Способ получения таурина

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физикоорганической химии Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Бондарева Ольга Михайловна Лопатик Дина Владимировна Куваева Зоя Ивановна Покровская Алина Иосифовна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси(57) Способ получения таурина, включающий один или более циклов, при котором осуществляют взаимодействие моноэтаноламина с серной кислотой, отгоняют при пониженном давлении воду, растворяют образовавшуюся 2-аминоэтилсерную кислоту в горячем водном растворе сульфита натрия или растворе сульфита натрия, приготовленном с использованием маточного раствора стадии выделения таурина предыдущего цикла, кипятят полученную смесь в течение 1 ч, затем отгоняют часть конденсата и продолжают кипячение с одновременной отгонкой конденсата до образования суспензии, отделяют осадок солей натрия от горячей водной фазы, выделяют таурин кристаллизацией при охлаждении фильтрата. Изобретение относится к способу получения серосодержащих аминокислот, а именно таурина (2-аминоэтансульфоновой кислоты) формулы 2223,Таурин и его производные находят применение в производстве лекарственных средств широкого терапевтического действия. Таурин применяется при лечении лучевых болезней, в качестве гепатотропного и кардиологического средства, для лечения дистрофии сетчатки глаз и травматических поражений глаз (капли Тауфон), при лучевой терапии онкологических больных и других заболеваниях. Таурин отличается низкой токсичностью, отсутствием нежелательных для организма побочных действий. Таурин используется как иммуностимулирующая добавка к детскому питанию. Природным источником таурина являются гидробионты - кальмары, устрицы, морские гребешки и т.п. Таурин извлекают из измельченной массы этих морских обитателей методом экстракции. Разработаны химические методы синтеза таурина. Наиболее простым и доступным является способ синтеза таурина из моноэтаноламина путем его сульфирования. Этот способ синтеза включает следующие основные стадии 10779 1 2008.06.30 1. Получение 2-аминоэтилсерной кислоты (АЭСК) при действии на моноэтаноламин концентрированной серной кислоты 222242224 Н 2 О 2. Получение таурина взаимодействием АЭСК с сульфитом натрия 222423222324 3. Выделение таурина из реакционной смеси с сульфатом натрия. Отделение таурина от сопутствующего побочного продукта натрия сульфата можно осуществить осаждением сульфат-анионов катионами кальция при использовании хлорида кальция 1. Однако при этом образуются кальция сульфат и натрия хлорид, которые,в свою очередь, необходимо удалять. В связи с тем, что в молекуле таурина одновременно содержатся аминная и карбоксильная группы, для его выделения из реакционной смеси возможно использование методов экстракции с применением в качестве экстрагентов ионоактивных веществ. Так, способность концентрированной соляной кислоты к селективному извлечению таурина из смеси продуктов реакции была использована как в лабораторной практике, так и в промышленной технологии получения таурина 2-5. Однако соляная кислота является чрезвычайно агрессивным веществом и ее использование для указанных целей недопустимо с точки зрения безопасности здоровья людей, сохранности производственного оборудования и экологии. Описано выщелачивание таурина из реакционной смеси с помощью ионной жидкости диалкилимидазола 6. Применение в качестве экстрагента ионной жидкости представляет чисто научный интерес и не может быть использовано на практике по причине дефицитности и высокой цены этих жидкостей. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения таурина путем синтеза АЭСК при взаимодействии моноэтаноламина с серной кислотой с отгонкой воды при 102-130 С при пониженном давлении. Полученную на этой стадии АЭСК подвергают обработке водным раствором сульфита натрия при кипячении в течение 20 ч с последующей упаркой реакционной смеси до остаточного объема 45-50 от первоначального и добавлением безводного натрия сульфата в количестве 1,0-3,5 моль на 1 моль АЭСК. Целевой продукт таурин извлекают из остатка экстракцией водным концентрированным раствором аммиака с последующей отгонкой аммиака и кристаллизацией таурина из водного раствора 7, прототип. Основными недостатками этого способа являются длительность процесса кипячения АЭСК в водном растворе с сульфитом натрия и применение для экстракции таурина концентрированного водного раствора аммиака. Осуществление этого способа на практике требует больших энергозатрат и серьезных мероприятий по защите обслуживающего персонала и окружающей среды от паров аммиака. Задача настоящего изобретения - упрощение способа получения и выделения таурина. Поставленная задача достигается тем, что для получения таурина применяют способ,включающий один или более циклов, при котором осуществляют взаимодействие моноэтаноламина с серной кислотой, отгоняют при пониженном давлении воду, растворяют образовавшуюся 2-аминоэтилсерную кислоту в горячем водном растворе сульфита натрия или растворе сульфита натрия, приготовленном с использованием маточного раствора стадии выделения таурина предыдущего цикла, кипятят полученную смесь в течение 1 ч,затем отгоняют часть конденсата и продолжают кипячение с одновременной отгонкой конденсата до образования суспензии, отделяют осадок солей натрия от горячей водной фазы, выделяют таурин кристаллизацией при охлаждении фильтрата. Таурин-сырец, выделенный указанным способом из реакционной смеси, содержит непрореагировавшую АЭСК и до 20-25 смеси солей натрия. После его двукратной перекристаллизации из воды получают целевой продукт фармакопейной чистоты. Маточные растворы, полученные после отделения таурина-сырца и его перекристаллизации, используют на следующем цикле. Предлагаемый способ имеет существенные технологические, экологические и энергосберегающие преимущества перед способом получения таурина по прототипу. 