CN106397250A - 基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法，该方法是将月桂酰氨基酸和固体氢氧化钠，在乙醇介质中，于聚乙二醇相转移催化剂催化下反应，得到月桂酰氨基酸钠溶液，所述月桂酰氨基酸钠溶液依次经过冷却结晶、过滤、干燥，得到月桂酰氨基酸钠晶体；该方法以固体氢氧化钠为原料，避免了传统氢氧化钠溶液带入水分，产品收率更高；同时解决了氢氧化钠遇乙醇在较高温度时变黄，导致产品发黄的问题；PEG‑400的加入，增加了氢氧化钠在乙醇中的溶解度，同时催化反应的进行，大大提高了反应效率；乙醇和PEG‑400通过常压蒸馏回收再利用，工艺路线简单、环保，符合绿色化工生产要求。

Description

基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法

技术领域

本发明涉及一种月桂酰氨基酸钠的合成方法，特别涉及一种基于聚乙二醇相转移催化剂催化反应制备月桂酰氨基酸钠的方法；属于氨基酸表面活性剂制备领域。

背景技术

月桂酰氨基酸钠是一类氨基酸型阴离子表面活性剂，具有良好洗涤、分散、乳化、渗透、增溶等特性；其润湿性优于脂肪醇聚氧乙烯醚(AE)；有优越的发泡性，并且泡沫细腻、持久，优于牙膏中常用的发泡剂十二烷基硫酸钠(K12)；具有抗菌杀菌性和抗蚀、抗静电能力；配伍性好；它的酸碱度与人体皮肤基本一致，感觉舒服，无刺激；作肥皂的改质剂，抗垢能力好，有抗钙、抗镁离子的功能，使肥皂的耐硬水性提高，发泡和洗净力增强；作为洗衣粉的添加剂，它与直链烷基苯磺酸钠复配的洗衣粉，不但能缓解皮肤的刺激性，去垢能力也特别好；月桂酰氨基酸钠生物降解性好，比直链烷基苯磺酸钠(LAS)和十二烷基磺酸钠(SDS)容易降解。随着氨基酸类表面活性剂研究的不断深入及生产工艺的逐步完善，除了在个人清洁剂等领域的应用不断扩大外，在农业、生物制品和药物制备、金属加工、食品添加剂、矿石浮选和石油开采等一些新领域的应用也得到发展。

月桂酰氨基酸钠的合成一般是以采用肖顿-鲍曼缩合法(Schotten-Baumann)制备得到的月桂酰氨基酸为原料，再加碱中和得到(US3945931；US6569829；JP2923101；JP3362468；CN201210325196.2；CN201510615795.1)。碱的添加方式一般有两种：(1)配制成40％～50％的氢氧化钠水溶液滴加；(2)配制成15％～20％的乙醇溶液滴加。这样滴加带来的不足之处有：(1)加水溶解氢氧化钠，导致体系中水量增加，生成的月桂酰氨基酸钠部分溶解到水中，导致产品收率降低；(2)月桂酰氨基酸钠是一种阴离子表面活性剂，当体系中有较多水时，产品会表现出更优异的乳化性能，导致溶液粘度增加，产品过滤性能明显下降，较难实现工业化生产；(3)氢氧化钠在无水乙醇中溶解较慢，明显降低了反应效率；(4)反应温度较高时，氢氧化钠遇无水乙醇会变黄，导致产品发黄，影响产品外观。

发明内容

针对现有的月桂酰氨基酸钠的合成方法存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种低成本、对环境友好、高收率合成高品质月桂酰氨基酸钠的方法；该方法操作简单、满足工业生产需求。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法，该方法是月桂酰氨基酸和固体氢氧化钠，在乙醇介质中，于聚乙二醇相转移催化剂催化下反应，得到月桂酰氨基酸钠溶液，所述月桂酰氨基酸钠溶液依次经过冷却结晶、过滤、干燥，得到月桂酰氨基酸钠晶体。

