CN102285905A - 牛磺酸的合成方法 - Google Patents

Abstract

一种牛磺酸的合成方法，是将环氧乙烷与制碱厂副产物工业级氯化铵进行加成反应制得一乙醇胺盐酸盐，经氯化、磺化、中和反应制得牛磺酸。该方法避开了现有技术中存在的羟乙基磺酸盐与液氨高温、高压反应之不便，且有生成亚氨基二乙磺酸盐的副反应的问题；其中氯化反应采用氯化亚砜作为氯化剂，以确保高转化率，副产物HCl、SO₂都是自然逸出的气体，容易挥发除去，可分别用来制取亚硫酸钠和盐酸，供下步磺化、中和反应使用，基本符合循环经济理念；磺化反应时加阻化剂，以防止亚硫酸盐自相氧化还原作用所造成的额外消耗；各步反应均可接近理论量；副产物氯化钠基本是唯一的，减轻了企业环保治理压力。

Description

牛磺酸的合成方法

技术领域

本发明涉及一种用于医药和食品添加剂等原料的合成新工艺，特别是一种作为优质营养素的牛磺酸的合成方法。属于生物化学与分子生物学领域。

背景技术

牛磺酸（Taurine）又称2-氨基乙磺酸，具有独特的药理及营养保健作用，可作为原料广泛应用于医药，食品添加剂等。牛磺酸作为原料药可用于利胆、保肝、解毒、消炎、解热、镇静、降血糖和治疗各类眼疾等；它可作为食品添加剂用于乳制品、饮料、复合味精及豆制品中，以增强机体免疫能力；作为食品营养强化剂，在牛奶和奶粉中加入适量牛磺酸，其营养价值接近母乳，尤其对胎儿，婴幼儿有益智强身作用；也能显著抑制老年性痴呆，改善脑功能和视网膜组织。

目前，牛磺酸的合成工艺有十多种，但工业化合成牛磺酸的方法只有两种，即由乙醇胺和硫酸反应的酯化磺化法，由亚硫酸氢钠与环氧乙烷反应的羟乙基磺酸钠氨解酸化法（简称氨解法）。后者是近年来国内企业常采用的一种以环氧乙烷为起始原料合成牛磺酸的方法。据相关专利文献报导，如公开号为CN101508657A的“牛磺酸的合成方法”，公开号为CN101508658A的“牛磺酸的制备方法”，公开号为CN101508659A的“一种制备牛磺酸的方法”， 公开号为CN101486669A的“一种合成牛磺酸的方法”，公开号为 CN101717353A的“一种牛磺酸的合成方法”等，所公开的技术内容基本类同，其特点都是以亚硫酸氢钠与环氧乙烷反应合成牛磺酸。该法生产工艺步骤大致为：A、将亚硫酸氢钠与环氧乙烷反应，生成羟乙基磺酸钠，或将亚硫酸氢钠与环氧乙烷和氢氧化钠反应生成羟乙基磺酸钠；B、再将羟乙基磺酸钠与液氨合成反应，生成2―氨基乙磺酸钠；C、将2―氨基乙磺酸钠经硫酸中和得牛磺酸。尽管氨解法在生产牛磺酸这一领域是一个突破，但现行工艺中还有不足之处：（一）羟乙基磺酸盐于高温、高压、氨解反应过程中有副反应亚氨基二乙磺酸盐的生成：2HOCH₂CH₂SO₃Na+NH₃·H₂0→HN(CH₂CH₂SO₃Na)₂。这样就要影响产品收率（详见“牛磺酸生产工艺中氨解反应条件的优化”《湖北工学院学报》2004年第1期第41～44页）。（二）随之而来的分子利用率相对较低，除氨解反应产生副反应外，亚硫酸氢钠或亚硫酸钠普遍消耗高，以及中和反应硫酸用之不当，由此产生过度硫酸盐会给环保治理带来负担。另外，牛磺酸与硫酸盐同时从反应液中游离出来，将二者分离是非常麻烦的。因此，有必要对现有工艺流程加以改进，从源头上阻止污染环境，藉以体现新工艺的经济效益和循环经济理念。

发明内容

本发明的目的是提供一种牛磺酸的合成方法，它解决了现有氨解法存在的高温、高压条件下易产生副反应和会给环保治理带来负担等缺陷，其原料来源充足，价格相对低廉，反应条件温和，副产物循环使用，有利于环保治理，相对收率较高。

本发明采用的技术方案是：

步骤一　加成反应

将氯化铵，水置于反应釜中，搅拌下注入环氧乙烷，逐渐升温反应，并控制于50～60℃，压力≤0.1Mpa下反应至环氧乙烷基本吸收，即反应完毕，釜内通入氮气吹除残余环氧乙烷回收之后，减压去水常温下过滤，甲醇漂洗，抽干，控温50℃下真空干燥，得一乙醇胺盐酸盐；所用氯化铵，水，环氧乙烷的重量比为氯化铵∶水∶环氧乙烷＝1.07∶（0.725～0.875）∶1；

