生的含水產品回收進料混合物與色譜分離介質接觸，相對于產品回收進料混合物的未反應的胺成分，該色譜分離介質對HEAMPA、HEAMPA鹽、N-取代HEAMPA或N-取代HEAMPA鹽具有相對選擇性。使該含水混合物流過含有離子交換樹脂的床或柱。相對于含有MEA或N-取代MEA的水相流，HEAMPA或N-取代HEAMPA物類通過該床或柱的流動受到了阻礙。由此制造含有MEA或N-取代MEA的含水流出液，其優選再循環到反應區。然后使色譜分離介質與堿性水洗出液接觸以制造含有HEAMPA、HEAMPA鹽、N-取代HEAMPA或N-取代HEAMPA鹽的洗出液。該方法的這一具體實施方式
的其余部分顯示在圖5中并如上所述。
圖6中闡述了從通過MEA與CMPA的反應獲得的反應混合物中回收HEAMPA或N-取代HEAMPA鹽，和將HEAMPA或N-取代HEAMPA鹽轉化成草甘膦的鹽或N-取代的草甘膦的鹽的另一備選方法。在圖6的方法中，將MEA(10摩爾)、CMPA(1摩爾)、KOH(3摩爾)和水(40摩爾)加入反應區并按照上述方式反應，以制造含有HEAMPA二鉀(1摩爾)、未反應的MEA(9摩爾)、KCl(1摩爾)和水(40摩爾)的反應混合物。將含有該反應混合物或由該反應混合物衍生的產品回收進料混合物加入蒸發器或蒸餾裝置，在此水(40摩爾)和MEA(8摩爾)作為蒸汽流被去除，其再循環到反應區，以冷凝物形式再循環，或以蒸汽相形式作為使反應器進料達到所需反應溫度的熱源。KCl(1摩爾)作為沉淀物去除，留下含有HEAMPA、HEAMPA鹽、N-取代HEAMPA或N-取代HEAMPA鹽的濃縮液。然后在濃縮液中加入含水堿，例如KOH(1摩爾)，以制造含有HEAMPA的二鉀鹽(1摩爾)和MEA(1摩爾)和足以進行脫氫反應的水的堿性濃縮液。
然后使堿性濃縮液與脫氫催化劑在反應體系(該體系已經經過優化以最大限度降低MEA的脫水)中接觸以便將HEAMPA轉化成草甘膦鹽。可以按照圖1-4所示的分離方案處理該反應制成的任何甘氨酸。所得脫氫反應混合物含有草甘膦三鉀(1摩爾)和MEA(1摩爾)。將HCl(3摩爾)在水(10.5摩爾)中加入脫氫反應混合物中，以制造含有草甘膦陰離子(1摩爾)、MEA(1摩爾)和KCl(3摩爾)的含水中和的脫氫反應混合物。對該中和的脫氫反應混合物進行納米過濾以制造含有KCl(3摩爾)和水(優選高于75摩爾)的濾液，和含有草甘膦的單乙醇胺鹽(1摩爾)和水(12摩爾)的鹵化物貧化了的滲余物。
在圖6的再一備選具體實施方式
中，用于脫氫的催化劑的選擇性不足以防止MEA脫氫成甘氨酸。在這種情況下，通過再與CMPA反應將脫氫步驟中制得的甘氨酸轉化成草甘膦。為此，將含有草甘膦鹽和脫氫反應混合物中所含的甘氨酸的最終反應進料混合物加入最終反應區，在此CMPA與甘氨酸反應以制成額外的草甘膦。該最終反應進料混合物包含脫氫反應混合物、中和的脫氫反應混合物、或由脫氫反應混合物生成的其它含水混合物。為了最大限度地減少在最終反應步驟中形成草甘雙膦，最終反應在含有多個相對于含甘氨酸的反應混合物的流動或轉移連續設置的反應階段的最終反應體系中進行。在這些階段中分配CMPA的供應，從而使最后階段以外的每一階段都含有相對于CMPA過量的甘氨酸，由此相對于與草甘膦生成草甘雙膦的競爭反應，提高與甘氨酸生成草甘膦的反應中CMPA的消耗速率。然后從最終反應混合物中去除鹵化物鹽，例如通過上述納米過濾或離子色譜分離操作，以制得可用作除草劑的草甘膦鹽的最終產品溶液。
可以從最終反應混合物中分離出在最終反應步驟中制得的草甘雙膦并氧化制成額外的草甘膦和甲酰基膦酸。在美國專利6,218,570中描述了類似的氧化方法。分離草甘膦并與已經通過從最終反應產品混合物中分離出草甘雙膦而獲得的物質合并。此外，如果需要，甲酰基膦酸可用于甘氨酸的還原性烷基化以制造額外的草甘膦。明顯地，這些方法提供了一種使甘氨酸與CMPA以低至1∶1的摩爾比進行反應的途徑。
如本文其它地方所述，在圖5和6的方法中，MEA與CMPA的比率可以明顯低于上文剛剛描述的10∶1的比率。同樣如本文其它地方所述，可以調節水/MEA和水/CMPA比率以提高或降低稀釋程度。還可以如本文所述調節KOH/MEA比率。根據材料平衡的原則，其它工藝液流的組成隨MEA/CMPA比率、水/CMPA比率和KOH/MEA比率的不同而不同。
本發明的方法可以在不產生化學計量當量的碳質副產物的情況下制備草甘膦、草甘膦鹽或酯、或草甘膦前體。與傳統的草甘膦制造方法相比，本發明的方法不需要制備N-膦酰基甲基叔胺中間體(必須通過氧化從中分解乙酸部分)。因此，不會產生廢副產物甲醛、甲酸和/或二氧化碳，并且本發明的方法可以實現相對較高的基于環氧乙烷或草甘膦的甘氨酸部分的兩個碳的其它最終來源的收率。
與以亞氨基二乙酸二鈉的膦酰基甲基化為基礎的傳統方法不同，本發明的方法不會相對于每摩爾制成的草甘膦產生三摩爾的NaCl副產物。使用可以回收并再循環到反應區(例如，用于制備HEAMPA或草甘膦的連續過程中)的相當過量的胺反應物，實現了合意的基于CMPA底物的收率。
三磷酰基甲胺的制備還可以使CMPA與氨、氫氧化銨或其它氨源反應以制造三膦酰基甲胺，其是一種可用于各種已知用途并以“Dequest.”的商品名出售的螯合劑。除了所用反應物比率，反應條件大致類似于上文針對甘氨酸、甘氨酸鈉和/或MEA與CMPA的反應所述的條件。為了實現三膦酰基甲基化，需要使用至少與氨大致化學計量相當的CMPA，也就是每摩爾氨對應至少大約3摩爾CMPA，但優選不超過大約3.5摩爾CMPA。以3∶1的化學計量當量，反應產物含有大約20至40摩爾％單膦酰基甲胺，大約20至40摩爾％的二膦酰基甲胺和大約20至40摩爾％的三膦酰基甲胺。CMPA與氨源的比率較高時，可以提高三膦酰基甲胺的比例。可以從反應混合物中分離出伯胺和仲胺產物并根據需要循環到反應區，以制造額外的三膦酰基甲胺。或者，可以使單膦酰基甲胺與一氯乙酸之類的試劑反應以制造草甘膦。
羥甲基膦酸的反應進一步發現，甘氨酸、亞氨基二乙酸或單乙醇胺之類的胺化合物可以與羥甲基膦酸反應以制造草甘膦、HEAMPA或它們的衍生物。在這些方法的某些優選具體實施方式
中，使羥甲基膦酸(“HMPA”)或其源物質與胺化合物底物以每摩爾HMPA對應至少大約1.5摩爾底物的比率反應。該方法適用于制備草甘膦酸、草甘膦鹽、草甘膦酯、HEAMPA酸、HEAMPA鹽和HEAMPA酯和醚。
HMPA也可以與氨或氨源反應以制造三磷酰基甲胺。
HMPA與甘氨酸或甘氨酸衍生物的反應在草甘膦或其鹽的制備中，HMPA可以與甘氨酸酸式鹽(例如甘氨酸氫氯化物)或與甘氨酸鹽(例如堿金屬甘氨酸鹽)反應。甘氨酸也可以以游離堿形式加入甘氨酸/HMPA反應體系中。更通常地，可以通過HMPA與上式III的胺化合物的反應制造符合上式I的化合物、或其鹽或膦酸酯。式I和III中的取代基如上文針對鹵甲基膦酸與甘氨酸衍生物的反應進行的定義。除了與式III的化合物反應外，HMPA可以與式III的化合物的二聚物、低聚物或聚合物反應。
HMPA和式III的單體之間的反應按照下列方式進行，其中式III的底物包含甘氨酸鹽或其它羧酸鹽
甘氨酸氫氯化物的反應包括添加強堿，并且被認為如下進行 在后一反應中，胺鹽酸鹽與HMPA的接觸被認為導致了CMPA和甘氨酸游離堿的中間生成。CMPA和甘氨酸隨后在存在KOH或NaOH之類強堿的情況下反應以產生草甘膦的鹽。
無論胺底物的選擇性如何，反應物優選以每摩爾HMPA對應至少大約3摩爾、更優選至少大約5摩爾、最優選至少大約10摩爾甘氨酸或甘氨酸鹽底物的比率加入反應區。如鹵甲基膦酸的反應中那樣，以相對較高的胺化合物∶HMPA比率進行操作，能夠在最少地生成草甘雙膦或相關物類的情況下有效提高HMPA轉化率，由此提供合理的基于HMPA的收率。如以鹵甲基膦酸的反應中那樣，可以從反應混合物中回收未反應的甘氨酸、甘氨酸酸式鹽、甘氨酸鹽或其它胺化合物，并再循環，從而提供極高的基于胺化合物底物的收率。
在胺化合物底物是N-取代的甘氨酸衍生物，也就是R1非氫時的式III的化合物時，可以以相對較低的胺/HMPA比率獲得很高的HMPA轉化率，并且不會過多地形成草甘雙膦或其它N，N-雙-(膦酰基甲基)物類。例如，在胺/HMPA比率為3或甚至更低的情況下，雙(膦酰基甲基)副產物的生成仍然最低，當然至少大約5或更高的比率對于HMPA轉化更有效。如下所述，催化劑的存在有時可以提高轉化率。如果選擇催化劑以提供合理的轉化率，反應優選在基本等摩爾的基礎上進行，從而有利地降低胺反應物再循環的必要程度并降低對后反應分離過程的負擔。
在HMPA的反應中，如鹵甲基膦酸的反應中那樣，式III的胺底物的R1取代基優選為氫、甲基、異丙基或羧甲基(羥基羰基甲基)，R4優選符合式II，且R5優選為氫、堿金屬、異丙銨、或二甲基锍。最優選地，式III的化合物是甘氨酸(或其氫氯化物)、堿金屬甘氨酸鹽、亞氨基二乙酸(或其氫氯化物)或亞氨基二乙酸鹽，例如亞氨基二乙酸二胺。
在本發明的各種優選具體實施方式
中，反應在介質中進行，在該介質中以自酯二聚物、三聚物或低聚物、或HMPA形式加入HMPA。已經發現，與甘氨酸或甘氨酸鹽之類的胺底物反應時，HMPA自酯低聚物、三聚物或低聚物比HMPA單體更具反應性。無論是單體還是二聚物或低聚物形式，HMPA都優選是基本無水的。
HMPA自酯低聚物通常符合下式 其中n通常為2或更大。在提供時，HMPA自酯試劑通常含有HMPA單體、二聚物和低聚物的混合物。如下所述，低聚物也可能通過-P-O-P-鍵交聯，這些鍵是通過相鄰HMPA單體或低聚物鏈的膦酰基的縮合產生的，自酯混合物的熔點通常為大約90℃至大約200℃。
可以通過純(100％)HMPA或其水溶液的脫水制備自酯低聚物。在Petrov等，Khim.Elementorg.Soed.(1976)，200-204頁中描述了HMPA的脫水法。在該方法中，于40至50毫米汞柱以相對較高的溫度，例如180℃至220℃，將HMPA脫水。Petrov文章進一步描述了脫水的HMPA與苯胺或芐胺的反應。通常，已經發現，可以在100℃至200℃的溫度和1至70毫米汞柱的壓力下將HMPA脫水。
在特別有利的具體實施方式
中，已經發現，可以在低溫低壓下，例如100℃至120℃和0.5至5毫米汞柱，或通過用甲苯、二甲苯、1，3，5-三甲基苯或其它在100℃至170℃與水形成共沸混合物的溶劑共沸蒸餾，以將HMPA脫水1至2小時。通過共沸蒸餾進行的充分脫水一般可以在5至16個小時內完成，以產生二聚、三聚和低聚自酯。例如，在通過與1，3，5-三甲基苯(b.p.164℃)共沸蒸餾獲得時，脫水HMPA含有式VI的自酯二聚物的低聚和聚合衍生物。這些低聚和聚合衍生物含有-O-P-O-CH2-P-重復單元，并可以進一步含有具有-O-P-O-CH2-P-或-P-O-P-結構的支化或交聯基團。這些低聚衍生物可以包含符合式VIA的對稱支鏈形式
以及符合式VIB的不對稱支鏈形式 HMPA的脫水還可以產生HMPA的線型和環狀二聚物，例如 式VI
式VIC 式VID共沸脫水的產物可以包括式VI的直鏈、式VIA的對稱支鏈、式VIB的不對稱支鏈和式VIC和/或VID的任一環狀二聚物的混合物。當在真空下簡單地進行脫水時，主要脫水物類可以是線型二聚物，并可以保留相當大量的“自由”或單體HMPA。當在存在共沸溶劑的情況下進行脫水時，多數單體HMPA可以轉化成二聚物、三聚物和低聚物。例如，在二甲苯存在下的共沸蒸餾通常產生在環境條件下為粘稠濃漿的脫水HMPA組合物，其含有不超過大約10％或20％的線型二聚物，剩余部分主要是三聚物、低聚物和環狀二聚物，且殘留單體的含量明顯降低。在1，3，5-三甲基苯存在下的共沸蒸餾可以產生在室溫下為固體的脫水HMPA組合物，其僅含有痕量線型二聚物。各種長度的線型低聚物、對稱支鏈低聚物、不對稱支鏈低聚物、環狀二聚物和交聯低聚物的確切混合狀態未知，但是可以根據共沸蒸餾的時間、溫度、壓力和其它條件在很大的范圍內變動。然而，通常，在通過共沸蒸餾制造脫水HMPA時，n＜3的線型物類的比例通常不超過大約20重量％，更通常不超過大約10重量％。這些衍生物的熔點通常在大約90℃至大約200℃之間。
脫水HMPA(自酯)與胺底物的反應優選在相對較高的溫度，例如125℃至200℃、更優選150℃至200℃下進行。反應可以不摻雜地進行，也就是在HMPA/胺熔體中進行，或者在非水極性溶劑(例如環丁砜、冠醚乙腈或苯甲醚)中進行。優選的加料比率如上所述。溶劑可用于降低反應介質的粘度，由此提高傳熱并使濃度梯度最小化。然而，在基本不含反應生成的水以外的溶劑的熔融反應介質中進行反應時，可以獲得略高的有效載荷。按照另一選擇，溶劑可用于制備脫水HMPA和胺底物的均相混合物，然后在升高的溫度下蒸發掉，在此溫度下，脫水HMPA和胺底物的凈混合物是粘度合適的液體。由此，溶劑在不會稀釋反應介質并降低有效載荷的情況下有助于該方法的操作。
水是一種反應產物。任選地，隨著反應進行從反應介質中去除水，這有助于推動反應向前。在任何情況下，優選基本排除外來的水，也就是除了在胺反應物與羥甲基膦酸單體、二聚物、三聚物或低聚物的反應生成的水以外，保持反應介質基本不含來自其它任何來源的水分。
在底物包括羧酸鹽或氨基酸游離堿的情況下，反應最初在堿性條件下進行。當加入反應介質中的胺底物包含氨基酸的堿金屬鹽時，反應可以在沒有任何其它堿的情況下有效地進行；但是當加入的底物包含相當比例的甘氨酸游離堿時，通常必須加入強堿以促進反應的初始步驟。該程序基本相當于加入甘氨酸鹽而非游離堿。如下所述，在堿性條件下的最初反應產生了中間體，然后對該中間體進行酸解以形成所需的式I的膦酰基甲基化胺產品。
當加入的底物主要含有胺酸式鹽，例如甘氨酸氫氯化物時，反應被認為通常可分為兩個連續的步驟進行。按照這一機理，甘氨酸氫氯化物首先與HMPA或HMPA源反應以制造中間反應混合物。然后使該中間反應混合物與堿接觸以制造所需的式I的膦酰基甲胺產品。如上文提出的反應式所示(但不限于任何特定理論)，胺酸式鹽(例如甘氨酸氫氯化物)被認為首先與HMPA反應以形成鹵甲基膦酸(例如CMPA)和胺游離堿。胺游離堿然后被認為在存在另一堿的情況下與鹵甲基膦酸反應以產生所需的膦酰基甲基化產物，例如草甘膦。
