一种无溶剂体系中芳磺基甜菜碱的合成方法与流程

本发明涉及一种无溶剂体系中芳磺基甜菜碱的合成方法，属于有机化合物合成技术领域。

背景技术：

直链烷基苯磺酸钠作为洗涤剂中的主表面活性剂，具有抗硬水性差的缺点。而芳磺基甜菜碱如烷基二甲基苄磺基甜菜碱除了良好的洗涤能力以外，还具有优秀的分散钙皂的能力。将烷基二甲基苄磺基甜菜碱作为钙皂分散剂加入到洗涤剂的配方中，可以显著地提高该配方的抗硬水能力。具有较高克拉夫特点的十二或十四烷基二甲基苄磺基甜菜碱可用于粉状洗涤剂的配方中；而辛基或癸基二甲基苄磺基甜菜碱等克拉夫特点稍低的产品则可用于液体洗涤剂的配方中。

磺基甜菜碱的传统合成方法是先将环氧氯丙烷经磺化得到中间体3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠，再将3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠与长链烷基叔胺进行季铵化反应，从而得到烷基二甲基羟丙磺基甜菜碱。或者用N-甲基苄基胺与氯乙基磺酸钠反应，制得N-甲基-N-苄基牛磺酸钠，再进一步与溴代烷进行季铵化反应。上述反应均合成工艺复杂，原料价格昂贵。而以本发明的方法，先以烷基二甲基叔胺与氯化苄等化学计量比反应合成烷基二甲基苄基氯化铵，再将烷基二甲基苄基氯化铵与氯磺酸反应，制备得到烷基二甲基苄磺基甜菜碱。本发明方法无需溶剂、生产成本低、且烷基二甲基苄磺基甜菜碱的收率可达到98％以上。

本发明中使用的烷基二甲基苄基氯化铵的合成一般采用氯代烷经胺化再苄基化的路线，但是由于单氯代烷的合成复杂且生产成本高，限制了生产的发展和应用。国外以醇水溶液为溶剂，通过烷基二甲基叔胺与氯化苄反应，78-90℃下制备烷基二甲基苄基氯化铵，烷基二甲基胺与氯化苄的质量比为1.57-1.81∶1，反应物残留高；而用烷基苄基氯化铵合成苄磺基甜菜碱时，是以1,2-二氯乙烷作溶剂与高过量的氯磺酸直接混合反应合成苄磺基甜菜碱。以上反应的缺陷在于，对于间歇式反应而言，溶剂法会大大降低生产效率。

技术实现要素：

要解决的技术问题

本发明针对现有烷基二甲基苄磺基甜菜碱合成工艺中存在的大量使用有机溶剂和反应物高比例过量，以致生产成本高，环境危害大的缺点，提供了一种节能，环保，纯度高的无溶剂烷基二甲基苄磺基甜菜碱的合成方法。

技术方案

本发明方法是通过下述技术方案实现的：

(1)烷基二甲基苄基氯化铵的制备：将烷基二甲基叔胺置于带夹套的反应器中，氯化苄则置于储液罐中，将反应物加热到反应温度后，在搅拌下1小时内匀速加入氯化苄，至氯化苄全部加完后，继续搅拌反应0.5-1小时，反应结束后，冷却并抽滤得到烷基二甲基苄基氯化铵；

(2)烷基二甲基苄磺基甜菜碱的制备：将氯磺酸置于带夹套的反应器中，将步骤1中所制得的烷基二甲基苄基氯化铵置于料斗中。将反应物加热到反应温度后，开启搅拌并以表压0.2MPa，10m/s通入干燥空气，在0.5小时内匀速加入总计量50％的烷基二甲基苄基氯化铵后，继续搅拌反应0.5小时，在0.5小时内匀速加入剩余50％的烷基二甲基苄基氯化铵，加毕在50℃下搅拌老化8-10小时；升温至70℃，在2000-2500r/min对反应产物离心分离15-20分钟，回收残余的氯磺酸以循环使用；最后用20wt.％氢氧化钠溶液室温下中和反应体系至pH 7-8(优选7.5)，弃去水层，得到烷基二甲基苄磺基甜菜碱。

