KR20010087419A - 1-Hydroxy-3-Sulfonoalkane-1, 1-Diphosphonous Acids - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1-히드록시-3-술포노프로판-1,1-디포스폰산, 이 산을 함유하는 포스포네이트 함유 혼합물, 이들의 제조 방법 및 이들의 물 처리 화학약품 및 금속이온봉쇄제로서의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to 1-hydroxy-3-sulfonopropane-1,1-diphosphonic acid, phosphonate-containing mixtures containing these acids, methods for their preparation, and their water treatment chemicals and metal ion sequestrants. It is about a use.
Description
본 발명은 1-히드록시-3-술포노프로판-1,1-디포스폰산 및 이들 산을 함유하는 포스포네이트 혼합물, 그의 제조 방법 및 그의 물 처리용 화학약품 및 금속이온봉쇄제로서의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to 1-hydroxy-3-sulfonopropane-1,1-diphosphonic acid and phosphonate mixtures containing these acids, methods for their preparation and their use as chemical and metal ion sequestrants for water treatment. It is about.
냉각수 시스템 또는 증기 발생 시스템과 같은 공업용수 시스템에서, 뿐만 아니라 예를 들면 식품 공업에서의 알칼리성 클리닝에서, 거의 불용성인 칼슘염의 원하지 않는 침적 (보일러 스케일)에 대하여 및 경우에 따라, 철 물질의 부식에 대하여 보호하기 위하여 물 처리용 화학약품 및 금속이온봉쇄제가 사용된다.In industrial water systems, such as cooling water systems or steam generating systems, as well as in alkaline cleaning in the food industry, for example, against unwanted deposition (boiler scale) of almost insoluble calcium salts and, if appropriate, corrosion of iron materials. Water treatment chemicals and metal ion sequestrants are used to protect against.
구조 요소 -C(OH)-(PO3H2)2를 함유하는 1-히드록시알칸-1,1-디포스폰산은 오랫동안 물 처리용 화학약품으로 공지되어 왔다. 이들은 카르복실산 또는 카르복실산 유도체를 3가 인의 무기 화합물과 탈수 조건 하에서 반응시키고 이어서 가수분해시켜 얻는다.1-hydroxyalkane-1,1-diphosphonic acid containing the structural element -C (OH)-(PO 3 H 2 ) 2 has long been known as a chemical for water treatment. They are obtained by reacting a carboxylic acid or carboxylic acid derivative with an inorganic compound of trivalent phosphorus under dehydration conditions and then hydrolyzing.
가장 잘 알려진 대표적인 1-히드록시알칸-1,1-디포스폰산은 하기 화학식을 갖는 1-히드록시에탄-1,1-디포스폰산 (HEDP)이다.The most well known representative 1-hydroxyalkane-1,1-diphosphonic acid is 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid (HEDP) having the formula:
CH3-C(OH)(PO3H2)2 CH 3 -C (OH) (PO 3 H 2 ) 2
HEDP는 초기에 탈수 조건 하에서 과량의 아세틸 유도체 및 3가 인의 무기 화합물로부터, 예를 들면 아세트산 2.4 mol, PCl31 mol 및 물 0.6 mol을 반응시키고, 이어서 가수분해시키고 및 과량의 아세트산을 제거하여 (US-A-4 060 546 실시예 2 참조) 합성된다. HEDP의 가장 중요한 응용분야는 냉각 수에서 보일러 스케일 형성의 억제이다 [푸코리우스 (P.R. Puckorius), 스트라우스 (S.D. Strauss); Power, 1995년 5월, 17 내지 28 페이지, 특히 18 페이지].HEDP is initially reacted with excess acetyl derivatives and trivalent phosphorus inorganic compounds under dehydration conditions, for example 2.4 mol of acetic acid, 1 mol of PCl 3 and 0.6 mol of water, followed by hydrolysis and removal of excess acetic acid ( US-A-4 060 546 Example 2). The most important application of HEDP is the inhibition of boiler scale formation in cooling water [PR Puckorius, Strauss; Power, May 1995, pages 17-28, especially page 18].
HEDP의 한 이점은 저렴한 원료로부터의 단단계 합성이다. HEDP의 한 단점은 이것이 거의 용해되지 않는 컬슘염을 형성한다는 사실이다. 냉각수 중에서 칼슘 함량이 높은 경우에는, HEDP Ca 염이 석출되어 나오고, 따라서 용액 중에서 억제제의 유효 농도가 감소되고, 예방되어야 하는 탄산칼슘 침적 대신에, HEDP Ca 염의 침적이 생길 수 있다.One advantage of HEDP is single stage synthesis from inexpensive raw materials. One disadvantage of HEDP is the fact that it forms a calcium salt that is almost insoluble. When the calcium content is high in the cooling water, the HEDP Ca salt precipitates out, thus reducing the effective concentration of the inhibitor in the solution, and instead of the calcium carbonate deposition which should be prevented, deposition of the HEDP Ca salt may occur.
US-A-5 221 487은 하기 화학식의 ω-술포노-1,1-디포스폰산을 보일러 스케일 및 부식 억제제로서 사용하는 것을 제안한다.US-A-5 221 487 proposes the use of ω-sulfono-1,1-diphosphonic acid of the formula: as boiler scale and corrosion inhibitor.
상기 식 중, n은 3과 10 사이의 정수 값을 가질 수 있고, X는 OH 또는 NH2일 수 있다. 두 화합물 모두 1-히드록시-1,1-디포스폰산 기 -C(OH)(PO3H2)2를 갖는다는 점에서 X=OH인 화합물은 HEDP와 유사하다. HEDP에 비하여 술폰화 포스폰산의 이점은 그들의 상당히 더 높은 칼슘 내성이다. 이것은 US-A-5 221 487의 실시예 10에의해 인상적으로 입증되었다.Wherein n may have an integer value between 3 and 10, and X may be OH or NH 2 . Compounds with X = OH are similar to HEDP in that both compounds have a 1-hydroxy-1,1-diphosphonic acid group -C (OH) (PO 3 H 2 ) 2 . The advantage of sulfonated phosphonic acids over HEDP is their significantly higher calcium resistance. This was impressively demonstrated by Example 10 of US-A-5 221 487.
스케일 억제제의 칼슘 내성은 혼탁도 유발 침적이 일어날 때까지 고정된 칼슘 농도 및 고정된 pH에서 억제제의 농도를 단계별 증가시킴으로써, 표준화 혼탁 시험으로 용이하게 측정될 수 있다. 억제제의 투여량이 상당한 침적을 일으키지 않고서 높을수록, 그의 칼슘 내성은 더 높다. 높은 칼슘 내성이란, 높은 칼슘 함량을 갖는 물 중에 억제제를 사용하여, 매우 효과적인 억제제 농도가 달성될 수 있음을 의미한다. 이것은 매우 경수 중에서의 억제제 사용을 위해 필수 조건이지만, 충분 조건은 아니다. 억제제의 실제 활성은 스케일 억제 시험에서 추가로 입증되어야 한다.Calcium resistance of scale inhibitors can be readily determined by standardized turbidity testing by increasing the concentration of inhibitor at a fixed calcium concentration and a fixed pH until turbidity induced deposition occurs. The higher the dose of the inhibitor without causing significant deposition, the higher its calcium resistance. High calcium resistance means that using inhibitors in water with high calcium content, very effective inhibitor concentrations can be achieved. This is a very necessary condition for the use of inhibitors in hard water, but not enough. The actual activity of the inhibitor should be further demonstrated in the scale inhibition test.
그러나, US-A-5 221 487은 HEDP와 비교하였을 때, ω-술포노-1,1-디포스폰산의 스케일 억제제로서의 활성을 입증하는 스케일 억제 시험이 결여되어 있다. 따라서, 가장 최근의 선행 기술로서의 HEDP와 비교하였을 때의 기술적인 이점이 입증되지 못하였다. HEDP와 비교하였을 때, 이 문헌의 술폰화 화합물의 분명한 단점은 보다 정확하게는, 그들의 값비싼 합성이다, 즉 1-히드록시-ω-술포노알칸-1,1-디포스폰산을 제조하기 위하여, 값비싼 ω-브로모알칸 카르복실산이 원료로 사용된다는 것이다. 이들을 먼저 삼염화인 및 물과 탈수 조건 하에서 반응시켜 ω-브로모-1-히드록시알칸-1,1-디포스폰산을 얻는다. 이어서 반응 혼합물을 아황산나트륨 수용액 및 알칼리 금속 수산화물 용액으로 처리하여 브롬을 술폰산기로 치환시켰다. 제거된 브롬화물은 생성물 수용액 중에 용해된 상태로 남아있다. 이것은 합리적인 소비를 위해 분리되어 회수될 수 없다.However, US-A-5 221 487 lacks a scale inhibition test demonstrating the activity of ω-sulfono-1,1-diphosphonic acid as a scale inhibitor when compared to HEDP. Thus, no technical advantages have been demonstrated when compared to HEDP as the most recent prior art. The obvious disadvantage of the sulfonated compounds of this document when compared to HEDP is more precisely their expensive synthesis, ie to prepare 1-hydroxy-ω-sulfonoalkane-1,1-diphosphonic acid, Expensive ω-bromoalkane carboxylic acid is used as raw material. These are first reacted with phosphorus trichloride and water under dehydration conditions to obtain ω-bromo-1-hydroxyalkane-1,1-diphosphonic acid. The reaction mixture was then treated with aqueous sodium sulfite solution and alkali metal hydroxide solution to replace bromine with a sulfonic acid group. The bromide removed remains dissolved in the aqueous solution of the product. It cannot be recovered separately for reasonable consumption.
하기 화학식Formula
(상기 식 중, n=1임)을 갖는 추가의 1-히드록시-ω-술포노알칸-1,1-디포스폰산이 US-A-3 940 436에 효능있는 스케일 억제제로서 언급된다 (상기한 문헌, 컬럼 8 중의 화합물 번호 21). 이 화합물 (상기한 문헌, 컬럼 3, 라인 1 내지 29)에 대한 가능한 가장 짧은 합성 경로는 이어서 복잡한 정제를 필요로 하는 비닐리덴디포스폰산 나트륨염을 형성시키는 고체 HEDP 나트륨염의 탈수로 시작된다. 이어서 비닐리덴디포스폰산 나트륨염을 촉매인 텅스텐산나트륨 존재하에 과산화수소와 에폭시화시킨다. 이어서 생성된 에폭시에탄-1,1-디포스폰산 나트륨염은 수용액 중에서 이아황산나트륨과 반응시켜야 한다 (US-A-3 940 436, 실시예 XI에서 잘못 기재된 바와 같이 황산과 반응시키는 것이 아님).An additional 1-hydroxy-ω-sulfonoalkane-1,1-diphosphonic acid with (where n = 1) is referred to as an effective scale inhibitor in US-A-3 940 436 (described above). Literature, compound number 21 in column 8). The shortest possible synthetic route for this compound (see above, column 3, lines 1 to 29) begins with the dehydration of the solid HEDP sodium salt which then forms the vinylidenediphosphonic acid sodium salt which requires complex purification. The sodium vinylidenediphosphonic acid salt is then epoxidized with hydrogen peroxide in the presence of the catalyst sodium tungstate. The resulting epoxyethane-1,1-diphosphonic acid sodium salt should then be reacted with sodium disulphite in an aqueous solution (US-A-3 940 436, not reacting with sulfuric acid as incorrectly described in Example XI).
본 발명의 목적은The object of the present invention
- 저렴한 원료로부터 고수율로 합성될 수 있고,-Can be synthesized in high yield from inexpensive raw materials,
- 매우 광범위의 물 경도 범위 중에서 양호한 스케일 억제 작용을 갖고, 및Has a good scale inhibitory action in a very wide range of water hardness, and
- 특히 매우 높은 칼슘 농도를 갖는 물 중에서 거의 불용성인 칼슘염을 침전시키지 않는-Does not precipitate almost insoluble calcium salts, especially in water with very high calcium concentrations
스케일 및 부식 억제제를 제공하는 것이었다.To provide scale and corrosion inhibitors.
이 목적은 본 발명에 따라 하기 화학식 (I),This object is in accordance with the invention of formula (I),
(상기 식 중,(In the above formula,
R1및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 메틸을 나타내고,R 1 and R 2 independently of one another represent hydrogen or methyl,
M1내지 M5는 서로 독립적으로 수소 이온, 알칼리 금속 이온, 암모늄 이온 또는 알킬화 암모늄 이온을 나타낸다)의 1-히드록시-3-술포노프로판-1,1-디포스폰산 및 그의 염, 바람직하게는 R1및 R2가 수소를 나타내고 M1내지 M5가 서로 독립적으로 수소 이온, 알칼리 금속 이온, 암모늄 이온 또는 알킬화 암모늄 이온을 나타내는 화학식 (I)의 화합물, 또는 R1이 메틸을 나타내고 R2가 수소를 나타내고 M1내지 M5가 서로 독립적으로 수소 이온, 알칼리 금속 이온, 암모늄 이온 또는 알킬화 암모늄 이온을 나타내는 화학식 (I)의 화합물, 또는 R1이 수소를 나타내고, R2가 메틸을 나타내고 M1내지 M5가 서로 독립적으로 수소 이온, 알칼리 금속 이온, 암모늄 이온 또는 알킬화 암모늄 이온을 나타내는 화학식 (I)의 화합물을 제공함으로써 및 하기 성분들, 즉M 1 to M 5 independently of one another represent hydrogen ions, alkali metal ions, ammonium ions or alkylated ammonium ions) 1-hydroxy-3-sulfonopropane-1,1-diphosphonic acid and salts thereof, preferably Is a compound of formula (I) wherein R 1 and R 2 represent hydrogen and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen ion, an alkali metal ion, an ammonium ion or an alkylated ammonium ion, or R 1 represents methyl and R 2 Is a compound of formula (I) wherein hydrogen represents and M 1 to M 5 independently of one another represent a hydrogen ion, an alkali metal ion, an ammonium ion or an alkylated ammonium ion, or R 1 represents hydrogen, R 2 represents methyl and M By providing a compound of formula (I) in which 1 to M 5 independently represent hydrogen ions, alkali metal ions, ammonium ions or alkylated ammonium ions and the following components, ie
- 1종 이상의 하기 화학식 (II)의 술폰산 또는 그의 염At least one sulfonic acid of formula (II) or a salt thereof
- 1종 이상의 하기 화학식 (III)의 히드록시산 또는 그의 염At least one hydroxy acid of formula (III)
- 하기 화학식 (IV)의 아인산염Phosphites of formula (IV)
- 하기 화학식 (V)의 인산염Phosphates of formula (V)
(상기 식들 중,(Of the above formulas,
R1및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 메틸을 나타내고,R 1 and R 2 independently of one another represent hydrogen or methyl,
M1내지 M5및 Mi는 서로 독립적으로 수소 이온, 알칼리 금속 이온, 암모늄 이온 또는 알킬화 암모늄 이온을 나타내고,M 1 to M 5 and M i independently represent hydrogen ions, alkali metal ions, ammonium ions or alkylated ammonium ions,
Z는 화학식 -COOM1또는 -C(OH)(PO3M1M2)2의 기를 나타내고,Z represents a group of the formula -COOM 1 or -C (OH) (PO 3 M 1 M 2 ) 2 ,
n은 1 내지 5의 정수 값으로 가정할 수 있고, 타입 (II) 및 (III)의 모든 화합물에 대한 n의 평균값은 1과 2 사이이다)n can be assumed to be an integer value from 1 to 5, and the average value of n for all compounds of types (II) and (III) is between 1 and 2)
으로 이루어진 것을 특징으로 하는 포스포네이트 혼합물을 제공함으로써 달성된다. 혼합물 중에는, Z=-C(OH)(PO3M1M2)2이고 n=1인 화학식 (II)의 화합물, 즉 화학식 (I)의 화합물 1종 이상이 반드시 존재해야 한다.It is achieved by providing a phosphonate mixture, characterized in that consisting of. In the mixture, at least one compound of the formula (II), ie, a compound of the formula (I), wherein Z = -C (OH) (PO 3 M 1 M 2 ) 2 and n = 1 must be present.
경우에 따라 본 발명의 혼합물은 또한 하기 화학식 (VI)의 염화물 또는 하기 화학식 (VII)의 차아인산염을 포함한다.In some cases, the mixtures of the present invention also include chlorides of formula (VI) or hypophosphite of formula (VII).
포스포네이트 혼합물 중의 개별 성분들의 바람직한 정량적 비는The preferred quantitative ratio of the individual components in the phosphonate mixture is
- 혼합물의 전체 인 중의 적어도 30%, 특히 바람직하게는 적어도 60%가 화학식 (I)의 화합물 중에 존재하고,At least 30%, particularly preferably at least 60% of the total phosphorus in the mixture is present in the compound of formula (I),
- 화학식 (II)의 화합물 대 화학식 (III)의 화합물의 몰 비가 적어도 5:1, 특히 바람직하게는 적어도 10:1이고,The molar ratio of the compound of formula (II) to the compound of formula (III) is at least 5: 1, particularly preferably at least 10: 1,
- Z=-C(OH)(PO3M2)2인 화학식 (II) 및 (III)의 화합물들 대 Z=-COOM인 화학식 (II) 및 (III)의 화합물들의 몰 비가 적어도 1:1, 특히 바람직하게는 적어도 2.3:1이고,A molar ratio of the compounds of formulas (II) and (III) with Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 to the compounds of formulas (II) and (III) with Z = -COOM at least 1: 1 , Particularly preferably at least 2.3: 1,
- 혼합물의 전체 인의 최대 50%, 특히 바람직하게는 최대 30%가 화학식 (IV) 및 (V)의 무기 인 화합물 중에 존재하고,At most 50%, particularly preferably at most 30%, of the total phosphorus of the mixture is present in the inorganic phosphorus compounds of the formulas (IV) and (V),
- 혼합물의 전체 인의 최대 15%가 화학식 (V)의 인산염 중에 존재하도록 하는 비이다.A ratio such that up to 15% of the total phosphorus in the mixture is present in the phosphate salt of formula (V).
혼합물의 개별 화합물 중의 인 비율은31P-NMR 스펙트럼에서 각 화합물의 시그널의 상대 강도에 의해 결정된다 (실시예 1 및 2 참조). 화학식 (I)의 포스포네이트는 14.8 Hz (pH 0 내지 1에서 유리 산의 수용액)의 커플링 상수를 갖는 특징적인 삼중선을 나타낸다.The proportion of phosphorus in the individual compounds of the mixture is determined by the relative intensity of the signal of each compound in the 31 P-NMR spectrum (see Examples 1 and 2). Phosphonates of formula (I) exhibit characteristic triplets with a coupling constant of 14.8 Hz (aqueous solution of free acid at pH 0-1).
