一种高效合成n-甲基牛磺酸及n-甲基牛磺酸钠的方法
阅读说明：本技术 一种高效合成n-甲基牛磺酸及n-甲基牛磺酸钠的方法 (Method for efficiently synthesizing N-methyltaurine and N-methyltaurine sodium ) 是由 郭斌 桂振友 刘杰 张昊 蔺海政 张静 钟子太 丰茂英 付广权 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明为一种高效合成N-甲基牛磺酸及N-甲基牛磺酸钠的方法,该方法是以环氧乙烷和二氧化硫、氢氧化钠在硼膦配体催化剂作用下原位制备羟乙基磺酸钠,再向反应器中加入甲胺,在同一催化剂作用下生成N-甲基牛磺酸钠,N-甲基牛磺酸钠经硫酸化后生成N-甲基牛磺酸及硫酸钠。该工艺催化剂催化效率高,产物后处理方便,反应收率高,是一种绿色环保的工艺。(The invention relates to a method for efficiently synthesizing N-methyl taurine and N-methyl sodium taurate, which comprises the steps of preparing hydroxyethyl sodium sulfonate in situ by ethylene oxide, sulfur dioxide and sodium hydroxide under the action of a boron phosphine ligand catalyst, adding methylamine into a reactor, generating the N-methyl sodium taurate under the action of the same catalyst, and sulfating the N-methyl sodium taurate to generate the N-methyl taurine and sodium sulfate. The process has the advantages of high catalytic efficiency of the catalyst, convenient product post-treatment and high reaction yield, and is an environment-friendly process.)
技术领域
本发明属于营养化学品合成领域，具体涉及一种高效合成N-甲基牛磺酸及N-甲基牛磺酸钠的方法。
背景技术
N-甲基牛磺酸钠又名甲基牛磺酸钠，是牛磺酸的一种重要衍生物，可以用作日用化学以及制药中间体。在日用化学品领域，可以用于合成椰油酰-N-甲基牛磺酸钠、聚丙烯酰基二甲基牛磺酸钠、聚二甲基硅氧烷PEG-7乙酰甲基牛磺酸钠以及丙烯酸羟乙酯/丙稀酰二甲基牛磺酸钠共聚物等多种高附加值产品，这些产品由于具有温和的特性，一般会被认为是温和型表面活性剂，随着人们对个人护理方面皮质的需要日益提升，温和型表面活性剂的市场呈现出快速增长的趋势，N-甲基牛磺酸钠系列表面活性剂是其中一些列重要的产品。
在N-甲基牛磺酸钠系列温和型表面活性剂合成中，主要原料N-甲基牛磺酸钠的合成是其中关键的合成反应，其合成方法与常规氨基酸N-甲基化方法基本一致。有多篇文献报道了合成氨基酸的N-甲基化方法，常用的方法包括直接N-甲基化法、还原胺化法和通过噁唑烷酮中间体再转化为N-甲基化产物的方法。另外，还有一些特殊的方法，如叠氮酸类化合物的还原烷基化、应用N-nosyl保护和重叠接完的N-甲基化、应用亚胺氮正离子的逆Diels-Alder反应等方法得到目标产物。在这些方法中，一些方法需要多步反应才能完成(如还原胺化法等)，容易造成反应总体收率较低；还有一些方法会造成部分产物发生消旋化(如直接N-甲基化法、噁唑烷酮中间体法等)，从而获得不必要的副产物；还有一些方法所使用的原料价格较高(如直接N-甲基化法采用的原料为CH3I、噁唑烷酮中间体法等)，其中还有部分方法所选用的条件相对比较苛刻，不利工业化生产。虽然其中一些方法已经在工业生产中采用，但仍需要进一步优化。
目前最常用的方法是将牛磺酸在高温高压条件下甲基化制备N-甲基牛磺酸，再经过酸化处理后提纯出N-甲基牛磺酸钠产品。该方法反应条件苛刻，而且由于甲基化不彻底导致原料剩余较多，收率低，操作复杂，工业化在反应及提存过程中存在很大问题。
CN106674061公开了以N-甲基乙酰胺与浓硫酸反应制备N-甲基牛磺酸钠，虽然比现阶段常用方法反应条件有所改善，但也存在原料来源有限，成本高，转化率低等问题。
