3-(环己胺)-2-羟基-1-丙磺酸的制备

发布日期:2022/11/1 14:03:14

背景及概述

3-(环己胺)-2-羟基-1-丙磺酸分子结构中既含有亲水性的磺酸盐基团，又含有活性较强的羟基，容易发生脱去、取代等反应，因此作为一种重要的功能物质，可用作有机化工中间体，制备优良的阴离子表面活性剂、改性淀粉、钻井液降失水材料、高聚物功能单体等化学品。在医药、化工领域得到越来越多的关注，其制备工艺值得研究。

制备

以环氧氯丙烷为原料，以亚硫酸氢钠和亚硫酸钠为混合磺化剂合成 2-羟基-3-氯丙磺酸钠，经与环己胺发生取代反应制备目标化合物3-(环己胺)-2-羟基-1-丙磺酸[1]。或以环氧氯丙烷和亚硫酸氢钠为原料，亚硫酸钠为引发剂，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为络合增效剂，经酸催化开环反应合成了磺酸型两性表面活性剂中间体———3-氯-2-羟基丙磺酸钠。再与环己胺发生取代反应制备目标化合物3-(环己胺)-2-羟基-1-丙磺酸。系统研究了以环氧氯丙烷、亚硫酸氢钠为原料制备 2-羟基-3-氯丙磺酸钠的合成条件及各反应影响因素，给工业生产提供和简便工艺。其合成反应式如下图：

图1 3-(环己胺)-2-羟基-1-丙磺酸的合成反应式

实验操作：

2-羟基-3-氯丙磺酸钠的合成步骤

方法一、

在三口烧瓶中加入 25.20 g 亚硫酸钠（0.2 mol）、64.48 g 亚硫酸氢钠（0.62 mol），热溶于蒸馏水中，然后缓慢滴加 50.08 g（0.54 mol）环氧氯丙烷，30 ℃剧烈搅拌 2 h，冰浴冷却，得到白色结晶，减压抽滤，50 ℃烘干，产品用水和甲醇混合溶剂多次重结晶。测定熔点为 253～254 ℃。

方法二、

在四颈反应瓶中加入亚硫酸氢钠 52 g (500mmol)，亚硫酸钠 52 g (20 mmol)，EDTA-2Na 1． 69 g(5 mmol)及水85． 5 mL(4 750 mmol)，加热搅拌使其溶解［取约 30% 溶液(简称溶液 A)待用］;控制 pH ＜ 6． 5，依次滴加 1 50． 9 g(0． 55mol)和溶液 A，滴毕，于 70 ℃(浴温)反应至终点(品红溶液不褪色)。降至室温，结晶，真空抽滤，滤饼于 105 ℃ 真空干燥得白色固体。

3-(环己胺)-2-羟基-1-丙磺酸的合成步骤

2-羟基-3-氯丙磺酸钠与溶剂四氢呋喃在0℃下加入到环己胺中，室温搅拌1小时，回流过程中除去溶剂THF，盐酸水搅拌，乙酸乙酯萃取，有机层浓缩后得到白色结晶粉末3-(环己胺)-2-羟基-1-丙磺酸，收率93%。

结果与讨论

磺化剂种类及数量的影响

本实验中，常用的磺化剂有亚硫酸氢钠、亚硫酸钠和焦亚硫酸钠，亚硫酸钠不能单独作为磺化剂使用，亚硫酸氢钠和焦亚硫酸钠都是理想的磺化剂，但是焦亚硫酸钠较亚硫酸氢钠杂质含量高，同时在水中的溶解度也没有亚硫酸氢钠大。亚硫酸钠对亚硫酸氢钠与环氧氯丙烷的反应起到离子引发剂的作用。因此本实验选择了亚硫酸氢钠和亚硫酸钠的混合体系做磺化剂。

由于亚硫酸氢钠受热易分解，选择在反应体系中加入一定量的亚硫酸钠与亚硫酸氢钠复配，能起到较好的效果。可以发现，随着投料摩尔比的增加，产品的收率升高，但当亚硫酸钠/亚硫酸氢钠投料比达到 0.20/0.62 之后继续增大时，收率反而下降，这是因为亚硫酸钠不能与环氧氯丙烷反应，继续增大它的投料量会减少与环氧氯丙烷起加成反应的亚硫酸氢钠的量，导致反应不完全，从而影响收率。

反应温度的影响

产率在水浴温度约 30 ℃时达到最高，20～70 ℃时产率相差不大，温度再升高时产率降低。这主要有两方面的原因，一是由于温度过高，亚硫酸氢钠易分解生成二氧化硫；二是当温度高于70 ℃时，环氧氯丙烷容易发生自聚，导致副产物增多，降低收率。所以本实验选择用水浴保持温度 30℃恒定。

反应时间的影响

将环氧氯丙烷缓慢滴入到亚硫酸氢钠/亚硫酸钠溶液中，控制滴加速度保证液面上方无油层。滴完后在搅拌的情况下继续反应，反应时间对产品产率的影响。可知，随着反应时间的延长，产率逐渐升高，最后达到一平稳值。这是因为反应时间太短时，环氧氯丙烷反应不完全，产率偏低，反应时间达 2 h 后，反应达平衡，产率再无大变化。考虑到成本等因素，本实验选择反应时间为 2 h。

2-羟基-3-氯丙磺酸钠的溶解性

称取 0.1 g 样品于 10 mL 平底具塞试管中，在一定温度下，分别加入 10.0 mL 水及各种有机溶剂，搅拌下观察其溶解情况。可以看出，2-羟基-3-氯丙磺酸钠易溶于水，溶于二甲亚砜和 DMF。在甲醇和乙醇中随温度升高溶解度增大。因此选用水和甲醇或水和乙醇的混合溶剂对粗产物进行重结晶提纯。

结论

以亚硫酸氢钠与环氧氯丙烷为原料合成了 2- 羟基 -3- 氯丙磺酸钠，反应条件为亚硫酸氢钠与环氧氯丙烷的摩尔比 1.15 ∶ 1 ，磺化剂比例亚硫酸钠与亚硫酸氢钠的摩尔比 0.20 ∶ 0.62 ，反应 2 h ，产率 70.8% 。产物的熔点为 253 ～ 254 ℃。合成工艺具有步骤少、产率高、反应时间短及操作简便等优点，并通过红外、核磁和质谱证实了产物 2- 羟基 -3- 氯丙磺酸钠的相对分子质量及结构。关键中间体2- 羟基 -3- 氯丙磺酸钠与环己胺发生取代反应制备目标化合物3-(环己胺)-2-羟基-1-丙磺酸。