타입 (II)의 화합물 대 타입 (III)의 화합물의 몰 비는1H-NMR 스펙트럼에서 -CHR1-SO3H 시그널 (화학식 (II)의 화합물) 대 -CHR1-OH 시그널 (화학식 (III)의 화합물)의 강도 비에 의해 결정된다. 예를 들면, 0 내지 3의 pH에서 D2O 중의 3-(트리메틸실릴)-테트라듀테로프로피온산 나트륨염에 대하여 측정하였을 때, R1=H인 화학식 (II)의 화합물의 시그널은 3.1 내지 3.4 ppm의 화학적 이동을 나타내고, R1=H인 화학식 (III)의 화합물의 시그널은 3.75 내지 4.0 ppm의 화학적 이동을 나타낸다.Type (II) compound to the type (III) molar ratio is 1 (compounds of formula (II)) 1 -CHR -SO 3 H signal in the H-NMR spectrum for the signal -CHR 1 -OH (general formula (III a compound of the Determined by the ratio of the strengths of the compounds). For example, when measured for 3- (trimethylsilyl) -tetraduterteropropionate sodium salt in D 2 O at a pH of 0 to 3, the signal of the compound of formula (II) wherein R 1 = H is 3.1 to 3.4 Signals of compounds of formula (III) with a chemical shift of ppm and R 1 = H show chemical shifts of 3.75 to 4.0 ppm.
Z=-C(OH)(PO3M2)2인 화학식 (II) 및 (III)의 화합물들 대 Z=-COOM인 화학식 (II) 및 (III)의 화합물들의 몰 비는1H-NMR 스펙트럼에서 -CHR2-C(OH)(PO3M2)2시그널 대 -CHR2-COOM 시그널의 강도 비에 의해 결정된다. 예를 들면, 0 내지 3의 pH에서 D2O 중의 3-(트리메틸실릴)-테트라듀테로프로피온산 나트륨염에 대하여 측정하였을 때, R2=H인 경우 전자의 시그널은 2.0 내지 2.5 ppm의 화학적 이동을 나타내고, R2=H인 경우 후자의 시그널은 2.5 내지 3.0 ppm의 화학적 이동을 나타낸다.The molar ratio of compounds of Formulas (II) and (III) with Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 to compounds of Formulas (II) and (III) with Z = -COOM is 1 H-NMR It is determined by the intensity ratio of the -CHR 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 signal to the -CHR 2 -COOM signal in the spectrum. For example, when measured for 3- (trimethylsilyl) -tetraduterropropionate sodium salt in D 2 O at a pH of 0-3, the electron signal is 2.0-2.5 ppm chemical shift when R 2 = H The latter signal shows a chemical shift of 2.5 to 3.0 ppm when R 2 = H.
화학식 (II) 및 (III)의 모든 화합물에 대한 계수 n의 평균 값, 즉 평균 올리고머화도 n평균도 또한1H-NMR 스펙트럼으로부터 계산된다. 라디칼 R1및 R2모두 수소를 나타내는 경우 (원료 아크릴산), 상기한 -CH2-SO3H 및 -CH2-OH 시그널의 강도들을 더하여 2를 곱한다. 결과로 얻은 파라미터는 외부 양성자의 상대 시그널 강도를 제공한다. 내부 양성자의 시그널 강도는 1.3 내지 2.3 ppm 범위의 (pH 6 내지 7에서, D2O 중의 3-(트리메틸실릴)테트라듀테로프로피온산 나트륨염에 대하여) 및 1.3 내지 2.55 ppm 범위의 (pH 0 내지 3에서, D2O 중의 3-(트리메틸실릴)테트라듀테로프로피온산 나트륨염에 대하여) 매우 넓은 시그널들의 강도로부터 결정된다. n평균은 하기 식으로부터 계산된다:The mean value of the coefficient n, ie the average oligomerization degree n mean , for all compounds of formulas (II) and (III) is also calculated from the 1 H-NMR spectrum. If both radicals R 1 and R 2 represent hydrogen (raw acrylic acid), the intensities of the above-CH 2 -SO 3 H and -CH 2 -OH signals are added and multiplied by two. The resulting parameter gives the relative signal strength of the external protons. The signal intensity of the internal protons ranges from 1.3 to 2.3 ppm (for pH 6-7, for 3- (trimethylsilyl) tetradeuteropropionate sodium salt in D 2 O) and from 1.3 to 2.55 ppm (pH 0-3 Is determined from the intensity of very broad signals) for the 3- (trimethylsilyl) tetraduterropropionate sodium salt in D 2 O). n mean is calculated from the following equation:
n평균= 4/3 (내부 양성자의 강도/외부 양성자의 강도) + 1n mean = 4/3 (internal proton intensity / external proton intensity) + 1
식은 원료가 메타크릴산 또는 크로톤산인 경우에는 적절하게 수정되어야 한다.The formula should be appropriately modified if the raw material is methacrylic acid or crotonic acid.
본 발명의 화합물 및 혼합물은 하기하는 반응 단계들에 따라 제조될 수 있으며, 이 때 단계 a), d) 및 e)는 필수적이고, 단계 b), c), f) 및 g)는 선택적이다:Compounds and mixtures of the present invention can be prepared according to the following reaction steps, wherein steps a), d) and e) are essential and steps b), c), f) and g) are optional:
a) 이산화황 1 mol과 물 1 mol 이상, 1가 염기 1 mol 이상 및 불포화 카르복실산 또는 카르복실산 혼합물 [이 때, 하기 화학식a) at least 1 mol of sulfur dioxide and at least 1 mol of water, at least 1 mol of monovalent base and unsaturated carboxylic acid or carboxylic acid mixture, wherein
(상기 식 중, R1및 R2는 서로 독립적으로 수소 또는 메틸을 나타냄)(Wherein R 1 and R 2 independently represent hydrogen or methyl)
을 갖는 카르복실산이 사용된다) 0.9 내지 2 mol의 반응;Carboxylic acids are used) reaction of 0.9 to 2 mol;
b) 경우에 따라, 단계 a)로부터의 반응 혼합물을 H+형태의 강 산성 양이온 교환기로 처리;b) optionally, treating the reaction mixture from step a) with a strongly acidic cation exchanger in the form of H + ;
c) 경우에 따라, 단계 b)로부터의 반응 혼합물의 탈수;c) optionally, dehydration of the reaction mixture from step b);
d) a) 또는 c)로부터의 반응 혼합물과 P(III) 원료 (이 때, 사용된 인의 몰 양은 1.6 내지 2.4 mol이다)와의 아민 염 존재 또는 부재하에 탈수 조건 하에서의반응;d) reaction under dehydration conditions with or without an amine salt with the reaction mixture from a) or c) and the P (III) raw material, wherein the molar amount of phosphorus used is from 1.6 to 2.4 mol;
e) 충분한 양의 물 또는 수성 염산을 첨가하여 단계 d)로부터의 반응 혼합물을 가수분해;e) hydrolysis of the reaction mixture from step d) by addition of a sufficient amount of water or aqueous hydrochloric acid;
f) 경우에 따라, 휘발성 성분의 제거 및 회수를 위한 증류;f) optionally distillation for removal and recovery of volatile components;
g) 경우에 따라, 반응 혼합물을 알칼리 금속 수산화물 용액으로 알칼리화시키고, 방출된 아민을 제거하고 아민을 반응 단계 a) 또는 d)에 재사용함으로써 단계 a) 또는 d)에서 첨가된 아민의 회수.g) recovery of the amine added in step a) or d), if desired, by alkalizing the reaction mixture with an alkali metal hydroxide solution, removing the released amine and reusing the amine in reaction step a) or d).
반응 단계 a)에 사용되는 불포화된 카르복실산은, 예를 들면 아크릴산, 메타크릴산 또는 크로톤산이고, 아크릴산 및 크로톤산이 바람직하고, 아크릴산이 특히 바람직하다. 상기 카르복실산의 혼합물, 예를 들면 아크릴산 및 크로톤산의 혼합물도 또한 사용할 수 있다.The unsaturated carboxylic acid used in reaction step a) is, for example, acrylic acid, methacrylic acid or crotonic acid, acrylic acid and crotonic acid are preferred, and acrylic acid is particularly preferred. Mixtures of the above carboxylic acids, such as mixtures of acrylic acid and crotonic acid, may also be used.
반응 단계 a)에 사용되는 1가 염기는 알칼리 금속 수산화물, 암모니아 또는 지방족 1급, 2급 또는 3급 아민일 수 있다. 바람직하게는, 수산화나트륨 또는 3급 아민, 특히 바람직하게는 트리부틸아민이 사용된다.The monovalent base used in reaction step a) may be an alkali metal hydroxide, ammonia or an aliphatic primary, secondary or tertiary amine. Preferably, sodium hydroxide or tertiary amines are used, particularly preferably tributylamine.
사용된 염기의 타입은 특히 최종 생성물 중의 올리고머의 비율에 영향을 미친다. 예를 들면, 수산화나트륨이 염기로 사용될 때, 염기로서 트리부틸아민을 사용한 경우 두드러지게 더 많은 올리고머가 얻어진다.The type of base used particularly affects the proportion of oligomers in the final product. For example, when sodium hydroxide is used as the base, significantly more oligomers are obtained when tributylamine is used as the base.
첨가된 염기의 바람직한 몰 양은 이산화황 및 불포화 카르복실산을 합한 몰 양보다 높지 않아야 한다. 상기한 최소량의 염기와 함께, 바람직한 염기 양은 하기 식을 사용하여 계산할 수 있다:The preferred molar amount of added base should not be higher than the molar amount of sulfur dioxide and unsaturated carboxylic acid combined. With the minimum amount of base described above, the preferred base amount can be calculated using the following formula:
바람직한 염기의 몰 수 = SO2의 몰 수 + (인자·불포화 카르복실산의 몰 수)Preferred mole number of bases = mole number of SO 2 + (mole number of factor-unsaturated carboxylic acid)
상기한 식 중의 인자는 0 내지 1의 값, 특히 바람직하게는 0.3 내지 0.9의 값을 갖는다. 반응 단계 a)에서 형성된 임의의 아민 염은 유리하게는 또한 나중의 반응 단계 d)에서 이 양으로 추가로 사용될 수 있다.The factor in the above formula has a value of 0 to 1, particularly preferably a value of 0.3 to 0.9. Any amine salt formed in reaction step a) can advantageously be further used in this amount also in later reaction step d).
사용되는 물의 바람직한 양은 수산화나트륨이 염기로 사용된 경우, 20 내지 30 mol이다. 3급 아민이 염기로 사용된 경우, 바람직한 물의 양은 실질적으로 더 적다. 이러한 차이의 이유는 우선 염의 용해도가 상이하다는 것이고, 둘째로는 반응 단계 c)에 따른 탈수가 아민이 염기로 사용된 경우에 및 단계 a) 중의 물의 양이 단계 d)에서 바람직한 양보다 실질적으로 더 적게 사용된 경우에 생략될 수 있다는 유리한 사실 때문이다. 단계 a)에서, 트리부틸아민이 염기로 사용되고, 나중의 반응 단계 d)에서 PCl3이 P(III) 원료로 사용된 경우, 반응 단계 a)에서, 바람직하게는 3 내지 5.8 mol, 특히 바람직하게는 3.8 내지 4.6 mol의 물이 사용된다. 이 양의 물은 이미 반응 단계 d)에서 필요한 양 + 반응 단계 a)에서의 화학 반응에 의해 소비된 물의 양 (1 mol)에 대응하고, 따라서 탈수 (반응 단계 c) 및 이온 교환 (반응 단계 d)이 생략될 수 있다.The preferred amount of water used is 20 to 30 mol when sodium hydroxide is used as the base. If tertiary amines are used as the base, the preferred amount of water is substantially less. The reason for this difference is that, firstly, the solubility of the salts is different, and secondly, when the dehydrated amine according to reaction step c) is used as the base and the amount of water in step a) is substantially greater than the amount desired in step d) This is due to the advantageous fact that less use can be made. In step a) when tributylamine is used as the base and in the subsequent reaction step d) PCl 3 is used as the P (III) raw material, in reaction step a), preferably 3 to 5.8 mol, particularly preferably 3.8 to 4.6 mol of water is used. This amount of water already corresponds to the amount required in reaction step d) plus the amount of water consumed by the chemical reaction in reaction step a) (1 mol), and thus dehydration (reaction step c) and ion exchange (reaction step d) ) May be omitted.
사용되는 카르복실산의 바람직한 양은 수산화나트륨이 염기로서 사용될 경우, 1 내지 2 mol, 특히 바람직하게는 1.05 내지 1.15 mol이다. 3급 아민이 염기로서 사용될 경우, 바람직하게는 카르복실산 0.90 내지 0.98 mol이 사용된다.The preferred amount of carboxylic acid used is 1 to 2 mol, particularly preferably 1.05 to 1.15 mol, when sodium hydroxide is used as the base. If tertiary amines are used as the base, preferably 0.90 to 0.98 mol of carboxylic acid are used.
방금 언급한 몰 양은 반응 단계 a) 전반에 걸친 총 양이다. 첨가된 염기의양 및 물의 양은, 반응 단계 a)를 단계별로 수행할 경우, 용이하게 나눠질 수 있고; 따라서, 먼저The molar amount just mentioned is the total amount throughout reaction step a). The amount of base added and the amount of water can be easily divided when the reaction step a) is carried out step by step; Therefore, first
1) SO21 mol을 물 1 mol 이상 및 염기 1 mol 이상과 반응시킨 다음 이 용액을1) React 1 mol of SO 2 with at least 1 mol of water and at least 1 mol of base, and then
2) 불포화 카르복실산 0.9 내지 2 mol, 염기 잔량 및 물 잔량과 반응시키는 것이 유리한 것으로 입증되었다.2) It has proved advantageous to react with 0.9 to 2 mol of unsaturated carboxylic acid, residual base and residual water.
이러한 2개의 부분 단계 1) 및 2)로의 분할은 불포화 카르복실산과의 반응 동안 pH가 보다 용이하게 일정하게 유지될 수 있다는 이점을 갖는다. 부분 단계 2)에 대한 바람직한 pH 범위는 3 내지 8, 특히 바람직하게는 pH 5 내지 6이다.The splitting into these two partial steps 1) and 2) has the advantage that the pH can be more easily maintained during the reaction with the unsaturated carboxylic acid. The preferred pH range for partial step 2) is 3 to 8, particularly preferably pH 5 to 6.
반응 단계 a)의 방법은 수산화나트륨을 염기로서 사용하는 경우 특히 간단해진다. 여기서, SO2와 수산화나트륨 용액 및 물의 반응 대신에, 시판되는 중아황산나트륨의 용액을 물 중에서 직접 제조하여 물 중의 수산화나트륨 및 카르복실산의 용액과 반응시킬 수 있다. 중아황산나트륨 용액을 먼저 도입시키고, 카르복실산나트륨 용액을 첨가하는 경우, 최종 생성물 중의 올리고머 함량은 카르복실산나트륨 용액을 먼저 도입한 다음 중아황산나트륨 용액을 첨가했을 때보다 더 낮다.The method of reaction step a) is particularly simplified when sodium hydroxide is used as the base. Here, instead of the reaction of SO 2 with sodium hydroxide solution and water, a commercially available solution of sodium bisulfite can be prepared directly in water and reacted with a solution of sodium hydroxide and carboxylic acid in water. When sodium bisulfite solution is introduced first and sodium carboxylate solution is added, the oligomer content in the final product is lower than when sodium carbonate solution is introduced first and then sodium bisulfite solution is added.
부분 단계 1)에 대한 바람직한 반응 온도는 0 내지 40 ℃이다. 부분 단계 2)의 경우, 알칼리 금속 수산화물을 염기로서 사용하는 경우에는 20 내지 80 ℃가 바람직하고, 아민을 염기로서 사용하는 경우 40 내지 100 ℃가 바람직하다.The preferred reaction temperature for partial step 1) is 0 to 40 ° C. In the case of partial step 2), 20 to 80 ° C. is preferred when using alkali metal hydroxide as base, and 40 to 100 ° C. when using amine as base.
반응 단계 b)는 단계 a)에서 알칼리 금속 수산화물을 염기로서 사용한 경우에만 필수적이다. 이온-교환 방법에서, 모든 알칼리 금속 이온의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 70%가 H+이온으로 교환되어야 한다. 아민이 염기로 사용될 때, 단계 b)가 생략될 수 있다.Reaction step b) is necessary only when the alkali metal hydroxide is used as the base in step a). In the ion-exchange method, at least 50%, preferably at least 70% of all alkali metal ions must be exchanged with H + ions. When the amine is used as the base, step b) can be omitted.
사용된 이온 교환기는 SO3H 기를 함유하는 수지, 예를 들면 레와티트 (LEWATIT) (등록상표) S 100이다.The ion exchange group used is a resin containing a SO 3 H group, for example LEWATIT® S 100.
반응 단계 c)는 반응 단계 a) 또는 b)로부터의 수용액 중에 사용된 SO2몰 당 4.8 mol보다 많은 물이 존재할 경우에 필수적이다. 반응 단계 c)는 일반적으로, 이온 교환기 수지로부터의 용출물이 일반적으로 너무 많은 물을 함유하기 때문에 반응 단계 b) 후에 필수적이다. 아민을 염기로서 사용할 때, 단계 c)가 생략될 수 있는데, 단, 단계 a)에서 5.8 mol 이하의 물이 사용되어야 한다.Reaction step c) is necessary when there is more than 4.8 mol of water per mole of SO 2 used in the aqueous solution from reaction steps a) or b). Reaction step c) is generally necessary after reaction step b) because the eluate from the ion exchanger resin generally contains too much water. When using an amine as the base, step c) can be omitted, provided that up to 5.8 mol of water must be used in step a).
탈수는 바람직하게는 90 ℃ 이하의 바닥 온도에서 20 mbar 이상의 감압 하에서 증류에 의해 수행된다. 용액을 농축시키기 위한 막 공정도 또한 적합하다.Dehydration is preferably carried out by distillation under reduced pressure of at least 20 mbar at a bottom temperature of 90 ° C. or lower. Membrane processes for concentrating the solution are also suitable.
반응 단계 d)에 사용되는 P(III) 원료는 하기하는 3가 인의 순수한 화합물 또는 이들 화합물들의 혼합물 중의 하나 일 수 있다: 삼염화인 (PCl3), 삼브롬화인 (PBr3), 삼산화인 (P4O6), 피로아인산 (H4P2O5), 아인산 (H3PO3) 및 아인산의 모노알킬, 디알킬 및 트리알킬 에스테르 (이 때, 알킬기로서 바람직하게는 메틸 및 에틸이 사용된다).The P (III) feedstock used in reaction step d) can be either a pure compound of trivalent phosphorus or a mixture of these compounds: phosphorus trichloride (PCl 3 ), phosphorus tribromide (PBr 3 ), phosphorus trioxide (P 4 O 6), blood phosphorus acid (H 4 P 2 O 5) , phosphorous acid (H 3 PO 3) and mono alkyl phosphite, dialkyl and trialkyl esters (this time, preferably methyl and ethyl as the alkyl group are used ).
P(III) 원료 물질은 단지 탈수 조건 하에서 바람직한 반응을 제공한다. 탈수 조건은, 단계 d)의 반응 혼합물 중에서, 혼합물 중에 존재하는 모든 인 원자 (P총량mol)에 대한 인-결합된 산소 원자 (OP-결합된 양mol)의 초기 몰 비는 2.4 이하이어야 함을 의미한다. 이 초기 몰 비 (OP-결합된 양mol)/(P총량mol)를 계산하기 위하여, 임의의 첨가된 물 또는 반응 혼합물 중에 이미 존재하는 물로부터의 산소 원자 외에 인 원료로부터의 모든 산소 원자들을 더하고, 모든 첨가된 인 원료로부터의 P 원자의 수로 나눈다. 물 및 P(III) 원료 이외의 원료로부터의 산소 원자들은 총량에 포함되지 않는다.P (III) raw materials only provide the desired reaction under dehydration conditions. The dehydration condition is that, in the reaction mixture of step d), the initial molar ratio of phosphorus-bonded oxygen atoms (mol of O- P -bonded to mol) to all phosphorus atoms (mol of P total amount ) present in the mixture should be less than or equal to 2.4 Means. In order to calculate this initial molar ratio (O P-bonded amount mol) / (mol total P), all oxygen atoms from the phosphorus source other than oxygen atoms from any added water or water already present in the reaction mixture In addition, divide by the number of P atoms from all added phosphorus raw materials. Oxygen atoms from raw materials other than water and P (III) raw materials are not included in the total amount.