本发明的技术方案的关键是在于，采用聚乙二醇相转移催化剂，以固体氢氧化钠为制备月桂酰氨基酸钠的反应原料。传统的方法都避免采用固体氢氧化钠作为反应原料，主要原因是固体氢氧化钠在无水乙醇中溶解较慢，反应效率较低，同时反应温度不能过高，氢氧化钠会与无水乙醇反应，导致最终月桂酰氨基酸钠产品发黄，影响产品品质。本发明的技术方案通过聚乙二醇相转移催化剂，明显增加了固体氢氧化钠在溶剂中的溶解度，提升氢氧化钠和月硅酰基氨基酸的反应效率。在催化反应过程中，固体氢氧化钠先是溶解于相转移催化剂PEG-400，PEG-400将钠离子从固相转移至液相乙醇中与月桂酰氨基酸接触并反应。氢氧化钠以固体形式添加，避免了传统方法采用氢氧化钠溶液带入水分，大大降低了因酰基氨基酸盐溶于水导致的收率损失。另外，酰基氨基酸盐在水溶液中会呈现出一定的表面活性，当在水溶液中的浓度超过临界胶束浓度时(CMC)，即会形成胶束，亲油基朝内，亲水基朝外，大幅降低了产品在溶剂中的表面张力，增加了其在溶剂中的溶解，导致反应液粘度增加，过滤性能差，难以分离，影响工业化生产，而以固体方式添加氢氧化钠，除反应生成的少量水份外，避免了外部水份的加入，大幅降低了产品在溶剂中的表面活性，解决了产品不好过滤的问题。PEG-400的加入在提高氢氧化钠溶解度的同时，可明显提升氢氧化钠和酰基氨基酸的中和反应效率，不同于一般的强酸强碱反应，酰基氨基酸是弱酸，和生成的产品酰基氨基酸盐会形成缓冲体系，反应速度较慢，PEG-400的加入，可促进化学平衡往正方向移动，明显提升了反应效率，同时，可有效抑制副反应的发生。所以采用本发明的氢氧化钠以固体形式添加，PEG-400做相转移催化剂，有效解决了现有技术中氢氧化钠以液体形式添加所带来的收率不够高、反应速度慢、产品过滤性能不好以及单杂较高等问题。

优选的方案，月桂酰氨基酸、固体氢氧化钠与聚乙二醇的摩尔比为1:1～1.5:0.02～0.10。最优选的比例为1:1～1.3:0.02～0.05；在优选的比例下，可获得较高的反应效率和产品收率。

较优选的方案，月桂酰氨基酸为月桂酰谷氨酸、月桂酰丙氨酸、月桂酰甘氨酸、月桂酰缬氨酸、月桂酰丝氨酸或月桂酰肌氨酸。

较优选的方案，聚乙二醇优选为分子量在2000以内，最优选为PEG-400。

较优选的方案，反应的条件为：温度为20℃～80℃，时间为20～120分钟。最优选在50℃～70℃反应20～30分钟。在优选的温度下，能有效抑制副反应的发生，降低产品中杂质的含量。

优选的方案，固体氢氧化钠为尺寸在20目～60目的颗粒。最优选的比例为40～60目。在优选的尺寸下，能有效提高固体氢氧化钠的比表面积，增加其与聚乙二醇相转移催化剂的接触概率，从而提高固体氢氧化钠的溶解速度，利于反应速度的提升。

优选的方案，所述乙醇介质的用量为月桂酰氨基酸质量的1～5倍，最优选为2～3倍。

优选的方案，月桂酰氨基酸钠溶液依次经过冷却结晶、过滤，滤液采用分子筛脱水，得到含聚乙二醇相转移催化剂的乙醇溶液，通过蒸馏分离回收乙醇和聚乙二醇相转移催化剂。

优选的方案，分子筛为4A型分子筛。滤液通过分子筛脱水处理后，经过滤、烘干回收分子筛；乙醇采用常压蒸馏，控制温度80℃～90℃，收集得到的乙醇和聚乙二醇相转移催化剂返回至上一工段回用。

本发明技术方案中涉及的反应方程式为：

相对于现有技术，本发明的技术方案的优点在于：

1)本发明的技术方案以固体氢氧化钠作为制备月桂酰氨基酸钠的反应原料，避免了水分的带入，大大提高了产品收率，月桂酰氨基酸钠的收率达到99％以上。克服了传统的制备月桂酰氨基酸钠的方法采用氢氧化钠溶液为原料，因酰基氨基酸盐溶于水导致的收率损失等缺陷。

2、本发明的技术方案首次将聚乙二醇作为相转移催化剂用于制备氨基酸表面活性剂，聚乙二醇作为相转移催化剂的使用是成功将固体氢氧化钠作为反应原料的前提条件，使反应变得温和、高效，与现有方法相比，获得的产品收率更高，产品过滤性能更好，且产品不发黄，产品品质更好。

具体实施方式

以下以具体的实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明权利要求的保护范围不仅限于此。

实施例1

往带温度计和搅拌的1000mL三口烧瓶中加入月桂酰谷氨酸329.5g(1mol)，无水乙醇659g，升温至50～60℃溶解完全，加入相转移催化剂PEG-400 8g，加入粒状氢氧化钠固体40g，50～70℃下反应20～30min，冷却-5～5℃，析出白色片状晶体，抽滤，烘干后，得到月桂酰谷氨酸钠350g，含量98％，收率99％。

滤液经4A型分子筛脱水、过滤后进行常压蒸馏，蒸馏温度80℃～90℃，获得馏分为无水乙醇，剩余液体为聚乙二醇，均返回至初始工段进行回收再利用。吸水后的分子筛经烘干活化后，反复使用。

