CN108892627A - 一锅法合成牛磺酸的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一锅法合成牛磺酸的工艺，反应步骤如下：以氨基乙醇硫酸盐为起始原料，离子液体为反应介质，在适当的温度、磺化试剂的作用下，合成牛磺酸。本发明利用离子液体作为反应介质，“一锅法”合成牛磺酸，并且方便地把产品牛磺酸和副产品无机盐有效分离；使用本工艺能够提高牛磺酸生产的反应速度，简化分离、提纯操作，提高生产效能；并且离子液体可以回收循环使用，工艺绿色环保。

Description

一锅法合成牛磺酸的工艺
技术领域
本发明涉及牛磺酸合成技术领域，特别是涉及一种利用离子液体为反应介质进行牛磺酸合成的工艺。
背景技术
牛磺酸具有多种生理功能，是人体健康必不可少的一种营养素；可以促进婴幼儿脑组织和智力发育，防止心血管病，提高神经传导和视觉机能，影响脂类的吸收，改善内分泌状态、增强人体免疫，影响糖代谢,抑制白内障的发生发展，改善记忆的功能，维持正常生殖功能，等等。
因此，在过去几十年里，牛磺酸在保健食品、能量饮料、医药类产品、动物(家禽)饲料添加剂等行业里的应用不断获得普及。现在，牛磺酸已成为增长速度较快的一种重要医药保健品原料，在美国、欧洲、日本等发达国家及很多发展中国家，牛磺酸已经为国家法定食品添加剂之一，并且可以添加到婴儿奶粉及其他婴幼儿食品中。
目前，随着添加牛磺酸的能量饮料市场超高速增长，欧美各国在动物、家禽饲料中添加牛磺酸来提高饲养动物、家禽的体质，防止其生病，缩短存栏时间，及其牛磺酸其他保健产品开发力度增加，含牛磺酸新品纷纷上市，牛磺酸的全球总销量不断上升，市场需求量日益扩大；因此，开发牛磺酸将会产生巨大的经济效益和社会效益。
对于牛磺酸，目前报道的合成方法主要有如下两种：
1)乙醇胺法：
在该生产工艺中，先由乙醇胺和浓硫酸反应生成2-氨基乙醇硫酸酯，再和亚硫酸钠水溶液反应制备成牛磺酸；该生产工艺开发最早，工艺最为成熟，所用的辅助原料和条件都比较便利和温和，安全性高；但由于酯化反应速度慢，需在较高的温度下进行；硫酸酯与亚硫酸钠水溶液的磺化速度更慢，需长时间加热反应，能耗大，并且由于硫酸酯易水解，造成产率只有50％左右。
2)环氧乙烷法：
在该生产工艺中，环氧乙烷先和亚硫酸氢钠反应生成磺酸钠，然后在高温高压下和氨水反应进行氨解生成牛磺酸。由于环氧乙烷具有较大危险性，且氨解温度需达260℃，因此，整个生产过程危险性极大，设备要求极高导致造价很高，生产过程由于高温高压使得副产物多，产率为40％左右。
在以上两种生产工艺中，牛磺酸反应水溶液中有大量副产品硫酸钠，需要蒸除大量反应所需要的水，先除去硫酸钠，再冷却析晶牛磺酸，水重结晶后才能够得到合格牛磺酸产品；提纯过程操作复杂，能耗很大，产品分离效率较低。
鉴于牛磺酸有着广阔的市场前景，寻找一种新颖的牛磺酸合成方法是非常有意义的，其中关键是要解决反应速度和分离、提纯操作等关键问题。
发明内容
本发明的目的在于研究、解决目前现有牛磺酸生产技术中的不足之处，提供一种操作简便，能够提高牛磺酸生产的反应速度，简化分离、提纯操作，提高生产产率的生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
提供一锅法合成牛磺酸的工艺，反应方程式如下：
反应步骤如下：以氨基乙醇硫酸盐为起始原料，离子液体为反应介质，在适当的温度、磺化试剂的作用下，合成牛磺酸。
在本发明一个较佳实施例中，反应的温度范围为80～150℃。
在本发明一个较佳实施例中，反应的温度范围为100～120℃。
在本发明一个较佳实施例中，所述离子液体为1,3-二甲基咪唑氯盐、1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、1,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑氯盐、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的一种或多种的混合物。
在本发明一个较佳实施例中，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、水、甲苯、四氢呋喃中的一种或多种的混合物。
在本发明一个较佳实施例中，所述磺化试剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、亚硫酸铵中的一种或多种的混合物。
本发明的有益效果是：本发明利用离子液体作为反应介质，“一锅法”合成牛磺酸，并且方便地把产品牛磺酸和副产品无机盐有效分离；使用本工艺能够提高牛磺酸生产的反应速度，简化分离、提纯操作，提高生产效能；并且离子液体可以回收循环使用，工艺绿色环保。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明中所采用的的牛磺酸合成路线如下：
在本发明中，反应步骤如下：以氨基乙醇硫酸盐为起始原料，离子液体为反应介质，在适当的温度、磺化试剂的作用下，合成牛磺酸。
