一种制备n-甲基牛磺酸钠的方法
技术领域
1.本发明涉及一种制备n-甲基牛磺酸钠的方法，属于精细化工领域。
技术背景
2.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。
3.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。到目前为止，已经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。
4.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。
5.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，但仍存在原料来源有限，成本高，转化率低等问题。
技术实现要素：
6.针对现有技术中的缺陷，本发明提出一种制备n-甲基牛磺酸钠的方法，该方法原料利用率高，选择性高，反应条件温和，易操作，可控性好，是一种绿色环保的制备方法。
7.本发明是通过以下技术方案实现的：
8.本发明的合成路线如下：
[0009][0010]
本发明提供一种制备n-甲基牛磺酸钠的方法，该方法采用甲胺和羟乙基磺酸钠为
原料，在催化剂的作用下反应生成n-甲基牛磺酸钠。
[0011]
本发明中，甲胺与羟乙基磺酸钠的摩尔比为1～10：1，优选1～3：1，更优选1～2：1；
[0012]
本发明中，反应在溶剂中进行，所述溶剂优选为水，溶剂占反应物总质量的40～80wt％，优选50～80wt％，更优选60～80wt％。
[0013]
本发明中，反应温度为-5℃-50℃，优选为：10℃-50℃，更优选25℃～45℃。
[0014]
本发明中，反应时间为60～300min，优选120～300min，更优选120～240min。
[0015]
本发明中，反应压力为0.1～8.0mpag，优选0.1～5.0mpag，更优选0.1～3.0mpag。
[0016]
本发明中，催化剂为v2o
5-wo3/tio2复合催化剂，催化剂的加入量为羟乙基磺酸钠质量的0.1～5.0wt％，优选为0.1～2.0wt％，更优选为0.1～1.0wt％。
[0017]
所述催化剂中，wo3与v2o5的质量比优选为7.5～9.5:1。
[0018]
在本发明的一些优选实施例中，催化剂为v2o
5-wo3/tio2，可购买市售产品或自制，在一些优选实施例中，
[0019]
所述催化剂制备方法如下：
[0020]
将一定量的偏钒酸铵溶解于草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加一定量的tio2粉末，充分搅拌，室温静置24～48h，减压过滤，以20ml去离子水洗涤滤饼3～5次后，置于烘箱80～100℃干燥10～15h，随后放置于马弗炉中，以2～5℃/min的升温速率由室温升至250～300℃，恒温1～5h，再以2～5℃/min的速率升温到500～600℃，恒温3～8h，待冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o5/tio2粉体。
[0021]
将一定量的钨酸铵溶解于草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加入v2o5/tio2粉体，充分搅拌，室温静置24～48h，烘箱80～100℃干燥10～15h，随后放置于马弗炉中，以2～5℃/min的升温速率由室温升至250～300℃，恒温1～5h，再以2～5℃/min的速率升温到500～600℃，恒温3～8h，冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o
5-wo3/tio2催化剂。
[0022]
优选的，m(wo3):m(v2o5)＝7.5～9.5:1
[0023]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0024]
本发明的合成方法可以提高原料利用率，选择性高，反应条件温和，产物易分离提纯，操作简单，可控性好，是一种绿色环保的制备方法。而且，本发明选用的原料成本较低，可大大降低工业化成本，便于推广。
具体实施方式：
[0025]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0026]
以下实施例中采用下列手段检测分析选择性和转化率：
[0027]
本发明工艺中产物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。
[0028]
核磁共振仪型号为bruke 400。
[0029]
实施例1
[0030]
催化剂a的制备：
[0031]
将10.0g偏钒酸铵溶解于50ml的4.5wt％草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加3.0g的tio2粉末，充分搅拌，室温静置24h，减压过滤，以20ml去离子水洗涤滤饼3次后，置于烘箱90℃干燥12h，随后放置于马弗炉中，以3℃/min的升温速率由室温升至280℃，恒温3h，再以3℃/min的速率达到550℃，恒温4h，待冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o5/tio2粉体。
[0032]
将15.0g的钨酸铵溶解于50ml的4.5wt％草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加入3.0g的v2o5/tio2粉体，充分搅拌，室温静置24h，减压过滤，以20ml去离子水洗涤滤饼3次后，置于烘箱90℃干燥10h，随后放置于马弗炉中，以3℃/min的升温速率由室温升至280℃，恒温3h，再以3℃/min的速率达到550℃，恒温4h，冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o