步骤二　氯化反应

将一乙醇胺盐酸盐溶于其重量的1.22～1.34倍量的溶剂氯仿中，滴入氯化亚砜于70℃下反应5小时，进行氯化反应制得含有中间产物２—氯乙胺盐酸盐的混合液，其副产物氯化氢和二氧化硫先后分别逸出，用于制取盐酸和亚硫酸钠，氯化亚砜用量为一乙醇胺盐酸盐重量的1.22～1.34倍；

步骤三　磺化反应

将含有中间产物２－氯乙胺盐酸盐的混合液进行处理，回收溶剂氯仿后，加入适量水制成浓度为80％的２－氯乙胺盐酸盐水溶液，与含有2－4％阻化剂的亚硫酸钠饱和水溶液反应制得牛磺酸盐反应液，亚硫酸钠用量为２－氯乙胺盐酸盐重量的1. 10～1.14倍，所用阻化剂为异丙醇或甘油；

步骤四　中和反应

将前述牛磺酸盐反应液在搅拌下降温至50℃，滴入盐酸调节反应釜内物料pH值≤7，脱盐过滤得粗品牛磺酸，经水溶解加活性炭于90℃下脱色30分钟，过滤，湿品烘干制得牛磺酸。

本发明具有的优点及积极效果是：由于该合成方法与氨解法相比，虽同为以环氧乙烷为起始原料，但本发明却采用价格相对便宜的氯化铵与环氧乙烷，进行加成反应先合成出乙醇胺类的盐酸盐。其原因就在于环氧乙烷很容易和氨、胺或铵反应生成２―氨基醇，该反应属于有机化学的SN²反应机理。因一羟乙基化的反应速率常数K₁和二羟乙基化的反应速率常数K₂一般差别不大，因此在制备２―羟乙基时，即使用低于理论量的环氧乙烷，也容易生成双取代物，前述副产物亚氨基二乙磺酸钠的生成就是这个道理。而氯化铵与环氧乙烷反应生成乙醇胺类盐酸盐，可利用其各自理化性质不同，将其一乙醇胺盐酸盐单独分离出来，而其它产物或衍生物也均能分开，进而制得市场价值更高的一些化学产品。主要是二乙醇胺，它是目前国际乙醇胺市场最大消费品种，我国主要靠进口。本发明的优点进一步说明如下：

一、牛磺酸结构中氨基部分采用制碱厂副产工业级氯化铵替代价格相对高的液氨，且分子中的氯化氢也派上用场，加成反应是在较低温度下进行，制得一乙醇胺盐酸盐，供合成牛磺酸，另一部分加碱游离出乙醇胺，再分馏出二乙醇胺；

二、氯化反应采用氯化亚砜氯化，其反应中生成的副产物HCl、 SO₂都是自然逸出的气体，容易挥发除去，可分别用来制取盐酸和亚硫酸钠，供下一步骤反应使用，符合循环经济理念，所制得２―氯乙胺盐酸盐供下步磺化反应；

三、磺化反应，所用亚硫酸钠有还原性，其易发生自相氧化还原作用，产生硫酸盐和硫，采用加阻化剂的办法，使亚硫酸钠物尽其用，减少不必要的损耗，本工艺所用阻化剂可采用异丙醇或甘油，当然也可采用其它阻化剂；

四、有效地避开了现有技术中由羟乙基磺酸钠和液氨于高温、高压下氨化反应的不便及其副反应亚氨基二乙磺酸钠的生成；

五、中和反应采用盐酸，生成副产物氯化钠易于统一处理；

六、各步骤反应相对收率较高，副产物主要是氯化钠，环境污染物相对较少，减轻了企业环保治理压力。

具体实施方式

以下根据具体实施方式详细说明本发明的内容。该牛磺酸的合成方法操作步骤如下：

步骤一　加成反应

将氯化铵，水置于反应釜中，搅拌下注入环氧乙烷，逐渐升温反应，并控制于50～60℃，压力≤0.1Mpa下反应至环氧乙烷基本吸收，即反应完毕。釜内通入氮气吹除残余环氧乙烷回收之后，减压去水常温下过滤。甲醇漂洗，抽干，控温50℃下真空干燥，得一乙醇胺盐酸盐。所用氯化铵，水，环氧乙烷的重量比为氯化铵∶水∶环氧乙烷＝1.07∶（0.725～0.875）∶1。

