Словарь сокращений
1: ХСЗР - химические средства защиты растений.
2. ФМГ - N-фосфонометилглицин.
3. БФМГ - К,№бис-(фосфонометил)-глицин.
4. N-нитрозо ФМГ - N -нитрозо-К-фосфонометилглицин.
5. ЦТ А - циклогексиламин.
6. ЭЦГА - этилциклогексиламин.
7. ХПК - химическое потребление кислорода.
8. МХУК - монохлоруксусная кислота,
9. ДХУК — дихлоруксусная кислота. 10.ГМДА - гексаметилентетрамин.
11. 3-ФМС - 3-фосфонометилсиднон.
12. ФМИДУК - фосфонометилиминодиуксусная кислота.
13. ФИТЦ — фенилизотиоцианат.
14. ОБУВ - ориентировочный безопасный уровень воздействия.
15. ЯМР - ядерный магнитный резонанс.
16. КССВ — константа спин-спинового взаимодействия.
17. ФОС - фосфорорганические соединения.
18. НТЭ - нейротоксическая эстераза.
19. ОНД - отдаленное нейротоксическое действие.
20. ВОЗ - Всемирная организация здравоохранения.
21. ТОКФ - триортокрезилфосфат.
22. СВБ - сульфатвосстанавливающие бактерии.
23. ЭКП - электролиз при контролируемом потенциале.
24. СНиП —санитарные нормы и правила.
25. ОС-20 — оксиэтилированные спирты с числом оксиэтиленовых звеньев 20.
26. СОЭ - скорость оседания эритроцитов.
27. ДТА - дифференциальный термический анализ.
8
Введение
Программа социального прогресса и повышения народного благосостояния имеет в своей основе задачу ускоренного развития агропромышленного комплекса Российской Федерации [ 1 ].
Решение этой задачи должно обеспечить значительное увеличение продукции сельского хозяйства. Программой предусмотрено надежное обеспечение страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем.
Неотложной задачей является всемерная интенсификация сельскохозяйственного производства.
Интенсивное земледелие, основанное на широком использовании химии-ческих средств защиты растений (ХСЗР) от сорняков и вредителей, применение минеральных удобрений, прочно вошло в практику сельскохозяйственного производства.
К основным продуктам питания принадлежит продукция животноводства и птицеводства. Удовлетворение населения в животных белках и жирах должно базироваться на полноценных рационах кормления и современных, экологически безвредных средствах интенсивного откорма - стимуляторах роста. В свою очередь кормовая база животноводства и птицеводства неразрывно связана с растениеводством. Известно, что от болезней, вредителей и сорняков потери мирового урожая оцениваются приблизительно в одну треть.
После распада СССР и переходу к рыночным отношениям обеспечение сельского хозяйства Российской Федерации современными ХСЗР сократилось за период с 1991 по 1998 почти в 16 раз. Потери урожая зерновых в 1986 -1990 годах составляли 25% в 1991-1995 уже 31,5% картофеля 34,6% и 46,2% соответственно [2]. Из-за недостатка в оборотных средствах остановились многие химические предприятия, производившие ХСЗР, продукция многих из них морально устарела. На очень низком уровне остается обеспечение фактической потребности сельского хозяйства пестицидами.
В последние годы на постоянной основе ХСЗР и препараты ветеринарного назначения, а также кормовые добавки для животноводства приобретаются за
рубежом! Таким образом, аграрный спектр экономики превратился в отрасль, практически, полностью зависимую от импорта.
В период с 1992 по 1999г. в «Список пестицидов, разрешенный к применению в Российской Федерации» большинство препаратов было внесено инофирмами, выступившими в качестве регистрантов.
Метод селекции устойчивых к заболеваниям и сорнякам растений является экономичным. Однако этот метод не может решать все проблемы, так как не существует абсолютной устойчивости к вредным организмам. Приобретенным селекционным путем устойчивость со временем будет преодолена вредителями, возбудителями болезней. Поэтому химический метод защиты растений является одним из главных условий в формировании объемов производства сельскохозяйственной продукции. При этом основными требованиями, предъявляемыми к пестицидам, должны быть безопасность для окружающей среды, возможность получения с их помощью высококачественных кормов для сельскохозяйственных животных.
Практика мирового земледелия свидетельствует о том, что до 25-30% урожая обеспечивают средства защиты растений [1].