5-wo3/tio2催化剂。
[0033]
采用电感耦合等离子体质谱仪(icp-ms)测得催化剂中钒含量为0.22wt％，钨含量为2.61wt％。
[0034]
催化剂b的制备：
[0035]
将12.2g偏钒酸铵溶解于50ml的4.5wt％草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加5.0g的tio2粉末，充分搅拌，室温静置48h，减压过滤，以20ml去离子水洗涤滤饼4次后，置于烘箱100℃干燥10h，随后放置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率由室温升至300℃，恒温5h，再以2℃/min的速率达到600℃，恒温7h，待冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o5/tio2粉体。
[0036]
将16.5g的钨酸铵溶解于50ml的5.2wt％草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加入4.0g的v2o5/tio2粉体，充分搅拌，室温静置48h，减压过滤，以20ml去离子水洗涤滤饼3次后，置于烘箱80℃干燥15h，随后放置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率由室温升至250℃，恒温5h，再以5℃/min的速率达到500℃，恒温8h，冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o
5-wo3/tio2催化剂。
[0037]
采用电感耦合等离子体质谱仪(icp-ms)测得催化剂中钒含量为0.27wt％，钨含量为2.89wt％。
[0038]
实施例2
[0039]
向反应器内加入30.4wt％羟乙基磺酸钠溶液486.6g，加入催化剂a0.75g，n2置换，再向体系中加入甲胺34.1g，温度控制在35℃，向体系内充入n2，使得体系内压力控制在为0.2mpag，保温反应150min后降温取样，以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为152.9g。该反应转化率为96.7％，选择性为98.2％。
[0040]
1hnmr(400mhz,d2o)δ3.55(t,j＝7.1hz,2h),3.24(s,3h),3.13(t,j＝7.1hz,2h).
[0041]
实施例3
[0042]
向反应器内加入46.99wt％羟乙基磺酸钠溶液378.3g，加入催化剂a1.778g，n2置换，再向体系中加入甲胺123.0g，温度控制在35℃，向体系内充入n2，使得体系内压力控制在为7.8mpag，，保温反应285min后降温取样。
[0043]
以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为118.1g。该反应转化率为73.2％，选择性为83.4％。
[0044]
实施例4
[0045]
向反应器内加入17.39wt％羟乙基磺酸钠溶液536.7g，加入催化剂b 0.93g，n2置换，再向体系中加入甲胺39.1g，温度控制在40℃，向体系内充入n2，使得体系内压力控制在为2.5mpag，，保温反应150min后降温取样。
[0046]
以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为100.1g。该反应转化率为99.58％，选择性为99.02％。
[0047]
实施例5
[0048]
向反应器内加入37.04wt％羟乙基磺酸钠溶液1199.6g，加入催化剂a1.11g，n2置换，再向体系中加入甲胺149.1g，温度控制在10℃，向体系内充入n2，使得体系内压力在0.1mpag，保温反应100min后降温取样。
[0049]
以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为284.3g。该反应转化率为64.67％，选择性为90.93％。
[0050]
实施例6
[0051]
向反应器内加入29.0wt％羟乙基磺酸钠溶液510.9g，加入催化剂b 7.11g，n2置换，再向体系中加入甲胺295.2g，温度控制在45℃，向体系内充入n2，使得体系内压力控制在为7.5mpag，保温反应200min后降温取样。
[0052]
以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为124.6g。该反应转化率为99.58％，选择性为77.62％。
[0053]
对比例1
[0054]
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392g，升温，使反应器内反应温度控制在100℃左右，反应18h，后再向体系内加入50％亚硫酸氢氨67.4g，常压下温度控制在100℃左右反应12h，降温至反应器内温度t＜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固体，将固体放至500ml 1，2-二氯乙烷中加热回流2小时，冷却至50～60℃，加入55g碳酸氢钠，搅拌均匀后加入10ml10％氯化铵水溶液，加热回流4h，冷却至室温，离心过滤后得到n-甲基牛磺酸钠，碱性条件下滴定含量为88％，以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为99.56g。该反应转化率为68.50％，选择性为90.2％。