综上所述，在合成N-甲基牛磺酸钠工业化生产中，仍需要开发一种能够获得高收率、反应条件温和以及原料成本较低的方法，以便于能降低N-甲基牛磺酸钠的工业化生产成本。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种制备N-甲基牛磺酸及N-甲基牛磺酸钠的方法。该工艺催化剂效率高，反应收率好，能耗低，是一种绿色环保的工艺方法。
为达到以上发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种高效合成N-甲基牛磺酸及N-甲基牛磺酸钠的方法，所述方法采用双效硼膦配体催化剂催化生成羟乙基磺酸钠，并继续催化生成N-甲基牛磺酸钠，其中生成羟乙基磺酸钠的反应为原位反应。
本发明中，所述催化剂为烃基薄荷基硼膦化合物。
本发明中，所述催化剂具有如下结构：
其中，R1为苯基或苯甲基，R2为甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基、苯基、间苯甲基、对苯甲基、间异丙苯甲基、对异丙苯甲基、间叔丁基苯基和对叔丁基苯基中的一种。
本发明中，所述催化剂的合成过程如下：
S1：联萘二酚与三氯化磷反应得到联萘二氧基氯化磷；
S2：联萘二氧基氯化磷与格氏试剂薄荷基氯化镁反应得到催化剂前驱体联萘二氧基薄荷基膦；
S3：前驱体联萘二氧基薄荷基膦继续与烃基格氏试剂1反应得到催化剂的中间体烃基薄荷基膦氧化合物；
S4：烃基薄荷基膦氧化合物首先与草酰氯进行氯化反应得到氯化氧膦化合物，随后加入烃基格氏试剂2，得到三烃基氧膦化合物；
S5：向上述S4反应体系内加入硼烷四氢呋喃溶液反应，随后酸解，得到叔膦硼烷络合物粗品，纯化后得到目标催化剂叔膦硼烷络合物。
在本发明的一些实施例中，所述催化剂的合成过程示意如下：
其中，R1为苯基或苯甲基，R2为甲基、乙基、丙基、异丙基、叔丁基、苯基、间苯甲基、对苯甲基、间异丙苯甲基、对异丙苯甲基、间叔丁基苯基和对叔丁基苯基中的一种，Men为薄荷基。
本发明中，所述催化剂的合成过程中：S1中联萘二酚与三氯化磷摩尔比为1:2～1:5，优选1:2～1:3。
本发明中，所述S2中联萘二氧基氯化磷与新制薄荷基氯化镁摩尔比为1:1～1:3，优选1:1～1:2。
本发明中，所述S3中联萘二氧基薄荷基膦与烃基格氏试剂1R1MgCl的摩尔比为1:1～1:3，优选1:1～1:2。
本发明中，所述S4中烃基薄荷基膦氧化合物与烃基格氏试剂2R2MgCl的摩尔比为1:1～1:5,优选1:3～1:5。
本发明中，所述S5中硼烷与三烃基氧膦化合物的摩尔比为1:1～5:1，优选3:1～5:1。
在一些实施例中，所述催化剂的合成过程中：S1联萘二酚与三氯化磷在0～5℃下混合后，再升温到50～60℃反应2～5h。
在一些实施例中，所述S2中在氮气氛下，联萘二氧基氯化磷与格氏试剂薄荷基氯化镁在0～5℃下反应3～5h。
在一些实施例中，所述S3中前驱体联萘二氧基薄荷基膦在0～5℃下与烃基格氏试剂1反应2～5h，然后在0～5℃下加入盐酸酸解，随后将温度升至50～60℃下继续反应2～5h后得到催化剂的中间体烃基薄荷基膦氧化合物，该化合物经萃取，水洗，干燥后，层析得到纯化后的催化剂中间体。
在一些实施例中，所述S4中烃基薄荷基膦氧化合物首先在25～30℃下与草酰氯进行氯化反应1～3h，得到氯化氧膦化合物，随后将体系温度降至-80～-70℃，在该温度下1～2h加入烃基格氏试剂2，继续保温反应3～5h，得到三烃基氧膦化合物。
在一些实施例中，所述S5中当上述S4反应体系恢复至室温后向体系内加入硼烷四氢呋喃溶液，反应7～10h，随后室温下加入盐酸酸解，反应1～3h得到催化剂粗品叔膦硼烷络合物，叔膦硼烷络合物粗品经萃取、洗涤、干燥后经TLC纯化，洗脱剂采用二氯甲烷与甲醇混合溶剂，其中，二氯甲烷：甲醇＝4:1(DCM:MEOH＝4:1)(DCM:MEOH＝4:1)得到最终催化剂叔膦硼烷络合物。
本发明中，所述的N-甲基牛磺酸及N-甲基牛磺酸钠合成方法包含以下步骤：
(1)环氧乙烷(EO)、SO2和NaOH在硼膦配体催化剂作用下原位合成羟乙基磺酸钠；
(2)羟乙基磺酸钠反应液直接与甲胺在步骤(1)催化剂作用下反应生成N-甲基牛磺酸钠；
(3)N-甲基牛磺酸钠溶液与硫酸反应，分离获得产物N-甲基牛磺酸。
在一些实施例中，所述合成方法还可以包括两步重制反应：
(4)重制反应：SO2通入氢氧化钙悬浮液中反应生成亚硫酸氢钙；
(5)重制反应：亚硫酸氢钙与副产物硫酸钠反应生成亚硫酸氢钠和石膏硫酸钙。
