氨基甲磺酸的高效簡便合成

潘勁松,王玉祿 ,蘇俊杰,范玉明

(山東省工業(yè)和信息化研究院， 山東 濟(jì)南 250013)

氨基甲磺酸具有優(yōu)良的TNFα生成抑制效果，可直接作為肝臟疾病用藥物使用[1]。其分子內(nèi)含有一個氨基和一個磺酸基，具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性，可用于合成頭孢尼西側(cè)鏈、N-膦酰基甘氨酸、以及抗纖維蛋白溶素劑等[2-4]。此外，還具有其他氨基磺酸類產(chǎn)品通用性能，可廣泛用于日化清洗、固體催化、酸性蝕刻、離子液體脫硫脫碳等領(lǐng)域。

氨基甲磺酸從1905年被首次合成以來，其合成工藝路線主要有以下兩條：

工藝路線一是以亞硫酸銨、甲醛為起始原料，經(jīng)反應(yīng)生成氨基甲烷磺酸銨，再酸化處理得到氨基甲磺酸[5。

此路線，中間體氨基甲磺酸銨容易與甲醛發(fā)生縮合反應(yīng)，目標(biāo)產(chǎn)物收率極低，提純非常困難。

工藝路線二是以亞硫酸鈉、甲醛為起始原料，經(jīng)反應(yīng)生成羥基甲烷磺酸鈉，羥基甲烷磺酸鈉與氨水進(jìn)行氨解反應(yīng)得到氨基甲烷磺酸鈉后，酸化處理得到氨基甲磺酸[6-8]。

此路線，中間產(chǎn)物羥基甲烷磺酸鈉在用氨水氨解時(shí)容易發(fā)生深度氨解，造成產(chǎn)物中伯胺類化合物選擇性較低。此外，此工藝副產(chǎn)大量硫酸鈉，給產(chǎn)品的分離與精制帶來較大麻煩。

本文以甲醛、氨水、氣體二氧化硫?yàn)樵希捎?一鍋法"直接合成氨基甲磺酸。

與上述兩條路線相比，直接采用二氧化硫進(jìn)行磺化，可有效控制副反應(yīng)發(fā)生，避免氯化銨、硫酸鈉等無機(jī)鹽副產(chǎn)物產(chǎn)生，所得產(chǎn)品容易分離與精制。

1 合成實(shí)驗(yàn)

1.1 采用二氧化硫制備氨基甲磺酸實(shí)驗(yàn)

按照圖1，組裝好實(shí)驗(yàn)裝置。

圖1 三氧化硫制備氨基甲磺酸實(shí)驗(yàn)裝置圖

將氨基甲磺酸制備三口燒瓶置于冰浴上，向三口燒瓶內(nèi)加入152mL甲醛(36.5%)，向滴液漏斗內(nèi)加入137mL氨水(27.5%)。開啟攪拌，控制內(nèi)溫低于10℃以下，然后緩慢滴加氨水。滴加期間，控制三口燒瓶內(nèi)溫≤20℃。滴畢，保溫反應(yīng)2h后，再升溫至30℃，繼續(xù)反應(yīng)2h。

檢查二氧化硫裝置氣密性，確保二氧化硫完全進(jìn)入氨基甲磺酸制備燒瓶內(nèi)。向二氧化硫三口燒瓶內(nèi)加入458g亞硫酸氫鈉、1500mL水，開啟攪拌，至亞硫酸氫鈉全部溶解，向恒壓漏斗內(nèi)加入125mL濃硫酸(98%)。關(guān)閉緩沖瓶放空閥。

在氨基甲磺酸制備燒瓶內(nèi)溫降至10℃以下后，開始緩慢滴加濃硫酸，控制二氧化硫發(fā)生燒瓶內(nèi)溫60～80℃。同時(shí)，控制氨基甲磺酸制備燒瓶內(nèi)溫≤15℃。通入二氧化硫結(jié)束后，繼續(xù)維持內(nèi)溫20±2℃，反應(yīng)4h。然后將反應(yīng)瓶降溫至0℃，過濾，濾餅用冰水洗滌，晾干，得到白色固體190g(記作樣品A)，產(chǎn)品收率85.5%。

