2,3-环氧丙磺酸钠的合成研究

陈小亮

【摘要】本文以环氧氯丙烷（ECH）为原料，亚硫酸氢钠为磺化剂合成了3-氯-2羟基丙磺酸钠，再以3-氯-2羟基丙磺酸钠与磷酸钠合成2，3-环氧丙磺酸钠，利用傅立叶红外光谱和元素分析对合成产物的结构进行了表征;并运用正交实验确定了合成2，3-环氧丙磺酸钠的最佳反应条件。结果表明：3-氯-2羟基丙磺酸钠与磷酸钠的物料配比为1：1，反应温度达到55℃，加水量为55ml，应总时间为20min时，反应得到的目标产物产率是87.6%。

【关键词】3-氯-2羟基丙磺酸钠  2，3-环氧丙磺酸钠  磷酸钠  合成

前言：2，3-环氧丙磺酸钠分子中既有活泼的环氧基，又有亲水性的磺酸盐基，可作为一种重要的多功能物质，能通过环氧基的开环反应和共聚反应等制备许多性能优异的功能材料，如：阻垢剂、印染保护剂、光敏材料、稠化剂、乳化剂、胶凝化剂、农用吸湿材料、高选择性半透膜、软水剂和自乳化功能单体等。除了上面提到的用途外，它还可以作为单体合成均聚物或与其他环氧单体形成共聚物，主链上有亲水性的醚链，支链上有亲水性的磺酸基，可大大提高这类聚合物的水溶性、分散性、乳化性等性能，预期将是很有发展前景的高效多功能高分子，这种新型聚合物可作为高性能混凝土外加剂、表面活性剂以及石油添加剂，在建筑、化工、金属加工等行业发挥重要的作用。

一、实验部分

（一）主要原料和试剂

磷酸钠：分析纯， 上海中秦化学试剂有限公司;3-氯-2-羟基丙磺酸钠[11]：自制;三乙胺：分析纯， 天津市光复精细化工研究所;丙酮：分析纯， 天津市百世化工有限公司;乙醇：分析纯， 天津市百世化工有限公司;盐酸：分析纯， 天津市光复精细化工研究所;氢氧化钠：分析纯， 上海中秦化学试剂有限公司;酚红指示剂：分析纯，

（二）实验仪器

Nicolet380FT-IR傅立叶红外光谱仪（美国热电公司）;VarioELⅢ 元素分析仪（德国elementar公司）;DGG-9023A 电热恒温鼓风干燥箱（上海森信实验仪器有限公司）;RE-52AA旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）;SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵（巩义市予华仪器有限公司）;JJ-5测速电动搅拌器（上海艾牧生物科技有限公司）;11GKC1 控温水浴锅

（南通沪南科学仪器有限公司）;天平，圆底烧瓶，恒压漏斗，温度计，移液管（10ml，1ml）烧杯，提勒管、毛细管等

（三）2，3-环氧丙磺酸钠的的制备

将一定量的磷酸钠和水加入带有温度计、冷凝管、搅拌器的四口瓶中，加热全部溶解后至50℃恒温，加入3-氯-2-羟基丙磺酸钠升温至55℃，反应一定时间，冷却、结晶。过滤取滤液，减压蒸馏，真空干燥至恒重。

（四）产率的测定

精确称取2～4mg当量环氧基的2，3-环氧丙磺酸钠试样，用盐酸-丙酮溶液溶解，在室温下放置15min后，加入中性乙醇，然后用0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴定过量的盐酸。用甲酚红指示剂指示终点。

式中：W-为样品的质量，g;B-为空白试验所需的0.1mol/L的

naOH标液体积，ml;S-试样滴定所需的0.1mol/LnaOH标液体积，ml;f-为0.1mol/LnaOH标液。

二、结果与讨论

（一）产物的结构表征

（1）红外光谱分析。采用溴化钾压片法，使用岛津8400S型傅立叶红外光谱仪测定2，3-氧丙磺酸钠的FTIR谱。

由图1可见，2，3-环氧丙磺酸钠中没有了在1245.93cm-1，728cm-1两处-Cl的特征吸收峰，3495cm-1为-OH的吸收振动峰;2966.31cm-1为-CH3、-CH2的C-H吸收振动峰;916.12cm-1和1035.70cm-1为环氧吸收峰。在1182.28cm-1为磺酸基团的吸收峰，另外1038.70cm-1处的磺酸基团特征峰有可能与1047.27cm-1处的C-O键的弯曲振动的吸收峰重叠。由上分析可表明表征的物质中含目标产物2，3-环氧丙磺酸钠。