任選地，與羧酸或底物的胺酸式鹽的反應可以在溴化物離子或碘化物離子之類的添加劑存在下進行。在這些具體實施方式
中，鹵化物離子被認為可以與HMPA分子的羥基進行可逆交換，以形成鹵甲基膦酸，其與胺底物的反應性通常比HMPA本身強，在這種情況下，其可以是實際上與底物的胺部分縮合的鹵甲基膦酸物類，由此使鹵化物離子再生以用于與另一HMPA分子的可逆交換。這又導致與胺的進一步縮合并使鹵化物繼續再生。如上所述，在胺底物含有胺酸式鹽，例如甘氨酸氫氯化物的情況下，Br-或I-離子可以與中間體CMPA的氯取代基進行可逆交換，由此大致按照上文對鹵甲基膦酸和胺底物的反應所述的方式促進反應。鹵化物離子添加劑可以堿金屬鹽(例如NaI、KI、KBr等等)的形式方便地提供。當使用鹵化物離子添加劑時，其優選相對于整個反應循環中等價物HMPA的濃度在摩爾數上過量存在于反應混合物中；并且，在分批反應體系中，優選相對于加入反應介質中的等價物HMPA的累積加入量，其在摩爾數上過量。通常，碘化物離子當量與HMPA當量的比率為至少大約1.2，更通常至少大約1.5。也可以使用2或更高的比率。
任選地，基本如上文對于鹵甲基膦酸單元與胺反應物的反應所述，在脫水HMPA與胺底物的最初接觸過程中，還可以在反應介質中加入其它添加劑，例如路易斯酸等。
當與伯胺底物(例如甘氨酸鈉或甘氨酸鉀)以分批模式進行反應時，在反應容器中以上述優選比率加入過量胺反應物和無水HMPA。在包含甘氨酸鹽或取代的甘氨酸鹽和極性溶劑的反應介質中，無水HMPA的初始濃度優選為至少大約2重量％，更優選至少大約3重量％。當在不存在極性溶劑的情況下在熔體中進行反應時，HMPA的初始濃度優選為至少大約5重量％，更通常至少大約10重量％。當胺底物包含肌氨酸或N-異丙基甘氨酸之類的仲胺時，可以以較低的胺/HMPA比率并由此在明顯較高的初始HMPA濃度下進行操作。
在大約150℃至大約200℃的上述溫度范圍內，分批反應周期通常為大約2小時至大約100小時，更通常大約3小時至大約10小時。
由于優選與相當過量胺反應物進行反應，因此有利地以連續模式進行。出于與上文鹵甲基膦酸與甘氨酸鈉的反應中相同的原因，可以使用連續攪拌釜或流動反應器。
HMPA自酯低聚物與胺游離堿或羧酸鹽或N-取代羧酸鹽的反應制成了中間體，其結構尚未充分了解。一旦HMPA基本完成轉化，就可以將中間反應產物水解成所需的式I的膦酰基甲基化反應產物。加入含水酸以方便地水解成反應混合物。氫溴酸或鹽酸之類的氫鹵酸適用于此。當胺化合物底物是羧酸鹽時，例如堿金屬或銨鹽，水解產物是所需產物的水溶液。根據水解反應混合物的pH值，產物可以各種形式存在，例如兩性離子、胺酸式鹽或羧酸鹽。優選地，加入相當過量的無機酸以進行水解，從而使水解產物主要是胺酸式鹽的形式。
例如，無機酸通常可以以反應混合物中的每當量總的胺2當量的過量加入，更優選每當量總的胺4當量的過量加入。如果加入氫鹵鹽，其加入時濃度可以為大約5至大約30重量％，通常大約10％至飽和。便利地在大約70℃至大約160℃、更通常大約90℃至大約130℃、更優選大約100℃至大約120℃之間進行水解。
當初始底物是胺酸式鹽，例如甘氨酸氫氯化物時，胺鹽與HMPA的最初反應通常在如上所述相同范圍的溫度條件和胺底物∶HMPA優選比率下進行。然后在中間反應混合物中加入堿，其比例優選為初始進料中所含的每摩爾HMPA對應大約3至大約5摩爾，并且在通常大約70℃至大約150℃、更通常大約90℃至大約100℃之間轉化成式III的膦酰基甲基化胺產物。
在特別優選的具體實施方式
中，符合式III的“N-取代”反應物優選包含亞氨基二乙酸(IDA)或其鹽。
當胺底物包含N-取代氨基酸的羧酸鹽(例如甘氨酸鈉或亞氨基二乙酸二鈉)時，反應介質中可以有利地包含催化劑以促進最初反應步驟的進行。合適的催化劑可以是過渡金屬的化合物，例如釕或鋨的鹽。催化劑可以是均相的，例如可溶于水或堿性水介質的Ru或Os鹽，或是多相的，例如Ru或Os的氧化物。多相催化劑還可以位于惰性載體(例如二氧化硅或氧化鋁)上。當將反應催化時，可以以如上所述相對較低的胺底物∶HMPA的比率操作。
HMPA/甘氨酸鹽反應的回收方案可以通過任何各種備選方法從反應混合物中分離出甘氨酸鹽或式I的其它產品。無論最終回收方法如何，通常需要通過蒸發過量水和其它溶劑，或通過其它手段(例如微孔過濾)以制造式I的產品的濃縮溶液。應該通過過濾或離心去除任何異質添加劑，例如二氧化硅、氧化鋁或稀土氫氧化物。
按照一個備選方案，可以形成不溶草甘膦螯合物，并通過上文關于鹵甲基膦酸反應產物的回收所述的方式與反應混合物或濃縮反應混合物中分離。
如上文關于甘氨酸鹽和鹵甲基膦酸的反應進一步描述的那樣，另一種回收方法包括將反應混合物或濃縮液酸化至草甘膦等電點，并沉淀出游離酸(游離堿)形式的產物。可以回收清液層作為胺反應物源以用于進一步使用HMPA或鹵甲基膦酸制備草甘膦。
按照再一備選方案，可以通過結晶回收式I的產品，也大致與上文關于甘氨酸鹽與鹵甲基膦酸的反應產物所述相同。
也可以大致沿著上文關于圖1-4所述的工藝流程，通過包括離子交換在內的方法將草甘膦與未反應的甘氨酸鹽分離。在這些情況下，用水稀釋反應產物以防止溶解的反應物或產物在工藝設備中的鹽析，并產生具有高水濃度(基于摩爾數)的產物。離子交換分離方案大致如圖1-4所示，并且可以大致如上所述進行分離過程。例如，能夠將草甘膦與甘氨酸鹽和氯化物離子分離的樹脂可用于類似的用于將草甘膦與甘氨酸鹽和溴化物離子分離的分離方案中。如果在將草甘膦與甘氨酸鹽和鹵化物離子分離的離子交換分離中，將羥甲基膦酸三鉀(或其它三堿金屬)與草甘膦三鉀(或其它三堿金屬)一起洗脫，可能必須將洗出液轉移到另一柱中以分離HMPA和草甘膦。
或者，當胺反應物包含IDA時，可以按照上文針對在鹵甲基膦酸和甘氨酸鹽的反應中制得的PMIDA所述的方式回收PMIDA。可以通過催化氧化將PMIDA產物轉化成草甘膦。
HMPA與MEA或衍生物的反應在HEAMPA或其衍生物的制備中，HMPA可以與鏈烷醇胺或鏈烷醇胺氫鹵化物反應。與HMPA反應的鏈烷醇胺底物通常符合如上文關于鹵甲基膦酸的反應所述的式V。
優選地，單乙醇胺或式V的其它化合物的當量與HMPA當量的比率為至少大約1.5，更優選至少大約3，再優選至少大約5，最優選至少大約8。式V的化合物與鹵甲基膦酸的高比率促進了鏈烷醇胺底物轉化成HEAMPA或式IV的其它化合物，并且最少地生成副產物N，N-雙(膦酰基甲基)乙醇胺或其它N，N-雙(膦酰基甲基)衍生物。
如甘氨酸轉化成草甘膦那樣，HMPA試劑優選為脫水自酯低聚物的形式。反應優選在升高的溫度下進行，例如大約125℃至大約220℃，更通常大約150℃至大約200℃。水是反應的產物；但是可以任選隨著反應進行從反應介質中去除。反應可以在熔體(不摻雜)或在存在上述任何溶劑(在上文中關于HMPA與甘氨酸的反應和/或用于鹵甲基膦酸與MEA的反應所述)的情況下進行。由于MEA和類似鏈烷醇胺在室溫下為液體，對于這種鏈烷醇胺與HMPA的反應，通常不必使用溶劑。部分由于不存在溶劑，與甘氨酸或甘氨酸鹽和HMPA的反應相比，可以在相對較高的反應物濃度下進行HMPA和MEA或其它鏈烷醇胺的反應。例如，可以在高于大約5重量％、更通常高于大約10重量％、優選高于大約15重量％的初始HMPA濃度下進行反應。
當底物包含MEA酸式鹽時，例如MEA∶HCl，反應被認為通常分為兩個相繼的步驟進行。按照這一機理，MEA∶HCl首先與HMPA或HMPA源反應，產生中間反應混合物；然后使該中間反應混合物與堿接觸以制造所需的式IV的膦酰基甲胺產品。不限于任何特定理論，MEA氫氯化物或其它氫鹵化物被認為首先與HMPA反應形成鹵甲基氨甲基膦酸，后者與MEA游離堿反應以產生HEAMPA。優選地，該堿是堿金屬氫氧化物，最優選NaOH或KOH，并以每摩爾最初存在的羥甲基膦酸對應至少大約1.5摩爾的比率加入。更優選地，在反應介質中以每摩爾初始羥甲基膦酸加料量對應至少大約2摩爾、更優選至少大約3摩爾的比率加入堿。任選地，除堿金屬氫氧化物外，或代替堿金屬氫氧化物，可以存在其它堿，例如堿式磷酸鹽和取代的銨、鏻、锍或氧化锍之類抗衡陽離子的氫氧化物，和它們的混合物。
當底物包含MEA游離堿或其它鏈烷醇游離堿時，MEA和HMPA的反應產生中間加合物和/或其它還未識別的中間物類。無論其結構如何，都可以將中間反應產物水解成所需的膦酰基甲基化反應產物。通過在反應混合物中加入含水酸以方便地進行水解。氫溴酸或鹽酸之類的氫鹵酸適用于此。反應混合物中酸與胺的當量比適當地與用于在HMPA與甘氨酸鹽的反應中將中間體轉化成所需產物時使用的比率相似。水解便利地在大約60℃至大約150℃、更通常大約70℃至110℃、優選大約80℃至100℃的溫度下進行。
由MEA游離堿和HMPA形成中間物類的反應被認為是堿催化的反應。任選地，反應中的該步驟可以在存在強堿的情況下進行。然而，由于MEA本身是堿性的，所以中間體的形成可以在不添加MEA以外的任何堿的情況下進行。
上文關于甘氨酸與HMPA的反應所述添加劑的類型，也可用于MEA胺鹽或MEA游離堿與HMPA的反應的第一步驟。
HMPA或脫水HMPA也可以與仲鏈烷醇胺(例如二乙醇胺或N-甲基單乙醇胺)反應以制造N，N-雙(羥乙基)氨甲基膦酸或N-甲基-N-羥乙基氨甲基膦酸。由于仲胺底物的使用有效地抑制或阻礙了副產物雙(膦酰基甲基)物類的生成，可以將胺與HMPA的比率降至相對較低的水平，并由此最大程度地降低了回收和再循環未反應的胺的必要程度。可以使用Ru、Os或其它鉑族金屬或過渡金屬催化劑促進在相對較低的胺∶HMPA比率下進行的操作。
如關于甘氨酸鹽與HMPA之間的反應所論述的那樣，MEA與HMPA的反應也可以以連續模式進行。
HEAMPA或其它膦酰基甲基化的鏈烷醇胺的回收在相對于HMPA的加入量使用過量單乙醇胺或式V的其它化合物進行反應時，產物的回收進一步要求去除反應混合物中所含的未反應的式V化合物。可以通過用水不混溶性溶劑(例如二氯甲烷)萃取，方便地從水解反應混合物中去除未反應的式V化合物。二氯甲烷以外的可用于該萃取的溶劑在上文關于從通過鹵甲基膦酸與MEA的反應制得的反應混合物中萃取MEA的部分有論述。如上所述，可以蒸餾萃取物以將式V的化合物與萃取溶劑分離，將前者再循環到反應步驟，后者再循環到萃取步驟。蒸餾還可以產生合適的用于去除雜質的清除餾分，或可以通過再循環胺反應物、或再循環溶劑或這二者的凈化或進一步處理來去除雜質。
如上文關于鹵甲基膦酸的反應所進一步描述的那樣，可以從反應混合物中蒸餾出MEA或式V的其它化合物。可以使用其中所述的蒸餾工藝方案，利用在HMPA/MEA中間加合物轉化之后獲得的水解反應混合物作為起始原料。當對該反應使用有機溶劑時，優選首先去除副產物鹽，并蒸餾過濾后的反應混合物以去除溶劑和未反應的式V的化合物。
還可以如上所述處理由萃取產生的萃余液。
可以使用圖5的回收方案以大致如上所述的方式回收HEAMPA。
也可以按照上述方式，將HEAMPA或取代HEAMPA脫氫成草甘膦或取代草甘膦。
HMPA與酰胺的反應還發現，可以通過HMPA與酰胺的反應制備氨甲基膦酸(“AMPA”)。按照該方法，使HMPA或HMPA自酯低聚物與脲或甲酰胺之類的酰胺反應。酰胺與HMPA的羥甲基部分的反應產生了包含N-酰基AMPA的中間加合物，其中酰基來自酰胺。因此，在是脲的情況下，中間加合物包含N-氨基甲酰AMPA，在是甲酰胺的情況下，其包含N-甲酰基AMPA。用堿水解，產生AMPA的鹽和與酰胺對應的羧酸的副產物鹽。因此，當酰胺是脲且堿是KOH時，反應副產物是氨基甲酸鉀。在是甲酰胺和KOH的情況下，副產物是甲酸鉀。
為了進行該方法，使HMPA或優選其自酯低聚物與酰胺在通常125℃至250℃、優選大約150℃至大約200℃之間接觸。反應可以在熔體中進行，或者在存在上文關于HMPA與甘氨酸或MEA的反應所述的任何溶劑時進行。反應物比率也通常在如上文針對甘氨酸與MEA所述的相同的范圍內。在HMPA和酰胺轉化成上述加合物后，在中間反應混合物中加入堿，并將加合物水解以產生AMPA的鹽和作為酰胺來源的羧酸的鹽。
通過本領域已知的方法可將從反應混合物中回收的AMPA轉化成草甘膦或HEAMPA。例如，參看WO 96/14135。
可以選擇各種酰胺用于本發明的這一具體實施方式
的反應方案。優選甲酰胺和脲。通常，酰胺符合式R11C(O)NH2，其中R11選自烷基、取代烷基、芳基、取代芳基、氨基和取代氨基。
如上所述的在鹵甲基膦酸系統中那樣，HMPA與胺或酰胺底物進行反應的介質有時是堿性的；即使當它們是酸性時，HMPA可能不能充分質子化。因此，此處要理解的是，除非文中另行指明，只要提到在“羥甲基膦酸”與胺或酰胺反應物之間進行反應，其含義是還包括胺或酰胺反應物與羥甲基膦酸根陰離子之間的反應，并且只要提到反應是與“羥甲基膦酸的鹽”進行，其含義也是包括與羥甲基膦酸根陰離子的反應。
下列實施例舉例說明了本發明。
實施例1由氯甲基膦酸(CMPA)和甘氨酸鹽制備草甘膦
將甘氨酸鈉(1.126克)和氯甲基膦酸(“CMPA”)(0.132克)加入含水堿性反應介質(0.9克NaOH，在0.7毫升水中)中。反應在80℃進行16小時。按照與第一個基本相同的方式再進行四個反應，但是對條件作出一些改變。在第三、第四和第五個反應中，相對于CMPA，甘氨酸鈉的加入量是第一和第二個反應的兩倍。在第二和第四個反應中，不加入甘氨酸鈉以外的堿。在第五個反應中，使用氫氧化鈣代替NaOH，將溫度升至95℃并將反應時間升至120小時。通過HPLC和NMR測量草甘膦、草甘雙膦和HMPA的收率。各自的甘氨酸/CMPA比率、堿類型和與CMPA的比率、CMPA轉化率、反應溫度、反應時間、甘氨酸轉化率、草甘膦收率、草甘雙膦收率和HMPA收率列在表1中。
表1.甘氨酸量對CMPA與甘氨酸鈉的反應的影響