1.2 采用亞硫酸鈉直接制備氨基甲磺酸對比實(shí)驗(yàn)

向1000mL三口燒瓶內(nèi)加入230g亞硫酸氫鈉、250mL水，開啟攪拌，至亞硫酸氫鈉全部溶解。向滴液漏斗內(nèi)加入152mL甲醛(36.5%)，緩慢升溫至70℃，保溫反應(yīng)4h。然后滴加137mL氨水(27.5%)，70℃下反應(yīng)2h。再降溫至25℃以下，緩慢滴加硫酸，中和至pH值<2。繼續(xù)降溫至0℃，保溫2h，然后過濾，所得產(chǎn)品用蒸餾水進(jìn)行重結(jié)晶、洗滌，晾干，得到白色固體55g(記作樣品B)，產(chǎn)品收率24.7%。

2 產(chǎn)品分析

2.1 熔點(diǎn)

采用YRT-3型熔點(diǎn)測定儀，檢測樣品A和樣品B熔點(diǎn)。

樣品A:達(dá)到183℃后，試樣迅速分解。與標(biāo)準(zhǔn)品分解溫度184℃(文獻(xiàn)值)，基本一致。

樣品B:達(dá)到180℃以上，試樣部分分解，繼續(xù)升溫至200℃以上，仍有部分不熔。分析試樣可能含有無機(jī)鹽或者其他副產(chǎn)物。

2.2 含量

采用電位滴定法，用氨基甲磺酸標(biāo)準(zhǔn)品確定滴定曲線的等當(dāng)點(diǎn)后，測定樣品A和樣品B含量。

樣品A:含量99.2%，與進(jìn)口試劑標(biāo)準(zhǔn)品相當(dāng)。

樣品B:含量65.5%。分析試樣可能含有其他雜質(zhì)。

2.3 延伸實(shí)驗(yàn)

參照文獻(xiàn)[9]投料比及工藝條件，分別以50g樣品A和樣品B為起始原料合成頭孢尼西側(cè)鏈。將氨基甲磺酸樣品與氫氧化鉀反應(yīng)，得到氨基甲磺酸鉀后，再將氨基甲磺酸鉀在堿性條件下，與二硫化碳反應(yīng)得到磺甲基二硫代氨基甲酸鉀?；羌谆虼被姿徕浥c溴乙烷經(jīng)烷基化反應(yīng)，得到磺甲基二硫代氨基甲酸乙酯的鉀鹽后，再與疊氮化鈉進(jìn)行環(huán)合反應(yīng)。環(huán)合反應(yīng)產(chǎn)物再經(jīng)離子交換、成鹽等步驟，得到頭孢尼西側(cè)鏈產(chǎn)物。合成路線如下。

樣品A:投料比、工藝參數(shù)等與參考文獻(xiàn)一致，最終得到頭孢尼西側(cè)鏈產(chǎn)品15g。經(jīng)HPLC測定，其純度為98.5%。

樣品B:投料比、工藝參數(shù)與樣品A保持一致，但最終未能得到固體產(chǎn)品。分析可能由于試樣純度低或試樣雜質(zhì)造成其他副反應(yīng)，直接影響了目標(biāo)產(chǎn)物的生成。

3 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)對比，直接采用二氧化硫合成氨基甲磺酸新工藝，不僅能得到符合下游合成要求的合格產(chǎn)品，而且在產(chǎn)品收率、產(chǎn)品提純等方面都優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。該工藝路線過程簡單、效率高，具有很高的工業(yè)化應(yīng)用價(jià)值。此外，此工藝路線也給脫除煙氣中SO2提供了一種思路借鑒，為綜合利用煙氣中SO2提供了一種方法。