1 내지 2.4의 초기 몰 비 (OP-결합된 양mol)/(P총량mol)가 바람직하다.Preference is given to an initial molar ratio of 1 to 2.4 (O P-bonded amount mol) / ( total amount P of mol).
문제의 원료는 순수한 물질로서 하기하는 초기 몰 비 (OP-결합된 양mol)/(P총량mol)를 갖는다: 삼염화인 및 삼브롬화인 (0), 삼산화인 (1.5), 피로아인산 (2.5), 아인산 및 그의 에스테르 (3). 상기 조건에 따라, 단지 삼산화인만이 순수한 물질로서 사용될 수 있고, 모든 다른 물질들은 바람직한 몰 비를 달성하기 위하여 다른 적합한 P(III) 원료와의 혼합물서, 또는 물과의 혼합물로서 사용되어야 한다.The raw material in question has an initial molar ratio (O P-bonded amount mol) / (mol total P) as pure material: phosphorus trichloride and phosphorus tribromide (0), phosphorus trioxide (1.5), pyrophosphoric acid (2.5 ), Phosphorous acid and esters thereof (3). According to the above conditions, only phosphorus trioxide can be used as pure material, and all other materials must be used as a mixture with other suitable P (III) raw materials or as a mixture with water in order to achieve the desired molar ratio.
바람직한 P(III) 원료는 용이하게 입수할 수 있고 저렴한 화학물질인 삼염화인 및 인산이다. 이들 바람직한 원료가 사용되는 경우, 1.4 내지 1.8의 초기 몰 비 (OP-결합된 양mol)/(P총량mol)가 특히 바람직하다. 1.5의 초기 몰 비 (OP-결합된 양mol)/(P총량mol)를 달성하기 위하여, 삼염화인 1 mol을 아인산 0.5 mol 또는 물 1.5 mol과 함께 사용해야 한다. 삼염화인, 아인산 및 물은 또한 3원 조합물로 사용될수 있다. 이 경우, PCl33/3 mol 대 물 2/3 mol 및 H3PO31/3 mol을 사용하는 것이 특히 유리한데, 그 이유는 아인산이 이어서, 지방산 염소화로부터 폐기 생성물인 특히 저렴한 70% 농도의 수용액 형태로 사용될 수 있기 때문이다.Preferred P (III) raw materials are phosphorus trichloride and phosphoric acid, which are readily available and inexpensive chemicals. When these preferred raw materials are used, an initial molar ratio (mol of O P-bonded amount ) / (mol of total P) of 1.4 to 1.8 is particularly preferred. In order to achieve an initial molar ratio of 1.5 mol (O P-bonded amount ) / (mol total P), 1 mol of phosphorus trichloride must be used with 0.5 mol of phosphorous acid or 1.5 mol of water. Phosphorus trichloride, phosphorous acid and water can also be used in ternary combinations. In this case, it is particularly advantageous to use 3/3 mol of PCl 3 to 2/3 mol of water and 1/3 mol of H 3 PO 3 , since the phosphorous acid is then a particularly low 70% concentration which is a waste product from fatty acid chlorination. This can be used in the form of an aqueous solution.
반응 단계 d)는 아민 염 존재하에 수행될 수 있고, 이 때 바람직하게는 사용된 아민 염은 앞에서 반응 단계 a)에서 첨가된 아민이다. 반응 단계 a)에서, 아민의 양 외에, 물의 양도 또한 반응 단계 d)의 조건에 따라 설정된 경우, 단지 P(III) 원료만이 단계 d) 중의 반응 혼합물에 첨가되어야 할 필요가 있다.Reaction step d) can be carried out in the presence of an amine salt, wherein preferably the amine salt used is the amine previously added in reaction step a). In the reaction step a), in addition to the amount of the amine, if the amount of water is also set according to the conditions of the reaction step d), only P (III) raw material needs to be added to the reaction mixture in step d).
아민을 먼저 반응 단계 d)에서 첨가한 경우, 반응 단계 d)에서 첨가된 유리 산 + PCl3, PBr3또는 P4O6의 가수분해에 의해 형성된 산의 몰 양은 유리 아민의 몰 양보다 커야 하고, 즉 반응 혼합물이 산 과량을 가져야 한다. 예를 들면 PCl3, 물 및 H3PO3가 원료로 사용된 경우, 이 조건은 하기하는 부등식으로 표현될 수 있다:If the amine is first added in reaction step d), the molar amount of the acid formed by the hydrolysis of the free acid + PCl 3 , PBr 3 or P 4 O 6 added in reaction step d) must be greater than the molar amount of free amine That is, the reaction mixture should have an acid excess. For example, when PCl 3 , water and H 3 PO 3 are used as raw materials, this condition can be expressed by the following inequality:
2(H3PO3의 몰 수) + 2(물의 몰 수) - (아민의 몰 수) > 02 (moles of H 3 PO 3 ) + 2 (moles of water)-(moles of amine)> 0
아민 염은 반응을 가속화시켜 보다 짧은 시간에 보다 높은 수율의 포스포네이트를 생성시킨다. 아민 염의 존재하에, 반응 단계 d)에서의 반응은 75 ℃에서 약 1 내지 3 시간을 필요로 한다.The amine salts accelerate the reaction to produce higher yields of phosphonates in less time. In the presence of an amine salt, the reaction in reaction step d) requires about 1 to 3 hours at 75 ° C.
반응 단계 d)에서의 온도는 40 내지 180 ℃일 수 있다. 60 내지 130 ℃의 반응 온도가 바람직하게 사용된다. 저비점 PCl3이 원료로 사용되는 경우, 몇몇 환경 하에서 -첨가된 아민의 양 및 물의 양에 따라- 130 ℃의 반응 온도가 즉시 달성될 수 없고, 단지 약 1 시간 동안의 가열 단계 후에만 달성될 수 있으며, 이 동안 PCl3대부분이 반응하여 비휘발성 2차 생성물을 형성시킨다.The temperature in reaction step d) may be 40 to 180 ° C. The reaction temperature of 60-130 degreeC is used preferably. When low boiling point PCl 3 is used as raw material, under some circumstances-depending on the amount of added amine and the amount of water-the reaction temperature of 130 ° C. cannot be achieved immediately, but only after a heating step of about 1 hour. During this time, most of the PCl 3 reacts to form a nonvolatile secondary product.
원료가 첨가되는 순서는 임의적이다.The order in which the raw materials are added is arbitrary.
반응 단계 e)에서, 반응 단계 d)로부터의 반응 혼합물을 가수분해시킨다. 이를 위하여, 적어도 많은 양의 물 또는 수성 염산을 첨가하여 반응 단계 d)에서 사용된 모든 PCl 또는 PBr 결합, 또는 P-O-P 결합이 가수분해될 수 있도록 한다. 여기서 반응 단계 d)에서 이미 사용된 물의 양을 고려한다. 예를 들면 반응 단계 d)에서, 다른 원료 외에 PCl31.5 mol 및 물 1 mol이 사용된 경우, 반응 단계 c)에서 2 mol 이상의 물을 추가로 첨가해야 한다. 바람직한 물의 양은 최소량의 1.1 내지 20배이다. 가수분해는 바람직하게는 70 내지 120 ℃, 특히 바람직하게는 90 내지 110 ℃의 온도에서 수행된다. 가수분해는 또한 승압에서 수행될 수 있다. 바람직한 가수분해 기간은 1 시간 내지 24 시간, 특히 바람직하게는 12 내지 20 시간이다.In reaction step e), the reaction mixture from reaction step d) is hydrolyzed. To this end, at least a large amount of water or aqueous hydrochloric acid is added so that all PCl or PBr bonds, or POP bonds used in reaction step d) can be hydrolyzed. Here consider the amount of water already used in reaction step d). In reaction step d), for example, if 1.5 mol of PCl 3 and 1 mol of water are used in addition to the other raw materials, at least 2 mol of water must be added in reaction step c). The preferred amount of water is 1.1 to 20 times the minimum amount. The hydrolysis is preferably carried out at a temperature of 70 to 120 ° C, particularly preferably 90 to 110 ° C. Hydrolysis can also be performed at elevated pressure. Preferred hydrolysis periods are 1 hour to 24 hours, particularly preferably 12 to 20 hours.
선택적인 반응 단계 f)에서, 반응 혼합물의 휘발성 성분, 특히 물 및 염화수소를 증류시켜 버린다. 이를 위하여, 혼합물을 바람직하게는 최대 130 ℃의 온도로 가열시키고, 수성 염산을 대기압에서 또는 감압 하에 오버헤드로 제거한다.In an optional reaction step f), the volatile components of the reaction mixture, in particular water and hydrogen chloride, are distilled off. To this end, the mixture is preferably heated to a temperature of up to 130 ° C. and the aqueous hydrochloric acid is removed overhead at atmospheric pressure or under reduced pressure.
반응 단계 d)를 아민 염 존재하에 수행하는 경우, 이 방법은 반응 단계 g)로 끝난다. 이를 위하여, 알칼리 금속 수산화물 용액, 바람직하게는 수산화나트륨 용액을 첨가하여 반응 혼합물을 7보다 큰 pH, 바람직하게는 pH 10 내지 14로 조절한다. 그 결과, 아민이 유리된다. 트리메틸아민, 트리에틸아민 또는 트리프로필아민의 경우에 증류에 의해 제거될 수 있다. 트리부틸아민, 트리펜틸아민 또는 트리헥실아민은 그들의 낮은 수용해도 때문에 상 분리에 의해 포스포네이트 혼합물로부터 매우 용이하게 제거될 수 있다. 회수된 아민은 반응 단계 a) 또는 d)에서 재사용될 수 있다.If reaction step d) is carried out in the presence of an amine salt, the process ends with reaction step g). To this end, the alkali metal hydroxide solution, preferably sodium hydroxide solution, is added to adjust the reaction mixture to a pH greater than 7, preferably pH 10-14. As a result, the amine is liberated. In the case of trimethylamine, triethylamine or tripropylamine it can be removed by distillation. Tributylamine, tripentylamine or trihexylamine can be very easily removed from the phosphonate mixture by phase separation because of their low water solubility. The recovered amine can be reused in reaction step a) or d).
본 발명의 물질 및 혼합물은 매우 다방면에 걸친 용도, 예를 들면 스케일 억제제 및 또한 부식 억제제로서의 용도를 가질 수 있다. 이러한 조성물의 사용 분야는 예를 들면, 물 처리 (예를 들면, 냉각수, 가공수 및 2차 유추출에서의 주입수의 처리 및 채광에서의 물 처리) 및 공업용 및 기업 클리너 분야 (예를 들면, 식품 공업에서 용기 및 장치의 클리닝, 병 클리닝, 기업 식기세척기 및 세탁기 세제)일 수 있다.The materials and mixtures of the present invention may have a very broad range of uses, for example as scale inhibitors and also as corrosion inhibitors. Areas of use of such compositions include, for example, water treatment (eg, treatment of cooling water, process water and injection water in secondary oil extraction and water treatment in mining) and industrial and corporate cleaners (eg, Cleaning of containers and devices in the food industry, bottle cleaning, corporate dishwashers and washing machine detergents).
이러한 타입의 조성물은 바람직하게는 1 내지 20%의 전체 포스폰산 농도로 화학식 (I)의 1-히드록시-3-술포노프로판-1,1-디포스폰산 또는 화학식 (II) 내지 (V), 경우에 따라서는 또한 (II) 내지 (VII)의 물질들의 포스포네이트 혼합물을 함유한다. 유리 포스폰산의 농도의 계산은 실시예 1, 반응 단계 g)에서 설명된다. 분명하게, 조성물은 또한 그들의 알칼리 금속염, 암모늄염 또는 알킬암모늄염 형태의 포스폰산을 함유할 수 있다.Compositions of this type are preferably 1-hydroxy-3-sulfonopropane-1,1-diphosphonic acid of formula (I) or (II) to (V) at a total phosphonic acid concentration of 1 to 20%. And optionally also contains a phosphonate mixture of the substances of (II) to (VII). The calculation of the concentration of free phosphonic acid is described in Example 1, reaction step g). Obviously, the compositions may also contain phosphonic acids in the form of their alkali metal salts, ammonium salts or alkylammonium salts.
본 발명의 물질 및 혼합물은 단독으로 또는 각 응용분야에 유용한 것으로 입증된 1종 이상의 물질들과의 혼합물로 사용될 수 있다. 이러한 추가의 성분들의 예로는 아연 염, 몰리브덴산염, 붕산염, 규산염, 아졸 (예를 들면, 톨릴트리아졸또는 벤조트리아졸), 다른 포스폰산, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산을 기재로 하고 경우에 따라서는 포스포네이트, 술포네이트 및(또는) 히드록실 측기를 갖는 공단량체를 함유하는 단일-, 공- 및 삼원중합체, 다른 폴리아스파트산, 리그닌술포네이트, 탄닌, 인산염, 착화제, 시트르산, 타르타르산, 글루콘산, 계면활성제, 소독제, 분산제, 살생제를 들 수 있다. 당 업계의 통상의 숙련인에게, 여기서 산 (예를 들면 "포스폰산") 대신에 그들의 염 ("포스포네이트")이 사용될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지로 사용될 수 있음은 자명한 사실이다.The materials and mixtures of the present invention may be used alone or in admixture with one or more materials that have proven useful for each application. Examples of such additional components are based on zinc salts, molybdates, borates, silicates, azoles (eg tolyltriazole or benzotriazole), other phosphonic acids, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid and Thus mono-, co- and terpolymers containing comonomers having phosphonates, sulfonates and / or hydroxyl side groups, other polyaspartic acids, ligninsulfonates, tannins, phosphates, complexing agents, citric acid, tartaric acid And gluconic acid, surfactants, disinfectants, dispersants, and biocides. It is apparent to one of ordinary skill in the art that instead of acids (eg "phosphonic acids") their salts ("phosphonates") can be used and vice versa. .
폴리아스파트산 및(또는) 그들의 염을 추가 성분으로 첨가한 본 발명의 물질 및 혼합물이 특히 유리한 것으로 입증되었다. 폴리아스파트산의 바람직한 실시태양은 본 출원에 참고문헌으로 인용된 DE 4 439 193 A1에 기재되어 있다.The materials and mixtures of the present invention with the addition of polyaspartic acid and / or their salts as additional components have proven particularly advantageous. Preferred embodiments of polyaspartic acid are described in DE 4 439 193 A1, which is incorporated herein by reference.
본 발명은 추가로 본 발명의 물질 또는 혼합물을 처리해야 하는 물에 도입시키는 것을 특징으로 하는 물 처리 방법에 관한 것이다.The invention further relates to a water treatment method which comprises introducing a substance or mixture of the invention into the water to be treated.
본 발명은 추가로, 본 발명의 물질 또는 혼합물을 가피형성 억제제/금속이온 봉쇄제로서 사용하는 것을 특징으로 하는 알칼리성 클리닝 방법에 관한 것이다.The invention further relates to an alkaline cleaning method characterized by the use of the substance or mixture of the invention as an anti-skinning inhibitor / metal ion sequestrant.
물 처리 방법은 실시예를 사용하여 아래에서 설명될 것이다.The water treatment method will be described below using examples.
예를 들면, 신선한 수 냉각을 갖는 냉각 시스템 중에 사용될 때, 침적 및 코팅을 막기 위하여 본 발명의 물질 또는 혼합물을 활성 화합물 약 0.1 내지 10 mg/l 사이의 농도로 유입 수에 첨가한다.For example, when used in cooling systems with fresh water cooling, the materials or mixtures of the present invention are added to the influent water at concentrations between about 0.1 and 10 mg / l of active compound to prevent deposition and coating.
냉각 회로에 있어서, 스케일 보호 및(또는) 부식 보호용 첨가제들은 주로 구성수에 기초한 속도 의존 방식으로 첨가된다. 농도는 순환하는 냉각 수 중에서 활성 화합물 약 1 내지 50 mg/l 사이이고, 이것은 일반적으로 신선한 수 냉각의 경우에서보다 상당히 더 높은 물 경도를 갖는다. 더 높은 물 경도는 보다 작은 냉각수 시스템, 예를 들면 병원 또는 큰 사무실 블록을 위한 공기조화 시스템의 경우에 부적절한 유지 때문에, 자주 -적어도 때때로- 발생된다. 상기 시스템의 경우, 높은 칼슘 내성을 갖는 첨가제가 특히 바람직하다. 투여량은 순환되는 냉각 수 중에서 활성 화합물 약 10 내지 500 mg/l이다.In the cooling circuit, additives for scale protection and / or corrosion protection are added in a rate dependent manner mainly based on the constituent water. The concentration is between about 1 to 50 mg / l of active compound in circulating cooling water, which generally has a significantly higher water hardness than in the case of fresh water cooling. Higher water hardness often occurs-at least occasionally-because of inadequate maintenance in the case of smaller cooling water systems, for example air conditioning systems for hospital or large office blocks. For such systems, additives with high calcium resistance are particularly preferred. The dosage is about 10 to 500 mg / l of active compound in circulating chilled water.
MSF (다단계 플래쉬) 및 VP (증기 압축) 시스템에서 증류에 의한 해수 염분제거법에서, 열 교환기 표면의 가피형성은 유입 해수에 첨가한, 활성 성분 약 1 내지 5 mg/l의 첨가제 첨가에 의해 예방된다.In seawater desalination by distillation in MSF (multi-stage flash) and VP (steam compression) systems, exfoliation of the heat exchanger surface is prevented by the addition of about 1 to 5 mg / l of active ingredient, added to the incoming seawater .
RO (역삼투) 시스템에 필요한 투여량은 이 방법이 필요로 하는 보다 낮은 최대 온도 때문에 일반적으로 훨씬 더 낮다.The dosage required for the RO (reverse osmosis) system is generally much lower because of the lower maximum temperature this method requires.
알칼리성 클리닝에 있어서 본 발명의 물질 및 혼합물의 사용 방법을 하기하는 바와 같이 설명한다:The method of using the materials and mixtures of the invention in alkaline cleaning is described as follows:
알칼리성 클리닝에 있어서 금속이온봉쇄 및 가피형성의 억제를 위해 사용된 활성 화합물 농도는 특히 기술적 및 물리적 조건, 예를 들면 pH, 체류 시간, 온도, 물 경도에 의존한다.The active compound concentrations used for the inhibition of metal ion blockage and sclerosis in alkaline cleaning depend in particular on technical and physical conditions such as pH, residence time, temperature, water hardness.
60 ℃ 이하의 온도 및 비교적 짧은 체류 시간에서 보다 약하게 알칼리성 범위 (최대 약 10 pH)에서는 100 mg/l보다 두드러지게 더 낮은, 일반적으로 5 내지 80 mg/l의 활성 화합물 농도가 주로 충분한 반면에, 보다 더 높은 알칼리 농도 및 온도에서는, 때때로 약 100 mg/l 내지 1000 mg/l의 투여량이 필수적일 수 있다.In the weakly alkaline range (up to about 10 pH) at temperatures below 60 ° C. and relatively short residence times, the active compound concentrations, typically 5 to 80 mg / l, which are significantly lower than 100 mg / l, are mainly sufficient, At higher alkali concentrations and temperatures, sometimes a dose of about 100 mg / l to 1000 mg / l may be necessary.