可以使用添加劑，例如La(OH)3或優選聚乙烯亞胺，以基于HMPA為90至98％的收率制造草甘膦。
實施例2大致按照實施例1所述的方式在含水堿性反應介質中再進行反應，但是改變反應介質中的含水量、反應時間和反應溫度。在某些反應中包含添加劑，也就是，在第二個反應中濃度為2.0重量％的NaI、在第三個反應中濃度為0.5重量％的NaI、在第四個反應中濃度為2.0重量％的四丁銨硫酸氫鹽、在第五個反應中濃度為6.0重量％的15-冠-5-醚、在第六個反應中濃度為3.6重量％的氫氧化鑭、和在第七且最后一個反應中濃度為1.9重量％的聚乙烯亞胺。在第五個反應中，用氫氧化四丁銨代替NaOH作為堿成分。
對于該實施例的反應，每個反應的時間和溫度、堿類型和與CMPA的摩爾比、水與CMPA的比率、添加劑類型、甘氨酸轉化率、草甘膦收率、草甘雙膦收率、磷酸/磷酸鹽收率和用于測定收率的分析方法列在表2中。
表2.某些添加劑對CMPA與10倍過量的甘氨酸鈉的反應的影響

實施例3單乙醇胺與氯甲基膦酸(CMPA)的反應 氯甲基膦酸(CMPA)可以在堿性反應體系中與MEA反應。在存在NaOH的情況下，MEA(10倍過量)與CMPA在水或水-有機介質中于80至100℃反應16至22小時，從而以55至86％的收率(基于HMPA)產生HEAMPA。反應速率取決于NaOH的量(見表3)。
將單乙醇胺(“MEA”)(0.9克)和氯甲基膦酸(“CMPA”)(0.167克)，也就是MEA十倍過量，加入含水堿性反應介質(0.132克NaOH，在0.6毫升水中)中。反應在100℃進行19小時。按照與第一個基本相同的方式再進行三個反應，但是對條件作出一些改變。時間和溫度條件、NaOH與MEA的摩爾比、CMPA轉化率、HEAMPA選擇性和收率、雙加合物選擇性、對HMPA的選擇性、和對磷酸或磷酸鹽的選擇性，與用于測定收率的分析方法一起列在表3中。
表3.CMPA與10倍過量MEA和不同量的NaOH的反應

實施例4大致按照實施例3所述的方式進行MEA與CMPA的反應，不同的是將NaOH換成N(CH3)4OH并改變含水量。換成N(CH3)4OH導致CMPA水解產物(也就是HMPA)的產量提高。見表4。
表4.CMPA與10倍過量MEA和3當量N(CH3)4OH在92℃反應22小時，通過31P NMR測定

實施例5所需產物，羥乙基氨基-甲基膦酸(HEAMPA)的收率極大地取決于反應混合物中水的濃度。根據31P NMR數據，加入50當量的水(42重量％)，使HEAMPA的收率從4H2O當量(19重量％)時的55％提高至84％。
按照與實施例4大致相同的方式再進行反應，不同的是改變含水量。本實施例的各個反應的結果列在表5中。
表5.水濃度對CMPA與10倍過量MEA和3當量NaOH在90℃反應21.5小時的影響，通過31P NMR測定