Одним из наиболее важных классов современных ХСЗР являются гербициды - препараты, предназначенные для борьбы с сорной растительностью.
В последние годы большое развитие получили фосфорорганические гербициды, инсектициды и регуляторы роста растений: N- фосфонометилглицин (глифосат), трибутилтиофосфат (бутифос), карбамоилэтилфосфонат (кренаит), 2 - хлорэтилфосфоновая кислота (этрел) [3].
Фосфорорганические гербициды и регуляторы роста растений характеризуются быстротой действия и высокой эффективностью, а также низкой персис-тентностью и отсутствием остатков в продуктах урожая [4].
Успехи, достигнутые в последние годы в области синтеза фосфороргани-ческих пестицидов, предопределили возросший интерес к разработке методов получения аминофосфоновых кислот и их производных.
10
Поэтому разработка технологичных экологически приемлемых методов промышленного производства фосфорилированных аминов и аминокислот является актуальной задачей.
Уровень потребления населением России мясных и молочных продуктов питания продолжает сокращаться и составляет около 55% рекомендуемых норм потребления. Это свидетельствует об ухудшении структуры питания, поскольку основным источником белка являются мясные и молочные продукты. Поэтому требуется улучшить степень экономической доступности продовольствия для потребителей с низким доходом.
С другой стороны спрос со стороны животноводства является основным стимулом роста производства зерна. Однако из-за несбалансированности рационов по белку более половины фуражного зерна используется в животноводстве неэффективно. Это негативно сказывается на продуктивности животных.
В целях повышения продуктивности животноводства и птицеводства необходимо не только использовать корма, сбалансированные по микроэлементам, минеральным веществам, витаминам и аминокислотам, но и применять современные экологически чистые препараты, действие которых направлено на усиление белкового обмена. Это даст возможность более полно реализовать генетический потенциал животных, усилить энергию их роста не только без ущерба для качества продуктов питания, но и позволит во многом улучшить их функциональные характеристики.
Целью работы является разработка удобных технологических и экономически эффективных методов получения N-фосфонометилглицина и гербицидов на его основе, синтез ациклических и гетероциклических фосфорилированных аминов, аминокислот и выявление среди них биологически активных соединений.
Практическая значимость проведенного исследования состоит в: - создании опытных установок производства глицина и N-фосфонометилглицина и выпуске опытной партии технического продукта в количестве двух тонн;
11
- использовании отходов производства N-фосфонометилглицина в качестве средства борьбы с сульфатовосстанавливающими бактериями в процессах нефтедобычи;
- использовании побочного продукта производства глицина как консерванта высоковлажных кормов при их силосовании;
- выявлении среди фосфорорганических гетероциклических соединений ве-
ществ, обладающих высокой гербицидной активностью;
- разработке технологии современного, экологически чистого стимулятора продуктивности животных и птиц «Полизон», разрешенного к использованию на всей территории Российской Федерации;
проведении государственных производственных испытаний «Полизона», подтвердивших его высокую экономическую эффективность, отсутствие мутагенных, тератогенных и эмбриотоксических свойств;
- создании производства «Полизон» мощностью 60 т/год;
- выпуске опытной партии «Полизона» в количестве 2 тонны.
В результате систематических исследований, полученных экспериментальных результатов, созданных на их основе производственных процессах в диссертационной работе обобщены и изложены научно-обоснованные технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны, в частности, ее агропромышленного комплекса. Это заключается в разработке:
а) технологичных экологически приемлемых методов промышленного производства гербицидов, характеризующихся быстротой действия, высокой эффективностью, низкой персистентностью и отсутствием остатков в продуктах урожая и
б) создании технологии производства современного стимулятора повышения продуктивности животных и птиц, разрешенного к применению на всей территории Российской Федерации.
Таким образом, решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение.
12
Научная новизна:
- разработан новый метод синтеза N-фосфонометилглицина;
- синтезированы новые гетероциклические соединения на основе N-фосфонометилглицина, впервые изучена их биологическая активность, выявлены препараты с высокой гербицидной активностью и предложены технологичные методы их получения;
- впервые экспериментально разработан экологически чистый электрохимии-ческий способ получения монофосфорилированной у-аминомасляной кислоты с потенциально высокой биологической активностью;
- реализовано в промышленном масштабе производство фосфонометилглици-на и «Полизона» с использованием стандартного технологического оборудования, футерованного специальными коррозионно устойчивыми материалами.