合成反应方程式如下：

所述的烷基二甲基苄磺基甜菜碱中的烷基为辛烷基、癸烷基、十二烷基或上述各烷基链的混合物。

所述制备烷基二甲基苄基氯化铵过程中，反应温度为50-60℃；优选60℃。

所述的烷基二甲基叔胺与氯化苄的摩尔比为0.98-1.02:1；优选等化学计量比，即摩尔比为1:1。

所述的烷基二甲基苄基氯化铵与氯磺酸的摩尔比为1:1-1.05；优选摩尔比为1:1。

所述制备烷基二甲基苄磺基甜菜碱过程中，所述的搅拌器为行星式搅拌器。

所述制备烷基二甲基苄磺基甜菜碱过程中，反应温度为50-70℃；优选60℃。

所述制备烷基二甲基苄磺基甜菜碱过程中，若反应温度为50℃，则在第二次加料后，继续反应2.5小时；若反应温度为70℃，则反应0.5小时；优选反应温度60℃，继续反应1.5小时；而离心分离时物料温度保持在70-75℃，优选72℃。

有益效果

本发明先通过烷基二甲基叔胺与氯化苄以等化学计量比在较低温度下反应，生成中间产物烷基二甲基苄基氯化铵，再将烷基二甲基苄基氯化铵逐步加入氯磺酸中反应，加上行星式搅拌器的高效分散和少量干燥空气的稀释，使得反应物料分散、传质均匀；反应结束后再离心分离出过量的氯磺酸以循环使用，中和提纯后得到高纯度的烷基二甲基苄磺基甜菜碱。该合成路线无需使用溶剂，产物产率及纯度高，且残余的少量氯磺酸在体系温度为70℃下可以离心回收使用。

本发明采用烷基二甲基叔胺为原料，无溶剂季铵化生产烷基二甲基苄基氯化铵中间体；烷基二甲基苄基氯化铵中间体经磺化生产烷基二甲基苄磺基甜菜碱的生产技术，实现烷基二甲基苄基氯化铵高效定向转化的磺化技术。该合成路线无需使用溶剂，产物产率及纯度高，降低了生产成本，且减少了对环境的危害。本发明为不具备膜式磺化条件的制造商提供了一种间歇釜中高收率合成烷基二甲基苄磺基甜菜碱的方法。

附图说明

图1合成反应方程式；

图2十二烷基二甲基苄磺基甜菜碱的¹HNMR图；

图3十二烷基二甲基苄磺基甜菜碱的正离子模式质谱图；

图4十二烷基二甲基苄磺基甜菜碱的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的描述。

实施例一：

(1)十二烷基二甲基苄基氯化铵的制备：将78公斤十二烷基二甲基叔胺置于带夹套的反应器中，46.5公斤氯化苄则置于储液罐中，将反应物加热到60℃后，在搅拌下1小时内匀速加入氯化苄，至氯化苄全部加完后，继续搅拌反应0.5h，反应结束后，冷却并抽滤得到十二烷基二甲基苄基氯化铵；

(2)十二烷基二甲基苄磺基甜菜碱的制备：将42.7公斤氯磺酸置于带夹套的反应器中，步骤1中所制得的十二烷基二甲基苄基氯化铵置于料斗中，将反应物加热到50℃后，开启行星式搅拌器并以表压0.2MPa，10m/s通入干燥空气，在0.5小时内匀速加入50％的十二烷基二甲基苄基氯化铵后，继续反应0.5小时，在0.5小时内匀速加入剩下50％的十二烷基二甲基苄基氯化铵，待十二烷基二甲基苄基氯化铵全部加完后，继续反应2.5小时后，并在50℃下老化10小时；反应结束后，升温至75℃，在2500r/min对反应产物离心分离15分钟，用来回收残余的氯磺酸；最后用20wt.％氢氧化钠溶液中和体系pH至7.2，弃去水层，得到十二烷基二甲基苄磺基甜菜碱，产物收率98.74％。

十二烷基二甲基苄磺基甜菜碱的¹HNMR图见图2，正离子模式质谱图见图3，红外光谱图见图4。

图2各峰相对积分值基本与各峰理论氢原子数相吻合，各峰化学位移及相对积分值见表1，其中δ＝2.50ppm为DMSO溶剂峰，δ＝3.34ppm为水峰。

表1十二烷基二甲基苄磺基甜菜碱¹HNMR谱图分析表

图3各主要离子峰分析见表2；其中十二烷基二甲基苄磺基甜菜碱的摩尔质量M＝383g/mol。

表2十二烷基二甲基苄磺基甜菜碱正离子模式质谱图分析表

图4:1196cm^-1处的吸收峰是C-N伸缩振动峰；1117cm^-1处的吸收峰是S＝O反对称伸缩振动峰；1038cm^-1处的吸收峰是S＝O对称伸缩振动峰；806cm^-1处的吸收峰是苯环对位取代吸收峰；621cm^-1处的吸收峰是S-O伸缩振动吸收峰。由此可证实产物为苯环上对位取代的磺化产物。