實施例6大致按照實施例5的方式進一步進行反應，其中進料混合物含有42重量％或30重量％的水。反應介質中還可以包含各種有機溶劑。第一組反應(42重量％的水)的條件和結果列在表6中，第二組反應(30重量％的水)的條件和結果列在表7中。如這些結果所示，觀察到類似DMF、四甘醇的單甲醚、乙腈、和20重量％ tetraglyme(四甘醇的二甲醚)的一些溶劑增強了過烷基化的作用，降低了所需產物的收率。冠醚、乙二醇、甲醇和10重量％四甘醇二甲醚幾乎不起作用，也就是說，它們不會影響過烷基化的程度。用10和20重量％的甘油獲得合意的效果，在其存在的情況下，HEAMPA的收率最高提高到86％，同時過烷基化產物、雙加合物和水解產物HMPA的量最小。
表6.溶劑對CMPA與10倍過量MEA和3當量NaOH在42重量％H2O存在下在90℃反應22小時的影響，通過31P NMR測定

表7.溶劑(30重量％H2O+20重量％溶劑)對CMPA與10倍過量MEA和3當量NaOH在90℃反應22小時的影響，通過31P NMR測定

實施例7由氯甲基膦酸(CMPA)和亞氨基二乙酸(IDA)制備N-膦酰基甲基亞氨基二乙酸(GI)

表8.CMPA和IDA以等摩爾量反應


實施例8 在真空下加熱以制備HMPA的自酯在配有磁攪拌器的15毫升燒瓶中加入0.5510克(3.7毫摩爾)含有1.4分子H2O的結晶HMPA[(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O]。將燒瓶浸在油浴中并在大約1毫米/汞柱的真空下加熱至100℃達1小時20分鐘。形成淺黃色粘稠糖漿狀液體。根據1H、13C和31P NMR，其是由自酯二聚物(1)(20％)及其聚合或低聚(具有P-O-CH2-P和P-O-P基團)衍生物構成的。
實施例9 用二甲苯共沸蒸餾以制備HMPA的自酯在配有磁攪拌器、具有冷凝器的迪安斯達克榻分水器和溫度計的50毫升燒瓶中加入0.982克(6.6毫摩爾)含有1.4分子H2O的結晶HMPA[(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O]和15毫升二甲苯(異構混合物，b.p.137-144℃)。將燒瓶浸在油浴中并加熱至165℃達19小時。在分水器中收集到大約0.7毫升的水。形成淺黃色濃稠漿。根據1H、13C和31P NMR，其是由自酯二聚物(1)的聚合或低聚(具有P-O-CH2-P和P-O-P基團)衍生物構成的，并含有10％的自酯二聚物(1)。
實施例10 用1，3，5-三甲基苯共沸蒸餾以制備HMPA的自酯在配有磁攪拌器、具有冷凝器的迪安斯達克榻分水器和溫度計的50毫升燒瓶中加入0.982克(6.6毫摩爾)含有1.4分子H2O的結晶HMPA[(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O]和15毫升1，3，5-三甲基苯(b.p.164℃)。將燒瓶浸在油浴中并加熱至188℃達20小時。形成黃色類似琥珀的固體材料。根據1H、13C和31P NMR，其是由自酯二聚物(1)的聚合或低聚(與P-O-CH2-P和P-O-P基團)衍生物構成的，并僅含痕量(1)。由此獲得的“脫水HMPA”可以在溫和的水解條件下轉化成自酯二聚物。
實施例11 HMPA自酯與單芐胺的反應由1.489克(10.06毫摩爾)(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O如實施例8所述制備HMPA自酯樣品。在去除1，3，5-三甲基苯之后，在HMPA自酯中加入10毫升N-芐胺。將燒瓶浸在油浴中并加熱至180℃達16小時。然后將反應混合物冷卻并用10毫升D2O和5毫升濃HCl稀釋。將該溶液在95℃加熱4小時，根據31P NMR，產生77.8％所需產物N-芐基氨甲基膦酸、9.1％ N，N-二芐基氨甲基膦酸、3.3％ H3PO4和9.8％對稱-HMPA醚{[(OH)2P(O)CH2]2O}。
實施例12 由HMPA自酯和單芐胺制備氨甲基膦酸(AMPA)在由0.551克(3.7毫摩爾)(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O如實施例8中所述制成的HMPA自酯樣品中，加入5.5毫升N-芐胺。將燒瓶浸在油浴中并在攪拌的同時加熱至180℃達16小時。在初期，液體中存在白色晶體。在反應物中加入30毫升的6％NaOH混合物并形成均質溶液。用甲苯(4×20毫升)然后用醚(2×20毫升)萃取過量的單芐胺。將水層用水稀釋至100克，并在存在Pd(OH)2/C的情況下，將10克該溶液在90psi H2壓力下氫解，根據HPLC，以90.6％收率產生AMPA。
實施例13 由HMPA自酯和脲制備氨甲基膦酸(AMPA)在由0.2975克(2.13毫摩爾)(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O如實施例8中所述在120℃2小時制成的HMPA自酯樣品中，加入脲(1.245克，20.75毫摩爾)。將燒瓶浸在油浴中并在N2下攪拌的同時加熱至185℃達15小時。在反應混合物中加入10毫升的15％ NaOH混合物并將該均質溶液在回流下水解10小時。根據HPLC，以93％收率獲得AMPA，還檢測出3.6％H3PO4、0.9％ H3PO3和4.1％雙-膦酰基甲基亞胺。
實施例14 由HMPA自酯和甘氨酸鈉在熔體中制備N-膦酰基甲基甘氨酸(草甘膦)將由0.066克(0.48毫摩爾)(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O如實施例8中所述制成的HMPA自酯樣品與過量甘氨酸鈉(0.482克，4.97毫摩爾)在2毫升乙腈中攪拌大約10分鐘，然后去除溶劑。將燒瓶浸在油浴中并在劇烈攪拌的同時加熱至180℃達16小時。在此時間結束時，將反應混合物用24％HBr(10毫升)在110℃水解6小時，根據HPLC，以20％HMPA轉化率產生了16.7％草甘膦、1.1％AMPA、2.3％H3PO4、和1.5％H3PO3。
實施例15 由HMPA自酯和甘氨酸鈉在15-冠-5醚中制備N-膦酰基甲基甘氨酸(草甘膦)將由0.077克(0.56毫摩爾)(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O如實施例8中所述制成的HMPA自酯樣品與過量甘氨酸鈉(0.488克，5.03毫摩爾)在2毫升15-冠-5醚中在178℃劇烈攪拌16小時。在此時間結束時，將反應混合物用24％HBr(10毫升)在110℃水解6小時，根據HPLC，以23％HMPA轉化率產生了18.0％草甘膦、1.8％AMPA、1.9％H3PO4、和1.9％草甘雙膦。
實施例16 由HMPA自酯和甘氨酸鈉在環丁砜中制備N-膦酰基甲基甘氨酸(草甘膦)
將由0.106克(0.775毫摩爾)(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O如實施例8中所述制成的HMPA自酯樣品與過量甘氨酸鈉(0.480克，4.96毫摩爾)在1.5毫升環丁砜中于180℃劇烈攪拌16小時。在此時間結束時，將反應混合物用24％HBr(10毫升)在110℃水解6小時，根據HPLC，以20％HMPA轉化率產生了15.1％草甘膦、1.2％ AMPA、2.2％ H3PO4、0.7％H3PO3和1.7％草甘雙膦。
實施例17 由HMPA自酯和甘氨酸鈉在環丁砜中制備N-膦酰基甲基甘氨酸(草甘膦)在存在0.219克(1.46毫摩爾)NaI的情況下，將由0.064克(0.47毫摩爾)(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O如實施例8中所述制成的HMPA自酯樣品與過量甘氨酸鈉(0.475克，4.90毫摩爾)在2毫升環丁砜中在150℃劇烈攪拌94小時。在此時間結束時，將反應混合物用24％HBr(10毫升)在110℃水解6小時，根據HPLC，以36％HMPA轉化率產生了30.3％草甘膦、2.5％AMPA、4.7％H3PO4和0.7％草甘雙膦。
實施例18 由HMPA自酯和單乙醇胺制備N-(羥乙基)氨甲基膦酸(HEAMPA)在由0.140克(1.02毫摩爾)(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O如實施例8中所述在110℃2小時制成并置于Fisher瓶中的HMPA自酯樣品中，加入0.620克(10.15毫摩爾)單乙醇胺。將該瓶浸在油浴中并在攪拌的同時加熱至185℃達17小時。然后，用二氯甲烷萃取過量的MEA，并將殘余物用10毫升25％ HCl在90℃水解16小時，根據HPLC，以23％HMPA轉化率產生了18.4％HEAMPA、2.6％N，N-雙-膦酰基甲基乙醇胺和1.9％H3PO4。
實施例19 由HMPA自酯和單乙醇胺制備N-(羥乙基)氨甲基膦酸(HEAMPA)
在由0.177克(1.29毫摩爾)(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O如實施例8中所述在110℃2小時制成的HMPA自酯樣品中，加入1.01克(16.5毫摩爾)單乙醇胺和0.05克(0.3毫摩爾)NaI。將該配有冷凝器的燒瓶浸在油浴中并在攪拌的同時加熱至163℃達68小時。然后，用二氯甲烷萃取過量的MEA，并將殘余物用10毫升24％HBr在110℃水解6小時，根據HPLC，以14％HMPA轉化率產生了13.4％HEAMPA。
實施例20 由HMPA自酯和單乙醇胺在苯甲醚中制備N-(羥乙基)氨甲基膦酸(HEAMPA)在由0.343克(2.5毫摩爾)(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O如實施例8中所述在110℃2小時制成的HMPA自酯樣品中，加入1.205克(19.7毫摩爾)單乙醇胺和2毫升苯甲醚。將該配有冷凝器的燒瓶浸在油浴中并在攪拌的同時加熱至180℃達16小時。然后，用二氯甲烷萃取苯甲醚和過量的MEA，并將殘余物用10毫升25％ HCl在90℃水解16小時，根據31PNMR，以16％HMPA轉化率產生了15.9％HEAMPA。
實施例21 由HMPA自酯和單乙醇胺在芐基氰中制備N-(羥乙基)氨甲基膦酸(HEAMPA)在由0.143克(1.04毫摩爾)(OH)2P(O)CH2OH·1.4H2O如實施例8中所述在110℃3小時制成的HMPA自酯樣品中，加入0.620克(10.27毫摩爾)單乙醇胺和2毫升芐基氰。將該配有冷凝器的燒瓶浸在油浴中并在攪拌的同時加熱至185℃達17小時。然后，用二氯甲烷萃取芐基氰和過量的MEA，并將殘余物用10毫升25％ HCl在90℃水解16小時，根據31PNMR，以15％HMPA轉化率產生了14.6％HEAMPA。
實施例22大致重復實施例13的制備，但是提高脲與HMPA的比率。反應條件、HMPA轉化率、AMPA選擇性、亞氨基雙(也就是草甘雙膦)選擇性和磷酸鹽選擇性列在下表9中，其中T，h＝反應時間(單位小時)，t，C＝反應溫度(單位℃)。
表9.自由HMPA與過量脲的反應

實施例23在一系列實驗中，通過脫水HMPA與十倍過量的幾種不同甘氨酸鹽的反應制備草甘膦鹽。三個實驗使用甘氨酸氫氯化物進行的，一個用三氟乙酸鹽，另一個用硫酸鹽。反應條件、HMPA轉化率、甘氨酸轉化率和選擇性列在表10中。
表10脫水HMPA與10倍過量甘氨酸的某些酸式鹽的反應

實施例24
在各種條件下，有時在存在各種添加劑的情況下，進行甘氨酸氫氯化物與HMPA的反應。所用添加劑、反應條件和結果列在表11中。
表11.過量甘氨酸氫氯化物

實施例25使自由(也就是單體)HMPA與MEA氫氯化物在存在分子篩添加劑的情況下反應。反應條件、轉化率和選擇性列在表12中。
表12.脫水HMPA與過量MEA鹽酸鹽的反應

實施例26使HMPA與十倍過量的MEA:HCl在存在分子篩的情況下反應。反應條件、轉化率和選擇性列在表13中。
表13.自由HMPA與10倍過量的MEA鹽酸鹽的反應