본 발명의 물질 및 혼합물은 상업적으로 사용된 제품 HEDP에 비하여 하기하는 이점들을 갖는다:The materials and mixtures of the present invention have the following advantages over commercially used product HEDP:
- 매우 높은 칼슘 농도를 갖는 물 중에서, 거의 용해되지 않는 칼슘염을 형성하지 않는다. 칼슘 내성이 두드러지게 더 높고, 이것은 실시예 3의 표 1에서 낮은 혼탁도 값에 의헤 입증된다;-In water with very high calcium concentration, it does not form almost insoluble calcium salts. Calcium resistance is significantly higher, which is evidenced by the low turbidity values in Table 1 of Example 3;
- 300 내지 600 ppm CaCO3의 전체 경도를 갖는 물 중에서는, HEDP보다 더 낮은 투여량에서 조차도 탄산칼슘으로 과포화된 이들 물 중에서 부착성 코팅 (= 스케일)의 형성을 예방하기 때문에 보다 효과적인 스케일 억제제이다 (표 2 및 3에서 스케일에 대한 기호 ★ 참조). 또한, 이들 물 중에서는, 스케일 억제제에 의해 용액 중에 유지될 수 있는 칼슘 이온의 비율 (=잔류 경도 RH [%])이 HEDP가 사용되었을 때보다 상당히 더 높다 (표 2 및 3 참조). 1200 ppm CaCO3의 전체 경도를 갖는 매우 경수조차도 대응하게 높은 투여량의 본 발명의 억제제에 의해 안정화되어 투명한 용액을 형성하는 반면에, HEDP는 그의 낮은 칼슘 내성 때문에, 동일한 조건 하에서 거의 불용성인 칼슘염의 침전을 초래한다 (표 4 참조, 억제제 농도 400 mg/l).In water with a total hardness of 300 to 600 ppm CaCO 3 , it is a more effective scale inhibitor because it prevents the formation of an adhesive coating (= scale) in these waters supersaturated with calcium carbonate even at lower doses than HEDP. (See symbols ★ for scale in Tables 2 and 3). In addition, among these waters, the proportion of calcium ions (= residual hardness RH [%]) that can be maintained in solution by the scale inhibitor is significantly higher than when HEDP was used (see Tables 2 and 3). Even very hard water with an overall hardness of 1200 ppm CaCO 3 is stabilized by a correspondingly high dose of the inhibitor of the present invention to form a clear solution, while HEDP, due to its low calcium resistance, has a near insoluble calcium salt under the same conditions. Results in precipitation (see Table 4, inhibitor concentration 400 mg / l).
문헌에 제시된 하기 화학식Formula given in the literature
(상기 식 중, n=1 및 n=3 내지 10 및 X=OH)(Wherein n = 1 and n = 3 to 10 and X = OH)
의 1-히드록시-ω-술포노알칸-1,1-디포스폰산과 비교하였을 때, 본 발명의 물질 및 혼합물은 하기하는 이점들을 갖는다:Compared with 1-hydroxy-ω-sulfonoalkane-1,1-diphosphonic acid of, the materials and mixtures of the present invention have the following advantages:
- 저렴한 원료로부터 양호한 수율로 제조될 수 있다;Can be produced in good yields from inexpensive raw materials;
- 300 내지 600 ppm CaCO3의 전체 경도를 갖는 물 중에서, 2 내지 5 mg/l의 매우 낮은 억제제 투여량에서 조차도 상기한 화학식을 갖는 상기한 1-히드록시-ω-술포노알칸-1,1-디포스폰산보다 용액 중에 더 많은 양의 칼슘 이온을 유지하기 때문에 보다 효과적인 스케일 억제제이다. 이것은 표 2 및 3 [실시예 1 (본 발명에 따름)로부터의 물질과 비교 실시예 3 및 4로부터의 물질 (상기함)을 비교]에서 측정된 잔류 경도에 의해 입증된다. 또한, 600 ppm CaCO3를 함유하는 물 중의 본 발명의 조성물은 상기한 1-히드록시-ω-술포노알칸-1,1-디포스폰산보다 훨씬 더 낮은 투여량에서조차도 부착성 코팅 (=스케일)의 형성을 막는다 (표 3에서 스케일에 대한 기호 ★ 참조).1-hydroxy-ω-sulfonoalkanes-1,1 described above having the above formula even at very low inhibitor doses of 2 to 5 mg / l in water with an overall hardness of 300 to 600 ppm CaCO 3 It is a more effective scale inhibitor because it retains more calcium ions in solution than diphosphonic acid. This is evidenced by the residual hardness measured in Tables 2 and 3 (compare materials from Example 1 (according to the invention) with materials from Comparative Examples 3 and 4 (above)). In addition, the compositions of the present invention in water containing 600 ppm CaCO 3 have an adhesive coating (= scale) even at much lower doses than the 1-hydroxy-ω-sulfonoalkane-1,1-diphosphonic acid described above. Prevents the formation of (see the symbol ★ for the scale in Table 3).
하기 화학식Formula
(상기 식 중, n=1 및 n=3 내지 10 및 X=OH)(Wherein n = 1 and n = 3 to 10 and X = OH)
의 1-히드록시-ω-술포노알칸-1,1-디포스폰산의 상기한 제조 방법과 비교하였을 때, 본 발명의 물질의 제조 방법은 하기하는 이점들을 갖는다:Compared with the above-mentioned process for preparing 1-hydroxy-ω-sulfonoalkane-1,1-diphosphonic acid of, the process for preparing the material of the present invention has the following advantages:
- n=2인 상기 화학식을 갖는 이전에 알려지지 않는 화합물을 양호한 수율로제공한다;a previously unknown compound having the above formula with n = 2 in good yield;
- 매우 높은 칼슘 내성을 갖는 양호한 스케일 억제제를 생성시킨다;Produces good scale inhibitors with very high calcium resistance;
- 또한 R1또는 R2가 메틸인 화학식 I에 따른 추가의 메틸-치환된 화합물을 생성시킨다.And further methyl-substituted compounds according to formula I, wherein R 1 or R 2 is methyl.
n=1 및 n=3 내지 10인 상기 화학식의 문헌에 공지된 1-히드록시-ω-술포노알칸-1,1-디포스폰산의 문헌에 언급된 제조 방법들은 모두 화학식 (I)의 본 발명의 화합물을 생성시키지 못한다.The preparation methods mentioned in the literature of 1-hydroxy-ω-sulfonoalkane-1,1-diphosphonic acid known in the literature of the above formula wherein n = 1 and n = 3 to 10 are all examples of the formula (I). It does not produce the compounds of the invention.
예를 들면, US-A-5 221 487로부터의 n=3 내지 10인 화합물에 대한 상기한 제조 방법은 n=2인 화합물로 확대될 수 없다. 이 실험에서 얻어진 혼합물은 화학식 (I)의 성분을 전혀 함유하지 않거나 또는 매우 낮은 농도로 함유한다 (비교 실시예 1 및 2 참조). 그러므로, 수행된 모든 시험들에서 이들 혼합물은 실시예 1의 본 발명의 혼합물보다 훨씬 더 열등한 스케일 억제제를 나타낸다 ["물질 비교 실시예 1 (C3주쇄)" 하에서의 표 1 내지 4 참조].For example, the above-described preparation method for compounds with n = 3 to 10 from US-A-5 221 487 cannot be expanded to compounds with n = 2. The mixture obtained in this experiment contains no components of formula (I) at all or very low concentrations (see Comparative Examples 1 and 2). Therefore, in all the tests performed these mixtures show a much inferior scale inhibitor than the inventive mixtures of Example 1 (see Tables 1-4 under "Comparative Example 1 (C 3 backbone)").
US-A-3 940 436으로부터 n=1인 화합물에 대하여 역시 상기한 제조 방법은, 술포노기 및 -C(OH)(PO3H2)2기가 에폭시에탄-1,1-디포스폰산 나트륨염을 통한 합성 경로 때문에 2개의 CH2기들에 의해서가 아니라 최대1개의 CH2기에 의해서만 서로로부터 분리될 수 있기 때문에, 원칙적으로 화학식 (I)의 화합물을 제조하는 데에는 적합하지 않다.The preparation method also described above for the compound of n = 1 from US-A-3 940 436 is that the sulfono group and the -C (OH) (PO 3 H 2 ) 2 group are epoxyethane-1,1-diphosphonic acid sodium. It is in principle not suitable for the preparation of compounds of formula (I), because they can be separated from each other only by at most one CH 2 group and not by two CH 2 groups because of the synthetic route through the salt.
따라서 본 발명의 제조 방법은 화학식 (I)의 화합물을 고수율로 제조할 수있게 만드는 유일한 방법이다.The preparation process of the invention is therefore the only one which makes it possible to prepare compounds of formula (I) in high yield.
본 발명은 하기하는 실시예에 기초하여 보다 상세하게 설명될 것이다 (상기한 반응 단계에 대한 표시 참조).The invention will be explained in more detail on the basis of the following examples (see indications for the above reaction steps).
<실시예 1><Example 1>
아크릴산과 트리부틸아민, SOAcrylic acid and tributylamine, SO 22 , 물 및 삼염화인의 본 발명에 따른 반응Reaction according to the invention of water, water and phosphorus trichloride
반응 단계 a), 부분 단계 1)Reaction step a), partial step 1)
트리부틸아민 740 g (4 mol) 및 물 252 g (14 mol)을 교반기, 내부 온도계, pH 전극, 유리 프릿을 가진 가스 유입관, 환류 응축기 및 여기에 부착된 가스 유출관이 장치된 2 l 다목 플라스크에 도입시켰다. 20℃ 내지 30℃에서 강하게 교반하면서 혼합물이 1상이 되고 pH 4로 측정될 때까지 이산화황을 이 2상 혼합물에 도입시켰다. 반응 혼합물을 칭량하였더니 질량이 263.6 g 증가하였는데, 이것은 SO24.12 mol이 흡수되었음을 의미한다. 이산화황/트리부틸아민/물의 출발 몰 비를 1/1/3.5로 설정하기 위하여, 추가로 트리부틸아민 22 g 및 물 7.5 g을 혼합물에 첨가하였다. 따라서, 이 전체 혼합물 312 g은 이산화황 1 mol, 트리부틸아민 1 mol 및 물 3.5 mol의 출발량에 대응하였다.740 g (4 mol) of tributylamine and 252 g (14 mol) of water are mixed with a stirrer, an internal thermometer, pH electrode, a gas inlet tube with a glass frit, a reflux condenser and a gas outlet tube attached thereto. Introduced to the flask. With strong stirring at 20 ° C. to 30 ° C., sulfur dioxide was introduced into this biphasic mixture until the mixture became one phase and measured to pH 4. The reaction mixture was weighed and the mass increased 263.6 g, which means that 4.12 mol of SO 2 was absorbed. In order to set the starting molar ratio of sulfur dioxide / tributylamine / water to 1/1 / 3.5, additionally 22 g of tributylamine and 7.5 g of water were added to the mixture. Thus, 312 g of this total mixture corresponded to a starting amount of 1 mol of sulfur dioxide, 1 mol of tributylamine and 3.5 mol of water.
반응 단계 a), 부분 단계 2)Reaction step a), partial step 2)
상기 용액 312 g을 교반기, 내부 온도계, 2개의 적하 깔때기, pH 전극 및 가스 라인이 부착되어 있는 환류 응축기가 장치된 1 l 다목 플라스크에 도입시켰다.혼합물을 60 ℃로 예열시켰다. 이어서 이 온도에서 1 시간에 걸쳐 아크릴산 (99.5% 순도) 72.42 g (1 mol) 및 트리부틸아민 78.5 g (0.42 mol)을 2개의 분리된 적하 깔때기로부터 적하 첨가하였다. 이 동안 반응 혼합물의 pH는 5 내지 5.5 사이이다. 적하 첨가 후, 혼합물을 60 ℃에서 적어도 2 시간 동안 추가로 교반시켰다. 아황산염의 요오드 측정은 사용된 SO2의, 1 시간의 추가 교반 시간 후에는 87.7% 및 2 시간의 추가 교반 시간 후에는 97.6%가 더이상 아황산염으로 검출될 수 없음을 보여주었다. 얻어진 혼합물 462.9 g은 최초에 SO21 mol, 아크릴산 1 mol, 아민 1.42 mol 및 물 3.5 mol의 초기량에 대응하였다. 물 1 mol이 이미 부분 단계 1)에서 SO21 몰 당의 화학 반응에 의해 소비되었기 때문에, 얻어진 자유수의 양은 단지 3.5-1=2.5 mol이다. 자유수의 양은 하기 반응 단계 d)의 경우에 중요하다.312 g of the solution was introduced into a 1 l multi-necked flask equipped with a stirrer, an internal thermometer, two dropping funnels, a reflux condenser with a pH electrode and a gas line. The mixture was preheated to 60 ° C. 72.42 g (1 mol) of acrylic acid (99.5% purity) and 78.5 g (0.42 mol) of tributylamine were then added dropwise from two separate dropping funnels at this temperature. During this time the pH of the reaction mixture is between 5 and 5.5. After the dropwise addition, the mixture was further stirred at 60 ° C. for at least 2 hours. Iodine measurement of sulfites is added to the stirring time after the first time of the SO 2 used is added after the stirring time of 2 hours and 87.7% showed a 97.6% could not be detected any more sulfite. 462.9 g of the mixture obtained initially corresponded to an initial amount of 1 mol of SO 2, 1 mol of acrylic acid, 1.42 mol of amine and 3.5 mol of water. Since 1 mol of water has already been consumed by a chemical reaction per mol of SO 2 in part 1), the amount of free water obtained is only 3.5-1 = 2.5 mol. The amount of free water is important for the reaction step d) below.
20 mbar 및 90 ℃에서 회전 증발기 상에서 아민을 제거한 후에 농축된 용액의 샘플에 수산화나트륨 용액을 첨가하였다. 이 샘플 (0 ppm에서 내부 기준으로 3-(트리메틸실릴)테트라듀테로프로피온산 나트륨염을 함유)의1H-NMR 스펙트럼은 2.58 ppm (-CH2-COONa기에 대한) 및 3.13 ppm (-CH2-SO3Na기에 대한)에서 2개의 삼중선으로 Z=COOH, R1및 R2=H 및 n=1인 화합물 (II)를 나타내었다. 3.65 내지 3.85 ppm에서 상이한 -CH2-OH 종에 대한 시그널 군을 볼 수 있었다. -CH2-SO3Na 대 -CH2-OH의 몰 비는 42이었다. 평균 올리고머화도 n평균은 1에 매우 가깝지만, 트리부틸아민 잔기가 스펙트럼을 간섭하기 때문에 정확하게는 측정될 수 없다.After removing the amine on a rotary evaporator at 20 mbar and 90 ° C., sodium hydroxide solution was added to the sample of concentrated solution. The 1 H-NMR spectrum of this sample (containing 3- (trimethylsilyl) tetraduteropropionate sodium salt at 0 ppm internally) was 2.58 ppm (for the -CH 2 -COONa group) and 3.13 ppm (-CH 2- Two triplets (for SO 3 Na groups) represent Compound (II) with Z = COOH, R 1 and R 2 = H and n = 1. Signal groups for different -CH 2 -OH species could be seen at 3.65 to 3.85 ppm. The molar ratio of —CH 2 —SO 3 Na to —CH 2 —OH was 42. The average oligomerization degree n mean is very close to 1, but cannot be accurately measured because tributylamine residues interfere with the spectrum.
반응 단계 d)Reaction step d)
상기 반응 혼합물 126.62 g 및 물 5.04 g (0.28 mol)을 교반기, 내부 온도계, 적하 깔때기, 환류 응축기 (냉매 온도 -15 ℃), 여기에 부착된 가스 유출관, 안전 용기 및 HCl 및 연행된 PCl3을 트랩핑하기 위하여 물 1 l를 함유하는 흡수 용기가 장치된 0.5 l 4목 플라스크에 도입시키고, 질소로 블랭킹시키고, 60 ℃로 가열시켰다. 도입된 혼합물은 최초에 SO20.274 mol, 아민 0.388 mol, 아크릴산 0.274 mol 및 물 1.236 mol의 초기량에 대응하고, 자유수의 양은 단지 0.964 mol이다. 이어서, 교반 및 냉각하면서, 삼염화인 77.0 g (0.561 mol)을 60 내지 70 ℃의 온도에서 30분 동안에 걸쳐 이 혼합물에 적하 첨가하였다. 첨가된 삼염화인의 양은 사용된 인의 양 대 사용된 SO2의 양의 몰 비가 2.05이고, 사용된 SO2의 양 대 사용된 인의 양의 몰 비가 0.49이도록 계산되었다. 또한, PCl3첨가 전의 자유수 대 사용된 인의 몰 비는 1.72이었다. PCl3첨가 후, 반응 혼합물을 70 내지 80 ℃에서 추가로 3 시간 동안 교반시켰다.126.62 g of the reaction mixture and 5.04 g (0.28 mol) of water were added to a stirrer, an internal thermometer, a dropping funnel, a reflux condenser (refrigerant temperature -15 ° C.), a gas outlet tube attached thereto, a safety vessel and HCl and entrained PCl 3 . Into a 0.5 l four-necked flask equipped with an absorbent vessel containing 1 l of water for trapping, blanked with nitrogen and heated to 60 ° C. The introduced mixture initially corresponds to an initial amount of 0.274 mol SO 2 , 0.388 mol amine, 0.274 mol acrylic acid and 1.236 mol water, and the amount of free water is only 0.964 mol. Then, while stirring and cooling, 77.0 g (0.561 mol) of phosphorus trichloride was added dropwise to the mixture over a period of 30 minutes at a temperature of 60 to 70 ° C. The amount of the added phosphorus trichloride in the molar amount of SO 2 the amount of phosphorus used for using the ratio 2.05, so that the calculated amount for the amount of phosphorus used in the SO 2 using a molar ratio of 0.49. In addition, the molar ratio of free water to used phosphorus before the addition of PCl 3 was 1.72. After addition of PCl 3 , the reaction mixture was stirred at 70-80 ° C. for an additional 3 hours.
반응 단계 e)Reaction step e)
그 후, 물 280 ml를 처음에는 서서히 교반하면서 및 이어서 초기 HCl 가스 방출이 쇠퇴한 후에는 보다 신속하게 교반하면서 적하 첨가하고, 혼합물을 100 ℃에서 추가로 18 시간 동안 유지시켰다. HCl 및 PCl3가스를 탈출시키기 위한 물 1l를 함유하는 흡수 용기 중에서 (반응 단계 d) 참조), 총 HCl 1.07 mol 및 H3PO30.02 mol이 검출되었다.Thereafter, 280 ml of water was added dropwise at first with slow stirring and then with more rapid stirring after the initial HCl gas evolution had declined, and the mixture was kept at 100 ° C. for an additional 18 hours. In an absorption vessel containing 1 l of water to escape HCl and PCl 3 gas (see reaction step d)), 1.07 mol total HCl and 0.02 mol H 3 PO 3 were detected.