实施例二

(1)癸基二甲基苄基氯化铵的制备：将73公斤癸基二甲基叔胺置于带夹套的反应器中，50公斤氯化苄则置于储液罐中，将反应物加热到60℃后，在搅拌下1小时内匀速加入氯化苄，至氯化苄全部加完后，继续搅拌反应1h，反应结束后，冷却并抽滤得到癸基二甲基苄基氯化铵；

(2)癸基二甲基苄磺基甜菜碱的制备：将46公斤氯磺酸置于带夹套的反应器中，步骤1中所制得的癸基二甲基苄基氯化铵置于料斗中，将反应物加热到60℃后，开启行星式搅拌器并以表压0.2MPa，10m/s通入干燥空气，在0.5小时内匀速加入50％的癸基二甲基苄基氯化铵后，继续反应0.5小时，在0.5小时内匀速加入剩下50％的癸基二甲基苄基氯化铵，待癸基二甲基苄基氯化铵全部加完后，继续反应1.5小时后，并在50℃下老化8-10小时；反应结束后，升温至72℃，在2000-2500r/min对反应产物离心分离15-20分钟，用来回收残余的氯磺酸；最后用20wt.％氢氧化钠溶液中和pH至7.8，弃去水层，得到癸基二甲基苄磺基甜菜碱，产物收率99.24％。

实施例三

(1)辛癸基二甲基苄基氯化铵的制备：将68公斤辛癸基二甲基叔胺(30wt.％辛基)置于带夹套的反应器中，49公斤氯化苄则置于储液罐中，将反应物加热到60℃后，在搅拌下1小时内匀速加入氯化苄，至氯化苄全部加完后，继续搅拌反应1h，反应结束后，冷却并抽滤得到辛癸基二甲基苄基氯化铵；

(2)辛癸基二甲基苄磺基甜菜碱的制备：将45公斤氯磺酸置于带夹套的反应器中，步骤1中所制得的辛癸基二甲基苄基氯化铵置于料斗中，将反应物加热到70℃后，开启行星式搅拌器并以表压0.2MPa，10m/s通入干燥空气，在0.5小时内匀速加入50％的辛癸基二甲基苄基氯化铵后，继续反应0.5小时，在0.5小时内匀速加入剩下50％的辛癸基二甲基苄基氯化铵，待辛癸基二甲基苄基氯化铵全部加完后，继续反应0.5小时后，并在50℃下老化8-10小时；反应结束后，升温至70℃，在2000-2500r/min对反应产物离心分离15-20分钟，用来回收残余的氯磺酸；最后用20wt.％氢氧化钠溶液中和pH至7.4，弃去水层，得到辛癸基二甲基苄磺基甜菜碱，产物收率98.55％。

实施例四

(1)十二烷基二甲基苄基氯化铵的制备：将78公斤十二烷基二甲基叔胺置于带夹套的反应器中，46.5公斤氯化苄则置于储液罐中，将反应物加热到50℃后，在搅拌下1小时内匀速加入氯化苄，至氯化苄全部加完后，继续搅拌反应1h，反应结束后，冷却并抽滤得到十二烷基二甲基苄基氯化铵；

(2)十二烷基二甲基苄磺基甜菜碱的制备：将44.7公斤氯磺酸置于带夹套的反应器中，步骤1中所制得的十二烷基二甲基苄基氯化铵置于料斗中，将反应物加热到60℃后，开启行星式搅拌器并以表压0.2MPa，10m/s通入干燥空气，在0.5小时内匀速加入50％的十二烷基二甲基苄基氯化铵后，继续反应0.5小时，在0.5小时内匀速加入剩下50％的十二烷基二甲基苄基氯化铵，待十二烷基二甲基苄基氯化铵全部加完后，继续反应1.5小时后，并在50℃下老化8-10小时；反应结束后，升温至70℃，在2000-2500r/min对反应产物离心分离15-20分钟，用来回收残余的氯磺酸；最后用20wt.％氢氧化钠溶液中和pH至7.6，弃去水层，得到十二烷基二甲基苄磺基甜菜碱，产物收率98.01％。