其中，反应的温度范围为80～150℃，优选采用温度范围为100～120℃；离子液体为1,3-二甲基咪唑氯盐、1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、1,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑氯盐、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的一种或多种的混合物，优选采用1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-己基-3-甲基咪唑氯盐、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐；溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、水、甲苯、四氢呋喃中的一种或多种的混合物，优选采用乙醇、异丙醇或其混合物；磺化试剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、亚硫酸铵中的一种或多种的混合物，优选采用亚硫酸钠、亚硫酸铵或其混合物。
实施例1：
反应瓶中加入500毫升1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐和160克氨基乙醇硫酸盐，充分搅拌均匀后，升温至120℃进行反应；待收集到约20毫升水，冷却反应液，加入150克亚硫酸钠，充分搅拌，保温110℃反应8小时。
冷却至90℃，趁热抽滤，滤液冷却至室温，加入600毫升乙醇，析晶产品，抽滤；水重结晶，干燥得到64克牛磺酸，收率51％。
实施例2：
反应瓶中加入500毫升1-丁基-3-甲基咪唑氯盐和160克氨基乙醇硫酸盐，充分搅拌均匀后，升温至110℃进行反应；待收集到约20毫升水，稍冷反应液，加入210克亚硫酸钾，充分搅拌，保温120℃反应6小时。
冷却至90℃，趁热抽滤，滤液冷却至室温，加入400毫升丙醇，析晶产品，抽滤；水重结晶，干燥得到88克牛磺酸，收率70％。
实施例3：
反应瓶中加入50毫升1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和16克氨基乙醇硫酸盐，充分搅拌均匀后，升温至110℃进行反应；待收集到约2毫升水，稍冷反应液，加入16克亚硫酸铵，充分搅拌，保温100℃反应6小时。
冷却至室温，加入50毫升异丙醇，析晶产品，抽滤；水重结晶，干燥得到5.5克牛磺酸，收率44％。
实施例4：
反应瓶中加入50毫升1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和16克氨基乙醇硫酸盐，充分搅拌均匀后，升温至120℃进行反应；待收集到约2毫升水，稍冷反应液，加入18克亚硫酸钠，充分搅拌，保温120℃反应6小时。
冷却至90℃，趁热抽滤，滤液冷却至室温，加入60毫升乙醇，析晶产品，抽滤；水重结晶，干燥得到4.8克牛磺酸，收率38％。
实施例5：
反应瓶中加入500毫升回收1-丁基-3-甲基咪唑氯盐和160克氨基乙醇硫酸盐，充分搅拌均匀后，升温至120℃进行反应；待收集到约20毫升水，稍冷反应液，加入176克亚硫酸钠，充分搅拌，保温110℃反应8小时。
冷却至90℃，趁热抽滤，滤液冷却至室温，加入600毫升乙醇，析晶产品，抽滤；水重结晶，干燥得到90克牛磺酸，收率72％。
实施例6：
反应瓶中加入160克氨基乙醇硫酸盐和500毫升甲苯，加热回流共沸脱水，待收集到约20毫升水，冷却反应液，倾倒出甲苯；加入176克亚硫酸钠和600毫升水，充分搅拌，保温105℃反应32小时。
冷却至50℃，浓缩除去300毫升水，再加热至100℃，趁热快速抽滤，滤液冷却至室温，析出晶体，抽滤，固体使用水重结晶，干燥得到46克牛磺酸，收率37％。
在本发明中，离子液体是指由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的盐类。与传统的有机溶剂相比较，离子液体具有无色、无臭、不挥发；有良好的热稳定性；不易燃，黏度小，流动性好，起始分解温度高，可溶解的物质范围广等特点。正因为有着诸多优点，离子液体已成为一种新型的绿色溶剂，近几年在食品领域中越来越被广泛地应用。
本发明利用离子液体作为反应介质，“一锅法”合成牛磺酸，并且由于牛磺酸和无机盐在离子液体中溶解度差异大，能够有效分离；使用本工艺所获得目标产物的纯度可以大于99％，操作简便方便，收率高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一锅法合成牛磺酸的工艺，其特征在于，反应方程式如下：
反应步骤如下：以氨基乙醇硫酸盐为起始原料，离子液体为反应介质，在适当的温度、磺化试剂的作用下，合成牛磺酸。
2.根据权利要求1所述的一锅法合成牛磺酸的工艺，其特征在于，反应的温度范围为80～150℃。
3.根据权利要求2所述的一锅法合成牛磺酸的工艺，其特征在于，反应的温度范围为100～120℃。
4.根据权利要求1所述的一锅法合成牛磺酸的工艺，其特征在于，所述离子液体为1,3-二甲基咪唑氯盐、1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、1,3-二甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑氯盐、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一锅法合成牛磺酸的工艺，其特征在于，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇、水、甲苯、四氢呋喃中的一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一锅法合成牛磺酸的工艺，其特征在于，所述磺化试剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、亚硫酸铵中的一种或多种的混合物。
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