반응 단계 g)Reaction step g)
반응 혼합물을 40 내지 50 ℃로 냉각시키고, 45% 농도의 수산화나트륨 용액 136 g (1.53 mol)을 교반하면서 첨가하였다. 60 ℃에서 2상 혼합물을 분리 깔때기로 이동시켰다. 분리되어 나온 보다 가벼운 유기 상은 트리부틸아민 70.4 g으로 이루어졌는데, 이것은 추가의 정제없이 (이 실험에서 트리부틸아민에 대한 회수율은 97.9%임) 합성에 재사용될 수 있다.The reaction mixture was cooled to 40-50 ° C. and 136 g (1.53 mol) of 45% sodium hydroxide solution were added with stirring. At 60 ° C., the biphasic mixture was transferred to a separatory funnel. The lighter organic phase separated out consisted of 70.4 g of tributylamine, which can be reused in the synthesis without further purification (the recovery for tributylamine in this experiment is 97.9%).
보다 무거운 수성 상 490.4 g이 바람직한 포스포네이트 혼합물이다. 수성 상의 질량, 사용된 PCl3의 몰 양 및 증발에 의한 PCl3손실로부터, 용액의 인 함량은 3.41%로 계산되었다.490.4 g of the heavier aqueous phase is the preferred phosphonate mixture. From the mass of the aqueous phase, the molar amount of PCl 3 used and the loss of PCl 3 by evaporation, the phosphorus content of the solution was calculated to be 3.41%.
수성 상 중에는,31P-NMR 분석에 따르면, 전체 인의 72.1%가 R1및 R2=H인 화학식 (I)의 포스포네이트로서 존재하였다 (여기서, NMR 스펙트럼으로부터의 %는 하기하는 내용에서와 같이 시그널 아래의 상대 면적%에 대응한다. 화학식 (I)은31P-NMR 스펙트럼 중에서 18.6 ppm의 화학적 이동에서 삼중선으로 나타난다. 전체 시그널 강도의 2.8%의 추가의 삼중선은 19.2 ppm에서 또렷하다. 이 시그널은 시험적으로 Z=-C(OH)(PO3M2)2, R1및 R2=H 및 n=1인 화학식 (III)의 화합물로 지명되었다. 또한 3.8 ppm에서 화학식 (IV)의 아인산염 (인의 5.4%) 및 3.4 ppm에서 화학식 (V)의 인산염 (인의 10.2%)가 검출될 수 있었다. 알려지지 않은 구조를 갖는 다른 포스포네이트와 함께, 인의 총 84.4%가 포스포네이트 중에 존재하였다.31P-NMR 분석에 따른 몰% 단위의 이러한 전체 포스포네이트 함량, 3.41 질량%의 용액의 계산된 전체 인 함량, 및 300.1 g/mol의 M 및 R=H인 화합물 (I)의 몰 중량으로부터, 포스폰산 함량이 13.9 질량%로 계산되었다. 이 농도를 사용하여 적용 시험에서 초기 중량을 계산하였다.In the aqueous phase, according to 31 P-NMR analysis, 72.1% of the total phosphorus was present as a phosphonate of formula (I) wherein R 1 and R 2 = H (wherein% from NMR spectrum is as follows: Similarly, it corresponds to the percent relative area under the signal: Formula (I) appears as a triplet at a chemical shift of 18.6 ppm in the 31 P-NMR spectrum An additional triplet of 2.8% of the total signal intensity is apparent at 19.2 ppm. This signal has been experimentally named a compound of formula (III) with Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 , R 1 and R 2 = H and n = 1, and at 3.8 ppm Phosphate of IV) (5.4% of phosphorus) and phosphate of formula (V) (10.2% of phosphorus) at 3.4 ppm could be detected, together with other phosphonates with unknown structure, a total of 84.4% of phosphorus Total phosphonate content in mole% according to 31 P-NMR analysis, 3.4. From the calculated total phosphorus content of the 1 mass% solution and the molar weight of compound (I) with M and R = H of 300.1 g / mol, the phosphonic acid content was calculated to be 13.9 mass%. Initial weight was calculated in the test.
수성 상의 샘플을 염산으로 pH 2 내지 3으로 조절하고, 농축시키고, D2O 중에 용해시켰다. 이 샘플 (0 ppm에서 내부 기준으로 3-(트리메틸실릴)테트라듀테로프로피온산 나트륨염을 함유)의1H-NMR 스펙트럼은 주로 R1및 R2=H인 화합물 (I)로부터 유래되는 하기하는 2개의 시그널군들을 나타냈다: 2.37 ppm에서의 다중선 (화합물 (I)의 및 어느 정도는 Z=-C(OH)(PO3M2)2, R1및 R2=H 및 n=1인 화합물 (III)의 -CH2-C(OH)(PO3M2)2기에 대한) 및 3.24 ppm에서 추가의 다중선 (화합물 (I)의 및 어느 정도는 Z=COOH, R1및 R2=H 및 n=1인 화학식 (II)의 -CH2-SO3M 기에 대한). 2.6 및 2.75 ppm에서 보다 적은 강도의 2개의 삼중선은 Z=COOH, R1및 R2=H 및 n=1인 화합물 (III)의 및 유사 화합물 (II)의 -CH2-COOH 기를 나타내었다. 화학식 (III)의 화합물의 -CH2-OH 기들은 3.75 내지 4 ppm에서 시그널 군으로 볼 수 있었다. 트리부틸암모늄 이온의 잔기는 0.93, 1.38, 1.7 및 3.1 ppm에서 나타났다. 화학식 (II)의 화합물 대 화학식 (III)의 화합물의 시그널 강도들로부터 측정된 몰 비는 18.8이었다 (=몰 비 -CH2-SO3M/-CH2-OH). Z=-C(OH)(PO3M2)2인 화학식 (II) 및 (III)의 화합물들 대 Z=COOM인 화학식 (II) 및 (III)의 화합물들의 몰 비는 5.3이었다 (=몰 비 -C(OH)(PO3M2)2/COOM).Samples of the aqueous phase were adjusted to pH 2-3 with hydrochloric acid, concentrated and dissolved in D 2 O. The 1 H-NMR spectrum of this sample (containing 3- (trimethylsilyl) tetraduteropropionate sodium salt on an internal basis at 0 ppm) is derived from Compound (I), which is mainly R 1 and R 2 = H. Group of signals: multiplet at 2.37 ppm (compound (I) and to some extent Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 , R 1 and R 2 = H and n = 1 For the -CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group of (III) and an additional multiplet at 3.24 ppm (of compound (I) and to some extent Z = COOH, R 1 and R 2 = H and n = 1 for the —CH 2 —SO 3 M group of formula (II)). Two triplets of less intensity at 2.6 and 2.75 ppm showed the —CH 2 —COOH groups of compound (III) and similar compound (II) with Z = COOH, R 1 and R 2 = H and n = 1 . The —CH 2 —OH groups of the compound of formula (III) could be seen in the signal group at 3.75 to 4 ppm. Residues of tributylammonium ions were found at 0.93, 1.38, 1.7 and 3.1 ppm. The molar ratio measured from the signal intensities of the compound of formula (II) to the compound of formula (III) was 18.8 (= molar ratio -CH 2 -SO 3 M / -CH 2 -OH). The molar ratio of the compounds of formulas (II) and (III) with Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 to the compounds of formulas (II) and (III) with Z = COOM was 5.3 (= mol Non-C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 / COOM).
산성 혼합물의13C-NMR 스펙트럼 (용매 D2O, 3-(트리메틸실릴)테트라듀테로프로피온산 나트륨염을 내부 기준으로 함유, 1.7 ppm으로 설정)은1H 데커플링 (decoupling)과 함께, 하기하는 화학적 이동 및 커플링 상수를 나타낸다: R1및 R2=H인 화합물 (I)의 경우: 1-C: 76.3 ppm (t,1JCP149.8 Hz), 2-C: 33.0 ppm (s), 3-C: 50.6 ppm (t,3JCP6.6 Hz). Z=-C(OH)(PO3M2)2, R1및 R2=H 및 n=1인 화합물 (III)의 경우: 1-C: 76.6 ppm (t,1JCP149.1 Hz), 2-C: 35.7 ppm (s), 3-C: 62.1 ppm (t,3JCP7.3 Hz).The 13 C-NMR spectrum (solvent D 2 O, 3- (trimethylsilyl) tetraduteropropionate sodium salt as internal reference, set to 1.7 ppm) of the acidic mixture, with 1 H decoupling, Chemical shift and coupling constants for: (1) for R 1 and R 2 = H: 1-C: 76.3 ppm (t, 1 J CP 149.8 Hz), 2-C: 33.0 ppm (s) , 3-C: 50.6 ppm (t, 3 J CP 6.6 Hz). For compound (III) with Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 , R 1 and R 2 = H and n = 1: 1-C: 76.6 ppm (t, 1 J CP 149.1 Hz), 2-C: 35.7 ppm (s), 3-C: 62.1 ppm (t, 3 J CP 7.3 Hz).
<실시예 2><Example 2>
아크릴산과 수산화나트륨 용액, 중아황산나트륨, 물 및 삼염화인의 본 발명에 따른 반응Reaction according to the invention of acrylic acid and sodium hydroxide solution, sodium bisulfite, water and phosphorus trichloride
반응 단계 a)Reaction step a)
아크릴산 (99% 순도) 80.1 g (1.1 mol)을 배기된 장치 내에 넣고, 20.24% 농도의 수산화나트륨 용액 197.6 g (1.0 mol)을 20 내지 25 ℃에서 30분 동안에 걸쳐 교반하면서 첨가하였다. 아크릴산나트륨 용액의 최종 pH는 6.5이었다.80.1 g (1.1 mol) of acrylic acid (99% purity) were placed in an evacuated device and 197.6 g (1.0 mol) of 20.24% sodium hydroxide solution were added with stirring at 20-25 ° C. over 30 minutes. The final pH of the sodium acrylate solution was 6.5.
중아황산나트륨 95.1 g (0.5 mol)을 교반기, 적하 깔때기, 내부 온도계, pH 전극, 환류 응축기 및 여기에 부착된 공기 라인이 장치된 다목 플라스크 중에서 물 300 ml 중에 용해시켰다. 20% 농도의 수산화나트륨 용액 5 ml를 사용하여 용액의 pH를 pH 4.5로 조절하였다. 이이서, 1.5 시간 동안에 걸쳐, 상기한 아크릴산나트륨 용액을 35 내지 40 ℃에서 교반 및 냉각하면서 적하 첨가하였다. 반응 혼합물의 최종 pH는 6.3이었다. 혼합물을 30 내지 35 ℃에서 추가로 1 시간 동안 교반하였다. 아황산염의 요오드 측정은 1 시간 동안의 추가의 교반 후에 초기 아황산염의 95.9%가 더이상 검출되지 않음을 보여주었다.95.1 g (0.5 mol) of sodium bisulfite were dissolved in 300 ml of water in a multi-necked flask equipped with a stirrer, dropping funnel, internal thermometer, pH electrode, reflux condenser and air line attached thereto. The pH of the solution was adjusted to pH 4.5 with 5 ml of 20% sodium hydroxide solution. Then, over 1.5 hours, the sodium acrylate solution described above was added dropwise with stirring and cooling at 35 to 40 ° C. The final pH of the reaction mixture was 6.3. The mixture was stirred at 30-35 ° C. for a further 1 hour. Iodine measurements of sulfite showed that after further stirring for 1 hour, 95.9% of the initial sulfite was no longer detected.
용액의 샘플을 25 mbar 및 90 ℃ 가열 욕 온도에서 회전 증발기 상에서 농축시켰다. D2O 중의 이 샘플의1H-NMR 스펙트럼은 아크릴산이 혼합물 중에 더이상 존재하지 않음을 나타낸다. 3.1 내지 3.3 ppm에서 (0 ppm으로 설정된, 내부 기준으로서의 3-(트리메틸실릴)테트라듀테로프로피온산 나트륨염에 대하여), 상이한 종의 -CH2-SO3Na 기를 볼 수 있다. 3.8 ppm에서는 -CH2-OH 종의 삼중선이 나타나고, 4.3 내지 4.4 ppm에서는 -CH2-O-CO 기를 함유하는 다양한 화합물에 대한 시그널 군이 나타났다. -CH2-SO3Na 대 (-CH2-OH + -CH2-O-CO-)의 몰 비는 7.1이었다. 1.3 내지 2.3 ppm에는 상이한 올리고머들의 내부 양성자에 대한 매우 넓은 시그널이 있다. 평균 올리고머화도 n평균은 1.8로 계산되었다.Samples of the solution were concentrated on a rotary evaporator at 25 mbar and 90 ° C. heating bath temperature. The 1 H-NMR spectrum of this sample in D 2 O indicates that acrylic acid is no longer present in the mixture. At 3.1 to 3.3 ppm (for the 3- (trimethylsilyl) tetraduteropropionate sodium salt as internal reference, set to 0 ppm), different species -CH 2 -SO 3 Na groups can be seen. At 3.8 ppm the triplet of the -CH 2 -OH species appears and at 4.3 to 4.4 ppm the signal group for various compounds containing -CH 2 -O-CO groups is shown. The molar ratio of -CH 2 -SO 3 Na to (-CH 2 -OH + -CH 2 -O-CO-) was 7.1. From 1.3 to 2.3 ppm there is a very wide signal for the internal protons of the different oligomers. The average oligomerization degree n mean was calculated to be 1.8.
전체 혼합물은 이산화황 1 mol, 수산화나트륨 용액 2.025 mol, 아크릴산 1.1 mol 및 물 25.6 mol의 초기량에 대응하였다.The total mixture corresponded to an initial amount of 1 mol of sulfur dioxide, 2.025 mol of sodium hydroxide solution, 1.1 mol of acrylic acid and 25.6 mol of water.
반응 단계 b)Reaction step b)
단계 a)로부터의 용액을 이온 교환기 르와티트 (등록상표) S 100 (산 형태) 1.4 l를 함유하는 컬럼에 가하였다.The solution from step a) was added to a column containing 1.4 l of ion exchanger RWATITE® S 100 (in acid form).
반응 단계 c)Reaction step c)
반응 단계 b)로부터의 용출물을 처음에는 60 ℃ 가열 욕 온도 및 50 mbar 압력에서, 최종적으로는 90 ℃ 및 20 mbar에서 추가로 10분 동안 회전 증발기 상에서 탈수시켰다. 고상 잔류물 161 g을 얻었다. 카알-피셔 (Karl-Fischer) 적정은 13.4%의 수분 함량을 나타냈다. 수산화나트륨 용액으로의 적정은, 제1 및 제2 등가점 사이의 차이로부터, 물질 g 당 COOH기 5.435 mmol 함량을 제공하였다. -SO3Na 기의 단지 절반만이 -SO3H 기로 전환되었다.The eluate from reaction step b) was initially dehydrated on a rotary evaporator at 60 ° C. heating bath temperature and 50 mbar pressure, finally at 90 ° C. and 20 mbar for an additional 10 minutes. 161 g of solid residue were obtained. The Karl-Fischer titration showed a water content of 13.4%. Titration with sodium hydroxide solution provided a 5.435 mmol content of COOH group per gram of material from the difference between the first and second equivalence points. Only half of the -SO 3 Na groups were converted to -SO 3 H groups.
용액의 샘플을 25 mbar 및 90 ℃ 가열 욕 온도에서 회전 증발기 상에서 농축시켰다. D2O 중의 이 샘플의1H-NMR 스펙트럼은 3.1 내지 3.3 ppm에서 (0 ppm으로 설정된, 내부 기준으로서의 3-(트리메틸실릴)테트라듀테로프로피온산 나트륨염에대하여), Z=COOH, R1및 R2=H 및 n=1인 화학식 (II)의 -CH2-SO3M 기에 대한 삼중선을, 및 넓혀진 주 시그널의 경계 대역 내에서는 n>1인 유사 종의 -CH2-SO3M 기를 나타냈다. 3.85 ppm에서는 -CH2-OH 종의 삼중선이 나타나고, 4.25 내지 4.45 ppm에서는 -CH2-O-CO 기를 함유하는 다양한 화합물에 대한 시그널 군이 나타났다. -CH2-SO3M 대 (-CH2-OH + -CH2-O-CO-)의 몰 비는 7.9이었다. 1.5 내지 2.55 ppm에는 다양한 올리고머들의 내부 양성자에 대한 매우 넓은 시그널이 있다. 평균 올리고머화도 n평균은 1.18로 계산되었다 (공정 단계 a) 후의 분석과 비교하였을 때 변화없음).Samples of the solution were concentrated on a rotary evaporator at 25 mbar and 90 ° C. heating bath temperature. The 1 H-NMR spectrum of this sample in D 2 O is from 3.1 to 3.3 ppm (for 3- (trimethylsilyl) tetraduterropropionate sodium salt as internal reference, set to 0 ppm), Z = COOH, R 1 and R 2 = H and n = 1 in formula (II) of the -CH 2 -SO 3 M groups of the triplet, and broadened at the border band of the main signal n> 1 of similar species of -CH 2 -SO 3 M The flag was shown. At 3.85 ppm a triplet of -CH 2 -OH species appeared, and at 4.25-4.45 ppm a signal group for various compounds containing -CH 2 -O-CO groups was shown. The molar ratio of -CH 2 -SO 3 M to (-CH 2 -OH + -CH 2 -O-CO-) was 7.9. From 1.5 to 2.55 ppm there is a very wide signal for the internal protons of various oligomers. Average oligomerization degree n The mean was calculated to be 1.18 (no change compared to the analysis after process step a).
반응 단계 d)Reaction step d)
COOH기 0.1 mol을 함유하는 반응 단계 c)로부터의 반응 혼합물 18.42 g 및 물 2.47 g (0.137 mol), 및 추가로 물 2.93 g (0.163 mol) 및 트리부틸아민 37.08 g (0.2 mol)을 교반기, 내부 온도계, 적하 깔때기 및 가스 유출관이 부착되어 있는 환류 응축기가 장치된 다목 플라스크에 도입시켰다. 질소 하에 최대 60 ℃로 가열시에 2개의 액체 상이 형성되었다.18.42 g of the reaction mixture from reaction step c) containing 0.1 mol of COOH groups and 2.47 g (0.137 mol) of water, and further 2.93 g (0.163 mol) of water and 37.08 g (0.2 mol) of tributylamine were added inside the stirrer, It was introduced into a multi-necked flask equipped with a reflux condenser equipped with a thermometer, a dropping funnel and a gas outlet. Two liquid phases formed upon heating to a maximum of 60 ° C. under nitrogen.
도입된 혼합물은 초기에 SO20.01 mol 및 아크릴산 0.1 mol 및 현재 아민 0.2 mol 및 물 0.3 mol의 초기량에 대응하였다. 이어서 삼염화인 27.5 g (0.2 mol)을 60 내지 65 ℃의 온도에서 21분 동안에 걸쳐 교반 및 냉각하면서 이 혼합물에 적하 첨가하였다. 첨가된 삼염화인의 양은 사용된 인의 양 대 사용된 SO2의 양의 몰 비가 2.2이고, 사용된 SO2의 양 대 사용된 인의 양의 몰 비가 0.46이도록 계산되었다. 또한, PCl3첨가 전의 자유수 대 사용된 인의 몰 비는 1.5이었다. PCl3첨가 후, 반응 혼합물을 75 ℃에서 추가로 21 시간 동안 교반시켰다.The introduced mixture initially corresponded to an initial amount of 0.01 mol of SO 2 and 0.1 mol of acrylic acid and 0.2 mol of current amine and 0.3 mol of water. 27.5 g (0.2 mol) of phosphorus trichloride was then added dropwise to this mixture with stirring and cooling at a temperature of 60-65 ° C. for 21 minutes. The amount of the phosphorus trichloride was added to the amount of moles of SO 2 the amount of phosphorus used for using the ratio of 2.2 and was calculated so that the amount for the amount of phosphorus used in the SO 2 using a molar ratio of 0.46. In addition, the molar ratio of free water to used phosphorus before the addition of PCl 3 was 1.5. After the addition of PCl 3 , the reaction mixture was stirred at 75 ° C. for a further 21 hours.
