CN107935892A - 一种制备乙二胺基乙磺酸钠的方法 - Google Patents

一种制备乙二胺基乙磺酸钠的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种制备乙二胺基乙磺酸钠的方法。所述方法包括以下步骤：牛磺酸、硝基甲烷和甲醛发生曼尼希反应生成N‑(2‑硝基乙基)牛磺酸，然后N‑(2‑硝基乙基)牛磺酸经碱中和、加氢反应获得乙二胺基乙磺酸钠。产品选择性大于99％，产品收率大于97％。该工艺路线原料来源丰富、绿色环保、产品选择性高、产品收率高，适于工业化生产。

Description

一种制备乙二胺基乙磺酸钠的方法
技术领域
本发明属于有机化学品合成领域，具体涉及一种制备乙二胺基乙磺酸钠的方法。
背景技术
乙二胺基乙磺酸钠(H2NCH2CH2NHCH2CH2SO3Na)是一种新型高固含量阴离子水性聚氨酯扩链剂。由于含有磺酸根基团，使它具有优异的亲水性。作为亲水性扩链剂或者亲水单体应用于水性聚氨酯树脂的制备，适用于涂料、油墨、黏合剂以及皮革涂饰剂等行业。使用乙二胺基乙磺酸钠合成的聚氨酯分散体具有好的水解稳定性，与其它阴离子或非离子型水分散体有好的相容性。
目前文献报道的乙二胺基乙磺酸钠生产路线主要有氯乙基磺酸钠路线、乙烯基磺酸钠路线，存在着原料成本高、杂质难分离、产品收率低的问题。
康平平(有机化学，2009，29(6):904～908)以乙二胺和2–氯乙磺酸钠为原料，在NaOH存在下发生亲核取代反应制得乙二胺基乙磺酸钠，该方法原料转化率高、产品选择性高，但是副产物氯化钠去除困难，产品纯度较低.
中国专利CN101240057和日本专利JPS5859959采用多元胺和烯基磺酸盐为原料，制备磺酸型亲水扩链剂，而烯基磺酸盐价格较高，因此该方法生产的磺酸型亲水扩链剂不具有成本优势。
中国专利CN102702037以β-羟乙基乙二胺为原料经酯化为乙二胺基乙醇酯化物，而后以亚硫酸盐为磺化剂对乙二胺基乙醇酯化物进行磺化反应，经分离、纯化制备乙二胺基乙基磺酸盐，该路线反应时间较长，收率不高，产生大量三废。
因此，需要寻找一种新的乙二胺基乙磺酸钠的生产方法，以解决传统工艺中存在的原料成本高、杂质难分离、产品收率低等问题。
发明内容
为克服现有工艺的缺陷，本发明提供了一种制备乙二胺基乙磺酸钠的方法，该方法原料来源丰富、绿色环保、产品选择性高、产品收率高，具有工业化前景。
为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种制备乙二胺基乙磺酸钠的方法，包括如下步骤：
(1)牛磺酸、硝基甲烷和甲醛进行反应生成N-(2-硝基乙基)牛磺酸；
(2)N-(2-硝基乙基)牛磺酸用碱中和获得N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠；
(3)N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠在加氢催化剂催化下发生加氢反应得到乙二胺基乙磺酸钠。
本发明制备乙二胺基乙磺酸钠反应方程式如下：
本发明所述步骤(1)中的甲醛为多聚甲醛或甲醛水溶液。所述甲醛水溶液的浓度为10～45wt％，优选30～37wt％。
本发明所述步骤(1)可以在含有或不含溶剂的条件下进行，优选在含有溶剂的条件下进行，所述溶剂可以为本领域公知的溶剂，优选甲醇、乙醇或二甲基亚砜中的一种或多种。所述的溶剂用量为牛磺酸质量的5～20倍，优选10～15倍。
本发明所述步骤(1)中牛磺酸、硝基甲烷和甲醛的摩尔比为1：(1～1.5)：(1～1.5)，优选1：(1～1.1)：(1～1.2)。
本发明所述步骤(1)的反应时间为2～20小时，优选5～8小时；反应温度为25～100℃，优选40～70℃。
在本发明所述的步骤(1)中，牛磺酸既是曼尼希反应的胺组分，又是酸催化剂。
本发明所述步骤(2)的N-(2-硝基乙基)牛磺酸和碱的摩尔比为1：1～1.2，优选1:1～1.05。
本发明所述步骤(2)中的碱可以使用本领域公知的合适的碱，包括但不限于氢氧化钠和/或碳酸氢钠，优选氢氧化钠。
本发明所述步骤(2)中的碱可以以纯物质或者溶液形式使用，优选以溶液形式使用。如果以溶液形式使用，其溶剂可以使用本领域公知的溶剂，优选水。如果以水溶液的形式使用，其浓度为10～40wt％，优选20～30wt％。
优选的，本发明所述步骤(2)中，将N-(2-硝基乙基)牛磺酸缓慢加入碱水溶液中。
本发明所述步骤(2)的反应温度为20～50℃，优选25～40℃。
本发明所述步骤(3)可以在本领域公知的反应器中进行，优选高压反应釜。
本发明所述步骤(3)的加氢催化剂可以为本领域公知的加氢催化剂，优选钯碳催化剂、铂催化剂、雷尼镍催化剂，更优选雷尼镍催化剂。
本发明所述步骤(3)的加氢催化剂与N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠质量比为(0.5～10)：100，优选(2～5)：100。
本发明所述步骤(3)可以在含有溶剂或者不含溶剂的条件下进行，优选在含有溶剂的条件下进行，所述溶剂可以为本领域公知的溶剂，优选甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺，更优选甲醇。
如果本发明所述步骤(3)在含有溶剂的条件下进行，则所述溶剂与N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠的质量比为(10～65)：1，优选(15～30)：1。
本发明所述步骤(3)的反应相对压力为0.5～5MPa，优选1～2MPa。
本发明所述步骤(3)的反应时间为1～9小时，优选2～4小时。
本发明所述步骤(3)的反应温度为25～120℃，优选60～85℃。
本发明所述步骤(3)反应完毕，滤除催化剂，蒸除溶剂即得到产品乙二胺基乙磺酸钠。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