在一些实施例中，所述N-甲基牛磺酸及N-甲基牛磺酸钠合成步骤示意如下：
2SO2+Ca(OH)2→Ca(HSO3)2 (4)
Ca(HSO3)2+Na2SO4→CaSO4+2NaHSO3 (5)
本发明中，所述步骤(1)所述催化剂的加入量为环氧乙烷的0.1wt％～0.8wt％，优选0.1wt％～0.5wt％，更优选0.1wt％～0.3wt％。
本发明中，所述步骤(1)中NaOH与环氧乙烷的摩尔比为1∶(1.10～1.00)，优选1∶(1.06～1.00)，更优选1∶(1.06～1.01)。
本发明中，所述步骤(1)中SO2与环氧乙烷的摩尔比为1∶(1.10～1.00)，优选1∶(1.05～1.00)，更优选1∶(1.05～1.01)。
本发明中，所述步骤(1)中以水为溶剂，体系内的水占反应体系总质量的50wt％～90wt％；优选50wt％～80wt％，更优选60wt％～80wt％。
本发明中，所述步骤(1)中的反应温度为50～90℃，优选70～80℃，更优选75～78℃。
本发明中，所述步骤(1)中的反应压力为0～1.0MpaG，优选0～0.8MpaG，更优选0～0.5MpaG。
本发明中，所述步骤(1)中体系pH始终控制在pH＝5.0～6.5，优选5.5～6.5，更优选5.8～6.2，在反应初始阶段，可将少量SO2通入水内先将pH调节至5.0～6.5，再向反应器内引入原料进行反应。
本发明中，所述步骤(1)中所述pH值控制可在NaOH溶液进料速度一定的条件下，分别由SO2及EO的不同进料速度调节，pH过高时加快SO2进料速度和/或减少EO的进料速度，pH过低时加大EO进料速度和/或减少SO2的进料速度。
本发明中，所述步骤(1)中反应时间为0.2～10h，优选1～5h，更优选1～3h。
本发明中，所述步骤(2)中甲胺与羟乙基磺酸钠的摩尔比为(1～20):1，优选(1～10):1，更优选(1～3):1。
本发明中，所述步骤(2)中反应温度为70～300℃，优选70～260℃，更优选120～230℃。
本发明中，所述步骤(2)中反应压力为3～30MpaG，优选5～25MpaG，更优选5～15MpaG。
本发明中，所述步骤(2)中反应停留时间为20min～200min，优选30min～150min，更优选30min～120min。
本发明中，所述步骤(3)中N-甲基牛磺酸钠与硫酸摩尔比为(2.3～1.5)：1，优选(2.1～1.6)：1，更优选(1.9～1.6)：1。
本发明中，所述步骤(3)中反应终点在pH＝7.0～9.0，优选pH＝7.8～9.0，更优选pH＝8.0～8.1。
本发明中，所述步骤(3)中反应温度为50～100℃，优选50～90℃，更优选70～90℃。
本发明中，所述步骤(3)中所述N-甲基牛磺酸分离方法为降温结晶，结晶分离过程中降温终点为20～35℃，优选20～30℃，更优选25～30℃。
本发明中，所述步骤(3)中所述产物N-甲基牛磺酸钠与副产物硫酸钠结晶分离过程中降温速率优选为1-10℃/min，优选3-10℃/min，更优选3-6℃/min。
本发明的另一目的在于提供一种根据所述合成方法制备的N-甲基牛磺酸及N-甲基牛磺酸钠。
一种根据所述N-甲基牛磺酸及N-甲基牛磺酸钠合成方法制备的N-甲基牛磺酸及N-甲基牛磺酸钠。
本发明中所述压力均为表压。
与现有技术相比较，本发明的积极效果在于：
(1)本发明工艺原料相较于现有工艺更为廉价易得，产物易分离纯化，反应转化率高，选择型好，合成羟乙基磺酸钠及牛磺酸钠两步总收率在优选条件下最高可达97％以上。
(2)本发明以双效催化剂同时催化两步合成反应，中间过程无需处理步骤，减少生产中的操作难度并降低生产成本。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。
以下实施例中采用下列手段检测分析选择性和转化率：
本发明工艺中羟乙基磺酸钠、亚硫酸氢钠/钙通过离子色谱进行分析，型号为万通离子色谱881。离子色谱配备有Metrosep ASupp5-250/4.0色谱柱，919自动进样器，检测器为点到检测器。柱温设定30℃，以2.5mmol/L碳酸钠和2.5mmol/L的碳酸氢钠溶液为流动相，流速为0.7mL/min，抑制器流动相为84mmol硫酸水溶液。外标法进行定量。样品在进样前，先用超纯水适当稀释，再进样分析。
本发明工艺中产物N-甲基牛磺酸、N-甲基牛磺酸钠通过配备有紫外检测器的液相色谱进行分析，液相色谱为安捷伦公司1200系列，配备有C18液相色谱柱，柱温设定40℃，以乙腈和0.05mol/L的NaH2PO4溶液为流动相，流速为1.0mL/min，紫外检测器360nm波长处进行检测，外标法进行定量。样品在进样前，先用超纯水适当稀释，加入过量二硝基氟苯溶液充分衍生化后，再进样分析。