Личный вклад автора состоит в постановке цели и задач исследований, выборе объектов и физико-химических методов исследований, непосредственном участии в проведении основных экспериментов, проектировании технологических схем, подборе материалов для осуществления производства, систематизации полученных результатов, формулировании научных положений и выводов, участии в обсуждении и интерпретации всех экспериментальных результатов, включая данные биологических исследований. Вклад автора является решающим во всех разделах работы.
Публикации и апробация работы. Основное содержание работы изложено в 62 публикациях, в том числе 13 статей, 32 тезисов докладов, 17 патентов и авторских свидетельств. Материалы работы докладывались на II Всесоюзной конференции по химии фосфорорганических соединений (Ленинград, 1982г.), на I Всесоюзном совещании по химическим реактивам (Уфа, 1985г.), на научно-техническом совещании по химическим реактивам (Уфа, 1986 г.), на Башкирской республиканской научной конференции, посвященной 275-летию со дня рождения Д. И. Менделеева (Уфа, 1986 г.), на научно-технической конференции «Пути повышения эффективности разработок химических средств защиты растений (ВНИТИГ, Уфа, 1986 г.), на Всесоюзном симпозиуме
13
«Гетерогенный катализ в химии гетероциклических соединений (Рига, 1987г.) на конференции «Пути ускорения научных разработок химических средств защиты растений» (Башкирское республиканское ВХО им. Д. И. Менделеева, Уфа, 1987г.) на VII Всесоюзной конференции по электрохимии (Черновцы, 1988г.), на III Всесоюзном совещании по химии и применению комплексонов и комплексонатов металлов (Челябинск, 1988г.), на научно-технической конференции Химия и технология ацеталей. Органические реактивы на их основе (Уфа, 1988г.), на научно-практической конференции, посвященной 55-летию ГУ Краснодарской НИВ С (Краснодар, 2001г.).
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 333 страницах машинописного текста, включает 62 таблицы, 54 рисунков, библиографию из 365 ссылок.
Основная часть экспериментальной работы выполнена автором или под его руководством сотрудниками ООО «Поливит» (г.Уфа).
Автор выражает глубокую признательность всем организациям, предприятиями их сотрудникам, которые принимали участие в исследованиях и разработках, положенных в основу данной работы: Казанскому государственному технологическому университету; Краснодарскому научно-исследовательскому ветеринарному институту; Государственному научно-исследовательскому институту контроля, стандартизации и сертификации ветпрепаратов; ООО «Поливит», г. Уфа; Институту биологии Уфимского Научно-исследовательского центра Российской Академии Наук; Научно-исследовательскому институту гербицидов и регуляторов роста растений, г.Уфа; Научно-исследовательскому институту «Нефтеотдача» г.Уфа; Башкирскому государственному медицинскому институту; Башкирскому государственному аграрному университету; Всерос-сйскому научно-исследовательскому институту мясного скотоводства; Федеральному государственному унитарному предприятию «Авангард», г. Стерли-тамак; Волгоградскому ОАО «Химпром»; Институту реактивов и особо чистых веществ (ИРЕА), г. Москва; Башкирскому научно-исследовательскому институту сельского хозяйства.
14
1 Литературный обзор
1.1 Состояние научных исследований в области синтеза алкилфосфоно-вых кислот и их производных
В предлагаемом обзоре рассматриваются основные методы синтеза ал-килфосфонатов, обладающих пестицидной активностью. Среди большого количества методов следует выделить представляющие практический интерес окисление третичных фофонометиламинов с образованием вторичных фосфоно-метиламинов.
Другие методы монофосфорилирования аминов и аминокислот отличаются многостадийностью, низким выходом целевого продукта.
1.1.1 Прямые методы получения аминоалкилфосфоновых кислот
В 1952 году М.И. Кабачник и Т.Я. Медведь [5] и независимо от них Филдс [6] разработали новый способ синтеза N-аминоалкилфосфонатов конденсацией аминов с карбонильными соединениями (альдегидами, кетонами) и диалкил-фосфитами:
-Н ¦ С=О * H-N< ------ ffi
Этот метод является одним из перспективных при промышленном оформлении процессов получения замещенных N-фосфонометиламинов.
