一种无溶剂合成3-(n-吗啉基)-2-羟基丙磺酸的方法
阅读说明：本技术 一种无溶剂合成3-(n-吗啉基)-2-羟基丙磺酸的方法 (Method for synthesizing 3- (N-morpholinyl) -2-hydroxypropanesulfonic acid without solvent ) 是由 杨庆锁 董悦刚 高先通 张德秋 王松林 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种无溶剂合成3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸的方法,属于有机合成的技术领域。本发明采用吗啉和3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠,再无溶剂的条件下反应,反应结束后酸化获得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸。相比于原有3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸的生产工艺,本发明原料易得,操作简单,工艺收率高且稳定,产品质量优良。避免了现有技术收率低,工艺复杂问题。(The invention relates to a solvent-free synthesis method of 3- (N-morpholinyl) -2-hydroxypropanesulfonic acid, belonging to the technical field of organic synthesis. Morpholine and 3-chloro-2-hydroxy propane sodium sulfonate are adopted to react under the condition of no solvent, and 3- (N-morpholinyl) -2-hydroxy propane sulfonic acid is obtained by acidification after the reaction is finished. Compared with the original production process of 3- (N-morpholinyl) -2-hydroxypropanesulfonic acid, the method has the advantages of easily available raw materials, simple operation, high and stable process yield and excellent product quality. The problems of low yield and complex process in the prior art are avoided.)
技术领域
本发明属于有机合成的技术领域，具体涉及一种无溶剂合成3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸的方法。
背景技术
3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸(MOPSO)，是一种用于生物研究的新型两性离子缓冲液。MOPSO的pH缓冲范围：6.2～7.6；25℃时pKa＝6.95，主要用于生化研究中，如用作生物研究的新型两性离子缓冲液。由于其分子结构中含有活性较强羟基和亲水性的磺酸基团，容易发生取代、消去反应，是合成高聚物工业中重要的功能单体，也可用作有机化工中间体，是比较重要的多功能性物质。CN106117163A专利公布了一种MOPSO合成方法，由二乙醇胺脱水环化形成吗啉，再与2-羟基丙磺酸钠反应生成MOPSO，操作过程繁琐复杂，需要用重金属催化剂催化反应、强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂交换杂质，用氨水、冰醋酸精制，而且反应过程温度200～240℃，和本技术差异大且不利于生产。专利US4169950A Amino-hydroxy-alkyl sulfonic acid zwitterions公布了一种MOPSO合成工艺，以水为溶剂，通过通过Dowex 50阳离子交换住去除钠离子，洗出液需要经过浓缩再分散才能得到粗品，操作复杂，收率低、反应条件苛刻、成本高，三废多、不符合环保宗旨也不利于工业化生产。
发明内容
针对现有技术中存在的操作复杂、成本高、三废多等问题，本发明提供一种无溶剂3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸合成工艺，以解决上述问题。
一种无溶剂合成3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸的方法，反应式如下：
具体方法如下：
(1)将吗啉投入反应器中，搅拌升温至40～80℃；然后加入无水碳酸钠继续保温搅拌20min；
(2)称量3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠，分批次加入反应器中；
(3)加料完毕后，升温，搅拌保温反应2h；
(4)保温结束后停止加热，降温后滴加盐酸，调节体系pH至4.5～5，热过滤，收集滤饼Ⅰ和滤液；
(5)滤液降温至5～10℃保温析晶2小时，抽滤，得滤饼Ⅱ；将滤饼Ⅰ和滤饼Ⅱ一起烘干，得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸。滤液回收甲醇可重复使用。
优选的，所述吗啉与3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠的投料摩尔比为1.5～2.5:1。
优选的，所述碳酸钠或碳酸钾的投料量为以3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠投料量计0.01～0.05g/g。
优选的，所述步骤(3)中，反应温度为90～110℃。
优选的，所述步骤(4)中，热滤温度为至40～60℃。
优选的，所述3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸的精制方法如下：
(1)将3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸加入到甲醇中，搅拌升温至回流，向反应液中补加水至反应体系溶清，后加入活性炭，保温吸附脱色1h；
(2)保温结束后趁热过滤，滤液降温至5℃后保温析晶2小时；
(3)抽滤，滤饼55℃鼓风烘干4小时，得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸；滤液浓缩甲醇，降温析晶，回收剩余3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸。
