牛磺酸合成工艺改进

1、    牛磺酸合成工艺改进        摘要从乙醇胺经二步反应合成牛磺酸，总收率58.5%。关键词牛磺酸合成 牛磺酸，化学名为2-氨基乙磺酸，是人体内存在的一种具有多种生理功能的含硫氨基酸，具有促进大脑发育、增强视力、抗炎、解热、降血压、降血糖、强肝利胆等作用1，是人体内最重要的氨基酸之一。牛磺酸无色、无味，且无任何毒副作用，故发达国家对它的研究和应用十分重视。近年来随着对其生理作用、营养价值的深入研究，其应用变得非常广泛。牛磺酸在国外大量用作营养保健品和食品添加剂。据报道

2、，美国和日本是最主要的消费国，年消费量分别达1万吨和5 000吨。文献2报道牛磺酸的合成路线有十多条，方法各异，并各有优缺点。我国最早由长春制药厂于1981年合成牛磺酸，目前国内共有40多家牛磺酸生产厂家，年产量达5000吨，几乎全部出口。国内应用牛磺酸还处于初始阶段，年消费不足100吨，如果达到或接近美、日等国的消费水平，我国牛磺酸的年消费量可达3万吨。其巨大的经济效益和社会效益是显而易见的，应引起社会各界的高度重视。1工艺分析我国目前采用最广的牛磺酸合成工艺为酯化还原法，即乙醇胺与硫酸酯化后，再用亚硫酸钠还原的工艺路线。该路线虽然原辅料价廉易得，对设备无特殊要求，操作也较简便，而且生产成本

3、较低，但存在着酯化物水解严重及亚硫酸钠氧化损耗大这两大缺点，故总收率较低(通常在50%以下)。我们结合对该工艺的研究及生产多年的经验，查阅了国内外大量参考文献，经过多次小试、中试放大和工业化大生产的摸索总结，最终确定了在还原反应中通入N2进行保护，并加入一种能防止酯化物水解的催化剂，以及改变物料添加方式等方法，较好地解决了问题，使小试总收率达58.5%，大生产总收率达61.3%，有效地降低了生产成本，并取得可观的经济效益。经过反复论证，我们确定了影响收率的主要因素为：催化剂浓度；还原回流时间；乙醇胺与亚硫酸钠摩尔比；氮气流量。为了寻找最佳工艺条件，我们进行了四因素三水平的正交实验，见表1和表2

4、。表1正交试验因素与水平因子水平A催化剂浓度(g/L)B摩尔比(mol/mol)C还原时间(h)D氮气保护(m3/h)1211.13002411.3351.23611.5403.6表2L9(3)正交试验结果编号ABCD收率%1111146.12122249.53133347.74212355.35223154.16231258.67313253.28321155.99332352.147.851.552.550.856.053.252.353.853.852.851.753.0极差R8.21.71.83.0由表1、表2可以看出，各影响因素的主次顺序为A>D>C>B，即水解抑制

5、剂对收率的影响最大，氮气流量次之，乙醇胺与亚硫酸钠的摩尔比(由于酯化和还原二步反应的反应物和生成物的摩尔系数均为1，且不可能用水制取较纯净的硫酸酯)更次，回流时间对收率的影响最小，从而确定最佳工艺条件为A2B3C1D2，即催化剂浓度为4g/L，回流时间为30h，乙醇胺与亚硫酸钠的摩尔比为11.3，氮气流量为1.2m3/h。实验结果，不论小试、中试放大或工业化大生产，该工艺条件均有良好的重现性，表明该工艺成熟稳定。2实验部分2.1酯化NH2CH2CH2OH+H2SO4NH2CH2CH2OSO3+H2O将35ml水加入1000ml三口瓶中，冰浴至20，加76ml工业级乙醇胺，搅拌下，缓慢滴加75m

6、l电池硫酸，控制温度在40以下(温度最好保持在2030)，滴完后，继续搅拌10min，加热，减压蒸干，得类白色粉状酯化物198g(保留于三口瓶中，备用)。2.2还原NH2CH2CH2OSO3+Na2SO3NH2CH2CH2SO3H+Ha2SO4将206g亚硫酸钠及450g水加入1000ml烧杯中，搅拌并升温至约60，使亚硫酸钠大部分溶解，然后加入4g催化剂。将此溶液倒入盛装酯化物的三口瓶中，通入1.2m3/h的工业级氮气，升温，回流30h，然后减压蒸水。趁热抽滤，滤饼(硫酸钠)用极少量水洗涤后弃去，洗液并入滤液。滤液水浴降温至40时应刚好有结晶(牛磺酸)析出，析晶温度过高或过低均不妥，滤液继续

7、冷却至常温，抽滤得牛磺酸粗品，再经粗制、精制、干燥得含量在98.5%以上的牛磺酸102.7g，总收率达58.5%(注：粗制母液及精制母液应分别循环套用于下批的还原及粗制)。3讨论3.1水解抑制剂对收率的影响最大，但浓度过高或过低均使收率降低，原因是浓度过低时，抑制水解的程度不够，部分酯化物水解；而浓度过高时，离心分离的难度大(有一定的粘性)，部分成品牛磺酸被丢弃而浪费。3.2还原时间延长，收率虽然有所提高，但提高的幅度较小，而水、电、汽等能耗却较大，故还原时间定为30h较合适。3.3氮气流量从03.6m3/h，收率有所提高，但氮气流量大，成本也大，故以1.2m3/h为宜。3.4乙醇胺与亚硫酸钠

8、的摩尔比增大，收率也增大，但如果比例太大，则其他如成本、分离、能耗等负面影响也随之加大，因而将其定为11.3为最佳。3.5直接将水及亚硫酸钠投入盛装酯化物的反应容器内的作法不妥，即使随即投入催化剂也会促使酯化物快速水解，造成酯化物水解严重而大大降低收率，必须用另一反应容器将亚硫酸钠和催化剂的混合水溶液预先配制好，并在盛装酯化物的反应容器已有氮气保护的条件下才能加入。3.6工业化大生产的收率高于实验室小试收率的原因，应是小试数量少而损耗大，而大生产物料多且损耗小所致。3.7本合成路线原辅料价廉易得，设备增加投入少，操作简便，工艺成熟稳定，成本降低而收率又有大幅度提高，值得推广应用。朱子珍(广东健力宝药业有限公司广东三水528100)李东其(广东健力宝药业有限公