以牛磺酸、硝基甲烷和甲醛为原料，经过曼尼希反应生成N-(2-硝基乙基)牛磺酸、再经碱中和、加氢反应获得乙二胺基乙磺酸钠，由于牛磺酸分子中只有一个氨基，最终生成的产品中只有乙二胺基乙磺酸钠，避免了乙二胺基二乙基磺酸钠的生成。产品选择性大于99％，产品收率大于97％；该路线原料成本低、产品选择性高、反应条件温和、产品收率高，具有良好的工业化前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明。这些实施例仅用于说明本发明，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)在三口烧瓶中加入125克牛磺酸、118克37wt％甲醛水溶液和650克乙醇，25℃下搅拌10分钟，30分钟内将68克硝基甲烷滴加至三口烧瓶中，升温至30℃，搅拌20小时，反应液通过减压蒸馏除去轻组分，固体用300克水洗涤、50℃下真空干燥4小时，得到淡黄色固体N-(2-硝基乙基)牛磺酸194.4克，收率98.0％，选择性99.8％。IR(KBr):ν＝3340cm-1(N-H)，ν＝1550cm-1(NO2)，ν＝1200cm-1(SO3)；1H NMR(400MHz，DMSO-D6)，δ＝2.76(t，2H)，δ＝3.01(t，2H)，δ＝3.14(t，2H)，δ＝4.69(t，2H)。
(2)搅拌下，将99克N-(2-硝基乙基)牛磺酸缓慢加入66.7克30wt％的氢氧化钠水溶液中，控温30℃，固体完全加入后继续搅拌10分钟；减压蒸馏除去水，得到110克N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠。
(3)将110克N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠、1200克甲醇、8克雷尼镍催化剂分别加入高压反应釜中，密封反应釜，依次用氮气、氢气置换后，用氢气充压至1.0MPa，30℃下反应9小时。
(4)加氢反应液冷却后过滤，滤液通过减压蒸馏除去轻组分，得到产品乙二胺基乙磺酸钠，N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠转化率99.96％，乙二胺基乙磺酸钠选择性99.3％。IR(KBr):ν＝3400cm-1(N-H)，ν＝1540cm-1(NO2)，ν＝1200cm-1(SO3)；1H NMR(400MHz，DMSO-D6)，δ＝2.64(t，2H)，δ＝2.73(t，2H)，δ＝2.96(t，2H)，δ＝2.31(t，2H)。
实施例2
(1)在三口烧瓶中加入125克牛磺酸、35克三聚甲醛和2500克甲醇，25℃下搅拌20分钟，30分钟内将88克硝基甲烷滴加至三口烧瓶中，升温至70℃，搅拌4小时，反应液通过减压蒸馏除去轻组分，固体用260克水洗涤、50℃下真空干燥4小时，得到淡黄色固体N-(2-硝基乙基)牛磺酸195.3克，收率98.5％，选择性99.9％。
(2)搅拌下，将99克N-(2-硝基乙基)牛磺酸缓慢加入220克20wt％的碳酸氢钠水溶液中，控温40℃，固体完全加入后继续搅拌15分钟；减压蒸馏除去水，得到110克N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠。
(3)将110克N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠、7000克乙醇、1克雷尼镍催化剂分别加入高压反应釜中，密封反应釜，依次用氮气、氢气置换后，用氢气充压至5.0MPa，110℃下搅拌1小时。
(4)加氢反应液冷却后过滤，滤液通过减压蒸馏除去轻组分，得到产品乙二胺基乙磺酸钠，N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠转化率99.93％，乙二胺基乙磺酸钠选择性99.5％。
实施例3
(1)在三口烧瓶中加入125克牛磺酸、95克37wt％甲醛水溶液和1500克二甲基亚砜，25℃下搅拌10分钟，30分钟内将76克硝基甲烷滴加至三口烧瓶中，升温至55℃，搅拌6小时，反应液通过减压蒸馏除去轻组分，固体用300克水洗涤、50℃下真空干燥4小时，得到淡黄色固体N-(2-硝基乙基)牛磺酸194.9克，收率98.2％，选择性99.8％。
(2)搅拌下，将99克N-(2-硝基乙基)牛磺酸缓慢加入200克10wt％的氢氧化钠水溶液中，控温35℃，固体完全加入后继续搅拌10分钟；减压蒸馏除去水，得到110克N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠。
(3)将110克N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠、3000克N,N-二甲基甲酰胺、5克雷尼镍催化剂分别加入高压反应釜中，密封反应釜，依次用氮气、氢气置换后，用氢气充压至3.0MPa，80℃下搅拌4小时。
(4)加氢反应液冷却后过滤，滤液通过减压蒸馏除去轻组分，得到产品乙二胺基乙磺酸钠，N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠转化率99.98％，乙二胺基乙磺酸钠选择性99.6％。
对比例1
将104克β-羟乙基乙二胺加入三口烧瓶中，在搅拌下由滴液漏斗加入112克浓硫酸(浓度98wt％)，在滴加过程中用冰盐浴调节使三口烧瓶中的物料温度低于10℃，直至浓硫酸滴加完毕，撤去冰盐浴，然后加热减压蒸馏反应直至无水分馏出为止，获得中间产物乙二胺基乙醇硫酸酯。待物料降温至室温后，加入碳酸钠溶液，至无气体放出后，加入溶解有151克亚硫酸钠的饱和溶液进行磺化反应，在120℃温度下，回流反应30小时，而后减压蒸馏除去部分水分，冷却至90℃，趁热过滤，除去硫酸钠与亚硫酸钠结晶后，获得乙二胺基乙基磺酸钠盐粗品，再经过冷却结晶、酸化、重结晶纯化、成盐等后续精制过程，获得105克乙二胺基乙基磺酸钠盐，收率55％。