本发明工艺中催化剂、中间体、产物均以核磁定性表征。核磁共振仪型号为Bruke400。氢谱(1H NMR)，碳谱(13C NMR)，磷谱(31P NMR)的化学位移均以ppm计，氘代氯仿(CDCl3)作为溶剂，内标为四甲基硅烷(Me4Si，δ＝0.00ppm)。
本发明主要原料及规格如下表所示：
实施例1
1)催化剂a的制备
S1：将229.1g联萘二酚溶于1L甲苯中，降温至0℃，在该温度下，向溶液中滴入含329.6g的三氯化磷的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液，滴完后升温至55℃搅拌2h。减压旋蒸脱除体系内的甲苯及DMF，剩余物料放置于真空干燥箱内于-0.1MpaG下50℃干燥12h，得到黄色蓬松状化合物联萘二氧基氯化磷。
S2：在N2保护下，将得到的化合物溶于1.5L四氢呋喃中，降温至0℃，向该体系中滴加1.2L浓度为1.0mol/L的新制薄荷基氯化镁，期间温度一直控制在0℃，保温搅拌反应4h，得到催化剂前驱体联萘二氧基薄荷基膦。
S3：氮气氛下，在0℃下向上述制备的前驱体溶液内滴加1.2L的0.8mol/L的苯基溴化镁，保温搅拌4h，继续在0℃下滴加200mL浓度为7％HCl稀盐酸，滴完后升温至50℃，保温反应5h。反应完毕后用3L乙醚分三次萃取上层溶液，再用3L水分三次洗涤，分出有机相，以500g无水硫酸镁干燥。产物用柱层析，洗脱剂采用二氯甲烷与甲醇混合溶剂，其中，二氯甲烷：甲醇＝4:1(DCM:MEOH＝4:1)纯化，得催化剂中间体a薄荷基苯基氧膦化合物：
NMR表征结果为：
31PNMR(162MHz,CDCl3)δ＝27.97(s)；
1HNMR(400MHz,CDCl3)7.63(dd,J＝12.0,7.4,2H),7.60(d,J＝115.0,1H),7.61-7.45(m,3H),2.47(d,J＝6.1,1H),2.05(s,1H),1.88-1.64(m,4H),1.48(s,1H),1.25(s,1H),1.20-1.05(m,2H),1.02(dd,J＝6.7,1.4,3H),0.94(dd,J＝13.1,11.6,3H),0.80(dd,J＝6.3,1.2,3H)。
S4：氮气氛下，向反应器中投入9.1g的中间体a，200mL无水四氢呋喃，再加入3.0g的草酰氯于室温下反应1h，随后降温至-80℃，在该温度下1h内向体系内加入100mL的苄基氯化镁(0.6mol/L)，继续反应4h得到薄荷基苯基苄基氧膦化合物。
S5：缓慢恢复室温，室温下1h内滴加100mL浓度为1.0mol/L的硼烷四氢呋喃溶液，室温反应8h，随后向体系内加入100mL的7％HCl溶液反应3h，反应完后用3L乙醚分三次萃取上层溶液，3L水分三次洗涤后，分离出的有机相以50g的无水硫酸镁干燥。TLC纯化,洗脱剂采用二氯甲烷与甲醇混合溶剂，其中，二氯甲烷：甲醇＝4:1(DCM:MEOH＝4:1)，得到催化剂a粗品，用乙酸乙酯重结晶得到纯化后得到催化剂a，如下式所示：
NMR表征结果为：
31PNMR(162MHz,CDCl3)δ＝25.75-25.21(broad m)；
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ＝7.59(t,J＝8.4Hz,2H),7.47-7.34(m,3H),7.14-6.99(m,3H),6.92-6.84(m,2H),3.50(dd,J＝13.6,6.8Hz,1H),3.36(t,J＝14.0Hz,1H),2.45-2.30(m,1H),2.23-2.12(m,1H),1.84-1.62(m,3H),1.57(s,2H),1.46-1.36(m,1H),1.34-1.22(m,1H),1.15-1.03(m,2H),0.96(d,J＝6.8Hz,2H),0.79(d,J＝6.8Hz,2H),0.73(d,J＝6.4Hz,2H)。
2)催化剂b的制备
S1、S2、S3同催化剂a的制备。
S4：氮气氛下，向反应器中投入9.1g的中间体a，200mL无水四氢呋喃，再加入3.0g的草酰氯于室温下反应1h，随后降温至-75℃，在该温度下2h内向体系内加入190mL的对甲基苄基氯化镁(0.5mol/L)反应3h得到薄荷基苯基对甲基苄基氧膦化合物。