优选的，所述甲醇加入量为以3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸投料量计1.5～2.5ml/g。
优选的，所述水的补加量为以甲醇投料量计0.2～0.5ml/ml。
本发明的有益效果为：
本发明相比于原有3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸的生产工艺，原料易得，操作简单，工艺收率高且稳定，产品质量优良。避免了现有技术收率低，工艺复杂问题。本发明采用吗啉和3-氯-2-羟基丙磺酸钠作为原料，反应过程中不添加其他溶剂，反应程度高，提纯简单，生产出的粗品经过一次精制提纯后可达到客户指标要求，是一种绿色高效的MOPSO生产技术，可工业化推广。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种无溶剂合成3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸的方法，具体步骤如下：
(1)将87g吗啉投入1L三口瓶中，搅拌升温至60℃；然后加入2g无水碳酸钠继续保温搅拌20min，此时反应瓶内为固液两相混合状态；
(2)称量3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠98g，分3次加入到反应瓶中，添加过程中体系出现微放热；
(3)加料完毕后，升温至95℃，搅拌保温反应2h，此时体系由固液混合浆料状态转变成黏稠状，体系略有微黄色；
(4)保温结束后停止加热，降温至60℃后，滴加盐酸20g，调节体系pH至4.5～5，过滤，收集滤饼Ⅰ和滤液；
(5)滤液降温至5～10℃保温析晶2小时，抽滤，得滤饼Ⅱ；将滤饼Ⅰ和滤饼Ⅱ一起烘干，得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸120g。
(6)将3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸加入到300ml甲醇中，搅拌升温至回流，向反应液中补加100ml水至反应体系溶清，后加入1.0g活性炭，保温吸附脱色1h；
(7)保温结束后趁热过滤，滤液降温至5℃后保温析晶2小时；
(8)抽滤，滤饼55℃鼓风烘干4小时，得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸93.75g，收率83.3％；电位滴定检测含量为99.62％；紫外：260nm：0.070；290nm：0.061；pH：4.16。
(9)将步骤(8)的滤液进行浓缩，然后降温析晶，回收剩余3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸9.9g蒸馏出的甲醇可投入下一釜精制。共制得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸103.65g，综合收率92.1％。
实施例2
(1)将700g吗啉投入5L三口瓶中，搅拌升温至60℃；然后加入16g无水碳酸钠继续保温搅拌20min，此时反应瓶内为固液两相混合状态；
(2)称量3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠785g，分3次加入到反应瓶中，添加过程中体系出现微放热；
(3)加料完毕后，升温至98℃，搅拌保温反应2.5h，此时体系由固液混合浆料状态转变成黏稠状，体系略有微黄色；
(4)保温结束后停止加热，降温至60℃后，滴加盐酸165g，调节体系pH至4.5～5，过滤，收集滤饼Ⅰ和滤液；
(5)滤液降温至5～10℃保温析晶2小时，抽滤，得滤饼Ⅱ；将滤饼Ⅰ和滤饼Ⅱ一起烘干，得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸955g。
(6)将3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸加入到2400ml甲醇中，搅拌升温至回流，向反应液中补加750ml水至反应体系溶清，后加入10g活性炭，保温吸附脱色1h；
(7)保温结束后趁热过滤，滤液降温至5℃后保温析晶2小时；
(8)抽滤，滤饼55℃鼓风烘干4小时，得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸738g，收率79.69％；电位滴定检测含量为99.52％；紫外：260nm：0.072；290nm：0.060；pH：4.12。
(9)将步骤(8)的滤液进行浓缩，然后降温析晶，回收剩余3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸79.2g。共制得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸817.2g，综合收率90.7％。
实施例3
(1)将6.96kg吗啉投入50L三口瓶中，搅拌升温至50℃；然后加入160g无水碳酸钠继续保温搅拌20min，此时反应瓶内为固液两相混合状态；
(2)称量3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠7.84kg，分3次加入到反应瓶中，添加过程中体系出现微放热；
(3)加料完毕后，升温至98℃，搅拌保温反应2.5h，此时体系由固液混合浆料状态转变成黏稠状，体系略有微黄色；
(4)保温结束后停止加热，降温至60℃后，，滴加盐酸1650g，调节体系pH至4.5～5，过滤，收集滤饼Ⅰ和滤液；
(5)滤液降温至5～10℃保温析晶2小时，抽滤，得滤饼Ⅱ；将滤饼Ⅰ和滤饼Ⅱ一起烘干，得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸9.85kg。
(6)将3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸加入到25L甲醇中，搅拌升温至回流，向反应液中补加7.5kg水至反应体系溶清，后加入100g活性炭，保温吸附脱色1h；
(7)保温结束后趁热过滤，滤液降温至5℃后保温析晶2小时；
(8)抽滤，滤饼55℃鼓风烘干4小时，得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸7.42kg，收率79.1％；含量为99.45％；紫外：260nm：0.068；290nm：0.063；pH：4.26。
(9)将步骤(8)的滤液进行浓缩，然后降温析晶，回收剩余3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸628g。共制得3-(N-吗啉基)-2-羟基丙磺酸8.04kg，综合收率89.42％。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
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