반응 단계 e)Reaction step e)
이어서, 물 100 ml를 15분 동안에 걸쳐 교반하면서 30 내지 40 ℃에서 적하 첨가하고, 혼합물을 75 ℃에서 추가로 21 시간 동안 유지시켰다. 이어서 물 40 ml를 첨가하고, 미량의 현탁된 물질들을 여과시켜 버렸다.Then 100 ml of water were added dropwise at 30-40 ° C. with stirring over 15 minutes and the mixture was kept at 75 ° C. for an additional 21 hours. 40 ml of water were then added and traces of suspended material were filtered off.
반응 단계 g)Reaction step g)
45% 농도의 수산화나트륨 용액 70 g (0.79 mol)을 여액에 첨가하였다. 60 ℃에서 2상 혼합물을 분리 깔때기로 이동시켰다. 분리되어 나온 보다 가벼운 유기 상은 트리부틸아민 (이 실험에서 트리부틸아민에 대한 회수율은 약 94%임)으로 이루어졌는데, 이것은 추가의 정제없이 합성에 재사용될 수 있다.70 g (0.79 mol) of sodium hydroxide solution at 45% concentration were added to the filtrate. At 60 ° C., the biphasic mixture was transferred to a separatory funnel. The lighter organic phase separated out consisted of tributylamine (the recovery for tributylamine in this experiment is about 94%), which can be reused for synthesis without further purification.
보다 무거운 수성 상 216 g이 바람직한 포스포네이트 혼합물이다. 수성 상의 질량, 사용된 PCl3의 몰 양 및 증발 및 분석을 위한 샘플링에 의한 8%의 PCl3손실 추정량으로부터, 용액의 인 함량은 2.72%로 계산되었다.216 g of the heavier aqueous phase is the preferred phosphonate mixture. From the mass of the aqueous phase, the molar amount of PCl 3 used and the estimated PCl 3 loss of 8% by sampling for evaporation and analysis, the phosphorus content of the solution was calculated to be 2.72%.
수성 상 중에는,31P-NMR 분석에 따르면, 전체 인의 37.6%가 R1및 R2=H인 화학식 (I)의 포스포네이트로서 존재하였다. 이 화합물은31P-NMR 스펙트럼 중에서 18.7 ppm의 화학적 이동에서 삼중선 (3JPH=12.8 Hz)으로 볼 수 있었다. 전체 시그널강도의 7.7%를 갖는 추가의 삼중선을 19.3 ppm에서 볼 수 있었다. 이 시그널은 시험적으로 Z=-C(OH)(PO3M2)2, R1및 R2=H 및 n=1인 화학식 (III)의 화합물로 지명되었다. 또한 3.75 ppm에서 화학식 (IV)의 아인산염 (인의 1.1%) 및 6.0 ppm에서 화학식 (V)의 인산염 (인의 19.7%)이 검출될 수 있었다. 알려지지 않은 구조를 갖는 다른 포스포네이트와 함께, 인의 총 78.3%가 포스포네이트 중에 존재하였다.In the aqueous phase, according to 31 P-NMR analysis, 37.6% of the total phosphorus was present as a phosphonate of formula (I) wherein R 1 and R 2 = H. This compound was found to be triplets ( 3 J PH = 12.8 Hz) at a chemical shift of 18.7 ppm in the 31 P-NMR spectrum. An additional triplet with 7.7% of the total signal intensity was seen at 19.3 ppm. This signal was experimentally named as a compound of formula (III) wherein Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 , R 1 and R 2 = H and n = 1. It was also possible to detect phosphites of formula (IV) (1.1% of phosphorus) at 3.75 ppm and phosphates of formula (V) (19.7% of phosphorus) at 6.0 ppm. Along with other phosphonates with unknown structures, a total of 78.3% of phosphorus was present in the phosphonates.
<실시예 3><Example 3>
크로톤산과 트리부틸아민, SOCrotonic Acid and Tributylamine, SO 22 , 물 및 삼염화인의 본 발명에 따른 반응Reaction according to the invention of water, water and phosphorus trichloride
반응 단계 a), 부분 단계 1)Reaction step a), partial step 1)
트리부틸아민 185 g (4 mol) 및 물 63 g (14 mol)을 교반기, 내부 온도계, 유리 프릿을 가진 가스 유입관, 환류 응축기 및 여기에 부착된 가스 유출관이 장치된 500 ml 다목 플라스크에 도입시켰다. 먼저 질소를 이 2상 혼합물에 주입시키고, 20℃ 내지 30℃에서 강하게 교반하면서 제2 액체 상이 사라지고 혼합물이 무색에서 노랑색으로 변할 때까지 이산화황을 이 2상 혼합물에 도입시켰다. 반응 혼합물을 칭량하였더니 질량이 65.5 g 증가하였는데, 이것은 SO21.02 mol이 흡수되었음을 의미한다. 이산화황/트리부틸아민/물의 초기 몰 비를 1/1/3.5로 설정하기 위하여, 추가로 트리부틸아민 4.33 g 및 물 1.47 g을 혼합물에 첨가하였다. 따라서, 이 전체 혼합물 312 g은 이산화황 1 mol, 트리부틸아민 1 mol 및 물 3.5 mol의 초기량에 대응하였다.185 g (4 mol) of tributylamine and 63 g (14 mol) of water are introduced into a 500 ml multi-necked flask equipped with a stirrer, an internal thermometer, a gas inlet tube with a glass frit, a reflux condenser and a gas outlet tube attached thereto I was. Nitrogen was first injected into this biphasic mixture and sulfur dioxide was introduced into the biphasic mixture until vigorous stirring at 20 ° C.-30 ° C. disappeared and the mixture turned colorless to yellow. The reaction mixture was weighed and the mass increased by 65.5 g, indicating that 1.02 mol of SO 2 was absorbed. In order to set the initial molar ratio of sulfur dioxide / tributylamine / water to 1/1 / 3.5, further 4.33 g of tributylamine and 1.47 g of water were added to the mixture. Thus, 312 g of this total mixture corresponded to the initial amount of 1 mol of sulfur dioxide, 1 mol of tributylamine and 3.5 mol of water.
반응 단계 a), 부분 단계 2)Reaction step a), partial step 2)
상기 용액 312 g을 교반기, 내부 온도계, 적하 깔때기 및 pH 전극이 부착되어 있는 1 l 다목 플라스크에 도입시켰다. 혼합물을 60 ℃로 예열시켰다.312 g of the solution was introduced into a 1 l multi-necked flask equipped with a stirrer, internal thermometer, dropping funnel and pH electrode. The mixture was preheated to 60 ° C.
유리 비이커에 크로톤산 (98% 순도) 87.85 g (1 mol)을 물 16.2 g (0.9 mol)과 함께 녹이고 트리부틸아민 74.0 g (0.40 mol)을 60℃에서 수냉각하면서 첨가시켰다. 이 1상 혼합물을 반응 단계 a), 부분 단계 b)로부터 얻은 상기 용액에 60℃에서 40분 동안에 걸쳐 적하 첨가시켰다. 이 혼합물을 60 ℃에서 23 시간 및 80 ℃에서 5 시간 동안 반응시켰다. 반응 후 반응 혼합물의 pH는 5.8이었다. 얻어진 혼합물 (490 g)은 최초에 SO21 mol, 크로톤산 1 mol, 아민 1.4 mol 및 물 4.4 mol의 초기량에 대응하였다. 물 1 mol이 이미 부분 단계 1)에서 SO21 몰 당의 화학 반응에 의해 소비되었기 때문에, 얻어진 자유수의 양은 단지 3.4 mol이다. 자유수의 양은 하기 반응 단계 d)의 경우에 중요하다.In a glass beaker 87.85 g (1 mol) of crotonic acid (98% purity) was dissolved with 16.2 g (0.9 mol) of water and 74.0 g (0.40 mol) of tributylamine were added with water cooling at 60 ° C. This single phase mixture was added dropwise to the solution obtained from reaction step a), partial step b) at 60 ° C. over 40 minutes. The mixture was reacted at 60 ° C. for 23 hours and 80 ° C. for 5 hours. The pH of the reaction mixture after the reaction was 5.8. The resulting mixture (490 g) initially corresponded to an initial amount of 1 mol of SO 2, 1 mol of crotonic acid, 1.4 mol of amine and 4.4 mol of water. Since 1 mol of water has already been consumed by the chemical reaction per mol of SO 2 in part 1), the amount of free water obtained is only 3.4 mol. The amount of free water is important for the reaction step d) below.
20 mbar 및 90 ℃에서 회전 증발기 상에서 아민을 제거한 후에 농축된 용액의 샘플에 수산화나트륨 용액을 첨가하였다. 이 샘플 (0 ppm에서 내부 기준으로 3-(트리메틸실릴)테트라듀테로프로피온산 나트륨염을 함유)의1H-NMR 스펙트럼은 Z=COOH, R1=메틸, R2=H 및 n=1인 화합물 (II)의 경우에 하기하는 시그널을 나타내었다: -CH3: 1.31 ppm (d), -CH2-COONa: 2.22 ppm (dd) 및 2.84 ppm (dd), -CH-SO3Na: 3.26 ppm (m). 올리고머 또는 -CH-OH 기를 함유한 부산물은 검출할 수 없었다.After removing the amine on a rotary evaporator at 20 mbar and 90 ° C., sodium hydroxide solution was added to the sample of concentrated solution. The 1 H-NMR spectrum of this sample (containing 3- (trimethylsilyl) tetraduteropropionate sodium salt at internal ppm at 0 ppm) is Z = COOH, R 1 = methyl, R 2 = H and n = 1 In the case of (II) the following signals were shown: -CH 3 : 1.31 ppm (d), -CH 2 -COONa: 2.22 ppm (dd) and 2.84 ppm (dd), -CH-SO 3 Na: 3.26 ppm (m). No byproducts containing oligomers or —CH—OH groups could be detected.
반응 단계 d)Reaction step d)
상기 반응 혼합물 196 g을 교반기, 내부 온도계, 적하 깔때기, 환류 응축기 (냉매 온도 -15 ℃), 여기에 부착된 가스 유출관, 안전 용기 및 HCl 및 연행된 PCl3을 트랩핑하기 위하여 물 1 l를 함유하는 흡수 용기가 장치된 0.5 l 4목 플라스크에 도입시키고, 질소로 블랭킹시키고, 60 ℃로 가열시켰다. 도입된 혼합물은 초기에 SO20.4 mol, 크로톤산 0.4 mol, 아민 0.56 mol 및 물 1.76 mol의 초기량에 대응하고, 자유수의 양은 단지 1.36 mol이다. 이어서, 교반 및 냉각하면서, 삼염화인 110 g (0.8 mol)을 60 내지 70 ℃의 온도에서 35분 동안에 걸쳐 이 혼합물에 적하 첨가하였다. 첨가된 삼염화인의 양은 사용된 인의 양 대 사용된 SO2의 양의 몰 비가 2이고, 사용된 SO2의 양 대 사용된 인의 양의 몰 비가 0.5이도록 계산되었다. 또한, PCl3첨가 전의 자유수 대 사용된 인의 몰 비는 1.7이었다. PCl3첨가 후, 반응 혼합물을 70 내지 80 ℃에서 추가로 3 시간 동안 교반시켰다.196 g of the reaction mixture was mixed with a stirrer, internal thermometer, dropping funnel, reflux condenser (refrigerant temperature -15 ° C), 1 liter of water to trap the gas outlet tube, safety vessel and HCl and entrained PCl 3 attached thereto. It was introduced into a 0.5 l four neck flask equipped with an absorbent vessel containing, blanked with nitrogen and heated to 60 ° C. The introduced mixture initially corresponds to an initial amount of 0.4 mol of SO 2, 0.4 mol of crotonic acid, 0.56 mol of amine and 1.76 mol of water, and the amount of free water is only 1.36 mol. Then, while stirring and cooling, 110 g (0.8 mol) of phosphorus trichloride was added dropwise to the mixture over 35 minutes at a temperature of 60 to 70 ° C. The amount of the added phosphorus trichloride in the molar amount of SO 2, the amount of phosphorus used for use is 2, such that the calculated amount for the amount of phosphorus used in the SO 2 using a molar ratio of 0.5. In addition, the molar ratio of free water to used phosphorus before the addition of PCl 3 was 1.7. After addition of PCl 3 , the reaction mixture was stirred at 70-80 ° C. for an additional 3 hours.
반응 단계 e)Reaction step e)
그 후, 물 400 ml를 처음에는 서서히 교반하면서 및 이어서 초기 HCl 가스 방출이 쇠퇴한 후에는 보다 신속하게 교반하면서 적하 첨가하고, 혼합물을 100 ℃에서 추가로 18 시간 동안 유지시켰다. HCl 및 PCl3가스를 탈출시키기 위한 물 1 l를 함유하는 흡수 용기 중에서 (반응 단계 d) 참조), 총 HCl 1.69 mol 및 H3PO30.072 mol이 검출되었다.Thereafter, 400 ml of water was added dropwise at first with slow stirring and then with stirring more rapidly after the initial HCl gas evolution had declined, and the mixture was kept at 100 ° C. for an additional 18 hours. In an absorption vessel containing 1 l of water to escape HCl and PCl 3 gas (see reaction step d)), 1.69 mol total HCl and 0.072 mol of H 3 PO 3 were detected.
반응 단계 g)Reaction step g)
반응 혼합물을 60 ℃로 냉각시키고, 45% 농도의 수산화나트륨 용액 213 g (2.4 mol)을 교반하면서 첨가하였다. 60 ℃에서 2상 혼합물을 분리 깔때기로 이동시켰다. 분리되어 나온 보다 가벼운 유기 상은 트리부틸아민 102.5 g으로 이루어졌는데, 이것은 추가의 정제없이 (이 실험에서 트리부틸아민에 대한 회수율은 98.9%임) 합성에 재사용될 수 있다.The reaction mixture was cooled to 60 ° C and 213 g (2.4 mol) of 45% sodium hydroxide solution was added with stirring. At 60 ° C., the biphasic mixture was transferred to a separatory funnel. The lighter organic phase separated out consisted of 102.5 g of tributylamine, which can be reused for synthesis without further purification (the recovery for tributylamine in this experiment is 98.9%).
보다 무거운 수성 상 (724.5 g)이 바람직한 포스포네이트 혼합물이다. 수성 상의 질량, 사용된 PCl3의 몰 양 및 증발에 의한 PCl3손실로부터, 용액의 인 함량은 3.11%로 계산되었다.Heavier aqueous phase (724.5 g) is the preferred phosphonate mixture. From the mass of the aqueous phase, the molar amount of PCl 3 used and the loss of PCl 3 by evaporation, the phosphorus content of the solution was calculated to be 3.11%.
수성 상 중에는,31P-NMR 분석에 따르면, 전체 인의 52.2%가 R1=메틸, R2=H인 화학식 (I)의 포스포네이트로서 존재하였다. 이 화합물은31P-NMR 스펙트럼 중에서1H 데커플링과 함께, 18.9 ppm 내지 19.0 ppm에서 2개의 가까이 인접된 시그널 형태의 다중선으로 나타났다. 또한, 3.7 ppm에서 화학식 (IV)의 아인산염 (인의 11.1%) 및 4.5 ppm에서 화학식 (V)의 인산염 (인의 18.2%)이 검출될 수 있었다. 알려지지 않은 구조를 갖는 다른 포스포네이트와 함께, 인의 총 70.7%가 포스포네이트 중에 존재하였다.In the aqueous phase, according to 31 P-NMR analysis, 52.2% of the total phosphorus was present as phosphonate of formula (I) with R 1 = methyl, R 2 = H. The compound appeared as multiplets in the form of two closely adjacent signals at 18.9 ppm to 19.0 ppm, with 1 H decoupling in the 31 P-NMR spectrum. In addition, a phosphite of formula (IV) (11.1% of phosphorus) at 3.7 ppm and a phosphate of formula (V) (18.2% of phosphorus) at 4.5 ppm could be detected. Along with other phosphonates with unknown structures, a total of 70.7% of phosphorus was present in the phosphonates.
<실시예 4><Example 4>
메타크릴산과 트리부틸아민, SOMethacrylic acid and tributylamine, SO 22 , 물 및 삼염화인의 본 발명에 따른 반응Reaction according to the invention of water, water and phosphorus trichloride
실시예 3과 유사한 방법으로, 크로톤산 대신에 메타크릴산을 사용하였다.In a similar manner to Example 3, methacrylic acid was used instead of crotonic acid.
반응 단계 a), 부분 단계 2)에서, 메타크릴산을 80 ℃에서 출발하여 반응시켰다. 거기서 얻어진 반응 용액의 샘플에 수산화나트륨 용액을 첨가하고, 아민을 제거한 후에, 용액을 20 mbar 및 90 ℃에서 회전 증발기 상에서 농축시켰다. 이 샘플 (0 ppm에서 내부 기준으로 3-(트리메틸실릴)테트라듀테로프로피온산 나트륨염을 함유)의1H-NMR 스펙트럼은 Z=COOH, R1=H 및 R2=메틸 및 n=1인 화합물 (II)의 경우에, 하기하는 시그널들을 나타냈다: -CH3: 1.23 ppm (d), -CH-COONa: 약 2.75 ppm (m), -CH2-SO3Na: 3.31 ppm (dd) 및 약 2.85 (m).In reaction step a), part step 2), methacrylic acid was reacted starting at 80 ° C. To the sample of the reaction solution obtained there was added sodium hydroxide solution and after the amine was removed, the solution was concentrated on a rotary evaporator at 20 mbar and 90 ° C. The 1 H-NMR spectrum of this sample (containing 3- (trimethylsilyl) tetraduteropropionate sodium salt at internal ppm at 0 ppm) is Z = COOH, R 1 = H and R 2 = methyl and n = 1 In the case of (II) the following signals were shown: -CH 3 : 1.23 ppm (d), -CH-COONa: about 2.75 ppm (m), -CH 2 -SO 3 Na: 3.31 ppm (dd) and about 2.85 (m).
반응 단계 g) 후에, 수성 상 960.6 g을 얻었다. 수성 상의 질량, 사용된 PCl3의 몰 양 및 증발에 의한 PCl3손실로부터, 용액의 인 함량은 2.93%로 계산되었다.After reaction step g), 960.6 g of aqueous phase was obtained. From the mass of the aqueous phase, the molar amount of PCl 3 used and the loss of PCl 3 by evaporation, the phosphorus content of the solution was calculated to be 2.93%.
