CN116323573A - 一种水解制备乙酰磺胺酸的方法及乙酰磺胺酸钾生产方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种水解制备乙酰磺胺酸的方法，包括如下步骤，步骤1：将氨基磺酸、三乙胺混合反应制得氨基磺酸三乙胺盐；步骤2：将氨基磺酸三乙胺盐与双乙烯酮反应制得乙酰乙酰磺胺酸三乙胺盐；步骤3：将乙酰乙酰磺胺酸三乙胺盐与三氧化硫反应制得第一物料；步骤4：将第一物料与水解剂反应得到第二物料；其中水解剂为硫酸水溶液。本申请的方法水解产物质量稳定，水解速度快。

Description

一种水解制备乙酰磺胺酸的方法及乙酰磺胺酸钾生产方法

技术领域

本发明涉及化工领域，特别是涉及一种水解制备乙酰磺胺酸的方法。

背景技术

乙酰磺胺酸钾，即AK糖(Acesulfame-K)，化学名为6-甲基-1,2,3-噁噻嗪-4(3H)-酮-2,2-二氧化钾(6-Methyl-1,2,3-oxathiazin-4(3H)-one 2,2-dioxide potassiumsalt)，俗称安赛蜜；外观为无色晶体；易溶于水，20℃时溶解度为270g/L；CAS号:55589-62-3；分子式：C₄H₄O₄KNS；分子量：201.24；熔点(℃)：229-232；相对密度(水＝1)：1.81；酸碱度：pH＝5.5-7.5。

安赛蜜具有安全无毒、性质稳定、甜味爽口、没有不良后味、价格适宜等优点，广泛用于食品、医药等方面作甜味剂。

目前，氨基磺酸-三氧化硫法因原料易得、反应条件温和、产品收率高、纯度高，是生产乙酰磺胺酸钾的主流工艺。对于乙酰磺胺酸钾的研究随着发展逐步的深入。

水解工艺过程中，一般而言使用水作为水解剂。现有技术CN113788802A提出要控制水解反应酸层中ACH含量及水解反应液的停留时间，有效减少ACH的分解；CN111377882A一种连续化生产安赛蜜的方法，其中DKA反应液与环化剂连续进入环化微反应器生成环化反应液，再连续进入水解微反应器得到乙酰磺胺酸反应液。CN111377885A公开了一种在连续化生产乙酰磺胺酸钾中的环化和水解的方法，DKA溶液与环化剂通过微反应器的A、B接口连续进入微反应器的环合段，经过环合混合段和环合反应段的充分反应后，在同一反应器中与从C接口连续进入的水，经过水解混合段和水解反应段的充分混合反应，从出口D得到乙酰磺胺酸的反应液，进入后处理工艺。CN101787001A公开了一种乙酰磺胺酸钾的合成工艺，该工艺以乙酰乙酰胺为原料，采用惰性有机溶剂作为溶剂，在15～-50℃低温条件下，加入催化剂和环化试剂发生关环反应，待反应结束后将温度控制在-15～60℃范围内加水水解，水解完全后将反应液静置分层。

现有技术中，使用水作为水解剂。在微反应器反应情况下，由于三氧化硫环化剂粘度高，微反应器实际上无法大批量工业化制备乙酰磺胺酸钾。水解反应在釜中进行较为普遍，始终没有发现能够降低杂质和提高产率的方法，理论产率和实际产率具有较大的差异，去除杂质也需要进行几步结晶工艺以及脱色工艺。

发明内容

发明人发现，控制水解反应条件，可以降低水解中副反应的发生并且提高产率。具体的措施是：将水解剂与包括了三氧化硫加合物的混合物按照固定比例同时喷入反应釜中，水解反应迅速进行。同时，反应釜具有溢流口，水解产物连续的自然溢流至分层反应釜中，在分层反应釜的入口的另一侧，具有较为明显的水相和有机相的分层，分别将水相和有机相导出，从而能够快速的实现水解和分层。

本发明的目的在于提供一种水解制备乙酰磺胺酸的方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用如下技术方案：