实施例五

(1)辛癸基二甲基苄基氯化铵的制备：将35公斤辛癸基二甲基叔胺(50wt.％辛基)置于带夹套的反应器中，26.1公斤氯化苄则置于储液罐中，将反应物加热到60℃后，在搅拌下1小时内匀速加入氯化苄，至氯化苄全部加完后，继续搅拌反应0.5h，反应结束后，冷却并抽滤得到辛癸基二甲基苄基氯化铵；

(2)辛癸基二甲基苄磺基甜菜碱的制备：将24公斤氯磺酸置于带夹套的反应器中，步骤1中所制得的辛癸基二甲基苄基氯化铵置于料斗中，将反应物加热到60℃后，开启行星式搅拌器并以表压0.2MPa，10m/s通入干燥空气，在0.5小时内匀速加入50％的辛癸基二甲基苄基氯化铵后，继续反应0.5小时，在0.5小时内匀速加入剩下50％的辛癸基二甲基苄基氯化铵，待辛癸基二甲基苄基氯化铵全部加完后，继续反应1.5小时后，并在50℃下老化8-10小时；反应结束后，升温至70℃，在2000-2500r/min对反应产物离心分离15-20分钟，用来回收残余的氯磺酸；最后用20wt.％氢氧化钠溶液中和pH至7.8，弃去水层，得到辛癸基二甲基苄磺基甜菜碱，产物收率99.74％。

实施例六

(1)辛基二甲基苄基氯化铵的制备：将28公斤辛基二甲基叔胺置于带夹套的反应器中22.6公斤氯化苄则置于储液罐中，将反应物加热到50℃后，在搅拌下1小时内匀速加入氯化苄，至氯化苄全部加完后，继续搅拌反应1h，反应结束后，冷却并抽滤得到辛基二甲基苄基氯化铵；

(2)辛基二甲基苄磺基甜菜碱的制备：将20.8公斤氯磺酸置于带夹套的反应器中，步骤1中所制得的辛基二甲基苄基氯化铵置于料斗中，将反应物加热到50℃后，开启行星式搅拌器并以表压0.2MPa，10m/s通入干燥空气，在0.5小时内匀速加入50％的辛基二甲基苄基氯化铵后，继续反应0.5小时，在0.5小时内匀速加入剩下50％的辛基二甲基苄基氯化铵，待辛基二甲基苄基氯化铵全部加完后，继续反应2.5小时后，并在50℃下老化8-10小时；反应结束后，升温至70℃，在2000-2500r/min对反应产物离心分离15-20分钟，用来回收残余的氯磺酸；最后用20wt.％氢氧化钠溶液中和pH至7.0，弃去水层，得到辛基二甲基苄磺基甜菜碱，产物收率99.17％。

实施例七

(1)癸基二甲基苄基氯化铵的制备：将37公斤癸基二甲基叔胺置于带夹套的反应器中，25.5公斤氯化苄则置于储液罐中，将反应物加热到50℃后，在搅拌下1小时内匀速加入氯化苄，至氯化苄全部加完后，继续搅拌反应0.5h，反应结束后，冷却并抽滤得到癸基二甲基苄基氯化铵；

(2)癸基二甲基苄磺基甜菜碱的制备：将23.3公斤氯磺酸置于带夹套的反应器中，步骤1中所制得的癸基二甲基苄基氯化铵置于料斗中，将反应物加热到70℃后，开启行星式搅拌器并以表压0.2MPa，10m/s通入干燥空气，在0.5小时内匀速加入50％的癸基二甲基苄基氯化铵后，继续反应0.5小时，在0.5小时内匀速加入剩下50％的癸基二甲基苄基氯化铵，待癸基二甲基苄基氯化铵全部加完后，继续反应0.5小时后，并在50℃下老化8-10小时；反应结束后，升温至70℃，在2000-2500r/min对反应产物离心分离15-20分钟，用来回收残余的氯磺酸；最后用20wt.％氢氧化钠溶液中和pH至7.0，弃去水层，得到癸基二甲基苄磺基甜菜碱，产物收率99.08％。