S5：缓慢恢复室温，室温下3h内滴加60mL浓度为1.0mol/L的硼烷四氢呋喃溶液，室温反应10h，随后向体系内加入100mL的7％HCl溶液反应1h，反应完后用3L乙醚分三次萃取上层溶液，3L水分三次洗涤后，分离出的有机相以50g的无水硫酸镁干燥。TLC纯化(PE:DCM＝4:1)，得到催化剂b粗品，用乙酸乙酯重结晶得到纯化后得到催化剂b。
NMR表征结果为：
31PNMR(162MHz,CDCl3)δ＝25.51-25.16(broad m)；
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.61(t,J＝8.4Hz,2H),7.45-7.29(m,3H),6.88(d,J＝7.6Hz,2H),6.78(d,J＝6.8Hz,2H),3.41(dd,J＝14.0,7.2Hz,1H),3.30(t,J＝14.4Hz,1H),2.47-2.31(m,1H),2.21(s,3H),2.17-2.03(m,1H),1.86-1.57(m,4H),1.44-1.32(m,1H),1.30-1.17(m,1H),1.13-0.94(m,2H),0.90(t,J＝6.4Hz,4H),0.86(d,J＝7.2Hz,4H),0.71(d,J＝6.4Hz,3H),0.65-0.32(m,1H)。
3)催化剂c的制备
S1：将229.1g联萘二酚溶于1L甲苯中，降温至3℃，在该温度下，向溶液中滴入含219.7g的三氯化磷的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液，滴完后升温至60℃搅拌2h。减压旋蒸脱除体系内的甲苯及DMF，剩余物料放置于真空干燥箱内于-0.1MpaG下55℃干燥12h，得到黄色蓬松状化合物联萘二氧基氯化磷。
S2：在N2保护下，将得到的化合物溶于1.5L四氢呋喃中，降温至3℃，向该体系中滴加1.2L浓度为1.0mol/L的新制薄荷基氯化镁，期间温度一直控制在3℃，保温搅拌反应4h，得到催化剂前驱体联萘二氧基薄荷基膦。
S3：氮气氛下，在0℃下向上述制备的前驱体溶液内滴加1.6L的1.0mol/L的对甲基苯基溴化镁，保温搅拌4h，继续在0℃下滴加500mL浓度为7％HCl，滴完后升温至55℃，保温反应5h。反应完毕后用3L乙醚分三次萃取上层溶液，再用3L水分三次洗涤，分出有机相，以500g无水硫酸镁干燥。产物用柱层析(PE:DCM4:1)纯化，得催化剂中间体c薄荷基对甲基苯甲基氧膦化合物：
NMR表征结果为：
31PNMR(162MHz,CDCl3)δ＝28.29(s)；
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ＝7.58(t,J＝115.0,1H),7.53(dd,J＝12.4,7.8,2H),7.34(d,J＝6.3,2H),2.55-2.43(m,1H),2.43(s,3H),1.85-1.59(m,5H),1.55-1.39(m,1H),1.22(s,1H),1.15-1.00(m,2H),0.95(t,J＝8.2,3H),0.88(t,J＝12.1,4H),0.79(t,J＝10.4,3H)。
S4：氮气氛下，向反应器中投入6.8g的中间体c，200mL无水四氢呋喃，再加入20mL的草酰氯于室温下反应1h，随后降温至-75℃，在该温度下1h内向体系内加入1L浓度为0.8mol/L的乙基氯化镁反应5h得到薄荷基对苯甲基乙基氧膦化合物。
S5：缓慢恢复室温，室温下1h内滴加10mL浓度为1.0mol/L的硼烷四氢呋喃溶液，室温反应7h，随后向体系内加入100mL的7％HCl溶液反应2h，反应完后用3L乙醚分三次萃取上层溶液，3L水分三次洗涤后，分离出的有机相以50g的无水硫酸镁干燥。TLC纯化(PE:DCM＝4:1)，得到催化剂c粗品，用乙酸乙酯重结晶得到纯化后得到催化剂c。
NMR表征结果为：
31PNMR(162MHz,CDCl3)δ＝24.39-23.55(broad m)；
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ＝7.69-7.48(m,2H),7.23(d,J＝7.3Hz,2H),2.36(s,3H),2.32-2.18(m,1H),2.07-1.88(m,3H),1.78-1.60(m,2H),1.55(s,1H),1.41(dd,J＝16.0,6.7Hz,1H),1.38-1.28(m,1H),1.24(d,J＝6.1Hz,1H),1.03(dd,J＝20.2,7.6Hz,1H),0.92(dt,J＝16.7,7.6Hz,4H),0.92-0.83(m,3H),0.75(dd,J＝9.7,6.7Hz,6H)。