一种水解制备乙酰磺胺酸的方法，包括如下步骤，

步骤1：将氨基磺酸、三乙胺混合反应制得氨基磺酸三乙胺盐；

步骤2：将氨基磺酸三乙胺盐与双乙烯酮反应制得乙酰乙酰磺胺酸三乙胺盐；

步骤3：将乙酰乙酰磺胺酸三乙胺盐与三氧化硫反应制得第一物料；

步骤4：将第一物料与水解剂反应得到第二物料；

其中水解剂为硫酸水溶液。

第二物料中分离出的水相中硫酸的质量分数为25-50％。

更优的，第二物料中分离出的水相中硫酸的质量分数为28-40％。

其中水解剂为硫酸水溶液，硫酸的质量分数为2-10％。

更优的，硫酸的质量分数为3-5％。

步骤4中，第一物料和水解剂同时加入到水解装置中。

步骤4中，第一物料和水解剂以恒定的比例加入到水解装置中。

步骤4中，第一物料和水解剂的控制阀门分别连接到控制器。

步骤4中，正常工作时，第一物料和水解剂向水解反应釜的加入量与水解反应釜的溢流量相等。

以上任一项所述方法在生产乙酰磺胺酸钾中的用途。

一种乙酰磺胺酸钾生产方法，包括以上任一项所述方法。

本发明的主要构思在于：本发明将原有的一锅式水解反应改变为连续水解反应，同时向反应釜内喷射第一物料和水解剂，水解反应连续发生，连续水解反应的量可以满足工业化生产的需求，反应条件温和不苛刻，对反应设备要求低。反应使用硫酸的稀溶液作为水解剂，一方面加快了反应的发生速度、避免副反应发生、提高了反应产率，另外一方面硫酸稀溶液的使用减少了去离子水的使用。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明为水解制备乙酰磺胺酸的方法，制备获得的乙酰磺胺酸用于进一步获得乙酰磺胺酸钾。乙酰磺胺酸钾制备包括以下步骤：制备铵系氨基磺酸盐：将氨基磺酸、胺混合反应制得氨基磺酸胺盐；使氨基磺酸与胺反应以形成氨基磺酸盐，常见的使用三乙胺作为胺并且产生三乙铵氨基磺酸盐。胺还可以选自三甲基胺、三正丁基胺、三异丁基胺、三异丙基胺及其混合物。一般还将乙酸添加至氨基磺酸和胺以引发和有效地维持反应，由于反应通常在过量胺下进行，乙酸的加入起到催化和中和胺的作用。

制备乙酰乙酰磺胺酸基三乙胺盐：将氨基磺酸胺盐与双乙烯酮反应；氨基磺酸盐与乙酰基乙酰基化剂反应以形成乙酰乙酰磺胺酸基三乙胺盐，优选为乙酰基乙酰胺-N-磺酸三乙基铵盐。乙酰基乙酰基化剂包含双乙烯酮。以形成乙酰乙酰磺胺酸基三乙胺盐为例，使用乙酰基乙酰胺-N-磺酸三乙基铵盐和双乙烯酮作为反应物并且产生乙酰基乙酰胺三乙基铵盐。铵系氨基磺酸盐形成反应和乙酰乙酰磺胺酸基三乙胺盐形成反应可以使用有机溶剂，有机溶剂优选为二氯甲烷，氯仿，三氯代乙烯，丙酮，冰醋酸及其混合物。

环化步骤：将乙酰乙酰磺胺酸三乙胺盐与三氧化硫溶液反应制得第一物料。使乙酰乙酰磺胺酸基三乙胺盐与环化剂在溶剂的存在下反应，以形成环状三氧化硫加合物组合物。三氧化硫加合物可能会带有多个三氧化硫。用于环化反应的溶剂优选为二氯甲烷，丙酮，冰醋酸，三氯代乙烯及其混合物。

水解步骤：将第一物料与水解剂反应得到第二物料。环状三氧化硫加合物可以经由常规手段(例如加入水或者其他含水溶液)水解，使环状三氧化硫加合物水解以形成乙酰磺胺酸(ACH)。

水解后，水作为溶剂溶解有硫酸，目标产物ACH大部分溶解于有机相中。

中和步骤：将第二物料中的有机相与含钾化合物反应制得乙酰磺胺酸钾。ACH与碱中和产生了粗制乙酰磺胺酸钾组合物，其包含乙酰磺胺酸钾和部分杂质。

本发明主要涉及水解步骤。现有技术发现了水解步骤中如果减少水解产物在水解反应设备中的停留时间，则水解产物中ACH的含量会有所提高。这是由于ACH会发生副反应，导致ACH水解产生丙酮和氨基磺酸。同时，还会发生乙酸三乙胺盐与硫酸的反应，生成乙酸。这些杂质的存在会导致难以预知的副反应，从而产生少量的氧化产物，一般呈现出比较深的颜色。这些深颜色的产物需要采取更多的结晶和除色手段。这些产物的存在对于提高产品的标准是极为不利的。