實施例27在一系列實驗中，使HMPA與幾種不同的胺底物在存在不同催化劑的情況下反應。底物、催化劑、反應條件和產品收率列在表14中。在該表中，“DSIDA”是亞氨基二乙酸二鈉，“DSHMPA”是HMPA的二鈉鹽，“TBA2HMBA”是HMPA的二叔丁酯，且“TBA2IDA”是IDA的二叔丁酯。
表14.HMPA與官能化胺的反應


實施例28在一系列實驗中，使HMPA分別與芐胺、脲和甲酰胺反應，每種情況下都存在催化劑。底物、催化劑、反應條件和結果列在表15中。
表15.HMPA與胺和酰胺的反應

實施例29在一系列實驗中，使HMPA二鈉與DSIDA在存在均相釕催化劑的情況下反應。催化劑類型、反應條件和結果列在表16中。
表16.均相釕催化劑在DSHMPA與DSIDA的反應中


實施例30在一系列實驗中，使HMPA二鈉與DSIDA在存在多相釕催化劑的情況下反應。催化劑類型、反應條件和結果列在表17中。
表17.多相釕催化劑在DSHMPA+DSIDA的反應中(在1毫升H2O中)

實施例31進行一系列實驗以測定在用5重量％Ru/C催化劑催化的HMPA和DSIDA的反應中稀釋和氫壓力的影響。反應條件、添加劑類型和結果列在表18中。
表18.使用在活性炭上的5％Ru，Strem(lot 132308-s 44-4040)，稀釋、H2和pH的影響

實施例32進行兩個實驗，其中使DSHMPA與肌氨酸在存在5％Ru/C催化劑的情況下反應。這些實驗的結果和條件列在表19中。
表19.DSHMP與肌氨酸的反應

實施例33進行一系列實驗，在每個實驗中使DSHMPA與DSIDA在存在均相釕催化劑的情況下反應。催化劑選擇、實驗條件和結果列在表20中。
表20在DSHMPA+DSIDA反應中(100psi H2)均相Ru催化劑的新例子

實施例34進行一系列實驗中，其中使HMPA與作為胺底物的DSIDA、草甘膦或PMIDA(“GI”)反應。在一個實驗中，使用RuCl3均相催化劑。除此實驗外，在其它所有實驗中使用5％Ru/C催化劑。反應條件和轉化率列在表21中。
表21在DSHMPA與DSIDA或草甘膦的催化反應中原材料和產物的熱穩定性


*在4當量DSHMPA的存在下；**鈉鹽。
實施例35進行一系列實驗以測試某些絡合物離子對CMPA和甘氨酸之間反應的影響。反應條件和結果列在表22中。
表22一些絡合物離子對CMPA與甘氨酸的反應的影響(CMPA∶甘氨酸摩爾比1∶1，T，18小時，t，75℃)