实施例2
(1)合成羟乙基磺酸钠
向反应器中加入300g水，加入0.68g催化剂a，向内通入SO2直至PH＝5.9，升温，待体系温度升至75℃，同时向体系中加入SO2和浓度为15.8wt％的NaOH溶液，调节SO2和NaOH进料速度分别为15.8g/min和65.5g/min，开启EO进料阀门，调节EO进料速度为11.4g/min。此阶段系统压力为0.2MpaG。调节反应器出料速度为92.7g/min，出料5h后取样，以IC外标法测得此反应转化率为99.87％，选择性为98.27％。
NMR表征结果为1H NMR(CDCl3,400MHz)δppm 4.11(t,J＝7.1Hz 2H),3.67(s,1H)，2.65(t,J＝7.1Hz,2H)。
(2)合成N-甲基牛磺酸钠
向反应器内投入上一步制备的羟乙基磺酸钠粗品溶液5562.3g，加入676.6g甲胺，升温至135℃，以N2增压至10Mpa，保温反应60min后取样，以LC检测N-甲基牛磺酸钠2319.7g，氨解反应转化率为99.57％，选择性为99.54％。
NMR表征结果为：1H NMR(400MHz,D2O)δ3.56(t,J＝7.1Hz,2H),3.25(s,3H),3.14(t,J＝7.1Hz,2H)。
以上两步反应收率为97.27％。
(3)合成N-甲基牛磺酸
取氨解反应液蒸发脱甲胺后的浓度为62.8wt％的N-甲基牛磺酸钠溶液300.4g，在80℃下滴加硫酸直至pH＝7.50，此时加入硫酸量为57.1g，以LC定量N-甲基牛磺酸为137.3g，IC定量硫酸钠为81.1g，N-甲基牛磺酸钠反应转化率为85.11％，选择性为99.02％。
NMR表征结果为：1H NMR(400MHz,D2O)δ3.55(t,J＝7.1Hz,2H),3.27(s,3H),3.12(t,J＝7.1Hz,2H)。
产物的结晶分离：
将上述中和反应后得到的溶液溶清，降温至72℃时有晶体析出，以3℃每分钟的降温速率降温，终点温度为25℃。保温搅拌1h出料，真空抽滤，15ml的水分三次淋洗后结晶分离出副产物硫酸钠58.9g。该步单程分离收率为72.63％。
(4)重制反应1
向重制1反应器内加入40wt％的氢氧化钙悬浮液185.3g，在反应器内温度小于40℃通入125.0g SO2，过滤后得到澄清亚硫酸氢钙溶液，以IC测得亚硫酸氢钙193.0g，反应转化率为99.17％，选择性为98.68％。
(5)重制反应2
取重制反应1中亚硫酸氢钙的反应液310.2g，在温度小于40℃下向体系中加入结晶分离过程得到的硫酸钠129.3g(含湿率为3.7wt％)，得到亚硫酸氢钠溶液与沉淀的硫酸钙固体沉淀。以IC法检测定量得亚硫酸氢钠98.5g，所得溶液浓度为35.6wt％亚硫酸氢钠溶液，经调整后可直接用于加成反应合成。沉淀出的硫酸钙抽滤，以50ml水洗涤滤饼两次后于180℃烘干，得硫酸钙固体163.1g。该反应转化率为99.68％，选择性为99.53％。
实施例3
(1)合成羟乙基磺酸钠
向反应器中加入300g水，加入2.27g催化剂b，向内通入SO2直至PH＝6.3，升温，待体系温度升至78℃，同时向体系中通入SO2和浓度为10.4wt％的NaOH溶液，调节SO2和NaOH进料速度分别为16.0g/min和97.8g/min，开启EO进料阀门，调节EO进料速度为11.3g/min。此阶段系统压力为0.3MpaG。调节反应器出料速度为125.1g/min，出料6h后取样，以IC外标法测得此反应转化率为98.56％，选择性为93.70％。
(2)合成N-甲基牛磺酸钠
向反应器内投入上一步制备的羟乙基磺酸钠粗品溶液5007.5g，继续加入372.9g甲胺，升温至150℃，以N2增压至12Mpa，保温反应90min后取样以LC检测N-甲基牛磺酸钠1469.5g，氨解反应转化率为99.12％，选择性为99.62％。
以上两步反应总收率为91.19％。
(3)合成N-甲基牛磺酸
取氨解反应液蒸发脱甲胺后溶液299.8g，在90℃下滴加硫酸直至pH＝7.95，此时加入硫酸量为88.6g，以LC检测N-甲基牛磺酸含量为215.0g，IC定量硫酸钠为125.8g。反应转化率为83.7％，选择性为99.21％。
产物的结晶分离：
上述中和反应后降温至有晶体开始析出，保温1h，然后以4℃每分钟的降温速率降温，终点温度为28℃。保温搅拌1h出料，抽滤分离出副产物硫酸钠。该步单程收率为70.61％。
(4)重制反应1