现有技术已经提出了要将环合反应产物直接喷入水解反应釜进行水解反应。发明人发现喷入水解反应釜中存在着一些好处，但是需要边加入边搅拌，且反应时间长。本发明在此基础上进一步的提出，水解剂和环合反应产物均喷入水解反应槽内，并使用水解反应槽代替水解反应釜，根据反应物的喷入速度选用反应槽的容量，确保水解反应维持约1-30分钟，反应槽的另一端的溢流口与反应分层池入口连接，反应分层池内持续的反应并逐渐的实现水相和有机相的分层，在反应分层池内停留时间维持10-30分钟，持续的从与反应分层池入口相对的另一侧的水相出口和有机相抽取水相和有机相，进行中和前的洗涤和处理。

本发明中，水解剂选择使用后续的中和处理过程中对有机相进行水洗后产生的稀硫酸溶液。使用这一稀硫酸溶液有两个好处。第一，发明人需要降低废水的产生。对有机相进行洗涤的过程中，必然的需要产生废酸。对废酸的处理提高了整体的生产成本，废酸浓度较低，利用也存在难度。第二，发明人发现，水解剂具有初始的酸浓度，有助于提高水解产生ACH的速度。ACH产生后，会逐渐产生更多硫酸，从而使得水解剂的硫酸浓度迅速提高。

本发明中，水解剂选用后续洗涤有机相的酸水，调整洗涤水的量，使得水解剂的硫酸的质量分数为2-10％，更优的，硫酸的质量分数为3-5％。在密闭的反应容器中，第一物料和水解剂的控制阀门分别连接到控制器，控制第一物料和水解剂的控制阀门，使得第一物料和水解剂能够以恒定速度进入水解反应釜中。根据水解反应时间，确定水解反应釜的容量。水解反应釜中反应后，反应液溢流进入反应分层池内。

一般而言，使用本发明的水解剂，可以在水解反应釜内的反应时间缩短至30分钟内，20分钟内，10分钟内，5分钟内，甚至1分钟。1-30分钟后，水解反应完毕，由于水解反应后，水相呈强酸性，因此水相和有机相迅速分层。本发明中，溢出的水相进入反应分层池后，也很快就分层完毕。同样的，可以根据分层时间选择相应的反应分层池的容量。

本发明由于水解反应时间短，水解剂和第一物料以理想配比同时加入，进行水解反应，这样的一个理想配比持续反应，带来的好处是反应速度的提高，没有因为硫酸浓度的变化导致的反应时间的增长。

本发明中，喷入水解反应釜的物质量与水解反应釜溢流量、分层反应池出料量是完全相等的。因此，能够维持本发明在一个稳定的连续反应状态进行。

本发明水解后，测定水相中硫酸的浓度(质量百分数)，根据使用的水量的不同以及三氧化硫的用量不同，水相中硫酸的浓度约为25-50％。

实施例1

将10000mol氨基磺酸溶解于约35000-50000mol二氯甲烷中，反应结束时，检测溶液的PH值，显示PH值为6.5-7之间。随后向上一步骤的溶液中滴加三乙胺10500-10150mol，边滴加边搅拌，滴加时间约4小时。随后向上一步骤的溶液中滴加冰醋酸，冰醋酸的量为三乙胺余量的反应量，边滴加边搅拌，维持温度为15℃，时间2小时。随后，向上一步骤的溶液中滴加双乙烯酮10500-10150mol，控制反应起始条件为10℃，边滴加边搅拌，滴加约5小时，滴加过程中控制反应液略升温，最后控制温度为25℃；随后将其转移至反应釜中，控制逐渐降温，在控温条件下反应60分钟，最终温度值为3-5℃。在获得以上含有乙酰乙酰磺胺酸基三乙胺盐的物料的情况下，发明人将60000mol三氧化硫溶解于120000mol的二氯甲烷中，混合均匀后，将三氧化硫与乙酰乙酰磺胺酸基三乙胺盐进行反应获得三氧化硫加合物。随后，对溶解有三氧化硫加合物的混合物进行水解，获得水解产物。

溶解有三氧化硫加合物的混合物使用喷射器喷入水解反应釜中，同时，将水解剂使用喷射器喷入水解反应釜中；水解剂的硫酸质量分数为3％。维持水解反应5分钟，随后水解反应产物连续进入反应分层池内。在反应分层池内，水解反应产物迅速分层，连续的取水解反应的水相和有机相，测得水相的硫酸浓度为34％(质量分数)；测得有机相的ACH浓度为7.5％。

