2,3-環(huán)氧丙磺酸鈉的合成研究

陳小亮

【摘要】本文以環(huán)氧氯丙烷（ECH）為原料，亞硫酸氫鈉為磺化劑合成了3-氯-2羥基丙磺酸鈉，再以3-氯-2羥基丙磺酸鈉與磷酸鈉合成2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉，利用傅立葉紅外光譜和元素分析對合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進行了表征;并運用正交實驗確定了合成2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉的最佳反應(yīng)條件。結(jié)果表明：3-氯-2羥基丙磺酸鈉與磷酸鈉的物料配比為1：1，反應(yīng)溫度達到55℃，加水量為55ml，應(yīng)總時間為20min時，反應(yīng)得到的目標產(chǎn)物產(chǎn)率是87.6%。

【關(guān)鍵詞】3-氯-2羥基丙磺酸鈉 ?2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉 ?磷酸鈉 ?合成

前言：2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉分子中既有活潑的環(huán)氧基，又有親水性的磺酸鹽基，可作為一種重要的多功能物質(zhì)，能通過環(huán)氧基的開環(huán)反應(yīng)和共聚反應(yīng)等制備許多性能優(yōu)異的功能材料，如：阻垢劑、印染保護劑、光敏材料、稠化劑、乳化劑、膠凝化劑、農(nóng)用吸濕材料、高選擇性半透膜、軟水劑和自乳化功能單體等。除了上面提到的用途外，它還可以作為單體合成均聚物或與其他環(huán)氧單體形成共聚物，主鏈上有親水性的醚鏈，支鏈上有親水性的磺酸基，可大大提高這類聚合物的水溶性、分散性、乳化性等性能，預(yù)期將是很有發(fā)展前景的高效多功能高分子，這種新型聚合物可作為高性能混凝土外加劑、表面活性劑以及石油添加劑，在建筑、化工、金屬加工等行業(yè)發(fā)揮重要的作用。

一、實驗部分

（一）主要原料和試劑

磷酸鈉：分析純， 上海中秦化學(xué)試劑有限公司;3-氯-2-羥基丙磺酸鈉[11]：自制;三乙胺：分析純， 天津市光復(fù)精細化工研究所;丙酮：分析純， 天津市百世化工有限公司;乙醇：分析純， 天津市百世化工有限公司;鹽酸：分析純， 天津市光復(fù)精細化工研究所;氫氧化鈉：分析純， 上海中秦化學(xué)試劑有限公司;酚紅指示劑：分析純，

（二）實驗儀器

Nicolet380FT-IR傅立葉紅外光譜儀（美國熱電公司）;VarioELⅢ 元素分析儀（德國elementar公司）;DGG-9023A 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海森信實驗儀器有限公司）;RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）;SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵（鞏義市予華儀器有限公司）;JJ-5測速電動攪拌器（上海艾牧生物科技有限公司）;11GKC1 控溫水浴鍋

（南通滬南科學(xué)儀器有限公司）;天平，圓底燒瓶，恒壓漏斗，溫度計，移液管（10ml，1ml）燒杯，提勒管、毛細管等

（三）2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉的的制備

將一定量的磷酸鈉和水加入帶有溫度計、冷凝管、攪拌器的四口瓶中，加熱全部溶解后至50℃恒溫，加入3-氯-2-羥基丙磺酸鈉升溫至55℃，反應(yīng)一定時間，冷卻、結(jié)晶。過濾取濾液，減壓蒸餾，真空干燥至恒重。

（四）產(chǎn)率的測定

精確稱取2～4mg當(dāng)量環(huán)氧基的2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉試樣，用鹽酸-丙酮溶液溶解，在室溫下放置15min后，加入中性乙醇，然后用0.1mol/L氫氧化鈉標準溶液滴定過量的鹽酸。用甲酚紅指示劑指示終點。

式中：W-為樣品的質(zhì)量，g;B-為空白試驗所需的0.1mol/L的

naOH標液體積，ml;S-試樣滴定所需的0.1mol/LnaOH標液體積，ml;f-為0.1mol/LnaOH標液。

二、結(jié)果與討論

（一）產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征

（1）紅外光譜分析。采用溴化鉀壓片法，使用島津8400S型傅立葉紅外光譜儀測定2，3-氧丙磺酸鈉的FTIR譜。

由圖1可見，2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉中沒有了在1245.93cm-1，728cm-1兩處-Cl的特征吸收峰，3495cm-1為-OH的吸收振動峰;2966.31cm-1為-CH3、-CH2的C-H吸收振動峰;916.12cm-1和1035.70cm-1為環(huán)氧吸收峰。在1182.28cm-1為磺酸基團的吸收峰，另外1038.70cm-1處的磺酸基團特征峰有可能與1047.27cm-1處的C-O鍵的彎曲振動的吸收峰重疊。由上分析可表明表征的物質(zhì)中含目標產(chǎn)物2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉。

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

（二）2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉的合成的影響因素的確定

（1）正交試驗。由3-氯-2-羥基丙磺酸鈉和磷酸鈉合成2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉的反應(yīng)實驗中用多組正交實驗來確定各種因素對2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉。實驗結(jié)果表1、2和3所示：

由表1中數(shù)據(jù)可以看出在反應(yīng)溫度、原料摩爾配比、加水用量和反應(yīng)時間這四個因素中，反應(yīng)溫度對產(chǎn)率影響最大，加水用量次之，原料摩爾配比第三，反應(yīng)時間對產(chǎn)率影響最小。由表中可以看出選擇正交實驗作為反應(yīng)條件的優(yōu)化條件 。

（2）反應(yīng)因素對反應(yīng)的影響分析。

（2）反應(yīng)溫度對產(chǎn)率影響 。研究當(dāng)磷酸鈉/3-氯-2-羥基丙酸鈉為1：1、加水量為55ml、反應(yīng)時間20min時，在不同溫度下，反應(yīng)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率。

由表5中可知，在其他條件相同的情況下，50 ℃以下反應(yīng)速度較為緩慢，轉(zhuǎn)化率低，當(dāng)溫度達到 60 ℃以上時，由于溫度太高使生成的環(huán)氧鍵斷裂，易發(fā)生副反應(yīng)，影響產(chǎn)物的產(chǎn)率，，所以綜合考慮溫度宜選擇 55 ℃進行反應(yīng)。

四、結(jié)論

以3-氯-2羥基丙磺酸鈉與磷酸鈉合成2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉，運用正交實驗確定了合成2，3-環(huán)氧丙磺酸鈉的最佳反應(yīng)條件。結(jié)果表明：3-氯-2羥基丙磺酸鈉與磷酸鈉的物料配比為1：1，反應(yīng)溫度達到55℃，加水量為55ml，應(yīng)總時間為20min時，反應(yīng)得到的目標產(chǎn)物產(chǎn)率是87.6%。

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