Claims (10)

1.一种制备乙二胺基乙磺酸钠的方法，包括如下步骤：
(1)牛磺酸、硝基甲烷和甲醛进行反应生成N-(2-硝基乙基)牛磺酸；
(2)N-(2-硝基乙基)牛磺酸用碱中和获得N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠；
(3)N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠在加氢催化剂催化下发生加氢反应得到乙二胺基乙磺酸钠。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的甲醛为多聚甲醛或甲醛水溶液；所述甲醛水溶液的浓度为10～45wt％，优选30～37wt％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中牛磺酸、硝基甲烷和甲醛的摩尔比为1：(1～1.5)：(1～1.5)，优选1：(1～1.1)：(1～1.2)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的反应时间为2～20小时，优选5～8小时；反应温度为25～100℃，优选40～70℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)在含有或不含溶剂的条件下进行，优选在含有溶剂的条件下进行，所述溶剂优选甲醇、乙醇或二甲基亚砜中的一种或多种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)的N-(2-硝基乙基)牛磺酸和碱的摩尔比为1：1～1.2，优选1:1～1.05。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的碱选自氢氧化钠和/或碳酸氢钠，优选氢氧化钠。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)的加氢催化剂选自钯碳催化剂、铂催化剂和雷尼镍催化剂中的一种或多种，优选雷尼镍催化剂。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)的加氢催化剂与N-(2-硝基乙基)牛磺酸钠质量比为(0.5～10)：100，优选(2～5)：100。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)的反应相对压力为0.5～5MPa，优选1～2MPa；所述步骤(3)的反应时间为1～9小时，优选2～4小时；所述步骤(3)的反应温度为25～120℃，优选60～85℃。
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