技术领域
1.本发明涉及一种制备n-甲基牛磺酸钠的方法，属于精细化工领域。
技术背景
2.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。
3.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。到目前为止，已经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。
4.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。
5.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，但仍存在原料来源有限，成本高，转化率低等问题。
技术实现要素：
6.针对现有技术中的缺陷，本发明提出一种制备n-甲基牛磺酸钠的方法，该方法原料利用率高，选择性高，反应条件温和，易操作，可控性好，是一种绿色环保的制备方法。
7.本发明是通过以下技术方案实现的：
8.本发明的合成路线如下：
[0009][0010]
本发明提供一种制备n-甲基牛磺酸钠的方法，该方法采用甲胺和羟乙基磺酸钠为
原料，在催化剂的作用下反应生成n-甲基牛磺酸钠。
[0011]
本发明中，甲胺与羟乙基磺酸钠的摩尔比为1～10：1，优选1～3：1，更优选1～2：1；
[0012]
本发明中，反应在溶剂中进行，所述溶剂优选为水，溶剂占反应物总质量的40～80wt％，优选50～80wt％，更优选60～80wt％。
[0013]
本发明中，反应温度为-5℃-50℃，优选为：10℃-50℃，更优选25℃～45℃。
[0014]
本发明中，反应时间为60～300min，优选120～300min，更优选120～240min。
[0015]
本发明中，反应压力为0.1～8.0mpag，优选0.1～5.0mpag，更优选0.1～3.0mpag。
[0016]
本发明中，催化剂为v2o
5-wo3/tio2复合催化剂，催化剂的加入量为羟乙基磺酸钠质量的0.1～5.0wt％，优选为0.1～2.0wt％，更优选为0.1～1.0wt％。
[0017]
所述催化剂中，wo3与v2o5的质量比优选为7.5～9.5:1。
[0018]
在本发明的一些优选实施例中，催化剂为v2o
5-wo3/tio2，可购买市售产品或自制，在一些优选实施例中，
[0019]
所述催化剂制备方法如下：
[0020]
将一定量的偏钒酸铵溶解于草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加一定量的tio2粉末，充分搅拌，室温静置24～48h，减压过滤，以20ml去离子水洗涤滤饼3～5次后，置于烘箱80～100℃干燥10～15h，随后放置于马弗炉中，以2～5℃/min的升温速率由室温升至250～300℃，恒温1～5h，再以2～5℃/min的速率升温到500～600℃，恒温3～8h，待冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o5/tio2粉体。
[0021]
将一定量的钨酸铵溶解于草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加入v2o5/tio2粉体，充分搅拌，室温静置24～48h，烘箱80～100℃干燥10～15h，随后放置于马弗炉中，以2～5℃/min的升温速率由室温升至250～300℃，恒温1～5h，再以2～5℃/min的速率升温到500～600℃，恒温3～8h，冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o
5-wo3/tio2催化剂。
[0022]
优选的，m(wo3):m(v2o5)＝7.5～9.5:1
[0023]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0024]
本发明的合成方法可以提高原料利用率，选择性高，反应条件温和，产物易分离提纯，操作简单，可控性好，是一种绿色环保的制备方法。而且，本发明选用的原料成本较低，可大大降低工业化成本，便于推广。
具体实施方式：
[0025]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0026]
以下实施例中采用下列手段检测分析选择性和转化率：
[0027]
本发明工艺中产物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。
[0028]
核磁共振仪型号为bruke 400。
[0029]
实施例1
[0030]
催化剂a的制备：
[0031]
将10.0g偏钒酸铵溶解于50ml的4.5wt％草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加3.0g的tio2粉末，充分搅拌，室温静置24h，减压过滤，以20ml去离子水洗涤滤饼3次后，置于烘箱90℃干燥12h，随后放置于马弗炉中，以3℃/min的升温速率由室温升至280℃，恒温3h，再以3℃/min的速率达到550℃，恒温4h，待冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o5/tio2粉体。
[0032]
将15.0g的钨酸铵溶解于50ml的4.5wt％草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加入3.0g的v2o5/tio2粉体，充分搅拌，室温静置24h，减压过滤，以20ml去离子水洗涤滤饼3次后，置于烘箱90℃干燥10h，随后放置于马弗炉中，以3℃/min的升温速率由室温升至280℃，恒温3h，再以3℃/min的速率达到550℃，恒温4h，冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o