權利要求
1.一種制備符合下式的產品或其膦酸酯或鹽的方法 式I其中R1選自由氫和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，R2和R3獨立地選自由氫、硝基、氰基和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，且R4選自由氰基和符合下式的取代基組成的組 式II其中R5為氫或形成羧酸鹽或酯的部分，該方法包括使鹵甲基膦酸或其鹽與胺反應物以每摩爾鹵甲基膦酸對應至少大約1.5摩爾所述胺反應物的比率接觸，所述胺反應物包括符合下式的化合物 式III其中R1、R2、R3和R4如上定義，或包括其中R4符合式II的式III的化合物的二聚物、低聚物或聚合物。
2.如權利要求1所述的方法，其中R5選自由氫、堿金屬、取代的銨、锍和鏻、和取代或未取代的氧化锍、烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組。
3.如權利要求1所述的方法，其中鹵甲基膦酸與所述胺反應物在堿性反應介質中接觸。
4.如權利要求3所述的方法，其中在式III的化合物中R4符合式II，且R5包括堿金屬。
5.如權利要求4所述的方法，其中鹵甲基膦酸在還含有另一種堿的反應介質中與堿金屬甘氨酸鹽接觸。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述另一種堿包括氫氧化鉀，且反應產物包括草甘膦鉀。
7.如權利要求5所述的方法，其中所述反應介質以下述比例包含所述另一種堿相對于每摩爾加入所述反應介質中的鹵甲基磷酸，不大于3.5摩爾。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述另一種堿與加入所述反應介質中的胺反應物的摩爾比為大約0.02至大約2。
9.如權利要求5所述的方法，其中所述另一種堿選自由堿金屬氫氧化物和磷酸的堿式鹽組成的組。
10.如權利要求3所述的方法，其中所述堿性介質含有選自由取代的銨、鏻、锍或氧化锍及其混合物組成的組的陽離子。
11.如權利要求3所述的方法，其中所述反應介質進一步含有選自由鹵化物離子、路易斯酸和含氮堿組成的組的添加劑。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述添加劑包括選自由碘化物和溴化物組成的組的鹵化物離子。
13.如權利要求11所述的方法，其中所述添加劑包括選自由氧化鋁、二氧化硅、稀土金屬氫氧化物、多酚鹽、氯化鋅和三氟化硼組成的組的路易斯酸。
14.如權利要求11所述的方法，其中所述添加劑包括選自由多胺、聚乙烯亞胺和雜環堿組成的組的含氮堿。
15.如權利要求11所述的方法，其中所述鹵甲基膦酸包括氯甲基膦酸，并且氯甲基膦酸在存在溴化物或碘化物的情況下與所述胺反應物接觸。
16.如權利要求3所述的方法，其中鹵甲基膦酸在所述反應介質中的初始濃度為至少大約3重量％。
17.如權利要求16所述的方法，其中所述產品是以在所述反應介質中至少大約4重量％的濃度制造的。
18.如權利要求3所述的方法，其中所述反應介質進一步包含水。
19.如權利要求18所述的方法，其中水以下述比例加入所述反應介質中每摩爾加入所述介質中的鹵甲基膦酸，對應至少12摩爾。
20.如權利要求19所述的方法，其中水以下述比例加入所述反應介質中每摩爾加入所述介質中的鹵甲基膦酸，對應至少大約25摩爾。
21.如權利要求20所述的方法，其中水以下述比例加入所述反應介質中每摩爾加入所述介質中的鹵甲基膦酸，對應至少大約40摩爾。
22.如權利要求3所述的方法，其中鹵甲基膦酸在環境溫度至大約150℃之間與所述胺反應物接觸。
23.如權利要求22所述的方法，其中鹵甲基膦酸在大約70℃至大約140℃之間與所述胺反應物接觸。
24.如權利要求23所述的方法，其中鹵甲基膦酸在大約100℃至大約130℃之間與所述胺反應物接觸。
25.如權利要求3所述的方法，其中所述反應介質包含極性有機溶劑。
26.如權利要求25所述的方法，其中所述溶劑包含水與極性有機溶劑的混合物，且通過結晶從所述反應介質中回收所述產品。
27.如權利要求1所述的方法，其中所述胺反應物與鹵甲基膦酸在烷基化反應區中反應以產生包含未反應的胺反應物的反應混合物，并且從反應混合物中分離胺反應物并再循環到反應區中。
28.如權利要求1所述的方法，其中R1是氫或烷基，R4符合式II，且R2和R3是氫。
29.如權利要求28所述的方法，其中R1是氫。
30.如權利要求1所述的方法，其中所述比率為至少大約3。
31.如權利要求1所述的方法，其中所述比率為至少大約5。
32.如權利要求1所述的方法，其中所述比率為至少大約8。
33.如權利要求32所述的方法，其中鹵甲基膦酸在進一步含有另一種堿的堿性反應介質中與堿金屬甘氨酸鹽接觸。
34.如權利要求33所述的方法，其中相對于每摩爾加入所述反應介質中的鹵甲基磷酸鹽，所述反應介質含有大約0.02至大約2摩爾的所述另一種堿。
35.如權利要求32所述的方法，其中鹵甲基膦酸在基本不含另一種堿的反應介質中與堿金屬甘氨酸鹽接觸。
36.如權利要求1所述的方法，其中使鹵甲基膦酸或其鹽在堿性含水介質中與甘氨酸的鹽或N-取代的甘氨酸的鹽接觸以制造含有草甘膦鹽或N-取代的草甘膦鹽和未反應的氨基酸成分的含水反應產物混合物，其中未反應的氨基酸成分選自由甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽組成的組。
37.如權利要求36所述的方法，其中從所述反應產物混合物中回收草甘膦、草甘膦鹽、N-取代的草甘膦或N-取代的草甘膦鹽。
38.如權利要求37所述的方法，其中草甘膦、草甘膦鹽、N-取代的草甘膦或N-取代的草甘膦鹽的回收包括使含水產品回收進料混合物與陰離子交換樹脂接觸，相對于所述未反應的胺成分，該陰離子交換樹脂對草甘膦具有選擇性，所述含水產品回收進料混合物包含在所述反應混合物中制成的草甘膦、草甘膦鹽、N-取代的草甘膦或N-取代的草甘膦鹽和未反應的氨基酸成分，由此將草甘膦或N-取代的草甘膦陰離子加載到所述樹脂上，并制造含有所述未反應的氨基酸成分的流出液相；并使含有所述草甘膦或N-草甘膦陰離子的離子交換樹脂與堿接觸，由此從所述樹脂中洗脫草甘膦的鹽或N-取代的草甘膦的鹽，并制造含有所述草甘膦鹽或N-取代的草甘膦鹽和所述堿的鹵化物鹽的含水洗出液。
39.如權利要求38所述的方法，其中所述含水產品回收混合物包括所述反應混合物、中和的反應混合物、或所述反應混合物或中和的反應混合物的濾液、濃縮液或稀釋液。
40.如權利要求38所述的方法，其中所述堿包括堿金屬氫氧化物，所述含水洗出液包含堿金屬鹵化物。
41.如權利要求38所述的方法，其中將所述洗出液與無機酸混合以制造部分中和的洗出液，對其進行納米過濾以便將草甘膦鹽或N-取代的草甘膦鹽與所述鹵化物鹽分離。
42.如權利要求38所述的方法，其中使所述產物回收進料混合物在初級分離區中與離子交換樹脂接觸以產生初級洗出液，將所述初級洗出液與無機酸混合以制造酸化的初級洗出液，并使所述酸化的初級洗出液在二次分離區中與色譜分離介質接觸以便將草甘膦鹽或N-取代的草甘膦鹽與所述鹵化物鹽分離。
43.如權利要求38所述的方法，其中在膦酰基甲基化反應區中使甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽與所述鹵甲基膦酸或其鹽接觸以制造所述含水反應產物；并使含有未反應的氨基酸成分的所述流出液再循環到所述反應區中。
44.如權利要求37所述的方法，其中草甘膦、草甘膦鹽、N-取代的草甘膦或N-取代的草甘膦鹽的回收包括使含水產品回收進料混合物與色譜分離介質接觸，所述含水產品回收進料混合物包含在所述反應混合物中制成的草甘膦、草甘膦鹽、N-取代的草甘膦或N-取代的草甘膦鹽和未反應的氨基酸成分，相對于未反應的氨基酸成分，所述色譜分離介質對于草甘膦或N-取代的草甘膦陰離子具有相對選擇性，從而相對于未反應的氨基酸成分的通過，阻礙了草甘膦或N-取代的草甘膦物類通過所述介質，并制造含有未反應的氨基酸成分的流出液相；和由所述色譜分離介質中洗脫出草甘膦、草甘膦鹽、N-取代的草甘膦或N-取代的草甘膦鹽。
45.如權利要求44所述的方法，其中所述含水產品回收混合物包括所述反應混合物、中和的反應混合物、或所述反應混合物或中和的反應混合物的濾液、濃縮液或稀釋液。
46.如權利要求45所述的方法，其中使所述負載后的色譜分離介質與堿性水溶液接觸，從而制造含有草甘膦的鹽或N-取代的草甘膦的鹽的洗出液。
47.如權利要求45所述的方法，其中在膦酰基甲基化反應區中使甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽與所述鹵甲基膦酸反應物接觸以制造所述含水反應產物；并將所述含有未反應的氨基酸成分的流出液再循環到所述反應區中。
48.如權利要求37所述的方法，其包括在產品回收進料混合物中加入無機酸以將其中和，所述產品回收進料混合物包含在所述反應混合物中制成的草甘膦、草甘膦鹽、N-取代的草甘膦或N-取代的草甘膦鹽和未反應的氨基酸成分；和從中和的產品回收進料混合物中結晶出甘氨酸或取代的甘氨酸。
49.如權利要求48所述的方法，其中所述含水產品回收混合物包括所述反應混合物、或其濾液、濃縮液或稀釋液。
50.如權利要求48所述的方法，其中甘氨酸的結晶包括將所述中和的產品回收進料混合物冷卻或濃縮。
51.如權利要求48所述的方法，其中甘氨酸或N-取代的甘氨酸的結晶產生含有草甘膦或N-取代的草甘膦的堿金屬鹽的母液，并對所述母液進行納米過濾或離子色譜分離以從中去除堿金屬鹵化物。
52.如權利要求51所述的方法，其中在膦酰基甲基化反應區中使甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽與所述鹵甲基膦酸反應物接觸以制造所述含水反應產物；并將從中和的產品回收進料混合物中結晶出的甘氨酸或N-取代的甘氨酸再循環到所述反應區中。
53.如權利要求48所述的方法，其中所述反應混合物包含草甘膦或N-取代的草甘膦的三堿金屬鹽，且在這種反應混合物或其它產品回收進料混合物中以如下優先的比例加入無機酸，該比例使得所述母液含有草甘膦或N-取代的草甘膦的三堿金屬鹽。
54.如權利要求53所述的方法，其中所述產品回收進料混合物主要由所述反應混合物構成，并且所述無機酸僅以與堿金屬甘氨酸鹽或N-取代的甘氨酸鹽含量大致相當的比例加入。
55.如權利要求48所述的方法，其中在膦酰基甲基化反應區中使甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽與鹵甲基膦酸或其鹽接觸以制造所述含水反應產物；并將從酸化的產品回收進料混合物中結晶出的甘氨酸或N-取代的甘氨酸再循環到所述反應區中。
56.如權利要求37所述的方法，其中草甘膦或N-取代的草甘膦的回收包括從產品回收進料混合物中結晶出甘氨酸或N-取代的甘氨酸，所述產品回收進料混合物包含在所述反應混合物中制成的草甘膦或N-取代的草甘膦鹽和未反應的氨基酸成分，從而制造含有草甘膦或其鹽的預結晶母液；和從所述預結晶母液中結晶出草甘膦或N-取代的草甘膦鹽。
57.如權利要求56所述的方法，其中所述含水產品回收混合物包括所述反應混合物、或其濾液、濃縮液或稀釋液。
58.如權利要求56所述的方法，其中在其結晶之后，將草甘膦或N-取代的草甘膦鹽在水介質中再調漿以制造產品再調漿溶液，對其進行納米過濾或離子色譜分離以從中去除堿金屬鹵化物。
59.如權利要求58所述的方法，其中所述結晶的草甘膦或N-取代的草甘膦鹽包含草甘膦或N-取代的草甘膦的三堿金屬鹽，通過與無機酸的接觸將三堿金屬鹽中和，以使產品再調漿溶液含有單堿金屬草甘膦或N-取代的草甘膦鹽。
60.如權利要求59所述的方法，其中在膦酰基甲基化反應區中使甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽與所述鹵甲基膦酸反應物接觸以制造所述含水反應產物；并將從產品回收進料混合物中結晶出的甘氨酸或N-取代的甘氨酸再循環到所述反應區中。
61.如權利要求60所述的方法，其中將從產品回收進料混合物中結晶出的甘氨酸或N-取代的甘氨酸在水介質中再調漿以制造胺反應物再調漿溶液，將其再循環到所述反應區中。
62.一種制備符合下式的產品或其膦酸酯或鹽的方法 式I其中R1選自由氫和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，R2和R3獨立地選自由氫、硝基、氰基和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，且R4選自由氰基和符合下式的取代基組成的組 式II其中R5為氫或形成羧酸鹽或酯的部分，該方法包括在含有選自由四烷基銨和取代鏻、锍或氧化锍、及其混合物組成的組的陽離子的凝相堿性反應介質中，使鹵甲基膦酸與胺反應物接觸，所述胺反應物包括符合下式的化合物 式III其中R1、R2、R3和R4如上定義，或包括其中R4符合式II的式III的化合物的二聚物、低聚物或聚合物。
63.一種制備符合下式的產品或其膦酸酯或鹽的方法 式I其中R1選自由取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，R2和R3獨立地選自由氫、硝基、氰基和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，且R4選自由氰基和符合下式的取代基組成的組 式II其中R5為氫或形成羧酸鹽或酯的部分，該方法包括使鹵甲基膦酸反應物與胺反應物接觸，所述鹵甲基膦酸反應物包括鹵甲基膦酸、鹵甲基膦酸鹽、鹵甲基膦酸酯、或它們的混合物，所述胺反應物包括符合下式的化合物 式III其中R1、R2、R3和R4如上定義，或包括R4符合式II時的式III的化合物的二聚物、低聚物或聚合物。
64.如權利要求63所述的方法，其中使所述鹵甲基膦酸反應物與所述胺反應物以下述比率接觸每摩爾鹵甲基膦酸對應不超過大約3摩爾所述胺反應物。
65.如權利要求63所述的方法，其中使所述鹵甲基膦酸反應物與所述胺反應物以下述比率接觸每摩爾鹵甲基膦酸對應不超過大約2.0摩爾所述胺反應物。
66.如權利要求63所述的方法，其中使所述鹵甲基膦酸反應物與所述胺反應物以下述比率接觸每摩爾鹵甲基膦酸對應不超過大約1.5摩爾所述胺反應物。
67.如權利要求63所述的方法，其中使所述鹵甲基膦酸反應物與所述胺反應物以下述比率接觸每摩爾鹵甲基膦酸對應不超過大約1.25摩爾所述胺反應物。
68.如權利要求63所述的方法，其中使所述鹵甲基膦酸反應物與所述胺反應物以下述比率接觸每摩爾鹵甲基膦酸對應不超過大約1.1摩爾所述胺反應物。
69.如權利要求63所述的方法，其中使所述鹵甲基膦酸反應物與所述胺反應物以大致相同的比例接觸。
70.如權利要求63所述的方法，其中在存在催化劑的情況下使所述式II的化合物與氧化劑接觸，從而去除取代基R1并制造式Ia的化合物 式Ia其中R2、R3和R4如上定義。
71.如權利要求63所述的方法，其中使所述式II的化合物與分子氧在存在碳載貴金屬催化劑的情況下接觸。
72.如權利要求71所述的方法，其中所述貴金屬催化劑包含選自由鉑和鈀組成的組的金屬。
73.如權利要求71所述的方法，其中保護貴金屬催化劑以免受到鹵化物離子的污染。
