背景及概述

3-(環(huán)己胺)-2-羥基-1-丙磺酸分子結構中既含有親水性的磺酸鹽基團，又含有活性較強的羥基，容易發(fā)生脫去、取代等反應，因此作為一種重要的功能物質(zhì)，可用作有機化工中間體，制備優(yōu)良的陰離子表面活性劑、改性淀粉、鉆井液降失水材料、高聚物功能單體等化學品。在醫(yī)藥、化工領域得到越來越多的關注，其制備工藝值得研究。

制備

以環(huán)氧氯丙烷為原料，以亞硫酸氫鈉和亞硫酸鈉為混合磺化劑合成 2-羥基-3-氯丙磺酸鈉，經(jīng)與環(huán)己胺發(fā)生取代反應制備目標化合物3-(環(huán)己胺)-2-羥基-1-丙磺酸[1]?；蛞原h(huán)氧氯丙烷和亞硫酸氫鈉為原料，亞硫酸鈉為引發(fā)劑，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)為絡合增效劑，經(jīng)酸催化開環(huán)反應合成了磺酸型兩性表面活性劑中間體———3-氯-2-羥基丙磺酸鈉。再與環(huán)己胺發(fā)生取代反應制備目標化合物3-(環(huán)己胺)-2-羥基-1-丙磺酸。系統(tǒng)研究了以環(huán)氧氯丙烷、亞硫酸氫鈉為原料制備 2-羥基-3-氯丙磺酸鈉的合成條件及各反應影響因素，給工業(yè)生產(chǎn)提供和簡便工藝。其合成反應式如下圖：

圖1 3-(環(huán)己胺)-2-羥基-1-丙磺酸的合成反應式

實驗操作：

2-羥基-3-氯丙磺酸鈉的合成步驟

方法一、

在三口燒瓶中加入 25.20 g 亞硫酸鈉（0.2 mol）、64.48 g 亞硫酸氫鈉（0.62 mol），熱溶于蒸餾水中，然后緩慢滴加 50.08 g（0.54 mol）環(huán)氧氯丙烷，30 ℃劇烈攪拌 2 h，冰浴冷卻，得到白色結晶，減壓抽濾，50 ℃烘干，產(chǎn)品用水和甲醇混合溶劑多次重結晶。測定熔點為 253～254 ℃。

方法二、

在四頸反應瓶中加入亞硫酸氫鈉 52 g (500mmol)，亞硫酸鈉 52 g (20 mmol)，EDTA-2Na 1． 69 g(5 mmol)及水85． 5 mL(4 750 mmol)，加熱攪拌使其溶解［取約 30% 溶液(簡稱溶液 A)待用］;控制 pH ＜ 6． 5，依次滴加 1 50． 9 g(0． 55mol)和溶液 A，滴畢，于 70 ℃(浴溫)反應至終點(品紅溶液不褪色)。降至室溫，結晶，真空抽濾，濾餅于 105 ℃ 真空干燥得白色固體。

3-(環(huán)己胺)-2-羥基-1-丙磺酸的合成步驟

2-羥基-3-氯丙磺酸鈉與溶劑四氫呋喃在0℃下加入到環(huán)己胺中，室溫攪拌1小時，回流過程中除去溶劑THF，鹽酸水攪拌，乙酸乙酯萃取，有機層濃縮后得到白色結晶粉末3-(環(huán)己胺)-2-羥基-1-丙磺酸，收率93%。

結果與討論

磺化劑種類及數(shù)量的影響

本實驗中，常用的磺化劑有亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉和焦亞硫酸鈉，亞硫酸鈉不能單獨作為磺化劑使用，亞硫酸氫鈉和焦亞硫酸鈉都是理想的磺化劑，但是焦亞硫酸鈉較亞硫酸氫鈉雜質(zhì)含量高，同時在水中的溶解度也沒有亞硫酸氫鈉大。亞硫酸鈉對亞硫酸氫鈉與環(huán)氧氯丙烷的反應起到離子引發(fā)劑的作用。因此本實驗選擇了亞硫酸氫鈉和亞硫酸鈉的混合體系做磺化劑。

由于亞硫酸氫鈉受熱易分解，選擇在反應體系中加入一定量的亞硫酸鈉與亞硫酸氫鈉復配，能起到較好的效果?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著投料摩爾比的增加，產(chǎn)品的收率升高，但當亞硫酸鈉/亞硫酸氫鈉投料比達到 0.20/0.62 之后繼續(xù)增大時，收率反而下降，這是因為亞硫酸鈉不能與環(huán)氧氯丙烷反應，繼續(xù)增大它的投料量會減少與環(huán)氧氯丙烷起加成反應的亞硫酸氫鈉的量，導致反應不完全，從而影響收率。

反應溫度的影響

產(chǎn)率在水浴溫度約 30 ℃時達到最高，20～70 ℃時產(chǎn)率相差不大，溫度再升高時產(chǎn)率降低。這主要有兩方面的原因，一是由于溫度過高，亞硫酸氫鈉易分解生成二氧化硫；二是當溫度高于70 ℃時，環(huán)氧氯丙烷容易發(fā)生自聚，導致副產(chǎn)物增多，降低收率。所以本實驗選擇用水浴保持溫度 30℃恒定。

反應時間的影響

將環(huán)氧氯丙烷緩慢滴入到亞硫酸氫鈉/亞硫酸鈉溶液中，控制滴加速度保證液面上方無油層。滴完后在攪拌的情況下繼續(xù)反應，反應時間對產(chǎn)品產(chǎn)率的影響?？芍?，隨著反應時間的延長，產(chǎn)率逐漸升高，最后達到一平穩(wěn)值。這是因為反應時間太短時，環(huán)氧氯丙烷反應不完全，產(chǎn)率偏低，反應時間達 2 h 后，反應達平衡，產(chǎn)率再無大變化。考慮到成本等因素，本實驗選擇反應時間為 2 h。

2-羥基-3-氯丙磺酸鈉的溶解性

稱取 0.1 g 樣品于 10 mL 平底具塞試管中，在一定溫度下，分別加入 10.0 mL 水及各種有機溶劑，攪拌下觀察其溶解情況?？梢钥闯?，2-羥基-3-氯丙磺酸鈉易溶于水，溶于二甲亞砜和 DMF。在甲醇和乙醇中隨溫度升高溶解度增大。因此選用水和甲醇或水和乙醇的混合溶劑對粗產(chǎn)物進行重結晶提純。

結論

以亞硫酸氫鈉與環(huán)氧氯丙烷為原料合成了 2- 羥基 -3- 氯丙磺酸鈉，反應條件為 亞硫酸氫鈉與環(huán)氧氯丙烷的摩爾比 1.15 ∶ 1 ，磺化劑比例亞硫酸鈉與亞硫酸氫鈉的摩爾比 0.20 ∶ 0.62 ，反應 2 h ，產(chǎn)率 70.8% 。產(chǎn)物的熔點為 253 ～ 254 ℃。合成工藝具有步驟少、產(chǎn)率高、反應時間短及操作簡便等優(yōu)點，并通過紅外、核磁和質(zhì)譜證實了產(chǎn)物 2- 羥基 -3- 氯丙磺酸鈉的相對分子質(zhì)量及結構。關鍵中間體2- 羥基 -3- 氯丙磺酸鈉與環(huán)己胺發(fā)生取代反應制備目標化合物3-(環(huán)己胺)-2-羥基-1-丙磺酸。

參考文獻

Darmstaedter Justus Liebigs Annalen der Chemie, 1868 , vol. 148, p. 124