（2）元素分析（%）：C22.60、 H3.13、S20.04;理论值：C22.50、H 3.15、S20.02。

（二）2，3-环氧丙磺酸钠的合成的影响因素的确定

（1）正交试验。由3-氯-2-羟基丙磺酸钠和磷酸钠合成2，3-环氧丙磺酸钠的反应实验中用多组正交实验来确定各种因素对2，3-环氧丙磺酸钠。实验结果表1、2和3所示：

由表1中数据可以看出在反应温度、原料摩尔配比、加水用量和反应时间这四个因素中，反应温度对产率影响最大，加水用量次之，原料摩尔配比第三，反应时间对产率影响最小。由表中可以看出选择正交实验作为反应条件的优化条件 。

（2）反应因素对反应的影响分析。

（2）反应温度对产率影响 。研究當磷酸钠/3-氯-2-羟基丙酸钠为1：1、加水量为55ml、反应时间20min时，在不同温度下，反应产物的转化率。

由表5中可知，在其他条件相同的情况下，50 ℃以下反应速度较为缓慢，转化率低，当温度达到 60 ℃以上时，由于温度太高使生成的环氧键断裂，易发生副反应，影响产物的产率，，所以综合考虑温度宜选择 55 ℃进行反应。

四、结论

以3-氯-2羟基丙磺酸钠与磷酸钠合成2，3-环氧丙磺酸钠，运用正交实验确定了合成2，3-环氧丙磺酸钠的最佳反应条件。结果表明：3-氯-2羟基丙磺酸钠与磷酸钠的物料配比为1：1，反应温度达到55℃，加水量为55ml，应总时间为20min时，反应得到的目标产物产率是87.6%。

参考文献：

[1]刘立新， 才华， 张伟东，等。2，3-环氧丙磺酸钠/ 丙烯酰胺共聚物合成及阻垢研究[J].工业用水与废水，2010，41（2） ：61-64

[2]Lewis.David Malcolm，Otley. Dye-protective agent Compound[P]; Ger.Offen 2， 810， 950， 1997-03-17.

[3]Kobayashi，motokazu;Oi，takehiko;Fukui，tetsuro;Ueno，kazunori.Dry silver salt photosensitive body[P]. JP07， 159，921.1995-06-23

[4]Tsuyutani， Shinji. Method for preparation of epoxyalkanesulfonic acid as sulfoalkylating agent for polysaccharides[P]. JP2002105068， 2002-04-10

[5]Nishioka Toru，Tsuyutani Shinji. Manufacture of sulfonated polysaccharides useful as surfactants or emulsifiers， gelling agents and thickeners[P]. JP 2001 302，702，2001-10-31

[6]Nishioka Toru，Kita Katsumi. Method for manufacture of saccharides or polysaccharide derivatives useful for industrial applications[P]. JP 2002037801，2002-02-06

[7]Tajiri kozo，Tsukamoto Haruo. Fibrous and highly liguidabsorptive cellulosic materials[P]. JP 04，146，901，1990-10-11.

[8]Uete Takao，Ikeda Toshihiro，Fusaoka Yoshinari.Semi permeable membrane and its manufacture [P]. JP 09， 52，031，1995-08-18.

[9]Sommer Klaus，Weber Hermann. N-sulfohydroxyalkaneaminoalkanephosphonic acids and their alkali metal salts [P].GerOffen 2， 748， 366， 1977-10-28.

[10]汪海平，陳正国。2，3-环氧丙磺酸钠的合成及应用进展[J].精细化工中间体，2005， 3（1）20-23

[11]左海丽，吴晓青，崔璐娟，等.合成工艺对3-氯-2-羟基丙磺酸钠产率及时间的影[J].胶体与聚合物， 2006， 24（4）：33-34.