对比实施例1

往带温度计和搅拌的1000mL三口烧瓶中加入月桂酰谷氨酸329.5g(1mol)，无水乙醇659g，升温至50～60℃溶解完全，加入粒状氢氧化钠固体40g，50～70℃下反应20～30min，冷却-5～5℃，析出黄色片状晶体，抽滤，烘干后，得到固体359g，含量49％，收率50％。经检测，产品中有氢氧化钠固体残留，原料月桂酰谷氨酸未反应完全。

对比实施例2

往带温度计和搅拌的1000mL三口烧瓶中加入月桂酰谷氨酸329.5g(1mol)，无水乙醇659g，升温至50～60℃溶解完全，缓慢滴加50％质量分数的氢氧化钠水溶液80g，滴加完成，50～70℃下反应20～30min，冷却-5～5℃，析出白色片状晶体，产品发粘，不好抽滤，烘干后，得到月桂酰谷氨酸钠316g，含量90％，收率81％。

实施例2

往带温度计和搅拌的1000mL三口烧瓶中加入月桂酰甘氨酸257g(1mol)，无水乙醇514g，升温至50～60℃溶解完全，加入相转移催化剂PEG-400 8g，加入粒状氢氧化钠固体40g，50～70℃下反应20～30min，冷却-5～5℃，析出白色片状晶体，抽滤，烘干后，得到月桂酰甘氨酸钠278g，含量98％，收率99％。

催化剂、乙醇和分子筛的回收同实施例1。

实施例3

往带温度计和搅拌的1000mL三口烧瓶中加入月桂酰丙氨酸271g(1mol)，无水乙醇542g，升温至50～60℃溶解完全，加入相转移催化剂PEG-400 8g，加入粒状氢氧化钠固体40g，50～70℃下反应20～30min，冷却-5～5℃，析出白色片状晶体，抽滤，烘干后，得到月桂酰丙氨酸钠292g，含量98％，收率99％。

催化剂、乙醇和分子筛的回收同实施例1。

实施例4

往带温度计和搅拌的1000mL三口烧瓶中加入月桂酰肌氨酸271g(1mol)，无水乙醇542g，升温至50～60℃溶解完全，加入相转移催化剂PEG-400 8g，加入粒状氢氧化钠固体40g，50～70℃下反应20～30min，冷却-5～5℃，析出白色片状晶体，抽滤，烘干后，得到月桂酰肌氨酸钠292g，含量98％，收率99％。

催化剂、乙醇和分子筛的回收同实施例1。

实施例5

往带温度计和搅拌的1000mL三口烧瓶中加入月桂酰缬氨酸299g(1mol)，无水乙醇599g，升温至50～60℃溶解完全，加入相转移催化剂PEG-400 8g，加入粒状氢氧化钠固体40g，50～70℃下反应20～30min，冷却-5～5℃，析出白色片状晶体，抽滤，烘干后，得到月桂酰缬氨酸钠320g，含量98％，收率99％。

催化剂、乙醇和分子筛的回收同实施例1。

Claims (9)

1.基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法，其特征在于：月桂酰氨基酸和固体氢氧化钠，在乙醇介质中，于聚乙二醇相转移催化剂催化下反应，得到月桂酰氨基酸钠溶液，所述月桂酰氨基酸钠溶液依次经过冷却结晶、过滤、干燥，得到月桂酰氨基酸钠晶体。

2.根据权利要求1所述的基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法，其特征在于：月桂酰氨基酸、固体氢氧化钠与聚乙二醇的摩尔比为1:1～1.5:0.02～0.10。

3.根据权利要求2所述的基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法，其特征在于：所述的月桂酰氨基酸为月桂酰谷氨酸、月桂酰丙氨酸、月桂酰甘氨酸、月桂酰缬氨酸、月桂酰丝氨酸或月桂酰肌氨酸。

4.根据权利要求2所述的基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法，其特征在于：所述的聚乙二醇为PEG-400。

5.根据权利要求1～4任一项所述的基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法，其特征在于：所述反应的条件为：温度为20℃～80℃，时间为20～120分钟。

6.根据权利要求1所述的基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法，其特征在于：所述的固体氢氧化钠为尺寸在20目～60目的颗粒。

7.根据权利要求1所述的基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法，其特征在于：所述乙醇介质的用量为月桂酰氨基酸质量的1～5倍。

8.根据权利要求1～4任一项所述的基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法，其特征在于：月桂酰氨基酸钠溶液依次经过冷却结晶、过滤，滤液采用分子筛脱水，得到含聚乙二醇相转移催化剂的乙醇溶液，通过蒸馏分离回收乙醇和聚乙二醇相转移催化剂。

9.根据权利要求8所述的基于聚乙二醇相转移催化剂合成月桂酰氨基酸钠的方法，其特征在于：所述的分子筛为4A型分子筛。