5-wo3/tio2催化剂。
[0033]
采用电感耦合等离子体质谱仪(icp-ms)测得催化剂中钒含量为0.22wt％，钨含量为2.61wt％。
[0034]
催化剂b的制备：
[0035]
将12.2g偏钒酸铵溶解于50ml的4.5wt％草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加5.0g的tio2粉末，充分搅拌，室温静置48h，减压过滤，以20ml去离子水洗涤滤饼4次后，置于烘箱100℃干燥10h，随后放置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率由室温升至300℃，恒温5h，再以2℃/min的速率达到600℃，恒温7h，待冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o5/tio2粉体。
[0036]
将16.5g的钨酸铵溶解于50ml的5.2wt％草酸溶液中，搅拌直至溶解；然后加入4.0g的v2o5/tio2粉体，充分搅拌，室温静置48h，减压过滤，以20ml去离子水洗涤滤饼3次后，置于烘箱80℃干燥15h，随后放置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率由室温升至250℃，恒温5h，再以5℃/min的速率达到500℃，恒温8h，冷却后取出，研碎过筛取(80～120)目部分，即得v2o
5-wo3/tio2催化剂。
[0037]
采用电感耦合等离子体质谱仪(icp-ms)测得催化剂中钒含量为0.27wt％，钨含量为2.89wt％。
[0038]
实施例2
[0039]
向反应器内加入30.4wt％羟乙基磺酸钠溶液486.6g，加入催化剂a0.75g，n2置换，再向体系中加入甲胺34.1g，温度控制在35℃，向体系内充入n2，使得体系内压力控制在为0.2mpag，保温反应150min后降温取样，以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为152.9g。该反应转化率为96.7％，选择性为98.2％。
[0040]
1hnmr(400mhz,d2o)δ3.55(t,j＝7.1hz,2h),3.24(s,3h),3.13(t,j＝7.1hz,2h).
[0041]
实施例3
[0042]
向反应器内加入46.99wt％羟乙基磺酸钠溶液378.3g，加入催化剂a1.778g，n2置换，再向体系中加入甲胺123.0g，温度控制在35℃，向体系内充入n2，使得体系内压力控制在为7.8mpag，，保温反应285min后降温取样。
[0043]
以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为118.1g。该反应转化率为73.2％，选择性为83.4％。
[0044]
实施例4
[0045]
向反应器内加入17.39wt％羟乙基磺酸钠溶液536.7g，加入催化剂b 0.93g，n2置换，再向体系中加入甲胺39.1g，温度控制在40℃，向体系内充入n2，使得体系内压力控制在为2.5mpag，，保温反应150min后降温取样。
[0046]
以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为100.1g。该反应转化率为99.58％，选择性为99.02％。
[0047]
实施例5
[0048]
向反应器内加入37.04wt％羟乙基磺酸钠溶液1199.6g，加入催化剂a1.11g，n2置换，再向体系中加入甲胺149.1g，温度控制在10℃，向体系内充入n2，使得体系内压力在0.1mpag，保温反应100min后降温取样。
[0049]
以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为284.3g。该反应转化率为64.67％，选择性为90.93％。
[0050]
实施例6
[0051]
向反应器内加入29.0wt％羟乙基磺酸钠溶液510.9g，加入催化剂b 7.11g，n2置换，再向体系中加入甲胺295.2g，温度控制在45℃，向体系内充入n2，使得体系内压力控制在为7.5mpag，保温反应200min后降温取样。
[0052]
以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为124.6g。该反应转化率为99.58％，选择性为77.62％。
[0053]
对比例1
[0054]
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392g，升温，使反应器内反应温度控制在100℃左右，反应18h，后再向体系内加入50％亚硫酸氢氨67.4g，常压下温度控制在100℃左右反应12h，降温至反应器内温度t＜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固体，将固体放至500ml 1，2-二氯乙烷中加热回流2小时，冷却至50～60℃，加入55g碳酸氢钠，搅拌均匀后加入10ml10％氯化铵水溶液，加热回流4h，冷却至室温，离心过滤后得到n-甲基牛磺酸钠，碱性条件下滴定含量为88％，以lc检测n-甲基牛磺酸钠质量为99.56g。该反应转化率为68.50％，选择性为90.2％。
再多了解一些
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