氨基甲磺酸的高效简便合成

2019-06-13潘劲松王玉禄苏俊杰范玉明

山东化工 2019年10期

潘劲松,王玉禄 ,苏俊杰,范玉明

(山东省工业和信息化研究院，山东济南 250013)

氨基甲磺酸具有优良的TNFα生成抑制效果，可直接作为肝脏疾病用药物使用[1]。其分子内含有一个氨基和一个磺酸基，具有较强的化学反应活性，可用于合成头孢尼西侧链、N-膦酰基甘氨酸、以及抗纤维蛋白溶素剂等[2-4]。此外，还具有其他氨基磺酸类产品通用性能，可广泛用于日化清洗、固体催化、酸性蚀刻、离子液体脱硫脱碳等领域。

氨基甲磺酸从1905年被首次合成以来，其合成工艺路线主要有以下两条：

工艺路线一是以亚硫酸铵、甲醛为起始原料，经反应生成氨基甲烷磺酸铵，再酸化处理得到氨基甲磺酸[5。

此路线，中间体氨基甲磺酸铵容易与甲醛发生缩合反应，目标产物收率极低，提纯非常困难。

工艺路线二是以亚硫酸钠、甲醛为起始原料，经反应生成羟基甲烷磺酸钠，羟基甲烷磺酸钠与氨水进行氨解反应得到氨基甲烷磺酸钠后，酸化处理得到氨基甲磺酸[6-8]。

此路线，中间产物羟基甲烷磺酸钠在用氨水氨解时容易发生深度氨解，造成产物中伯胺类化合物选择性较低。此外，此工艺副产大量硫酸钠，给产品的分离与精制带来较大麻烦。

本文以甲醛、氨水、气体二氧化硫为原料，采用"一锅法"直接合成氨基甲磺酸。

与上述两条路线相比，直接采用二氧化硫进行磺化，可有效控制副反应发生，避免氯化铵、硫酸钠等无机盐副产物产生，所得产品容易分离与精制。

1 合成实验

1.1 采用二氧化硫制备氨基甲磺酸实验

按照图1，组装好实验装置。

图1 三氧化硫制备氨基甲磺酸实验装置图

将氨基甲磺酸制备三口烧瓶置于冰浴上，向三口烧瓶内加入152mL甲醛(36.5%)，向滴液漏斗内加入137mL氨水(27.5%)。开启搅拌，控制内温低于10℃以下，然后缓慢滴加氨水。滴加期间，控制三口烧瓶内温≤20℃。滴毕，保温反应2h后，再升温至30℃，继续反应2h。

检查二氧化硫装置气密性，确保二氧化硫完全进入氨基甲磺酸制备烧瓶内。向二氧化硫三口烧瓶内加入458g亚硫酸氢钠、1500mL水，开启搅拌，至亚硫酸氢钠全部溶解，向恒压漏斗内加入125mL浓硫酸(98%)。关闭缓冲瓶放空阀。

在氨基甲磺酸制备烧瓶内温降至10℃以下后，开始缓慢滴加浓硫酸，控制二氧化硫发生烧瓶内温60～80℃。同时，控制氨基甲磺酸制备烧瓶内温≤15℃。通入二氧化硫结束后，继续维持内温20±2℃，反应4h。然后将反应瓶降温至0℃，过滤，滤饼用冰水洗涤，晾干，得到白色固体190g(记作样品A)，产品收率85.5%。

1.2 采用亚硫酸钠直接制备氨基甲磺酸对比实验

向1000mL三口烧瓶内加入230g亚硫酸氢钠、250mL水，开启搅拌，至亚硫酸氢钠全部溶解。向滴液漏斗内加入152mL甲醛(36.5%)，缓慢升温至70℃，保温反应4h。然后滴加137mL氨水(27.5%)，70℃下反应2h。再降温至25℃以下，缓慢滴加硫酸，中和至pH值<2。继续降温至0℃，保温2h，然后过滤，所得产品用蒸馏水进行重结晶、洗涤，晾干，得到白色固体55g(记作样品B)，产品收率24.7%。

2 产品分析

2.1 熔点

采用YRT-3型熔点测定仪，检测样品A和样品B熔点。

样品A:达到183℃后，试样迅速分解。与标准品分解温度184℃(文献值)，基本一致。

样品B:达到180℃以上，试样部分分解，继续升温至200℃以上，仍有部分不熔。分析试样可能含有无机盐或者其他副产物。

2.2 含量

采用电位滴定法，用氨基甲磺酸标准品确定滴定曲线的等当点后，测定样品A和样品B含量。

样品A:含量99.2%，与进口试剂标准品相当。

样品B:含量65.5%。分析试样可能含有其他杂质。

2.3 延伸实验

参照文献[9]投料比及工艺条件，分别以50g样品A和样品B为起始原料合成头孢尼西侧链。将氨基甲磺酸样品与氢氧化钾反应，得到氨基甲磺酸钾后，再将氨基甲磺酸钾在碱性条件下，与二硫化碳反应得到磺甲基二硫代氨基甲酸钾。磺甲基二硫代氨基甲酸钾与溴乙烷经烷基化反应，得到磺甲基二硫代氨基甲酸乙酯的钾盐后，再与叠氮化钠进行环合反应。环合反应产物再经离子交换、成盐等步骤，得到头孢尼西侧链产物。合成路线如下。