Способ получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты

 

Cущность изобретения: продукт - 2-аминоэтансульфоновая кислота. БФ C₂H₇NO₃S, выход 90 проц., содержание основного вещества 95 проц. Реагент 1: 2-аминоэтилсерная кислота. Реагент 2: сульфат натрия. Условия реакции: в водном растворе при кипячении, с последующей корректировкой концентрации реакционной массы добавлением дистиллированной воды до достижения плотности раствора 1,24-1,26 г/см, отделением целевого продукта от минеральных солей методом электродиализа при постоянном объеме реакционной массы, температуре 20-30 град. С и плотности 1,5-2,5 А/дм до конечной суммарной концентрации солей в обессоленном растворе 0,5-0,8 проц., и выделением целевого продукта упаривается до 1/5 от исходного объема, фильтрацией выпавшего осадка и его промывкой.

Изобретение относится к органической химии, в частности, касается получения из 2-аминоэтилсерной кислоты 2-аминоэтансульфоновой кислоты, которая находит широкое применение в качестве пищевой добавки, сырья для химико-фармацевтических препаратов и других областях.

Известен лабораторный способ получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты путем взаимодействия хлорэтиламина с сульфитом натрия с последующим отделением реакционной смеси от неорганических солей (NaCl и Na₂SO₄) электродиализом при температуре 50^oC и плотности тока 4,5 А/дм² (1). В процессе электродиализа концентрация хлористого натрия в реакционной смеси снижается с 13,2% до 0,2% а сульфата натрия с 1,4% до 0,8% При этом степень обессоливания реакционной массы от хлористого натрия составляет 98,5% а от сульфата натрия 42,0% Недостатками известного способа являются сложность процесса получения промежуточного продукта хлорэтиламина, который протекает с участие токсичных реагентов, и низкая эффективность обессоливания реакционной смесей от сульфата натрия.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение процесса и улучшение его экологии.

Указанная цель в заявляемом способе достигается тем, что корректировку концентрации реакционной массы осуществляют добавлением дистиллированной воды до достижения плотности раствора 1,24-1,26 г/см³, отделение целевого продукта от минеральных солей проводят методом электродиализа при постоянном объеме реакционной массы, при температуре 20-30^oC и плотности тока 1,5-2,5 а/дм² до конечной суммарной концентрации солей в обессоленном растворе 0,5-0,8% выделение 2-аминоэтансульфоновой кислоты из обессоленного раствора проводят его упариванием до 1/5 от исходного объема, фильтрацией выпавшего при охлаждении осадка и промывкой его на фильтре захоложенной дистиллированной водой.

Для осуществления заявляемого способа реакционную массу с плотностью раствора 1,28-1,3 г/см³, полученную в результате взаимодействия 2-аминоэтилсерной кислоты с избытком сульфита натрия при кипячении в течение 27 часов, разбавляют дистиллированной водой до плотности раствора 1,24-1,26 г/см³, после чего направляют на электродиализное обессоливание до суммарной концентрации минеральных солей в обессоленном растворе 0,5-0,8% Процесс электродиализа проводят при температуре 20-30^oC, плотности тока 1,5-2,5 А/дм² и постоянном объеме реакционной массы. Обессоленный раствор 2-аминоэтансульфоновой кислоты упаривают до 1/5 исходного объема и при охлаждении, выпадающий осадок целевого продукта отфильтровывают и промывают захоложенной дистиллированной водой.

При соблюдении указанных условий выход 2-аминоэтансульфоновой кислоты составляет 88-90% от теории, считая на 2-аминоэтилсерную кислоту, выход по току 80-85% а степень обессоливания от сульфата натрия 97-98,5% Реакционная масса обессоливается от сульфата и сульфита натрия при плотности тока 1,5-2,5 А/дм². Дальнейшее повышение плотности тока нецелесообразно, так как это приводит к снижению выхода по току, а, следовательно, к увеличению расхода электроэнергии. Так, с возрастанием плотности тока с 1,5 до 4,5 А/дм² выход по току снижается с 85% до 70% а энергоемкость процесса возрастает с 1,6 кВт·ч/кг до 6,2 кВт·ч/кг.