实施例2

其他条件不变，获得三氧化硫加合物后，溶解有三氧化硫加合物的混合物使用喷射器喷入水解反应釜中，同时，将水解剂使用喷射器喷入水解反应釜中；水解剂的硫酸质量分数为5％。维持水解反应5分钟，随后水解反应产物连续进入反应分层池内。在反应分层池内，水解反应产物迅速分层，连续的取水解反应的水相和有机相，测得水相的硫酸浓度为35％(质量分数)；测得有机相的ACH浓度为7.4％。

实施例3

其他条件不变，获得三氧化硫加合物后，溶解有三氧化硫加合物的混合物使用喷射器喷入水解反应釜中，同时，将水解剂使用喷射器喷入水解反应釜中；水解剂的硫酸质量分数为2％。维持水解反应8分钟，随后水解反应产物连续进入反应分层池内。在反应分层池内，水解反应产物迅速分层，连续的取水解反应的水相和有机相，测得水相的硫酸浓度为32％(质量分数)；测得有机相的ACH浓度为7.3％。

实施例4

其他条件不变，获得三氧化硫加合物后，溶解有三氧化硫加合物的混合物使用喷射器喷入水解反应釜中，同时，将水解剂使用喷射器喷入水解反应釜中；水解剂的硫酸质量分数为10％。维持水解反应10分钟，随后水解反应产物连续进入反应分层池内。在反应分层池内，水解反应产物迅速分层，连续的取水解反应的水相和有机相，测得水相的硫酸浓度为40％(质量分数)；测得有机相的ACH浓度为7.0％。

实施例5

其他条件不变，获得三氧化硫加合物后，溶解有三氧化硫加合物的混合物使用喷射器喷入水解反应釜中，同时，将水解剂使用喷射器喷入水解反应釜中；水解剂的硫酸质量分数为10％。维持水解反应30分钟，随后水解反应产物连续进入反应分层池内。在反应分层池内，水解反应产物迅速分层，连续的取水解反应的水相和有机相，测得水相的硫酸浓度为41％(质量分数)；测得有机相的ACH浓度为6.6％。

对比例1

其他条件不变，获得三氧化硫加合物后，溶解有三氧化硫加合物的混合物使用喷射器喷入水解反应釜中，水解反应釜中有整釜水解剂，约为10000L；水解剂的硫酸质量分数为5％。边加入混合物边搅拌，喷射约120分钟完毕后，维持水解反应60分钟，随后水解反应产物连续进入反应分层池内。在反应分层池内，水解反应产物迅速分层，连续的取水解反应的水相和有机相，测得水相的硫酸浓度为32％(质量分数)；测得有机相的ACH浓度为5.3％。

对比例2

其他条件不变，获得三氧化硫加合物后，溶解有三氧化硫加合物的混合物使用喷射器喷入水解反应釜中，水解反应釜中原有整釜水解剂，约为10000L；水解剂为去离子水。边加入混合物边搅拌，喷射约120分钟完毕后，维持水解反应60分钟，随后水解反应产物连续进入反应分层池内。在反应分层池内，水解反应产物迅速分层，连续的取水解反应的水相和有机相，测得水相的硫酸浓度为28％(质量分数)；测得有机相的ACH浓度为5.2％。

对比例3

其他条件不变，获得三氧化硫加合物后，溶解有三氧化硫加合物的混合物使用喷射器喷入水解反应釜中，水解反应釜中原有整釜水解剂，约为10000L；水解剂为去离子水。边加入混合物边搅拌，喷射约120分钟完毕后，维持水解反应120分钟，随后水解反应产物连续进入反应分层池内。在反应分层池内，水解反应产物迅速分层，连续的取水解反应的水相和有机相，测得水相的硫酸浓度为30％(质量分数)；测得有机相的ACH浓度为4.9％。

对比例4

其他条件不变，获得三氧化硫加合物后，溶解有三氧化硫加合物的混合物使用喷射器喷入水解反应釜中，水解反应釜中原有整釜水解剂，约为10000L；水解剂为去离子水。边加入混合物边搅拌，喷射约120分钟完毕后，维持水解反应180分钟，随后水解反应产物连续进入反应分层池内。在反应分层池内，水解反应产物迅速分层，连续的取水解反应的水相和有机相，测得水相的硫酸浓度为31％(质量分数)；测得有机相的ACH浓度为5.0％。

