способ получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2-АМИНОЭТАНСУЛЬФОНОВОЙ КИСЛОТЫ взаимодействием производного этаноламина с сульфитом натрия в водном растворе при кипячении с последующим отделением целевого продукта от минеральных солей электродиализом и его выделением, отличающийся тем, что в качестве производного этаноламина используют 2-аминоэтилсерную кислоту, электролиз проводят при рН 4,5 5,0, температуре 20 30^oС и плотности тока на первой ступени 150 200 А/м², а на второй 75 100 А/м², а выделение ведут упариванием обессоленного раствора до 1/5 исходного объема и фильтрацией.

Описание изобретения к патенту

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.

Для получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты используют либо пищевое, либо синтетическое сырье.

Известен способ получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты из петушиных гребней, включающий измельчение сырья, эстракцию в водной среде при рН 1,5-2 при 48-100^оС в течение 14-15 ч, очистку экстракта активированным углем и последующее выделение целевого продукта водой подкисленной до рН 3,5-4,0 [1] Недостатками этого способа являются: многостадийность процесса и использование пищевого сырья.

Известен лабораторный способ получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты путем взаимодействия хлорэтиламина с сульфитом натрия с последующим отделением реакционной смеси от неорганических солей (NaCl и Na₂SO₄) электролизом при 50^оС и плотности тока 450 А/м² [2] В процессе электролиза 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 участием токсичных реагентов, низкая эффективность обессоливания реакционных смесей от сульфата натрия и сравнительно высокая энергоемкость процесса электролиза.

Указанные недостатки этого способа послужили основанием для усовершенствования этого процесса.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты с использованием электролиза [2] прототип.

Предлагаемый способ позволяет использовать доступное химическое сырье 2-аминоэтилсерную кислоту и снизить энергоемкость процесса электродиализа.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что реакционную массу 2-аминоэтансульфоновой кислоты получают взаимодействием 2-аминоэтилсерной кислоты с сульфитом натрия и подвергают электродиализному обессоливанию при ступенчатом изменении плотности тока в ходе электродиализа: 1-ая ступень 150-200 А/м², 2-ая ступень 75-100 А/м², температуре 20-30^оС и поддержании рН раствора в интервале 4,5-5,0.

Для осуществления заявляемого способа реакционную массу 2-аминоэтансульфоновой кислоты, полученную в результате взаимодействия 2-аминоэтилсерной кислоты с избытком сульфита натрия при кипячении, направляют на электродиализное обессоливание. Процесс электродиализа проводят сначала при плотности тока 150-200 А/м², а при пропускании теоретически необходимого количества электричества плотность тока снижается в 2 раза до окончания процесса с поддержанием рН раствора в интервале 405-5,0 в ходе электродиализа при 20-30^оС, 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. При соблюдении указанных условий выход 2-аминоэтансульфоновой кислоты повышается с 70 до 94% считая на прореагированную 2-аминоэтилсерную кислоту, энергоемкость процесса снижается с 6,2 до 1,2 кВтч/кг, а степень обессоливания от сульфата натрия 97-98,5%

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

Рекомендуемый ступенчатый токовый режим обессоливания реакционной массы 2-аминоэтансульфоновой кислоты определялся по результатам исследования количества пропущенного электричества на скорость обессоливания неорганических солей и напряжение на аппарате. Установлено, что при пропускании теоретически необходимого количества электричества из реакционной массы удаляется 82-85% неорганических солей, а напряжение на электродиализаторе при этом достигает минимального значения. Оставшееся количество солей удаляется при резком возрастании напряжения вследствие концентрационной поляризации. Последняя наступает тем раньше, чем выше плотность тока. Поэтому для снижения энергоемкости процесса необходимо уменьшение плотности тока после пропускания теоретически необходимого количества электричества. Плотность тока на второй ступени определяется исходя из эффективности использования тока и производительности процесса. Снижение плотности тока более, чем в 2 раза нежелательно из-за низкой производительности процесса.

Нами установлено, что 2-аминоэтансульфоновая кислота при рН 4,5-5,0 (изоэлектрическая точка) существует в виде электронейтральной внутренней соли, образуемой по схеме

H _ H₃N⁺-CH₂-CH₂-SO₃ что исключает потери продукта через ионоселективные мембраны в процессе электродиализа. Однако характер диссоциации 2-аминоэтансульфоновой кислоты определяется величиной рН среды. В кислой среде электронейтральная внутренняя соль 2-аминоэтансульфоновой кислоты превращается в аммониевые катионы, а в щелочной среде анионы

H-CH₂-CH₂-SO₃

Изменение рН среды как в кислую (рН < 4,5), так и в щелочную области (рН > 5,0) должно приводить к потерям целевого продукта в процессе электродиализа. Поэтому для снижения потерь 2-аминоэтансульфоновой кислоты в процессе электродиализа целесообразно поддерживать рН реакционной массы в интервале 4,5-5,0 путем добавления раствора серной кислоты.