При взаимодействии фосфоновой (фосфористой) кислоты с аминами и альдегидами возможно образование продуктов моно-, бис- и трисфосфорили-рования; причем, в основном происходит трисфосфорилирование аминов. Так, в случае аммиака, фосфористой кислоты и формальдегида получены продукты бис- и трисфосфорилирования [7-10].
15
Реакция фосфористой кислоты с глицином и формальдегидом всегда протекает с образованием бис-(фосфонометилглицина):
О
2un/p~H + 2СН2О + H2NCH2COOH
НО
о
Н0\|_
но
N—СН2СООН
Монофосфорилированный продукт выделить не удается [11].
При использовании треххлористого фосфора происходит гидролиз с образованием фосфористой кислоты, которая затем вступает в реакцию с образованием бис -(фосфонометил)-глицина [12]:
2РС13+ 4Н2О +2СН2О
с
О
НО\
НО
/Р—СН2
N—СН2СООН
Синтез этого соединения описан также в работе [13].
В реакции Кабачника - Филдса, в случае использования аминокислот и их эфиров, литературные данные о селективности процесса противоречивы. Так, в работе [14] дано описание синтеза диалкиловых эфиров N-фосфонометилгли-цина с выходом 62-72% взаимодействием диалкилфосфитов с глицином в водной среде в присутствии щелочи:
О
H2NCH2COOH "
О > j^>P-CH2-NHCH2COONa
16
Вместе с тем было показано [11-13], что при фосфонометилировании глицина и его эфиров всегда образуются продукты бис-фосфонометилирования.
Присоединением к нитрилам диалкилфосфитов удалось получить производные 1 - аминоалкил -1,1 -дифосфоновых кислот [15]:.
RO
\
О p_H
RO
\
О
II P—
C—R
RO/ L - _,,
2 NH2
Нагревание в вакууме производного диэтилфосфоната приводит к образованию диэтилового эфира изоцианметилфосфоновой кислоты [16].
Известен способ получения у-амино-у-карбоксипропилметилфосфоновой кислоты из этилфосфоновых кислот реакцией с производными малоновой кислоты в присутствии щелочи [17]. Производные фосфоноэтилмалоновой кислоты могут быть получены взаимодействием алкилметилфосфоновой кислоты с этиловым эфиром малоновой кислоты в присутствии оснований [18].
сс-Меркаптоалкилфосфонаты предложено получать конденсацией метил-фосфоната с тиокетонами [19].
Ацилированием фосфонатов синтезируют оксиалкилфосфоновые кислоты [20-22].
Описан способ синтеза фосфорилированных эфиров антраниловой кислоты конденсацией диалкилхлорфосфитов с эфирами антраниловой кислоты с дальнейшим отщеплением эфирной группы [23].
Пропускание аммиака в нагретый диалкилфосфит с одновременным дозированием циклогексанона приводит к получению аминоциклогексилфосфо-ната с выходм 30 - 60%. В качестве основного побочного продукта образуется гидроксициклогексилфосфонат [24]:
»_H + 0А + NH -----^ R0>p-O - R°>p
N—/ RO/ ^\__/ RCK
OH NH2
17
В случае использования диаминов фосфорилируются обе группы. Так, М. И. Кабачником с сотрудниками [25] при нагревании этилендиамина с диалкил-фосфонатом и ацетоном получена этилендиамино-ЫД^-бис-пропилфосфоновая кислота:
О
Hi пи __гт\ гч_1 л. и м гч_1 г»и ми HCI, Н2О -w ~ *_/Пз V./VJ — ^Пз + I12IN — ОП2—иП2—1\П2 -----rv-чи—
- ROH
О СН3
11 ' ' "/ОН
НО<- -C-NH-CH2-CH2-NH-C- P\QH СН3 СН3
При нагревании смеси диалкилфосфитов с формальдегидом и сульфамидами получают фосфорилированные сульфамиды [26]:
О
R1OJI 2
1 >Р—Н + СН2О + R2HN—SO2—N^R4 — R О'
О
------"*" Di^/p~CH2-NR2-SO2-NR3R4
R О
По реакции Кабачника - Филдса получают N-фосфонометилиминодиук-сусную кислоту, исходя из фосфористой кислоты, К,1Ч-иминодиуксусной кислоты и формальдегида [27]:
Н3РО3 + СН2О + NHX
О СНгСООН ^
При использовании вместо иминодиуксусной кислоты N-бензилглицина, образуется М-бензил-М-фосфонометилглицин [28].

 Часть из работы     Получить работу