수성 상 중에는,31P-NMR 분석에 따르면, 전체 인의 39.1%가 R1=H 및 R2=메틸인 화학식 (I)의 포스포네이트로서 존재하였다. 이 화합물은31P-NMR 스펙트럼 중에서 2개의 다중선을 나타냈는데, 이것은1H-데커플링과 함께, 각 경우에 22.3 Hz의2JPP커플링 상수를 갖는 19.4 ppm 및 18.0 ppm에서의 2개의 이중선으로 전환되었다. 또한 3.7 ppm에서 화학식 (IV)의 아인산염 (인의 29.4%) 및 4.6 ppm에서 화학식 (V)의 인산염 (인의 16.1%)이 검출될 수 있었다. 알려지지 않은 구조를 갖는 다른 포스포네이트와 함께, 인의 총 54.5%가 포스포네이트 중에 존재하였다.In the aqueous phase, according to 31 P-NMR analysis, 39.1% of the total phosphorus was present as phosphonates of formula (I) wherein R 1 = H and R 2 = methyl. This compound showed two polylines in the 31 P-NMR spectrum, which, together with 1 H-decoupling, in each case were 2 at 19.4 ppm and 18.0 ppm with a 2 J PP coupling constant of 22.3 Hz. Switched to doublet. It was also possible to detect phosphites of formula (IV) (29.4% of phosphorus) at 3.7 ppm and phosphates of formula (V) (16.1% of phosphorus) at 4.6 ppm. Along with other phosphonates with unknown structures, a total of 54.5% of phosphorus was present in the phosphonates.
<비교 실시예 1>Comparative Example 1
US-A-5 221 487로부터의 실시예 7과 유사한 방법으로, 3-브로모프로피온산을 먼저 PCl3및 물과 반응시킨 다음, 아황산나트륨 및 KOH와 반응시켰다. 이 실시예 7과 비교하였을 때, 원료의 출발 양은 3배이었다.In a similar manner to Example 7 from US-A-5 221 487, 3-bromopropionic acid was first reacted with PCl 3 and water, followed by sodium sulfite and KOH. As compared with this Example 7, the starting amount of the raw material was three times.
3-브로모프로피온산 13.8 g (90 mmol) 및 물 4.05 g (225 mmol)을 교반기, 적하 깔때기, 환류 응축기 및 여기에 부착된 가스 유출관이 장치된 다목 플라스크에 넣고, 40 ℃로 가온시켰다. 삼염화인 150 mmol을 20분 동안에 걸쳐 교반하면서 40 내지 50 ℃의 온도에서 적하 첨가하였다. 첨가 종반에, 배치를 150 ℃에서 3 시간 동안 오일욕 중에서 환류 하에 가열시켰다. 이 동안 혼합물은 때때로 고체로 되었다. 3 시간 후에, 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 물 90 g 중의 85% 농도의 수산화칼륨 9.9 g (150 mmol) 및 아황산나트륨 11.3 g (90 mol)의 용액을 15분 동안에 걸쳐 냉각하면서 적하 첨가하였다. 이어서 용액을 교반하면서 19 시간 동안 100 ℃로 가열시켰다. 투명한 용액은 4.85의 최종 pH를 가졌고, 증발 건조시켰다. 고체 38 g을 얻었다.13.8 g (90 mmol) of 3-bromopropionic acid and 4.05 g (225 mmol) of water were placed in a multi-necked flask equipped with a stirrer, a dropping funnel, a reflux condenser and a gas outlet attached thereto, and warmed to 40 ° C. 150 mmol of phosphorus trichloride was added dropwise at a temperature of 40-50 ° C. with stirring over 20 minutes. At the end of the addition, the batch was heated under reflux in an oil bath at 150 ° C. for 3 hours. During this time the mixture sometimes became a solid. After 3 hours, the mixture was cooled to room temperature and a solution of 9.9 g (150 mmol) of potassium hydroxide and 11.3 g (90 mol) of sodium sulfite in 90 g of water was added dropwise while cooling over 15 minutes. The solution was then heated to 100 ° C. for 19 hours with stirring. The clear solution had a final pH of 4.85 and was evaporated to dryness. 38 g of solid was obtained.
31P-NMR 스펙트럼 (용매 D2O)은, 18.8 ppm에서 비키랄 화합물의 -CH2-C(OH)(PO3M2)2기의 특징인 삼중선을 나타냈다. 이 -CH2-C(OH)(PO3M2)2기 중에는,인의 단지 13.2%만이 존재하였다. 또한, 하기 화학식 31 P-NMR spectrum (solvent D 2 O) showed a triplet characterizing the -CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group of the achiral compound at 18.8 ppm. In this -CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group only 13.2% of phosphorus was present. In addition, the following chemical formula
의 화합물은1H-데커플링된31P-NMR 스펙트럼에서 35.9 Hz의 커플링 상수2JPP를 갖는 37.2 ppm (고리내 인) 및 16.7 ppm (고리밖 인)에서 2개의 이중선을 통해 검출될 수 있다. 인의 19.0%가 이 화합물 중에 존재하였다. 알려지지 않은 구조를 갖는 다른 포스포네이트와 함께, 인의 총 93.4%가 포스포네이트 중에 존재하였다. 존재하는 포스포네이트 대다수는 구조에 의해 지명될 수 없다. 인의 5.8%가 1.0 ppm에서 화학적 이동이 있는 화학식 (V)의 인산염으로서 존재하였다.The compound of can be detected through two doublets at 37.2 ppm (in-ring phosphorus) and 16.7 ppm (out-ring phosphorus) with a coupling constant 2 J PP of 35.9 Hz in a 1 H-decoupled 31 P-NMR spectrum. Can be. 19.0% of phosphorus was present in this compound. Along with other phosphonates with unknown structure, a total of 93.4% of phosphorus was present in the phosphonates. Most of the phosphonates present cannot be named by their structure. 5.8% of phosphorus was present as phosphate of formula (V) with chemical shift at 1.0 ppm.
이 샘플 (0 ppm에서 내부 기준으로 3-(트리메틸실릴)테트라듀테로프로피온산 나트륨염을 함유)의1H-NMR 스펙트럼은 주로 Z=COOM, R1및 R2=H 및 n=1인 화합물 (II)로부터 유래되는 2개의 삼중선, 즉 2.62 ppm에서 1개의 삼중선 (이 화합물의 -CH2-COOM 기에 대한) 및 3.15 ppm에서 추가의 1개의 삼중선 (이 화합물의 -CH2-SO3M 기에 대한)을 나타냈다. 상기한 삼중선 외에, 3 내지 3.3 ppm의 -CH2-SO3M의 대표적인 영역에서, 추가의 시그널을 볼 수 없었다. 이것은 대다수의 술폰산이 타입 (I)의 화합물 중에는존재하지 않지만, Z=COOM인 화학식 (II)의 화합물 중에 존재함을 의미한다. 타입 (I)의 화합물은 -CH2-SO3M 기의 양성자에 대한 P,H 커플링 때문에, 단순한 삼중선이 아닌 복잡한 다중선 (실시예 1 참조)을 나타내야 한다. 화학식 (III)의 화합물의 -CH2-OH 기들은 3.75 내지 4 ppm에서 2개의 삼중선으로 볼 수 있다. 화학식 (II)의 화합물 대 화학식 (III)의 화합물의 시그널 강도로부터 계산한 몰 비는 4이었다 (=몰 비 -CH2-SO3M/-CH2-OH).The 1 H-NMR spectrum of this sample (containing 3- (trimethylsilyl) tetraduteropropionate sodium salt on an internal basis at 0 ppm) is mainly Z = COOM, R 1 and R 2 = H and n = 1 Two triplets derived from II), one triplet at 2.62 ppm (for the -CH 2 -COOM group of this compound) and an additional triplet at 3.15 ppm (-CH 2 -SO 3 of this compound) For group M). In addition to the triplets described above, in the representative region of 3 to 3.3 ppm of -CH 2 -SO 3 M, no additional signal was seen. This means that the majority of sulfonic acids are not present in compounds of type (I) but in compounds of formula (II) with Z = COOM. Compounds of type (I) should exhibit complex multiplets (see Example 1), not just triplets, due to P, H coupling to the protons of the —CH 2 —SO 3 M group. The -CH 2 -OH groups of the compound of formula (III) can be seen as two triplets at 3.75 to 4 ppm. The molar ratio calculated from the signal strength of the compound of formula (II) to the compound of formula (III) was 4 (= molar ratio -CH 2 -SO 3 M / -CH 2 -OH).
<비교 실시예 2>Comparative Example 2
비교 실시예 1과 유사한 방법으로, 3-브로모프로피온산을 먼저 PCl3및 물과 반응시킨 다음, 증가된 양의 아황산나트륨 및 KOH와 반응시켰다.In a similar manner to Comparative Example 1, 3-bromopropionic acid was first reacted with PCl 3 and water, followed by an increased amount of sodium sulfite and KOH.
KOH를 150 mmol 대신에 210 mmol 사용하고, 아황산나트륨을 90 mmol 대신에 145 mmol 사용한 것을 제외하고는 비교 실시예 1에서와 같이 반응을 수행하였다. 증발 전의 최종 반응 혼합물은 6.45의 pH를 갖는다.The reaction was carried out as in Comparative Example 1 except that 210 mmol of KOH was used instead of 150 mmol and 145 mmol of sodium sulfite was used instead of 90 mmol. The final reaction mixture before evaporation has a pH of 6.45.
31P-NMR 스펙트럼 (용매 D2O)은, 비키랄 화합물의 -CH2-C(OH)(PO3M2)2기의 특징인 2개의 삼중선을 나타냈다. 즉, 18.7 ppm에서 전체 인 시그널 강도의 2.9%를 갖는 1개, 및 19.5 ppm에서 전체 시그널 강도의 15.4%를 나타내는 1개를 나타낸다. 실시예 1로부터의 샘플을 더하고 샘플 혼합물들을 다시 측정함으로써, 인의 2.9%를 함유하는 원래 보다 작은 시그널이 두드러지게 증가된 강도를 갖는다는 것이 나타났다. 따라서, 이것은 R1및 R2=H 및 n=1인 화학식 (I)의 화합물에 대응한다. 인의 15.4%를 함유하는 원래 보다 큰 시그널은 Z=-C(OH)(PO3M2)2, R1및 R2=H 및 n=1인화학식 (III)의 화합물로 지명될 수 있다. 또한, 하기 화학식 31 P-NMR spectrum (solvent D 2 O) showed two triplets that were characteristic of the —CH 2 —C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group of the achiral compound. That is, one with 2.9% of the total phosphorus signal intensity at 18.7 ppm and one representing 15.4% of the total signal intensity at 19.5 ppm. By adding the sample from Example 1 and measuring the sample mixtures again, it was shown that a signal smaller than the original containing 2.9% of phosphorus had a markedly increased intensity. Thus, this corresponds to compounds of formula (I) wherein R 1 and R 2 = H and n = 1. Signals larger than the original containing 15.4% of phosphorus may be designated as compounds of the formula (III) wherein Z = -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 , R 1 and R 2 = H and n = 1. In addition, the following chemical formula
은 비교 실시예 2로부터 순수한 샘플로 검출될 수 있다. 인의 11.5%가 이 화합물 중에 존재하였다. 알려지지 않은 구조를 갖는 다른 포스포네이트와 함께, 인의 총 91.0%가 포스포네이트 중에 존재하였다. 존재하는 포스포네이트 대다수는 이 경우에서도 역시 구조에 의해 지명될 수 없다. 인의 8.0%가 2.9 ppm에서 화학적 이동이 있는 화학식 (V)의 인산염로서 존재하였다.Can be detected as a pure sample from Comparative Example 2. 11.5% of phosphorus was present in this compound. Along with other phosphonates with unknown structures, a total of 91.0% of phosphorus was present in the phosphonates. Most of the phosphonates present cannot be named by the structure in this case either. 8.0% of phosphorus was present as phosphate of formula (V) with chemical shift at 2.9 ppm.
이 샘플 (0 ppm에서 내부 기준으로 3-(트리메틸실릴)테트라듀테로프로피온산 나트륨염을 함유)의1H-NMR 스펙트럼은 주로 Z=COOM, R1및 R2=H 및 n=1인 화합물 (II)로부터 유래되는 2개의 삼중선, 즉 2.60 ppm에서 1개의 삼중선 (이 화합물 (II)의 -CH2-COOM 기에 대한) 및 3.16 ppm에서 추가의 1개의 삼중선 (이 화합물 (II)의 -CH2-SO3M 기에 대한)을 나타냈다. 상기한 삼중선 외에, 3 내지 3.3 ppm의 -CH2-SO3M의 대표적인 영역에서, 추가의 시그널을 볼 수 없었다. 이것은 대다수의 술폰산이 타입 (I)의 화합물 중에는존재하지 않지만, Z=COOM인 화학식 (II)의 화합물 중에 존재함을 의미한다. 화학식 (III)의 화합물의 -CH2-OH 기들은 3.75 내지 4 ppm에서의 2개의 삼중선으로 볼 수 있었다. 화학식 (II)의 화합물 대 화학식 (III)의 화합물의 시그널 강도로부터 계산한 몰 비는 7.7이었다 (=몰 비 -CH2-SO3M/-CH2-OH).The 1 H-NMR spectrum of this sample (containing 3- (trimethylsilyl) tetraduteropropionate sodium salt on an internal basis at 0 ppm) is mainly Z = COOM, R 1 and R 2 = H and n = 1 Two triplets derived from II), one triplet at 2.60 ppm (for the -CH 2 -COOM group of this compound (II)) and an additional triplet at 3.16 ppm (this compound (II) For the —CH 2 —SO 3 M group. In addition to the triplets described above, in the representative region of 3 to 3.3 ppm of -CH 2 -SO 3 M, no additional signal was seen. This means that the majority of sulfonic acids are not present in compounds of type (I) but in compounds of formula (II) with Z = COOM. The —CH 2 —OH groups of the compound of formula (III) could be seen as two triplets at 3.75 to 4 ppm. The molar ratio calculated from the signal strength of the compound of formula (II) to the compound of formula (III) was 7.7 (= molar ratio -CH 2 -SO 3 M / -CH 2 -OH).
<비교 실시예 3>Comparative Example 3
US-A-5 221 487의 실시예 5와 유사한 방법으로, 5-브로모발레르산 대신에 동족의 4-브로모부티르산을 먼저 PCl3및 물과, 그후에 아황산나트륨 및 KOH와 반응시켰다. 사용된 원료량은 이 실시예와 비교했을 때 6배이었다.In a manner similar to Example 5 of US-A-5 221 487, a cognate 4-bromobutyric acid was first reacted with PCl 3 and water followed by sodium sulfite and KOH instead of 5-bromovaleric acid. The amount of raw material used was 6 times as compared with this example.
4-브로모부티르산 14.0 g (84 mmol) 및 물 3.8 g (210 mmol)을 교반기, 환류 응축기 및 여기에 부착된 가스 유출관이 장치된 다목 플라스크에 도입시키고 40℃로 가열시켰다. 삼염화인 19.0 g (138 mmol)을 40℃ 내지 50℃에서 20분 동안에 걸쳐 교반시키며 적하 첨가시켰다. 첨가 후에, 배치를 환류하에 3시간 동안 130℃ 오일욕으로 가열시켰다. 이 경우 내부 온도는 대략 120℃였다. 3시간 후 이 혼합물을 실온으로 냉각시키고 물 90 g에 86.7% 순도의 수산화칼륨 8.9 g (138 mmol) 및 아황산나트륨 10.8 g (85.6 mol)의 용액을 15분 동안에 25℃ 내지 30℃에서 적하 냉각시켰다. 이 용액을 적하 첨가시키는 즉시 반응 화합물은 알칼리성이었다. 95-100℃로 가열시킨 후, pH는 5 내지 6으로 감소하였다. 혼합물을 100℃에서 교반시키면서 19시간 동안 가열시켰다. 얻어진 투명한 용액 (124.3 g)은 4.7의 최종 pH를 가졌다.14.0 g (84 mmol) of 4-bromobutyric acid and 3.8 g (210 mmol) of water were introduced into a multi-necked flask equipped with a stirrer, a reflux condenser and a gas outlet attached thereto and heated to 40 ° C. 19.0 g (138 mmol) of phosphorus trichloride was added dropwise with stirring over 40 minutes at 40 ° C to 50 ° C. After addition, the batch was heated to 130 ° C. oil bath under reflux for 3 hours. In this case, the internal temperature was approximately 120 ° C. After 3 hours the mixture was cooled to room temperature and a solution of 8.9 g (138 mmol) of potassium hydroxide and 10.8 g (85.6 mol) of sodium sulfite in 90 g of water was added dropwise cooled at 25 ° C to 30 ° C for 15 minutes. . As soon as this solution was added dropwise, the reaction compound was alkaline. After heating to 95-100 ° C., the pH was reduced to 5-6. The mixture was heated at 100 ° C. for 19 hours with stirring. The clear solution obtained (124.3 g) had a final pH of 4.7.
31P-NMR 스펙트럼 (용매 D2O)은, 19.1 ppm에서 비키랄 화합물의 -CH2-C(OH)(PO3M2)2기의 특징인 삼중선을 나타냈다. 이 기 중에는, 인의 단지 6.0%만이존재하였다. 또한, 하기 화학식 31 P-NMR spectrum (solvent D 2 O) showed a triplet characterizing the —CH 2 —C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group of the achiral compound at 19.1 ppm. During this phase, only 6.0% of phosphorus was present. In addition, the following chemical formula
의 화합물은1H-데커플링된31P-NMR 스펙트럼에서 25.4 Hz의 커플링 상수2JPP를 갖는 15.0 ppm (고리내 인) 및 17.7 ppm (고리밖 인)에서 2개의 이중선을 통해 검출될 수 있다. 인의 27.0%가 이 화합물 중에 존재하였다. 알려지지 않은 구조를 갖는 다른 포스포네이트와 함께, 인의 총 90.4%가 포스포네이트 중에 존재하였다. 존재하는 포스포네이트 대다수는 구조에 의해 지명될 수 없다. 인의 9.6%가 0.7 ppm에서 화학적 이동이 있는 화학식 (V)의 인산염으로서 존재하였다.The compound of can be detected via two doublets at 15.0 ppm (in-ring phosphorus) and 17.7 ppm (out-ring phosphorus) with a coupling constant 2 J PP of 25.4 Hz in a 1 H-decoupled 31 P-NMR spectrum. Can be. 27.0% of phosphorus was present in this compound. Along with other phosphonates with unknown structures, a total of 90.4% of phosphorus was present in the phosphonates. Most of the phosphonates present cannot be named by their structure. 9.6% of phosphorus was present as phosphate of formula (V) with chemical shift at 0.7 ppm.
<비교 실시예 4>Comparative Example 4
US-A-5 221 487의 실시예 5와 유사한 방법으로, 5-브로모발레르산을 먼저 PCl3및 물과, 그후에 아황산나트륨 및 KOH와 반응시켰다. 특허 실시예와의 비교에서, 단지 원료의 초기량만이 6배이었다.In a manner similar to Example 5 of US-A-5 221 487, 5-bromovaleric acid was first reacted with PCl 3 and water, followed by sodium sulfite and KOH. In comparison with the patent example, only the initial amount of raw material was 6 times.