步骤二　氯化反应                                                                                                   

将一乙醇胺盐酸盐溶于其重量的1.22～1.34倍量的溶剂氯仿中，滴入氯化亚砜于70℃下反应5小时，进行氯化反应制得含有中间产物２—氯乙胺盐酸盐的混合液。其副产物氯化氢和二氧化硫先后分别逸出，用于制取盐酸和亚硫酸钠，氯化亚砜用量为一乙醇胺盐酸盐重量的1.22～1.34倍。

步骤三　磺化反应

将含有中间产物２－氯乙胺盐酸盐的混合液进行处理，回收溶剂氯仿后，加入适量水制成浓度为80％的２－氯乙胺盐酸盐水溶液，与含有2－4％阻化剂的亚硫酸钠饱和水溶液反应制得牛磺酸盐反应液。亚硫酸钠用量为２－氯乙胺盐酸盐重量的1. 10～1.14倍，所用阻化剂为异丙醇或甘油。

步骤四　中和反应

将前述牛磺酸盐反应液在搅拌下降温至50℃，滴入盐酸调节反应釜内物料pH值≤7，脱盐过滤得粗品牛磺酸，经水溶解加活性炭于90℃下脱色30分钟，过滤，湿品烘干制得牛磺酸。

　　以下给出的实施例，将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容：

　　实施例１

　　将１立升带搅拌装置的反应釜中加入175ml水，并加入氯化铵214克，在搅拌下逐渐注入环氧乙烷200克开始反应，温度也在上升，搅拌至温度50～60℃，反应釜压力控制在≤0.1Mpa至环氧乙烷基本吸收，即反应完毕。反应结束通入氮气排除残余环氧乙烷回收，减压去水常温过滤，少量甲醇漂洗，抽干，50℃下真空干燥得一乙醇胺盐酸盐约220克。之后将一乙醇胺盐酸盐溶于268克氯仿溶剂中，滴入295克氯化亚砜于70℃反应5小时，回收氯仿溶剂，制得中间产物２－氯乙胺盐酸盐约242克。其副产物氯化氢和二氧化硫先后分别逸出，用于制取盐酸和亚硫酸钠。将含有中间产物２－氯乙胺盐酸盐的饱和水溶液慢慢加入含有8ml阻化剂异丙醇，并由266克亚硫酸钠配成的饱和水溶液中，80℃恒温5小时反应结束，得牛磺酸盐反应液；然后在搅拌下降温至50℃，滴入盐酸调pH值≤7，之后经电渗析脱盐，冷却至3℃进行结晶，过滤得粗品牛磺酸311.6克，加入600ml水溶解，加5.5克活性炭于90℃下脱色30分钟，过滤，湿品烘干制得牛磺酸201克，收率71.2％(以一乙醇胺盐酸盐计算，以下同)，其它各项指标符合中国药典标准。

实施例２

　　将165ml水加入１立升反应釜中，加入214克氯化铵，在搅拌下逐渐注入环氧乙烷200克，开始升温控制在50～60℃,压力0.1Mpa反应结束，再通入氮气排除残余环氧乙烷，减压去水降温至室温出料过滤，少量甲醇漂洗，抽干、干燥得一乙醇胺盐酸盐约215克，之后将一乙醇胺盐酸盐溶于262克氯仿溶剂中，滴入283克氯化亚砜于70℃反应5小时，回收氯仿溶剂，制得中间产物２－氯乙胺盐酸盐，所得中间产物配成浓度为80％的２－氯乙胺盐酸盐水溶液，慢慢加入284克30％浓度的含有9克异丙醇的亚硫酸钠溶液中80℃下反应，反应完毕滴入盐酸调pH值≤7，脱盐过滤得粗品牛磺酸，加炭脱色过滤，湿品烘干制得牛磺酸218克，收率79％,产品符合国家标准。

实施例３

　　将160ml水加入釜内，依次再加入214克氯化铵，通入环氧乙烷200克进行加成反应，以下操作同实施例１得一乙醇胺盐酸盐折纯约220克，之后将制得的一乙醇胺盐酸盐溶于280克氯仿溶剂中，滴入286克氯化亚砜于70℃反应5小时，回收氯仿溶剂，制得中间产物２－氯乙胺盐酸盐，将其配成水溶液，慢慢加入含286克亚硫酸钠的浓度为30％水溶液中（内含甘油10ml），80℃左右反应完毕，滴入盐酸调pH值≤7，再经电渗折脱盐过滤得粗品牛磺酸，，冷却至3℃结晶，湿品烘干制得牛磺酸221克收率78%，产品质量符合国家标准。