74.如權利要求63所述的方法，其中R1選自由甲基和丙基組成的組。
75.如權利要求63所述的方法，其中使所述鹵甲基膦酸或其鹽在堿性水介質中與所述胺反應物接觸。
76.一種制備符合下式的產品或其膦酸酯或鹽的方法 式IV其中R1選自由氫和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，R6是氫或形成醚的部分，R7選自由亞烷基和亞烯基組成的組；該方法包括使鹵甲基膦酸或其鹽與含有氨基醇或其源物質的胺反應物接觸，所述反應物包括符合下式的化合物 式V其中R1、R6和R7如上定義。
77.如權利要求76所述的方法，其中使所述鹵甲基膦酸在堿性反應介質中與所述胺反應物接觸。
78.如權利要求77所述的方法，其中所述堿性介質含有選自由四烷基銨和取代鏻、锍或氧化锍、及其混合物的陽離子組成的組。
79.如權利要求77所述的方法，其中所述反應介質進一步包含水。
80.如權利要求79所述的方法，其中以每摩爾加入所述介質中的鹵甲基膦酸對應至少25摩爾水的比例在所述反應介質中加入水。
81.如權利要求80所述的方法，其中以每摩爾加入所述介質中的鹵甲基膦酸對應大約40至大約60摩爾水的比例在所述反應介質中加入水。
82.如權利要求80所述的方法，其中所述反應介質含有至少大約35重量％的水。
83.如權利要求80所述的方法，其中所述反應介質含有大約40重量％至大約50重量％的水。
84.如權利要求77所述的方法，其中所述反應介質包含極性有機溶劑。
85.如權利要求84所述的方法，其中所述溶劑選自由二甲基甲酰胺、乙腈、四甘醇單甲醚、四甘醇二甲醚、含有3至大約8個C2或C3亞烷基單元的冠醚、乙二醇和甲醇組成的組。
86.如權利要求85所述的方法，其中所述溶劑選自由10重量％在水中的四甘醇二甲醚、含有3至大約8個C2或C3亞烷基單元的冠醚、乙二醇和甲醇組成的組。
87.如權利要求84所述的方法，其中所述溶劑包括多元醇。
88.如權利要求87所述的方法，其中所述溶劑選自由甘油、聚乙烯醇、季戊四醇和還原糖組成的組。
89.如權利要求88所述的方法，其中所述溶劑包括甘油。
90.如權利要求89所述的方法，其中所述溶劑含有10至20重量％在水中的甘油。
91.如權利要求76所述的方法，其中使鹵甲基膦酸與所述胺反應物以每摩爾鹵甲基膦酸對應至少大約1.0摩爾所述胺反應物的比率接觸。
92.如權利要求91所述的方法，其中所述比率為至少大約1.5。
93.如權利要求90所述的方法，其中所述比率為至少大約3。
94.如權利要求93所述的方法，其中所述比率為至少大約5。
95.如權利要求94所述的方法，其中所述比率為至少大約8。
96.如權利要求76所述的方法，其中所述胺反應物與鹵甲基膦酸反應以產生含有所述產品和未反應的胺反應物的反應混合物；并從反應混合物中去除未反應的胺反應物。
97.如權利要求96所述的方法，其中所述胺反應物在烷基化反應區中與鹵甲基膦酸反應以制造含有未反應的胺反應物的反應混合物，并將未反應的胺反應物從反應混合物中分離并再循環到反應區。
98.如權利要求97所述的方法，其中從反應混合物中去除未反應的胺反應物包括使反應混合物與水不混溶性溶劑接觸。
99.如權利要求97所述的方法，其中從反應混合物中去除未反應的胺反應物包括從反應混合物中蒸餾出所述胺反應物。
100.如權利要求97所述的方法，其中胺反應物與鹵甲基膦酸在對于每摩爾加入其中的鹵甲基膦酸含有不超過大約100摩爾水的反應介質中反應。
101.如權利要求97所述的方法，其中鹵甲基膦酸與所述胺反應物在存在無水堿金屬氫氧化物的情況下反應，從而制造含有所述產品和堿金屬鹵化物沉淀的反應混合物；所述方法進一步包括從所述反應混合物中去除所述堿金屬鹵化物沉淀；從所述反應混合物中去除未反應的胺反應物；和回收所述產品。
102.如權利要求97所述的方法，其中所述鹵甲基膦酸與所述胺反應物在含水反應介質中反應以產生含有未反應的胺反應物的含水反應混合物，并通過使所述反應混合物與水不混溶性溶劑混合來去除未反應的胺反應物。
103.如權利要求97所述的方法，其中從所述反應混合物中蒸餾出未反應的胺反應物。
104.如權利要求76所述的方法，其中使所述鹵甲基膦酸與所述胺反應物在含有選自由鹵化物離子、路易斯酸和含氮有機堿組成的組的添加劑的反應介質中接觸。
105.如權利要求104所述的方法，其中所述添加劑包括選自由碘化物和溴化物組成的組的鹵化物離子。
106.如權利要求104所述的方法，其中所述添加劑包括選自由氧化鋁、二氧化硅、稀土金屬氫氧化物、多酚鹽、氯化鋅和三氟化硼組成的組的路易斯酸。
107.如權利要求104所述的方法，其中所述添加劑包括選自由聚胺、聚亞胺和雜環堿組成的組的含氮堿。
108.如權利要求76所述的方法，其中鹵甲基膦酸包含括氯甲基膦酸，且氯甲基膦酸與所述胺反應物在存在溴化物或碘化物的情況下接觸。
109.如權利要求76所述的方法，其中R6選自由氫和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組。
110.如權利要求76所述的方法，其中R1不是氫。
111.如權利要求110所述的方法，其中使鹵甲基膦酸反應物與所述胺反應物以大致相同的比例接觸。
112.如權利要求76所述的方法，其中使所述鹵甲基膦酸反應物與化學計量過量的所述胺反應物接觸。
113.如權利要求112所述的方法，其中使鹵甲基膦酸或其鹽與單乙醇胺或N-取代單乙醇胺在堿性水介質中接觸，以制造含有羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸的鹽和未反應的單乙醇胺或N-取代單乙醇胺的含水反應產物混合物。
114.如權利要求113所述的方法，其中從所述反應產物混合物中回收羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸鹽、N-取代羥乙基氨甲基膦酸、N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽。
115.如權利要求114所述的方法，其中羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸鹽、N-取代羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽的回收包括使含水產品回收進料混合物與陰離子交換樹脂接觸，所述含水產品回收進料混合物包含在所述反應混合物中制成的羥乙基氨甲基膦酸、N-取代羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸鹽或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽和未反應的單乙醇胺或N-取代單乙醇胺鹽，由此將包含羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸的陰離子加載到所述樹脂上，并制造含有單乙醇胺或N-取代單乙醇胺的流出液相；和使含有所述羥乙基氨甲基膦酸陰離子或N-取代羥乙基氨甲基膦酸陰離子的離子交換樹脂與堿接觸，由此從所述樹脂中洗脫羥乙基氨甲基膦酸鹽或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽，并制造含有所述羥乙基氨甲基膦酸鹽或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽和所述堿的鹵化物鹽的含水洗出液。
116.如權利要求115所述的方法，其中所述含水產品回收混合物包括所述反應混合物、中和的反應混合物、或所述反應混合物或中和的反應混合物的濾液、濃縮液或稀釋液。
117.如權利要求115所述的方法，其中所述堿包括堿金屬氫氧化物，所述含水洗出液包含堿金屬鹵化物。
118.如權利要求117所述的方法，其中使脫氫進料混合物與催化劑接觸以便將羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸的陰離子脫氫，所述脫氫進料化合物包含從所述離子交換樹脂上洗脫的羥乙基氨甲基膦酸鹽或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽，從而制造含有草甘膦鹽或N-取代的草甘膦鹽的脫氫反應混合物。
119.如權利要求118所述的方法，其中所述脫氫進料混合物是由所述洗出液制備的，制備包括在所述洗出液中加入堿。
120.如權利要求118所述的方法，其進一步包括在所述脫氫反應混合物中加入無機酸以制造含有草甘膦的鹽或N-取代的草甘膦的鹽和鹵化物鹽的中和的脫氫反應混合物。
121.如權利要求120所述的方法，其中從所述中和的脫氫反應混合物中去除鹵化物鹽以制造產品溶液，其包含草甘膦鹽且其中鹵化物被貧化。
122.如權利要求121所述的方法，其中通過納米過濾或離子色譜分離去除所述鹵化物鹽。
123.如權利要求115所述的方法，其中在膦酰基甲基化反應區中使單乙醇胺或N-取代單乙醇胺與所述鹵甲基膦酸或其鹽接觸以制造所述含水反應產物；并使含有未反應的單乙醇胺或N-取代單乙醇胺的所述流出液再循環到所述反應區中。
124.如權利要求114所述的方法，其中羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸鹽、N-取代羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽的回收包括使含水產品回收進料混合物與色譜分離介質接觸，所述含水產品回收進料混合物包含在所述反應混合物中制成的羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸鹽、N-取代羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽和未反應的甲醇胺或N-取代甲醇胺，相對于所述進料混合物的未反應的胺成分，所述色譜分離介質對于羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸鹽、N-取代羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽具有相對選擇性，從而相對于未反應的甲醇胺或N-取代甲醇胺的通過，阻礙了羥乙基氨甲基膦酸物類或N-取代羥乙基氨甲基膦酸物類通過所述介質，并制造含有未反應的單乙醇胺或N-取代單乙醇胺的流出液相；從所述色譜分離介質中洗脫出羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸鹽、N-取代羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽。
125.如權利要求124所述的方法，其中所述含水產品回收混合物包括所述反應混合物、中和的反應混合物、或所述反應混合物或中和的反應混合物的濾液、濃縮液或稀釋液。
126.如權利要求125所述的方法，其中使所述負載后的色譜分離介質與堿性水溶液接觸，從而制造含有羥乙基氨甲基膦酸的鹽或N-取代羥乙基氨甲基膦酸的鹽的洗出液。
127.如權利要求124所述的方法，其中在膦酰基甲基化反應區中使甲醇胺或N-取代甲醇胺與所述鹵甲基膦酸反應物接觸以制造所述含水反應產物；并使含有未反應的甲醇胺或N-取代甲醇胺的所述流出液再循環到所述反應區中。
128.如權利要求114所述的方法，其中羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸鹽、N-取代羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽的回收包括通過蒸發或蒸餾從含水產品回收進料混合物中去除水和未反應的甲醇胺或N-取代甲醇胺，所述含水產品回收進料混合物包含在所述反應混合物中制成的羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸鹽、N-取代羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽和未反應的單乙醇胺或N-取代單乙醇胺，從而制造含有羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸鹽、N-取代羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽的濃縮液。
129.如權利要求128所述的方法，其進一步包括在所述濃縮液中加入堿以制造含有羥乙基氨甲基膦酸鹽或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽和殘留的未反應甲醇胺或N-取代甲醇胺的堿性濃縮液；將在所述堿性濃縮液中獲得的羥乙基氨甲基膦酸鹽或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽轉化成草甘膦鹽或N-取代的草甘膦鹽。
130.如權利要求129所述的方法，其中使脫氫進料混合物與催化劑接觸，以將羥乙基氨甲基膦酸或N-取代羥乙基氨甲基膦酸的陰離子脫氫，所述脫氫進料混合物包含在所述堿性濃縮液中獲得的羥乙基氨甲基膦酸鹽或N-取代羥乙基氨甲基膦酸鹽和其中所含的殘留的未反應的單乙醇胺，從而制造含有草甘膦鹽或N-取代的草甘膦鹽的脫氫反應混合物。
131.如權利要求130所述的方法，其中在所述脫氫反應混合物中加入無機酸以制造含有草甘膦的鹽或N-取代的草甘膦的鹽和鹵化物鹽的中和的脫氫反應混合物。
132.如權利要求131所述的方法，其中從所述中和的脫氫反應混合物中去除鹵化物鹽以制造含有草甘膦鹽或N-取代的草甘膦鹽的、鹵化物被貧化的溶液。
133.如權利要求132所述的方法，其中所述中和的脫氫反應混合物進一步包含未反應的單乙醇胺或N-取代單乙醇胺。
134.如權利要求133所述的方法，其中所述鹵化物被貧化的溶液含有草甘膦的單乙醇胺鹽或N-取代的草甘膦的N-取代單乙醇胺鹽。
135.如權利要求134所述的方法，其中加入所述濃縮液中的堿包含從所述含水產品回收進料混合物中去除的單乙醇胺。
136.如權利要求131所述的方法，其中通過與所述脫氫催化劑的接觸，將單乙醇胺或N-取代單乙醇胺轉化成甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽，并使所述脫氫反應混合物與額外的鹵甲基膦酸反應物接觸以制造含有額外的草甘膦或N-取代的草甘膦的最終反應混合物。
137.如權利要求136所述的方法，其中將所述脫氫反應混合物加入包括多個連續的最終反應階段的最終反應系統中，并將與所述脫氫反應混合物中殘留的甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽大致等量的鹵甲基膦酸反應物分配在所述連續的最終反應階段中。
138.如權利要求136所述的方法，其中從所述最終反應混合物中去除鹵化物鹽以產生含有草甘膦鹽或N-取代的草甘膦鹽的水溶液的最終產品混合物。
139.一種制備選自由羥乙基氨甲基膦酸、N-烷基羥乙基氨甲基膦酸、羥乙基氨甲基膦酸的鹽或酯、或N-烷基羥乙基氨甲基膦酸的鹽或酯組成的組的產品的方法，包括使鹵甲基膦酸與選自由乙醇胺、N-烷基乙醇胺、乙醇胺的醚或N-烷基乙醇胺的醚組成的組的氨基醇源接觸。