向重制1反应器内加入50wt％的氢氧化钙悬浮液200.0g，在反应器内通入172.9gSO2，通入气体过程中保持温度稳定在40℃。通入完毕后过滤后得到澄清亚硫酸氢钙溶液，以IC测得亚硫酸氢钙263.4g，反应转化率为98.82％，选择性为97.66％。
(5)重制反应2
取重制反应1中亚硫酸氢钙的反应液100.1g，在40℃下向体系中加入后期结晶分离过程得到的硫酸钠48.75g(含湿率为7.5wt％)，得到亚硫酸氢钠溶液与沉淀的硫酸钙固体沉淀。以IC法检测定量得亚硫酸氢钠35.1g，所得溶液浓度为36.5％亚硫酸氢钠溶液，经调整后可直接用于加成反应合成。沉淀出的硫酸钙抽滤，以50ml水洗涤滤饼两次后于180℃烘3h，得硫酸钙固体62.4g。该反应转化率为99.26％，选择性为97.32％。
实施例4
(1)合成羟乙基磺酸钠
向反应器中加入300g水，加入3.33g催化剂c，向内通入SO2直至PH＝5.0，升温，待体系温度升至82℃，同时向体系中加入SO2和浓度为21.1wt％的NaOH溶液，调节SO2和NaOH进料速度分别为21.4g/min和64.4g/min，开启EO进料阀门，调节EO进料速度为15.9g/min。此阶段系统压力以N2控制在0.7MpaG。调节反应器出料速度为101.6g/min，出料5h后取样，以IC外标法测得此反应转化率为93.82％，选择性为85.25％。
(2)合成N-甲基牛磺酸钠
向反应器内投入上一步制备的羟乙基磺酸钠粗品溶液3047.8g，加入993.7g甲胺，升温至150℃，以N2增压至12Mpa，保温反应90min后取样，以LC检测N-甲基牛磺酸钠1272.3g，氨解反应转化率为99.75％，选择性为98.96％。
以上两步反应总收率为78.95％。
(3)合成N-甲基牛磺酸
取氨解反应液蒸发脱甲胺后的浓度为61.9wt％的N-甲基牛磺酸钠溶液402.1g，在90℃下滴加硫酸直至pH＝8.30，此时加入硫酸量为70.2g，以LC定量N-甲基牛磺酸为186.3g，IC定量硫酸钠为99.7g，N-甲基牛磺酸钠反应转化率为90.71％，选择性为95.53％。
产物的结晶分离：
将上述中和反应后得到的溶液溶清，降温至71℃时有晶体析出，以4℃每分钟的降温速率降温，终点温度为25℃。保温搅拌2h出料，真空抽滤，15ml的水分三次淋洗后结晶分离出副产物硫酸钠75.2g。该步单程分离收率为75.37％。
(4)重制反应1
向重制1反应器内加入60wt％的氢氧化钙悬浮液250.1g，在反应器内35℃下通入389.0g SO2，过滤后得到澄清亚硫酸氢钙溶液，以IC测得亚硫酸氢钙345.8g，反应转化率为89.62％，选择性为94.26％。
(5)重制反应2
取重制反应1中亚硫酸氢钙的反应液100.0g，在40℃下向体系中加入结晶分离过程得到的硫酸钠25.8g(含湿率为1.90wt％)，得到亚硫酸氢钠溶液与沉淀的硫酸钙固体沉淀。以IC法检测定量得亚硫酸氢钠22.5g，所得溶液浓度为22.2wt％亚硫酸氢钠溶液，经调整后可直接用于加成反应合成。沉淀出的硫酸钙抽滤，以50ml水洗涤滤饼两次后于180℃烘干，得硫酸钙固体24.8g。该反应转化率为83.76％，选择性为96.42％。
实施例5
(1)合成羟乙基磺酸钠
向反应器中加入300g水，加入3.26g催化剂a，向内通入SO2直至PH＝5.9，升温，待体系温度升至75℃，同时向体系中加入SO2和浓度为21.1wt％的NaOH溶液，调节SO2和NaOH进料速度分别为1.6g/min和4.78g/min，开启EO进料阀门，调节EO进料速度为1.16g/min。此阶段系统压力以N2控制在0.5MpaG。调节反应器出料速度为7.55g/min，出料5h后取样，以IC外标法测得此反应转化率为99.68％，选择性为97.83％。
(2)合成N-甲基牛磺酸钠
向反应器内投入上一步制备的羟乙基磺酸钠粗品溶液3022.7g，加入1507.5g甲胺，升温至260℃，以N2增压至18Mpa，保温反应150min后取样，以LC检测N-甲基牛磺酸钠1507.5g，氨解反应转化率为99.50％，选择性为96.41％。
以上两步反应总收率为93.54％。
(3)合成N-甲基牛磺酸
取氨解反应液蒸发脱甲胺后的浓度为54.6wt％的N-甲基牛磺酸钠溶液476.5g，在85℃下滴加硫酸直至pH＝7.50，此时加入硫酸量为68.7g，以LC定量N-甲基牛磺酸为183.3g，IC定量硫酸钠为97.6g，N-甲基牛磺酸钠反应转化率为86.45％，选择性为96.44％。
产物的结晶分离：
将上述中和反应后得到的溶液升温至90℃溶清，再降温至71℃时有晶体析出，以1℃每分钟的降温速率降温，终点温度为25℃。保温搅拌2h出料，真空抽滤，15ml的水分三次淋洗后结晶分离出副产物硫酸钠71.4g。该步单程分离收率为71.56％。