Температура, при которой проводят процесс электродиализа в соответствии с предполагаемым изобретением, с одной стороны ограничивается стойкостью анионообменных мембран, а с другой кристаллизацией минеральных солей и целевого продукта, затрудняющей электродиализ.

Более глубокое обессоливание (суммарное содержание неорганических солей в обессоленном растворе менее 0,5%) приводит к потере целевого продукта, а при концентрации минеральных солей в обессоленном растворе более 0,8% снижает качество 2-аминоэтансульфоновой кислоты, вследствие чего требуется дополнительная перекристаллизация последней.

Перед электродиализом реакционная масса корректируется дистиллированной водой до плотности раствора 1,24-1,6 г/см³. Реакционную массу с большей плотностью 1,28-1,3 г/см³ электродиализу подвергать нецелесообразно, так как это приводит к снижению показателей процесса (выхода по веществу и по току).

В ходе электродиализа объем реакционной массы уменьшается, за счет перехода воды через мембраны, в результате чего начинается кристаллизация сульфата натрия, что делает невозможным осуществление процесса. В связи с этим требуется поддержание постоянного объема реакционного раствора путем добавления к нему дистиллированной воды.

Таким образом, благодаря сочетанию условий электродиализа и технических приемов, существенным образом отличающихся от 1, удалось применить электродиализное обессоливание для реакционных масс 2-аминоэтансульфоновой кислоты от сульфата натрия с высокой эффективностью (степень обессоливания 97-98,5% ).

Пример 1 В 40-литровый реактор загружают 18,5 л дистиллированной воды, 4,68 кг сульфита натрия безводного и перемешивают 30 мин до полного растворения. К раствору прибавляют 4,0 кг 100%-ной 2-аминоэтилсерной кислоты и нагревают реакционную массу до кипения. Реакционный раствор кипятят 27 час. В результате чего после самопроизвольного охлаждения раствора до 18-20^oC получают 20,5 л реакционной массы с плотностью раствора 1,28 г/см³. Полученную реакционную массу корректируют до плотности раствора 1,24 г/см³ добавлением дистиллированной воды в количестве 3,3 л и порциями передают на электродиализное обессоливание.

Реакционную массу с плотностью раствора 1,24 г/см³ в количестве 5 л, содержащую 14,7% сульфата натрия и 3,1% сульфита натрия, подвергают электродиализному обессоливанию в многокамерном аппарате электродиализаторе фильтр-прессного типа, состоящего из чередующихся мембран типа МА-40 и МК-40 с промежуточными рамками из паронита и сепараторами-турбулизаторами. Катодом служит пластина из нержавеющей стали марки Х18Н10Т с рабочей поверхностью 4 дм², анодом платинированный титан с той же поверхностью. Электродиализатор состоял из 8 анионообменных мембран и 7-ми катионообменных мембран, образующих 7 камер обессоливания и 8 камер концентрирования, а также двух электродных камер. Рабочая поверхность каждой мембраны 4 дм², а расстояние между 1,5 мм.

Реакционную массу 2-аминоэтансульфоновой кислоты с неорганическими солями насосом пропускают через камеры обессоливания электродиализатора с линейной скоростью 2 см/с, одновременно через камеры концентрирования и электродные камеры насосом прокачивают 0,1% раствор сульфата натрия по замкнутому циклу.

При температуре 20^oC через электродиализатор пропускают постоянный ток, сила которого соответствует плотности тока 1,5 А/дм². В ходе электродиализа поддерживают постоянный объем реакционной массы добавлением дистиллированной воды в количестве 2 л. Процесс считают законченным при достижении в обессоленном растворе концентрации сульфата натрия 0,4% а сульфита натрия 0,1% При этом выход по току составляет 85% В процессе электродиализной очистки получают 5 л обессоленного раствора 2-аминоэтансульфоновой кислоты, из которого при атмосферном давлении отгоняют 4 л воды, а сконцентрированный раствор охлаждают до комнатной температуры. При этом выпавший осадок 2-аминоэтансульфоновой кислоты отфильтровывают и промывают дистиллированной водой.

Получают 803 г 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием основного вещества 95% Выход составляет 90% от теории, считая на 2-аминоэтилсерную кислоту.

Пример 2.