П р и м е р 1. В 40-литровый реактор загружают 18,5 л дистиллированной воды, 4,68 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 ч. В результате чего после самопроизвольного охлаждения раствора до 18-20^оС получают 20,5 л реакционной массы, которую порциями передают на электродиализное обессоливание.

Реакционную массу в количестве 1 л, содержащую 14,5% сульфата натрия и 3,2% сульфита натрия, подвергают электродиализному обессоливанию в многокамерном аппарате электродиализаторе фильтр-пресссного 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 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%-ный раствор сульфата натрия по замкнутому циклу.

При 20^оС через электродиализатор пропускают постоянный ток, сила которого соответствует плотности тока 150 А/м². В ходе электродиализа поддерживают постоянный объем реакционной массы и рН раствора в интервале 4,5-5,0 добавлением дистиллированной воды в количестве 0,24 л и 30%-ного раствора серной кислоты в количестве 0,02 л. При пропускании теоретически необходимого количества (12,2 Ач) для удаления неорганических солей из реакционной массы плотность тока уменьшают до 75 А/м² и продолжают вести процесс обессоливания до конечной концентрации сульфата натрия 0,5% а сульфита натрия 0,1% В процессе электродиализной очистки получают 1 л обессоленного раствора 2-аминоэтансульфоновой кислоты, из которого при атмосферном давлении отгоняют 0,8 л воды, а сконцентрированный раствор охлаждают до комнатной температуры. При этом выпавший осадок 2-аминоэтансульфоновой кислоты отфильтровывают и промывают дистиллированной водой.

Получают 105,8 г 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием основного вещества 95% Выход составляет 94,2% от теории, считая на прореагированную 2-аминоэтилсерную кислоту, энергоемкость процесса 1,2 кВтч/кг, а выход по току 94%

П р и м е р 2. Реакционную массу 2-аминоэтансульфоновой кислоты, полученную аналогично примеру 1, подвергают электродиализному обессоливанию подобно примеру 1, но при плотности тока 200 А/м² на первой ступени до пропускания теоретически необходимого количества электричества, а затем при плотности тока 100 А/м² до окончания процесса обессоливания.

В процессе электродиализной очистки получают 1,0 л обессоленного раствора 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием сульфата натрия 0,6% и сульфита натрия 0,1% Выделение целевого продукта из раствора аналогично примеру 1. Получают 105,7 г 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием основного вещества 95,2% Выход составляет 94,0% от теории, считая на прореагированную 2-аминоэтилсерную кислоту, энергоемкость процесса 2,0 кВтч/кг, а выход по току 89%

П р и м е р 3. Реакционную массу 2-аминоэтансульфоновой кислоты, полученную аналогично примеру 1, подвергают электродиализному обессоливанию подобно примеру 1, но при плотности тока 250 А/м² на первой ступени до пропускания теоретически необходимого количества электричества, а затем при плотности тока 150 А/м² до окончания процесса обессоливания без поддержания рН раствора в интервале 4,5-5,0 в ходе электродиализа.

В процессе электродиализной очистки получают 1,0 л обессоленного раствора 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием сульфата натрия 0,4% а сульфита натрия 0,1% Выделение целевого продукта из раствора аналогично примеру 1. Получают 101,0 г 2-аминоэтансульфоновой кислоты с содержанием основного вещества 94,8% Выход составляет 89,8% от теории, считая на прореагированную 2-аминоэтилсерную кислоту, энергоемкость процесса 2,5 кВтч/кг, а выход по току 83%

П р и м е р 4 (сравнительный). Реакционную массу 2-аминоэтансульфоновой кислоты, полученную аналогично примеру 1, подвергают электродиализному обессоливанию подобно примеру 1 при плотности тока 450 А/м² и температуре 30^оС. При этом выход по току составляет 70% а энергоемкость процесса 6,2 кВт.ч/кг. 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, благодаря поддержанию рН раствора вблизи изоэлектрической точки и ступенчатому токовому режиму электродиализа удалось технологический процесс получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты сделать более экономичным за счет сокращения энергозатрат, повышения выхода целевого продукта и использования в качестве сырья 2-аминоэтилсерной кислоты.

Источники информации

Заявка Японии N 61-44188, C25B 3/00, 1986.