140.一種制備三膦酰基甲胺的方法，其包括使氨源與鹵甲基膦酸接觸。
141.如權利要求140所述的方法，其中使所述氨源與至少化學計量相等比例的鹵甲基膦酸接觸。
142.如權利要求141所述的方法，其中使氨或氫氧化銨與鹵甲基膦酸在含水反應介質中接觸。
143.一種制備草甘膦的堿金屬鹽的方法，包括使鹵甲基膦酸或其鹽與化學計量過量的甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽接觸，以制造含有堿金屬甘氨酸鹽或N-取代的甘氨酸鹽和草甘膦的三堿金屬鹽的反應混合物；部分中和產品回收進料混合物，所述產品回收進料混合物包含在所述反應混合物中制成的草甘膦或草甘膦鹽和未反應的甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽，由此將其中所含的堿金屬甘氨酸鹽或N-取代的甘氨酸鹽轉化成甘氨酸或N-取代的甘氨酸；和使甘氨酸或N-取代的甘氨酸從酸化的反應混合物中結晶出來。
144.如權利要求143所述的方法，其中結晶產生了含有草甘膦的堿金屬鹽的母液；并從所述母液中分離出結晶的甘氨酸或N-取代的甘氨酸。
145.如權利要求143所述的方法，其中對所述母液進行納米過濾或離子色譜分離以從中去除堿金屬鹵化物。
146.如權利要求144所述的方法，其中在膦酰基甲基化反應區中使甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽與所述鹵甲基膦酸或其鹽接觸以制造所述含水反應產物；并使從酸化的反應溶液中結晶出來的甘氨酸或N-取代的甘氨酸再循環到所述膦酰基甲基化反應區中。
147.一種制備草甘膦的堿金屬鹽的方法，包括使鹵甲基膦酸或其鹽與化學計量過量的甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽接觸，以制造含有草甘膦的三堿金屬鹽和未反應的胺成分的反應混合物，該未反應的胺成分選自由甘氨酸、堿金屬甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽組成的組；使產品回收進料混合物與離子交換樹脂接觸，相對于所述未反應的胺成分，該離子交換樹脂對草甘膦具有選擇性，所述產品回收進料混合物包含在所述反應混合物中制成的草甘膦或草甘膦鹽和未反應的胺成分，由此將草甘膦陰離子加載到所述樹脂上并制造含有所述未反應的氨基酸成分的流出液相；和使含有所述草甘膦陰離子的離子交換樹脂與堿接觸，由此從所述樹脂中洗脫草甘膦鹽并制造含有所述草甘膦鹽和所述堿的鹵化物鹽的含水洗出液。
148.如權利要求147所述的方法，其中所述堿包括堿金屬氫氧化物，且所述水洗出液包含堿金屬鹵化物。
149.如權利要求147所述的方法，其中將所述洗出液與無機酸混合以制造酸化洗出液，對其進行納米過濾以便將草甘膦鹽與所述鹵化物鹽分離。
150.如權利要求147所述的方法，其中使所述產物回收進料混合物在初級分離區中與離子交換樹脂接觸以產生初級洗出液，將所述初級洗出液與無機酸混合以制造部分中和的初級洗出液，并使所述部分中和的初級洗出液在二次分離區中與色譜分離介質接觸以便將草甘膦鹽與所述鹵化物鹽分離。
151.如權利要求147所述的方法，其中在膦酰基甲基化反應區中使甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽與所述鹵甲基膦酸或其鹽接觸以制造所述含水反應產物；并使含有未反應的甘氨酸、甘氨酸鹽、N-取代的甘氨酸或N-取代的甘氨酸鹽的所述流出液再循環到所述反應區中。
152.如權利要求63所述的方法，其中所述胺反應物包括亞氨基二乙酸。
153.如權利要求64所述的方法，其中所述鹵甲基膦酸包括氯甲基膦酸。
154.如權利要求63、152或153任一項所述的方法，其中反應物在存在堿性水溶液的情況下接觸。
155.如權利要求154所述的方法，其中所述堿性水溶液包含選自由氫氧化鈉和氫氧化鉀組成的組的無機堿。
156.如權利要求154所述的方法，其中所述堿性水溶液包含選自由四烷基銨、-鏻、-锍和-氧化锍組成的組的有機堿。
157.如權利要求63、152或153任一項所述的方法，其中反應物在存在催化劑的情況下接觸。
158.如權利要求157所述的方法，其中所述催化劑包括銅。
159.一種制備符合下式的產品或其膦酸酯或鹽的方法 式I其中R1選自由氫和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，R2和R3獨立地選自由氫、硝基、氰基和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，且R4選自由氰基和符合下式的取代基組成的組 式II其中R5為氫或形成羧酸鹽或酯的部分，該方法包括使羥甲基膦酸、其鹽或其源物質與胺反應物以每摩爾鹵甲基膦酸對應至少大約1.5摩爾所述胺反應物的比率接觸，所述胺反應物包括符合下式的化合物 式III其中R1、R2、R3和R4如上定義，或包括其中R4符合式II的式III的化合物的二聚物、低聚物或聚合物。
160.如權利要求159所述的方法，其中所述胺反應物與包含其自酯的羥甲基膦酸的源物質接觸。
161.如權利要求160所述的方法，其中所述自酯包括羥甲基膦酸的二聚、三聚或低聚自酯。
162.如權利要求160或161所述的方法，其中使羥甲基膦酸源與所述胺反應物在反應介質中接觸，加入該反應介質的所述源物質基本無水。
163.如權利要求162所述的方法，其中除了所述胺反應物與羥甲基膦酸單體、二聚物、三聚物或低聚物之間的反應生成的水以外，保持反應介質基本不含來自其它任何來源的水分。
164.如權利要求162所述的方法，其中所述胺反應物與羥甲基膦酸或其源物質之間的反應是在熔融反應介質中進行的，該熔融反應介質基本不含所述反應生成的水以外的任何溶劑。
165.如權利要求162所述的方法，其中所述反應介質包含極性溶劑。
166.如權利要求160所述的方法，其中所述羥甲基膦酸源與所述胺反應物在至少大約125℃接觸。
167.如權利要求166所述的方法，其中所述羥甲基膦酸源與所述胺反應物在大約150℃至大約200℃接觸。
168.如權利要求160所述的方法，其中所述羥甲基膦酸源與所述胺反應物以每當量羥甲基膦酸對應至少大約1.5當量胺反應物的比率接觸。
169.如權利要求160所述的方法，其中通過將羥甲基膦酸脫水而制備所述自酯。
170.如權利要求169所述的方法，其中將羥甲基膦酸脫水包括在大約1至大約70毫米汞柱的壓力下將其加熱至大約100℃至大約200℃。
171.如權利要求170所述的方法，進一步包括在存在可與水形成共沸混合物的有機溶劑的情況下加熱羥甲基膦酸。
172.如權利要求171所述的方法，其中所述有機溶劑在大約100℃至大約170℃之間與水形成共沸混合物。
173.如權利要求160所述的方法，其中在存在鹵化物離子的情況下使羥甲基膦酸與所述胺反應物接觸。
174.如權利要求173所述的方法，其中所述鹵化物離子選自由溴化物和碘化物組成的組。
175.如權利要求159所述的方法，其中羥甲基膦酸或其源物質與所述胺反應物的接觸生成了中間加合物，然后使所述中間加合物與含水酸接觸以便將其轉化成所述式I的產品。
176.如權利要求175所述的方法，其中通過在大約90℃至大約130℃之間與含水酸接觸而使所述加合物水解。
177.如權利要求159所述的方法，其中所述式III的化合物包括胺游離堿或胺酸式鹽，且反應在下述反應介質中進行其含有堿，或者在胺底物已經與羥甲基膦酸接觸之后向其中加入堿。
178.如權利要求177所述的方法，其中所述式III的化合物包括胺的氫鹵化物鹽，且所述胺酸式鹽與羥甲基膦酸之間的接觸形成了鹵甲基膦酸和與所述酸式鹽對應的胺游離堿，胺游離堿與鹵甲基膦酸在強堿存在下反應以形成所述式I的化合物。
179.如權利要求159所述的方法，其中所述胺反應物式III的化合物包括氨基酸的羧酸鹽。
180.如權利要求159所述的方法，其中式III的化合物包括甘氨酸、甘氨酸酸式鹽、或甘氨酸鹽，且反應產物包含草甘膦或其鹽。
181.如權利要求159所述的方法，其中所述式III的底物包括仲胺。
182.如權利要求181所述的方法，其中所述胺反應物與包含其自酯的羥甲基膦酸的源物質接觸。
183.如權利要求182所述的方法，其中所述羥甲基膦酸源與所述胺反應物以每當量羥甲基膦酸對應不超過大約1.2當量胺反應物的比率接觸。
184.如權利要求159所述的方法，其中所述胺反應物與羥甲基膦酸或其鹽在存在催化劑的情況下接觸。
185.如權利要求184所述的方法，其中所述催化劑包含過渡金屬。
186.如權利要求185所述的方法，其中所述催化劑包含釕或鋨。
187.一種制造羥甲基膦酸的基本無水的二聚、三聚或低聚自酯的方法，該方法包括在存在有機溶劑的情況下，在大約100℃至大約200℃的溫度和大約1至大約70毫米汞柱的壓力下加熱羥甲基膦酸，所述有機溶劑的特征是在大約100℃至大約170℃之間與水形成共沸混合物。
188.一種制備符合下式的產品或其膦酸酯或鹽的方法 式IV其中R1選自由氫和取代或未取代的烷基、鏈烯基、炔基、芳基、芳烷基、芳烯基或芳炔基組成的組，R6為氫或形成醚的部分，且R7選自由亞烷基和亞烯基組成的組；該方法包括使羥甲基膦酸、其鹽、或其源物質與含有氨基醇或其源物質的胺反應物接觸，該胺反應物包含符合下式的化合物 式V其中R1、R6和R7如上定義。
189.如權利要求188所述的方法，其中所述胺反應物與包含其自酯的羥甲基膦酸的源物質接觸。
190.如權利要求189所述的方法，其中所述自酯包括羥甲基膦酸的二聚、三聚或低聚自酯。
191.如權利要求189或190所述的方法，其中使羥甲基膦酸源與所述胺反應物在反應介質中接觸，加入該反應介質的所述源物質基本無水。
192.如權利要求191所述的方法，其中除了所述胺反應物與羥甲基膦酸單體、二聚物、三聚物或低聚物之間的反應生成的水以外，保持反應介質基本不含來自其它任何來源的水分。
193.如權利要求192所述的方法，其中所述胺反應物與羥甲基膦酸或其源物質之間的反應是在熔融反應介質中進行的，所述熔融反應介質基本不含反應生成的水以外的溶劑。
194.如權利要求192所述的方法，其中所述反應介質包含極性溶劑。
195.如權利要求189所述的方法，其中所述羥甲基膦酸源與所述胺反應物在至少大約125℃接觸。
196.如權利要求195所述的方法，其中所述羥甲基膦酸源與所述胺反應物在大約150℃至大約200℃接觸。
197.如權利要求189所述的方法，其中所述羥甲基膦酸源與所述胺反應物以每當量羥甲基膦酸對應至少大約1.5當量胺反應物的比率接觸。
198.如權利要求189所述的方法，其中通過將羥甲基膦酸脫水而制備所述自酯。
199.如權利要求198所述的方法，其中將羥甲基膦酸脫水包括在大約1至大約70毫米汞柱的壓力下將其加熱至大約100℃至大約200℃。
200.如權利要求199所述的方法，其進一步包括在存在可與水形成共沸混合物的有機溶劑的情況下加熱羥甲基膦酸。
201.如權利要求200所述的方法，其中所述有機溶劑在大約100℃至大約170℃之間與水形成共沸混合物。
202.如權利要求189所述的方法，其中在存在鹵化物離子的情況下進行反應。
203.如權利要求202所述的方法，其中所述鹵化物離子選自由溴化物和碘化物組成的組。
204.如權利要求188所述的方法，其中使羥甲基膦酸或其源物質與所述胺反應物接觸以制造中間加合物，然后使所述中間加合物與含水酸接觸以便將其轉化成所述式I的產品。
205.如權利要求204所述的方法，其中通過在大約70℃至大約110℃之間與含水酸接觸而使所述加合物水解。
206.如權利要求188所述的方法，其中所述式V的化合物包括胺游離堿或胺酸式鹽，且反應在下述反應介質中進行其含有堿，或者在胺底物已經與羥甲基膦酸接觸之后向其中加入堿。
207.如權利要求206所述的方法，其中所述式V的化合物包括胺的氫鹵化物鹽，且所述胺酸式鹽與羥甲基膦酸之間的接觸形成了鹵甲基膦酸和與所述酸式鹽對應的胺游離堿，胺游離堿與鹵甲基膦酸在強堿存在下反應以形成所述式IV的化合物。
208.如權利要求188所述的方法，其中所述式V的底物包括仲胺。
209.如權利要求208所述的方法，其中所述胺反應物與包含其自酯的羥甲基膦酸的源物質接觸。
210.如權利要求209所述的方法，其中所述羥甲基膦酸源與所述胺反應物以每當量羥甲基膦酸對應不超過大約1.2當量胺反應物的比率接觸。
211.如權利要求159所述的方法，其中所述胺反應物與羥甲基膦酸或其鹽在存在催化劑的情況下接觸。
212.如權利要求211所述的方法，其中所述催化劑包含過渡金屬。
213.如權利要求212所述的方法，其中所述催化劑包含釕或鋨。
214.一種制備氨甲基膦酸或其衍生物的方法，其包括使羥甲基膦酸、其鹽或其源物質與酰胺接觸，由此形成N-酰基氨甲基膦酸中間體；并將所述N-酰基氨甲基膦酸中間體水解以制造氨甲基膦酸或其衍生物。
215.如權利要求214所述的方法，其中所述酰胺符合式R11C(O)NH2，其中R11選自由烷基、取代烷基、芳基、取代芳基、氨基和取代氨基組成的組。
216.如權利要求214所述的方法，其中所述所述酰胺與包含其自酯的羥甲基膦酸的源物質接觸。
217.如權利要求216所述的方法，其中所述自酯包括羥甲基膦酸的二聚、三聚或低聚自酯。
218.如權利要求216或217所述的方法，其中使羥甲基膦酸源與所述酰胺在反應介質中接觸，加入該反應介質的所述源物質基本無水。
219.如權利要求217所述的方法，其中除了所述酰胺與羥甲基膦酸單體、二聚物、三聚物或低聚物之間的反應生成的水以外，保持反應介質基本不含來自其它任何來源的水分。
220.如權利要求218所述的方法，其中所述酰胺與羥甲基膦酸或其源物質之間的反應是在熔融反應介質中進行的，所述熔融反應介質基本不含反應生成的水以外的溶劑。
221.如權利要求218所述的方法，其中所述反應介質包含極性溶劑。
222.如權利要求216所述的方法，其中所述羥甲基膦酸源與所述酰胺在至少大約125℃接觸。
223.如權利要求222所述的方法，其中所述羥甲基膦酸源與所述酰胺在大約150℃至大約200℃接觸。
224.如權利要求214所述的方法，其中所述N-酰基氨甲基膦酸中間體與堿接觸，從而形成氨甲基膦酸的鹽和與所述中間體的N-酰基取代基對應的羧酸的鹽。
全文摘要
通過胺底物與鹵甲基膦酸或其鹽、羥甲基膦酸或其鹽、或羥甲基膦酸的脫水自酯二聚物、三聚物或低聚物的反應以制造N－膦酰基甲胺。可按照該方法制備的產品包括N－膦酰基甲氫基羧酸，例如草甘膦，N－膦酰基甲氨基鏈烷醇，例如羥乙基氨甲基膦酸，和N－酰基氨甲基膦酸，例如N－氨基甲酰氨甲基膦酸。可以用相當過量的胺反應物進行某些反應以促進轉化，同時避免過多地形成雙(N－膦酰基甲基)胺副產物。其它反應使用了仲胺底物(例如亞胺二乙酸)，并可以在鹵甲基氨甲基膦酸或羥氨基甲基膦酸與仲胺反應物大致等摩爾比的情況下進行，而不會明顯生成雙(膦酰基甲基)胺副產物。還公開了通過共沸脫水制備羥甲基膦酸自酯二聚物、三聚物和低聚物的方法。
文檔編號C07F9/28GK1871245SQ200480031207
公開日2006年11月29日 申請日期2004年8月23日 優先權日2003年8月22日
發明者J·P·科爾曼, J·R·埃布納, E·A·豪普費爾, P·J·倫農, J·A·沙佩爾, S·J·特雷蒙特, S·G·沃爾夫森, P·H·布羅德斯基 申請人:孟山都技術公司