对比例5

其他条件不变，获得三氧化硫加合物后，溶解有三氧化硫加合物的混合物使用喷射器喷入水解反应槽中，水解剂为去离子水；水解反应槽中有持续流动的水，喷射进入水解反应槽内的混合物在反应槽内进行反应，维持水解反应120分钟，随后流向分层设备。水解反应产物分层后，取水解反应的水相和有机相，测得水相的硫酸浓度为25％(质量分数)；测得有机相的ACH浓度为4.9％。

发明人发现，在使用水作为水解剂的情况下，反应需要持续较长时间，水解反应才能较为彻底的进行。但是随着反应时间的持续，三氧化硫加合物转化为硫酸的量逐渐增加，但是ACH的浓度呈现出先增加后降低的趋势。这可能与反应随着时间增加反应会进一步的发生有关；但是时间更久以后，ACH会与水发生水解反应，这对于提高产率是不利的。

将含有三氧化硫加合物的混合物采用传统方法滴入水解釜中，本身需要有一个较长的滴加的时间。物料加入后，水解釜内的各种成分的浓度始终发生变化，因此，反应相对来说难以预测其具体的反应阶段。

有机相的ACH浓度的可能原因包括：水解反应进行方向；水解反应产物分解；可能在水相中溶解有较多ACH等。总体来说，精确配比以及水解反应的短时间，可以有效提高水解收率。

将含有三氧化硫加合物的混合物喷入具有流动的水的槽内，可以实现连续化的水解反应。但是由于水处于流动状态，其相较水解槽不具有稳定的反应条件，因此反应的效率较低。

采用本发明的恒定比例喷射进行水解反应的方法，反应量小且始终维持在恒定的物料比，因此，反应能够以可预测的方式、最大化产率的方式进行。

本发明使用稀硫酸作为水解剂，稀硫酸可以使用对有机相进行水洗产生的酸水。酸水的浓度可以调整，酸水浓度需要满足本发明水解剂使用的酸水浓度。

以上的实施例是为了说明本发明公开的实施方案，并不能理解为对本发明的限制。此外，本文所列出的各种修改以及发明中方法、组合物的变化，在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本领域内的技术人员来说是显而易见的。虽然已结合本发明的多种具体优选实施例对本发明进行了具体的描述，但应当理解，本发明不应仅限于这些具体实施例。事实上，各种如上所述的对本领域内的技术人员来说显而易见的修改来获取发明都应包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种水解制备乙酰磺胺酸的方法，包括如下步骤，

步骤1：将氨基磺酸、三乙胺混合反应制得氨基磺酸三乙胺盐；

步骤2：将氨基磺酸三乙胺盐与双乙烯酮反应制得乙酰乙酰磺胺酸三乙胺盐；

步骤3：将乙酰乙酰磺胺酸三乙胺盐与三氧化硫反应制得第一物料；

步骤4：将第一物料与水解剂反应得到第二物料；

其特征在于：水解剂为硫酸水溶液。

2.如权利要求1所述的水解制备乙酰磺胺酸的方法,特征在于：

第二物料中分离出的水相中硫酸的质量分数为25-50％。

3.如权利要求1所述的水解制备乙酰磺胺酸的方法,特征在于：

更优的，第二物料中分离出的水相中硫酸的质量分数为28-40％。

4.如权利要求1所述的水解制备乙酰磺胺酸的方法,特征在于：

其中水解剂为硫酸水溶液，硫酸的质量分数为2-10％。

5.如权利要求1所述的水解制备乙酰磺胺酸的方法,特征在于：

更优的，硫酸的质量分数为3-5％。

6.如权利要求1所述的水解制备乙酰磺胺酸的方法,特征在于：

步骤4中，第一物料和水解剂同时加入到水解装置中。

7.如权利要求1所述的水解制备乙酰磺胺酸的方法,特征在于：

步骤4中，第一物料和水解剂以恒定的比例加入到水解装置中。

8.如权利要求6所述的水解制备乙酰磺胺酸的方法,特征在于：

步骤4中，第一物料和水解剂的控制阀门分别连接到控制器。

9.如权利要求1所述的水解制备乙酰磺胺酸的方法,特征在于：

步骤4中，正常工作时，第一物料和水解剂向水解反应釜的加入量与水解反应釜的溢流量相等。

10.一种乙酰磺胺酸钾生产方法，包括权利要求1-9任一项所述方法。