(4)重制反应1
向重制1反应器内加入20wt％的氢氧化钙悬浮液300.1g，在反应器内35℃下通入108.9g SO2，过滤后得到澄清亚硫酸氢钙溶液，以IC测得亚硫酸氢钙146.2g，反应转化率为96.54％，选择性为92.54％。
(5)重制反应2
取重制反应1中亚硫酸氢钙的反应液120.1g，在60℃下向体系中加入结晶分离过程得到的硫酸钠30.8g(含湿率为2.02wt％)，得到亚硫酸氢钠溶液与沉淀的硫酸钙固体沉淀。以IC法检测定量得亚硫酸氢钠19.6g，所得溶液浓度为16.5wt％亚硫酸氢钠溶液，经调整后可直接用于加成反应合成过程。沉淀出的硫酸钙抽滤，以50ml水洗涤滤饼两次后于180℃烘干，得硫酸钙固体32.4g。该反应转化率为95.55％，选择性为92.69％。
实施例6
(1)合成羟乙基磺酸钠
向反应器中加入300g水，加入2.70g催化剂c，向内通入SO2直至PH＝6.2，升温，待体系温度升至77℃，同时向体系中加入浓度为10.1wt％的NaOH溶液3850.8g，调节SO2进料速度分别为10.0g/min进SO2共640.6g，开启EO进料阀门，调节EO进料速度为4.99g/min进料速度进料。此阶段系统压力以N2控制在0.5MpaG，当EO进料量为449.3g时，停止进料，保温反应90min。取样，以IC外标法测得此反应转化率为99.90％，选择性为96.58％。
(2)合成N-甲基牛磺酸钠
向反应器内投入上一步制备的羟乙基磺酸钠粗品溶液4940.7g，加入5394.2g甲胺，升温至255℃，以N2增压至22Mpa，保温反应120min后取样，以LC检测N-甲基牛磺酸钠1507.5g，氨解反应转化率为99.50％，选择性为91.28％。
以上两步反应总收率为87.56％。
(3)合成N-甲基牛磺酸
取氨解反应液蒸发脱甲胺后的浓度为54.89wt％的N-甲基牛磺酸钠溶液422.5g，在100℃下滴加硫酸直至pH＝8.10，此时加入硫酸量为72.6g，以LC定量N-甲基牛磺酸为174.7g，IC定量硫酸钠为103.1g，N-甲基牛磺酸钠反应转化率为90.27％，选择性为93.45％。
产物的结晶分离
将上述中和反应后得到的溶液升温至90℃溶清，再降温至65℃时有晶体析出，以2℃每分钟的降温速率降温，终点温度为23℃。保温搅拌2h出料，真空抽滤30ml的水分三次淋洗后结晶分离出副产物硫酸钠70.6g。该步单程分离收率为68.45％。
(4)重制反应1
向重制1反应器内加入20wt％的氢氧化钙悬浮液500.0g，在反应器内35℃下通入345.8g SO2，过滤后得到澄清亚硫酸氢钙溶液，以IC测得亚硫酸氢钙241.5g，反应转化率为99.25％，选择性为89.16％。
(5)重制反应2
取重制反应1中亚硫酸氢钙的反应液150.1g，在90℃下向体系中加入结晶分离过程得到的硫酸钠28.1g(含湿率为2.65wt％)，得到亚硫酸氢钠溶液与沉淀的硫酸钙固体沉淀。以IC法检测定量得亚硫酸氢钠19.1g，所得溶液浓度为16.7wt％亚硫酸氢钠溶液，经调整后可直接用于加成反应合成过程。沉淀出的硫酸钙抽滤，以50ml水洗涤滤饼两次后于180℃烘干，得硫酸钙固体28.8g。该反应转化率为92.43％，选择性为93.92％。
对比例1
参考CN106674061实施例1-3。
向反应器内加入N-甲基乙酰胺73.1g，2h内向反应器内加入50％的硫酸392.0g，升温，反应器内反应温度控制在100℃，反应18h，再向体系内加入50％亚硫酸氢氨67.4g，常压下温度控制在100℃反应12h，降温至反应器内温度＜50℃后向反应器内滴加100ml的30％双氧水，反应2h，产物经浓缩离心后得到固体106.3g，以LC检测N-甲基牛磺酸质量为86.0g。该反应转化率为68.50％，选择性为90.2％。
NMR表征结果为1H NMR(400MHz,D2O)δ3.54(t,J＝7.1Hz,2H),3.27(s,3H),3.10(t,J＝7.1Hz,2H)。
通过上述比较可以发现，本发明工艺相较于现有工艺更为简单，产物易分离纯化，反应转化率高，选择型好，合成羟乙基磺酸钠及牛磺酸钠两步总收率高，且双效催化剂同时催化两步合成反应，中间过程无需处理步骤，减少生产中的操作难度并降低生产成本。
本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。
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