4-브로모부티르산 15.2 g (84 mmol) 및 물 3.8 g (210 mmol)을 교반기, 적하 깔때기, 환류 응축기 및 여기에 부착된 가스 유출관이 장치된 다목 플라스크에 도입시키고 40℃로 가열시켰다. 삼염화인 19.0 g (138 mmol)을 40℃ 내지 45℃에서 20분 동안에 걸쳐 교반시키며 적하 첨가시켰다. 첨가 후에, 반응 화합물을 15분 동안 130℃ 및 2.75시간 동안 120℃로 가열시켰다. 환류는 110℃의 내부온도에서처음 일어난다. 그 후, 화합물을 실온으로 냉각시키고 물 90 g에 86.7% 순도 수산화칼륨 8.9 g (138 mmol) 및 아황산나트륨 10.8 g (85.6 mol) 의 용액을 15분 동안에 25℃ 내지 30℃에서 적하 냉각시켰다. 이 용액을 적하 첨가시키는 즉시 반응 화합물은 알칼리성이었다. 95-100℃로 가열시킨 후, pH는 대략 6으로 감소하였다. 혼합물을 100℃에서 교반시키면서 19시간 동안 가열시켰다. 얻어진 용액 (129.9 g)은 최종적으로 pH 4.3을 가졌다.15.2 g (84 mmol) of 4-bromobutyric acid and 3.8 g (210 mmol) of water were introduced into a multi-necked flask equipped with a stirrer, a dropping funnel, a reflux condenser and a gas outlet attached thereto and heated to 40 ° C. 19.0 g (138 mmol) of phosphorus trichloride was added dropwise with stirring over 40 minutes at 40 ° C to 45 ° C. After addition, the reaction compound was heated to 130 ° C. for 15 minutes and 120 ° C. for 2.75 hours. Reflux first occurs at an internal temperature of 110 ° C. Thereafter, the compound was cooled to room temperature and a solution of 8.9 g (138 mmol) of 86.7% purity potassium hydroxide and 10.8 g (85.6 mol) of sodium sulfite was added dropwise cooled to 25 g at 30 ° C. in 15 g of water. As soon as this solution was added dropwise, the reaction compound was alkaline. After heating to 95-100 ° C., the pH was reduced to approximately 6. The mixture was heated at 100 ° C. for 19 hours with stirring. The resulting solution (129.9 g) finally had a pH of 4.3.
31P-NMR 스펙트럼 (용매 D2O)은, 19.0 ppm에서 비키랄 화합물의 -CH2-C(OH)(PO3M2)2기의 특징인 삼중선을 나타냈다. 이 기 중에는, 인의 23.1%가 존재하였다. 알려지지 않은 구조를 갖는 다른 포스포네이트와 함께, 인의 총 87.8%가 포스포네이트 중에 존재하였다. 존재하는 포스포네이트 대다수는 구조에 의해 지명될 수 없다. 인의 8.9%가 0.7 ppm에서 화학적 이동이 있는 화학식 (V)의 인산염으로서 존재하였다. 31 P-NMR spectrum (solvent D 2 O) showed a triplet characterizing the -CH 2 -C (OH) (PO 3 M 2 ) 2 group of the achiral compound at 19.0 ppm. During this phase, 23.1% of phosphorus was present. Along with other phosphonates with unknown structures, a total of 87.8% of phosphorus was present in the phosphonates. Most of the phosphonates present cannot be named by their structure. 8.9% of phosphorus was present as phosphate of formula (V) with chemical shift at 0.7 ppm.
<실시예 5>Example 5
칼슘 내성의 시험Calcium Resistance Test
탈염수 700 ml을 1 l 유리 플라스크에 도입시키고, 억제제 용액 및 CaCl2·2H2O/l 183.4 g을 함유하는 용액 10 ml를 교반하면서 첨가하였다. 사용된 억제제 용액은 일반적으로 활성 화합물 10,000 mg/l를 함유하는 중화된 용액이어서, 5, 10 또는 20 ml의 첨가는 50, 100 및 200mg/l의 억제제 농도와 등가이다.700 ml of demineralized water was introduced into a 1 l glass flask and 10 ml of solution containing 183.4 g of inhibitor solution and CaCl 2 · 2H 2 O / l were added with stirring. The inhibitor solution used is generally a neutralized solution containing 10,000 mg / l of active compound, so the addition of 5, 10 or 20 ml is equivalent to the inhibitor concentration of 50, 100 and 200 mg / l.
용액의 pH는 수산화나트륨 용액 또는 염산을 첨가하여 9.0으로 조절하고, 이어서 부피를 1 l로 만들었다. 이 용액은 Ca2+500 mg/l를 함유하였다.The pH of the solution was adjusted to 9.0 by addition of sodium hydroxide solution or hydrochloric acid, then the volume was brought to 1 l. This solution contained Ca 2+ 500 mg / l.
밀폐된 플라스크를 75 ℃에서 24 시간 동안 순환되는 공기 건조 캐비넷 중에 저장하였다. 냉각 후, pH를 측정 (조절)하고, -균질화를 위하여 임의의 침전된 염을 재현탁시킨 후-, 샘플의 혼탁도를 EN 27027에 명시된 바와 같은 네펠로 광도측정계로 50 mm 큐벳 중에서 측정하여, FNU (포르마진 네펠로법 단위)로 보고하였다.The closed flask was stored in a circulating air drying cabinet at 75 ° C. for 24 hours. After cooling, the pH is measured (adjusted),-after resuspension of any precipitated salts for homogenization-the turbidity of the sample is measured in a 50 mm cuvette with a Nephel photometer as specified in EN 27027, Reported in FNU (formazine nefello unit).
혼탁도 값이 높을수록, 보다 많은 칼슘 억제제 염이 석출되었다. 그러므로 낮은 혼탁도 값은 높은 칼슘 내성에 대응한다. 높은 칼슘 내성은 높은 칼슘 농도를 갖는 물 중의 효과적인 탄산칼슘 억제를 위한 전제조건이다.The higher the turbidity value, the more calcium inhibitor salt precipitated. Therefore low turbidity values correspond to high calcium resistance. High calcium resistance is a prerequisite for effective calcium carbonate inhibition in water with high calcium concentrations.
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 로부터의 본 발명의 물질의 Ca 내성 및 US-A-5 221 487에 의해 기재된 비교 실시예 3 및 4로부터의 물질의 Ca 내성은 HEDP의 값보다 두드러지게 높다. US-A-5 221 487에 제시된 방법의 연장으로 3-브로모프로피온산으로부터 보다 짧은 탄소 사슬 길이로 제조된 샘플은 HEDP보다 다소 양호하지만, 실시예 1의 본 발명의 물질보다 다소 열악하다.As shown in Table 1, the Ca resistance of the material of the invention from Example 1 and the Ca resistance of the material from Comparative Examples 3 and 4 described by US-A-5 221 487 are significantly higher than the value of HEDP. . With the extension of the method presented in US-A-5 221 487, samples made with shorter carbon chain lengths from 3-bromopropionic acid are somewhat better than HEDP, but somewhat worse than the inventive material of Example 1.
비교 실시예 1 및 3으로부터의 샘플은, 다른 물질과는 대조적으로 칼슘 내성 측정의 실험 조건 하에서 안정하지 않다. pH는 측정 동안에 두드러지게 떨어진다.Samples from Comparative Examples 1 and 3, in contrast to other materials, are not stable under experimental conditions of calcium tolerance measurements. The pH drops significantly during the measurement.
<실시예 6><Example 6>
스케일 억제 활성의 시험Test of Scale Inhibition Activity
탄산칼슘 중에 과포화된 3개의 상이한 물 (예를 들면 실시예 6a) 내지 6c)을, 염을 용해시키고, 수산화나트륨 용액 또는 염산으로 pH를 조절함으로써 탈염수로부터 합성적으로 제조하였다. 이들 물 중에서, 저장 동안의 고상물의 침적을 상이한 구조 및 농도를 갖는 첨가된 스케일 억제제의 함수로서 연구하였다.Three different waters (eg, Examples 6a) to 6c) supersaturated in calcium carbonate were prepared synthetically from demineralized water by dissolving the salt and adjusting the pH with sodium hydroxide solution or hydrochloric acid. In these waters, deposition of solids during storage was studied as a function of added scale inhibitors having different structures and concentrations.
<실시예 6a)><Example 6a)>
스케일 억제 활성을 시험하기 위하여, 하기하는 조성을 갖는 합성 수도물을 제조하였다:To test scale inhibitory activity, synthetic tap water having the following composition was prepared:
알칼리토 금속 이온 3 mmol/l과 등가인 Ca2+100 mg/l 및 Mg2+12 mol/l 및 CaCO3300 ppm의 총 경도 또는 17。 총 독일 경도,Total hardness of Ca 2+ 100 mg / l and Mg 2+ 12 mol / l and CaCO 3 300 ppm equivalent to 3 mmol / l alkaline earth metal ions or 17 ° total German hardness,
3.2 mmol/l와 등가인 HCO3 -195 mg/l 및 탄산염 경도 또는 9。 독일 탄산염 경도,3.2 mmol / l is equivalent to HCO 3 - 195 mg / l and the carbonate hardness or 9. German carbonate hardness,
Na+145 mg/l, SO4 2-197 mg/l 및 Cl-177 mg/l. Na + 145 mg / l, SO 4 2- 197 mg / l and Cl - 177 mg / l.
이 물의 총 경도 (초기 경도)를 EDTA로의 적정으로 측정하였다.The total hardness (initial hardness) of this water was measured by titration with EDTA.
이 물에 소량의 억제제를 첨가하여, 그의 시험 용액 중에서의 농도는 유리 억제제 산으로 계산하였을 때, 2, 5, 10 및 25 ppm이었다. 수산화나트륨 용액 (c=1 mol/l)을 첨가하여 용액의 pH를 11.0으로 조절하고, 유리 봉을 함유하는 밀폐된 유리 플라스크 중에서 60 ℃에서 24 시간 동안 건조 캐비넷 중에서 저장시켰다. 저장 후에, 용액을 침적된 결정에 대하여 가시적으로 관찰하고, 0.45 μm 막 필터를 통해 여과시켰다. 여액 중에서, 잔류 총 경도를 EDTA로의 적정으로 측정하였다. 표 2 내지 4에 열거한 "% 단위의 잔류 경도" (RH [%])는 아래의 식을 사용하여 계산하였다:A small amount of inhibitor was added to this water and its concentration in the test solution was 2, 5, 10 and 25 ppm, calculated as the free inhibitor acid. The pH of the solution was adjusted to 11.0 by addition of sodium hydroxide solution (c = 1 mol / l) and stored in a dry cabinet at 60 ° C. for 24 hours in a closed glass flask containing glass rods. After storage, the solution was visually observed for the deposited crystals and filtered through a 0.45 μm membrane filter. In the filtrate, the total remaining hardness was determined by titration with EDTA. The "residual hardness in%" (RH [%]) listed in Tables 2-4 was calculated using the following formula:
a= 시험 샘플의 여액 중의 잔류 경도a = residual hardness in the filtrate of the test sample
b= 억제제없는 블랭크 샘플의 여액 중의 잔류 경도b = residual hardness in the filtrate of the blank sample without inhibitor
c= 초기 경도c = initial hardness
여액 중의 RH [%]값이 보다 높을수록, CaCO3침전이 보다 효과적으로 억제된다.The higher the RH [%] value in the filtrate, the more effectively the CaCO 3 precipitation is inhibited.
스케일의 임의의 침적, 즉 유리 표면 상에 부착성 참적물의 임의의 침적이특히 심각하며, 표 2 내지 4에서 별 ★로 나타냈다.Any deposition on the scale, ie any deposition of adherent deposits on the glass surface, is particularly severe and is indicated by stars in Tables 2-4.
표 2에 나타낸 바와 같이, 1배 농도의 합성수로부터의 스케일 형성은 단지 실시예 1로부터의 본 발명의 물질을 사용하고 또한 US-A-5 221 487에서 특허 청구된 비교 실시예 3 및 4로부터의 물질을 사용하였을 때에만 25 mg/l의 억제제 농도에서 달성되었다. HEDP 및 거기에 제시된 방법의 연장으로 3-브로모프로피온산으로부터 보다 짧은 탄소 사슬 길이로 제조된 샘플 (비교 실시예 1 참조)은 25 mg/l의 억제제 농도에서도 스케일 형성을 억제할 수 없었다.As shown in Table 2, the scale formation from 1-fold concentrations of synthetic water uses only the inventive material from Example 1 and also from Comparative Examples 3 and 4, which is claimed in US-A-5 221 487. Achievement at inhibitor concentrations of 25 mg / l was achieved only with. With the extension of HEDP and the methods presented therein, samples prepared with shorter carbon chain lengths from 3-bromopropionic acid (see Comparative Example 1) were unable to inhibit scale formation even at inhibitor concentrations of 25 mg / l.
보다 낮은 투여량 (억제제 <10 mg/l)에서, 본 발명의 물질은 모든 다른 비교 물질보다 더 높은 잔류 경도를 안정화시킬 수 있다.At lower doses (inhibitor <10 mg / l), the materials of the present invention can stabilize higher residual hardness than all other comparative materials.
<실시예 6b)><Example 6b)>
실시예 6a)와 비교하여, 2배의 이온 농도를 갖는 합성수를 사용하였다. 수산화나트륨 용액 (c=1 mol/l)을 첨가하여 억제제 함유 시험 용액의 pH를 9.0으로 조절하고, 80 ℃에서 24 시간 동안 저장시켰다. 결과에 대해서는 표 3을 참조할수 있다.In comparison with Example 6a), synthetic water having a double ion concentration was used. The pH of the inhibitor containing test solution was adjusted to 9.0 by addition of sodium hydroxide solution (c = 1 mol / l) and stored at 80 ° C. for 24 hours. See Table 3 for the results.
표 3에 따르면, 2배 농도의 합성수로부터 스케일 침적을 여전히 막는 최소 억제제 농도는 실시예 1로부터의 본 발명의 물질의 경우, 5 mg/l이고, US-A-5 221 487에 의해 특허 청구된 비교 실시예 3 및 4로부터의 물질의 경우, 10 mg/l, 거기에 기재된 제조 방법의 연장으로 제조된 비교 실시예 1로부터의 샘플의 경우 25 mg/l, 및 HEDP의 경우, 25 mg/l 이상이었다. 그러므로, 본 발명의 물질은 절반의 투여량으로 기재된 물질과 동일한 효과를 이미 달성하였다.According to Table 3, the minimum inhibitor concentration that still prevents scale deposition from double concentrations of synthetic water is 5 mg / l for the inventive material from Example 1 and is claimed by US-A-5 221 487. 10 mg / l for materials from Comparative Examples 3 and 4, 25 mg / l for samples from Comparative Example 1 prepared with an extension to the preparation method described therein, and 25 mg / l for HEDP. It was more than l. Therefore, the substance of the present invention has already achieved the same effect as the substance described in half the dosage.
<실시예 6c)>Example 6c)
실시예 6a)와 비교하여, 4배의 이온 농도를 갖는 합성수를 사용하였다. 수산화나트륨 용액 (c=1 mol/l)을 첨가하여 억제제 함유 시험 용액의 pH를 9.0으로 조절하고, 60 ℃에서 24 시간 동안 저장시켰다. 결과에 대해서는 표 4를 참조할 수 있다.In comparison with Example 6a), synthetic water having a four-fold ion concentration was used. The pH of the inhibitor containing test solution was adjusted to 9.0 by addition of sodium hydroxide solution (c = 1 mol / l) and stored at 60 ° C. for 24 hours. See Table 4 for the results.
표 4에 따르면, 4배 농도의 합성수는 60 ℃ 및 pH 9에서, 적어도 400 mg/l의 매우 높은 억제제 농도에서만, 및 실시예 1에 따른 본 발명의 억제제 또는 비교 실시예 4에 따른 억제제를 사용했을 때에만 안정되어 투명한 용액을 제공하였다. HEDP 및 비교 실시예 1 및 3으로부터의 물질은 이 투여량에서 슬러지 형성을 초래하였다. 400 mg/l HEDP 시험에서 % 잔류 경도에 대한 음의 값은 주목할 만하다. 음의 RH [%] 값은 억제제를 첨가한 (이 경우 CaCO3723 ppm) 실험의 종반에 총 경도가 억제제가 없는 (CaCO3750 ppm) 비교 시험에서보다 더 낮다. 이 실험에서 HEDP는 칼슘 이온을 침전시키는 작용을 한다. 이러한 거동은 HEDP의 낮은 칼슘 내성과 일치한다 (표 1 참조).According to Table 4, the four-fold concentration of synthetic water was obtained at 60 ° C. and pH 9 only at very high inhibitor concentrations of at least 400 mg / l and the inhibitors of the invention according to example 1 or the inhibitors according to comparative example 4 It was stable only when used to give a clear solution. The material from HEDP and Comparative Examples 1 and 3 resulted in sludge formation at this dose. The negative value for% residual hardness in the 400 mg / l HEDP test is noteworthy. A negative RH [%] value is lower at the end of the experiment with the inhibitor (in this case CaCO 3 723 ppm) than in the comparative test without the inhibitor (CaCO 3 750 ppm). In this experiment, HEDP acts to precipitate calcium ions. This behavior is consistent with the low calcium resistance of HEDP (see Table 1).
<실시예 7><Example 7>
부식 억제 활성의 시험Test of Corrosion Inhibition Activity
부식 억제 활성을 시험하기 위하여, 실시예 6a)와 비교하였을 때 2배의 이온 농도를 갖는 합성수를 제조하였다. 이 합성수 12 리터 중에, 예비중화된 억제제를첨가함으로써, 억제제 농도를 30 mg/l로 설정하였다. 이 용액을 아세톤으로 예비처리하여 탈지시킨, C 강 (St 37)으로 제조된 4개의 강 튜브 고리들이 0.6 m/s의 속도로 교반기 상에서 용액 전체를 통해 교반되는 12 리터 용량의 용기에 충전시켰다. 전체 실험 시간 동안, 초기 용액 122 리터와는 대조적으로 억제제 20 mg/l를 함유하는 신선한 수용액 1.4 l/h를 용기에 첨가하고, 동일한 유량의 용액을 오버플로우를 통해 흘러나가게 하였다. 72 시간 후에, 고리를 빼내어 염산으로 산세척시켰다. 고리의 질량의 손실을 측정하여 고리의 표면적 및 실험 시간과 관련지었다. 이로부터, 실시예 1으로부터의 물질의 경우 0.06 mm/yr의 부식율, HEDP의 경우 0.05 mm/yr의 부식율이 계산되었다. 억제제가 없는 블랭크 시험에서는, 부식율이 0.17 mm/yr이었다.In order to test the corrosion inhibiting activity, synthetic water having a ionic concentration twice as compared with Example 6a) was prepared. In 12 liters of this synthetic water, the inhibitor concentration was set to 30 mg / l by adding the pre-neutralized inhibitor. This solution was charged to a 12 liter capacity vessel in which four steel tube rings made of C steel (St 37), pretreated with acetone and degreased, were stirred through the solution on a stirrer at a rate of 0.6 m / s. During the entire experiment, 1.4 l / h of fresh aqueous solution containing 20 mg / l of inhibitor, in contrast to 122 liters of initial solution, were added to the vessel and the same flow of solution was allowed to flow through the overflow. After 72 hours, the rings were removed and pickled with hydrochloric acid. The loss of mass of the ring was measured and related to the surface area of the ring and the experiment time. From this, a corrosion rate of 0.06 mm / yr for the material from Example 1 and 0.05 mm / yr for HEDP was calculated. In the blank test without inhibitor, the corrosion rate was 0.17 mm / yr.
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