Реакционную массу 2-аминоэтансульфоновой кислоты, полученную аналогично примеру 1, подвергают электродиализному обессоливанию подобно примеру 1, но при плотности тока 2,5 А/дм². При этом выход по току составляет 80% В процессе электродиализной очистки получают 5,1 л обессоленного раствора 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием сульфата натрия 0,5% и сульфита натрия 0,1% Выделение целевого продукта из раствора аналогично примеру 1. Получают 800 г 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием основного вещества 95% Выход составляет 90% от теории, считая на 2-аминоэтилсерную кислоту.

Пример 3.

Реакционную массу 2-аминоэтансульфоновой кислоты, полученную аналогично примеру 1, подвергают электродиализному обессоливанию подобно примеру 1 при температуре 30^oC. При этом выход по току составляет 84,5% В процессе электродиализной очистки получают 5,0 л обессоленного раствора 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием сульфата натрия 0,4% и сульфита натрия 0,1% Выделение целевого продукта из раствора аналогично примеру 1.

Получают 802 г 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием основного вещества 95,1% выход составляет 90% от теории, считая на 2-аминоэтилсерную кислоту.

Пример 4.

Реакционную массу 2-аминоэтансульфоновой кислоты, полученную аналогично примеру 1, с плотностью раствора 1,26 подвергают электродиализному обессоливанию подобно примеру 1. При плотности тока 2,0 А/дм² и температуре 30^oC. При этом выход по току составляет 82^oC. В процессе электродиализной очистки получают 4,9 л обессоленного раствора 2-аминоэтансульфоновой кислоты с суммарным содержанием минеральных солей 0,51% Выделение целевого продукта из раствора аналогично примеру 1.

Получают 814 г 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием основного вещества 95% Выход составляет 88% от теории, считая на 2-аминоэтилсерную кислоту.

Пример 5.

Реакционную массу 2-аминоэтансульфоновой кислоты, полученную аналогично примеру 1, подвергают электродиализному обессоливанию подобно примеру 1 при температуре 25^oC. При этом выход по токе составляет 85% В процессе электродиализном очистки получают 5 л обессоленного раствора 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием сульфата натрия 0,7% и сульфита натрия 0,1% Выделение целевого продукта из раствора аналогично примеру 1.

Получают 801 г 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием основного вещества 95,3% Выход составляет 90% от теории, считая на 2-аминоэтилсерную кислоту.

Пример 6.

Реакционную массу 2-аминоэтансульфоновой кислоты полученную аналогично примеру 1 с плотностью раствора 1,3 г/см³, подвергают элеткродиализному обессоливанию подобно примеру 1 при плотности тока 4,5 А/дм² и температуре 30^oC. При этом выход по току составляет 70% В процессе электродиализной очистки получают 5 л обессоленного раствора 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием сульфата натрия 0,7% и сульфита натрия 0,1% Выделение целевого продукта из раствора аналогично примеру 1 с отгонкой 2,5 л воды, что составляет 1/2 от первоначального объема.

Получают 623 г 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием основного вещества 95% Выход составляет 70% по теории, считая на 2-аминоэтилсерную кислоту.

Таким образом, предлагаемый способ получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты из 2-аминоэтилсерной кислоты прост в осуществлении. Позволяет исключить экологическую опасность процесса, упростить его аппаратурное оформление и выделение целевого продукта, обеспечив при этом высокие показатели процесса.

Использование в качестве доступного исходного сырья 2-аминоэтилсерной кислоты в сочетании с электродиализным обессоливанием реакционной массы от сульфата натрия позволяет создать простую экологически чистую технологию получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты.

Формула изобретения

Способ получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты взаимодействием производного этиламина с сульфитом натрия в водном растворе при кипячении, отделением реакционной массы от минеральных солей электродиализом и выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве производного этиламина используют 2-аминоэтилсерную кислоту, перед электродиализом проводят корректировку концентрации реакционной массы путем добавления дистиллированной воды до достижения плотности раствора 1,24-1,26 г/см³, электродиализ осуществляют при постоянном объеме реакционной массы, температуре 20-З0^oС и плотности тока 1,5-2,5 А/дм² до конечной суммарной концентрации солей в обессоленном растворе 0,5-0,8% выделение целевого продукта из обессоленного раствора проводят его упариванием до 1/5 от исходного объема и фильтрацией выпавшего осадка.