实施例４

　　将155ml水加入釜内搅拌下，依次加入214克氯化铵，通入200克环氧乙烷于50～60℃反应，以下操作同实施例2得一乙醇胺盐酸盐的227克，之后将一乙醇胺盐酸盐溶于295克氯仿溶剂中，滴入290克氯化亚砜于70℃反应5小时，回收氯仿溶剂，制得中间产物２－氯乙胺盐酸盐，将其配成水溶液， 在浓度为30％的含有305克亚硫酸钠的水溶液中再加入10克甘油于80℃反应，得牛磺酸反应液，滴入盐酸调pH值≤7，脱盐过滤得粗品牛磺酸，加炭脱色过滤，湿品烘干制得牛磺酸234.7克，收率79%,产品质量符合国家标准。

实施例５

将145ml水加入１立升反应釜中，搅拌下加入氯化铵214克，之后通入环氧乙烷４小时后总计通入200克环氧乙烷，温度上升至50～60℃，压力为0.1Mpa，搅拌30分钟结束反应，再通入少许氮气排除残余环氧乙烷，减压去水，常温过滤，少量甲醇漂洗，抽干，干燥得一乙醇胺盐酸盐250克，混悬于315克氯纺中，搅拌下滴入313克氯化亚砜，于70℃反应5小时反应完毕，回收溶剂得２－氯乙胺盐酸盐，加入水搅拌溶解，滴入含7克甘油及332克的30％浓度的亚硫酸钠溶液，于80℃反应，５小时得牛磺酸钠盐溶液，降温至50℃以下滴入盐酸，调pH至≤７, 脱盐得粗品牛磺酸，加入600ml水　5.5克活性炭于90℃以上脱色30分，之后过滤，冷却，析出结晶，过滤干燥得产品牛磺酸269.4克，收率84%,产品质量符合国家标准。

实施例６

如同例５制得一乙醇胺盐酸盐254克，加入320克氯仿中，搅拌下滴加310克氯化亚砜，于70℃氯化反应5h，反应完毕回收氯仿得２－氯乙胺盐酸盐加入水溶解，加入332克80%浓度的亚硫酸钠溶液，再加7克甘油，80℃反应５小时得牛磺酸钠盐液，降温至50℃以下，滴入盐酸调pH≤7，脱盐得粗品，加活性炭脱色得成品牛磺酸270克，收率82.8%，产品质量符合国家标准。

实施例7

将150 ml水加入反应釜中，搅拌下加入氯化铵214克，之后通入环氧乙烷，总计通入200克环氧乙烷，逐渐反应升至50～60℃，压力≤0.1Mpa，结束反应，排除剩余环氧乙烷，并通入氮气排除残余环氧乙烷，以下处理同实施例5，得一乙醇胺盐酸盐215克，混悬于288克氯纺中，搅拌下滴入266克氯化亚砜，于70℃反应5小时反应完毕，回收溶剂得２－氯乙胺盐酸盐，加入水搅拌溶解，滴入含10克异丙醇及292克的30％浓度的亚硫酸钠溶液，以下操作同实施例5得210.8克牛磺酸，收率78%,产品质量符合国家标准。

Claims (1)

1.一种牛磺酸的合成方法，其特征在于操作步骤如下：

步骤一 加成反应

将氯化铵，水置于反应釜中，搅拌下注入环氧乙烷，逐渐升温反应，并控制于50～60℃，压力≤0.1Mpa下反应至环氧乙烷基本吸收，即反应完毕，釜内通入氮气吹除残余环氧乙烷回收之后，减压去水常温下过滤，甲醇漂洗，抽干，控温50℃下真空干燥，得一乙醇胺盐酸盐；所用氯化铵，水，环氧乙烷的重量比为氯化铵∶水∶环氧乙烷＝1.07∶（0.725～0.875）∶1；

步骤二　氯化反应  

将一乙醇胺盐酸盐溶于其重量的1.22～1.34倍量的溶剂氯仿中，滴入氯化亚砜于70℃下反应5小时，得含有中间产物２—氯乙胺盐酸盐的混合液，其副产物氯化氢和二氧化硫先后分别逸出，用于制取盐酸和亚硫酸钠，氯化亚砜用量为一乙醇胺盐酸盐重量的1.22～1.34倍；

步骤三　磺化反应

将含有中间产物２－氯乙胺盐酸盐的混合液进行处理，回收溶剂氯仿后，加入适量水制成浓度为80％的２－氯乙胺盐酸盐水溶液，与含有2－4％阻化剂的亚硫酸钠水溶液反应制得牛磺酸盐反应液，亚硫酸钠用量为２－氯乙胺盐酸盐重量的1. 10～1.14倍，所用阻化剂为异丙醇或甘油；

步骤四　中和反应

将前述牛磺酸盐反应液在搅拌下降温至50℃，滴入盐酸调节反应釜内物料pH值≤7，脱盐过滤得粗品牛磺酸，经水溶解加活性炭于90℃下脱色30分钟，过滤，湿品烘干制得牛磺酸。