2 10779 1 2008.06.30 Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. В стеклянный реактор, снабженный мешалкой, термометром и капельной воронкой,загружают 20 мл воды, 105 г (1,0 моль) 93-95 -ной серной кислоты, охлаждают до 8-10 С и вводят при перемешивании 60,5 г (1,0 моль) моноэтаноламина, поддерживая температуру в реакторе не выше 30-35 С. По окончании введения моноэтаноламина реакционную смесь перемешивают 0,5 ч, одновременно снижая давление до 25 мм рт.ст. с помощью водоструйного насоса. Температуру в бане постепенно повышают до 120-125 С, отгоняют 40 мл воды при энергичном перемешивании и получают АЭСК в виде сыпучего белого порошка. Выход АЭСК 138 г (98 от теории). Полученную АЭСК растворяют в предварительно приготовленном горячем растворе 146 г (1,1 моль) сульфита натрия в 600 мл воды. Раствор нагревают при слабом кипении в течение 1 ч с обратным холодильником, затем за 0,5 ч отгоняют с прямым холодильником 70 мл конденсата, кипятят еще 4 ч, одновременно упаривая реакционную смесь путем частичной отгонки 300 мл конденсата, после чего отключают обогрев. В результате образуется суспензия, в которой продукты реакции, подлежащие разделению, находятся в разных фазах натрия сульфат с примесью натрия сульфита - в осадке, а таурин - в растворе. Из горячей суспензии отфильтровывают осадок, а фильтрат оставляют при комнатной температуре и перемешивании для кристаллизации таурина. Выпавший осадок отфильтровывают и выделяют 60 г таурина-сырца, содержащего до 25 непрореагировавшей АЭСК. Продукт подвергают 2-кратной перекристаллизации из воды и получают 20 г таурина со степенью чистоты не менее 98,5 . Маточные растворы, образовавшиеся после отделения тауринасырца и после перекристаллизации, направляют для приготовления раствора натрия сульфита на следующий цикл. Таурин после перекристаллизации из воды представляет собой кристаллический продукт белого цвета, без запаха, с температурой плавления 321-323 С. Данные ИК спектроскопии и элементного анализа подтверждают идентичность продукта 2-аминоэтансульфоновой кислоте - 273. Примеры 2-9. Способ осуществляют аналогично описанному в примере 1 с тем отличием, что вместо воды для растворения натрия сульфита и АЭСК используют маточные растворы из предыдущего цикла. Условия получения, выделения таурина и его выход приведены в таблице. Пример 10 (переработка маточных растворов). К объединенным маточным растворам в объеме 700 мл, полученным из синтеза по примеру 9, добавляют 0,2 моля натрия сульфита и подвергают нагреванию при слабом кипении в течение 6 ч. Дальнейшую обработку осуществляют, как описано в примерах 1-9. Выпавший осадок таурина-сырца отделяют фильтрованием и после перекристаллизации получают дополнительное количество продукта (таблица). Маточные растворы в объеме 200 мл, полученные после перекристаллизации таурина-сырца, направляют на новый синтез, а маточный раствор (250-300 мл) после отделения таурина-сырца не подлежит утилизации и направляется в отход. Пример 11 (по прототипу). В стеклянный реактор, снабженный мешалкой, термометром и капельной воронкой,загружают 60 мл (61,1 г, 1,0 моль) моноэтаноламина, охлаждают до 8-10 С и вводят при перемешивании 58 мл (104 г, 1,0 моль) 95 -ной серной кислоты, поддерживая температуру в реакторе не выше 30-35 С. По окончании введения серной кислоты реакционную смесь перемешивают 0,5 ч, заменяют капельную воронку на холодильник с приемником и создают в системе вакуум (5 мм рт.ст.) с помощью водоструйного насоса. Реакционную массу постепенно нагревают до температуры 120-125 С и отгоняют теоретическое количество воды (21 мл). Через 2,5-3 ч отгонку прекращают, а реакционная смесь превращается в твердую белую массу. Степень конверсии, определенная формольным титрованием пробы, составляет 95-97 . Полученный продукт растворяют в 300 мл 30 -ного водного спирта и оставляют для кристаллизации. Выпавший осадок отфильтровывают и сушат при 60 С. Получают 123 г АЭСК со степенью чистоты 100 . Выход 87 . 3 10779 1 2008.06.30 Условия получения и выход таурина Загрузка исходных соединений,мольпримера Объем реакционной среды для растворения 23, мл Примечание маточник-1 - маточный раствор после отделения таурина-сырца маточник-2 - маточный раствор после перекристаллизации таурина. 10779 1 2008.06.30 Раствор, содержащий 56,4 г (0,4 моль) полученной АЭСК и 60 г (0,48 моль) сульфита натрия в 250 мл воды, нагревают при слабом кипении в течение 20 ч. Из реакционной смеси отгоняют 150 мл воды, к остатку добавляют концентрированную серную кислоту до рН 2,0, перемешивают при 60-70 С до прекращения выделения сернистого газа, который поглощают раствором щелочи. К остатку добавляют 200 г (1,4 моль) безводного натрия сульфата, перемешивают до образования сыпучей массы, к которой добавляют 150 мл 25 -ного водного аммиака, и перемешивают 3 ч. Осадок отфильтровывают, еще раз обрабатывают 150 мл водного аммиака и вновь отфильтровывают. Аммиачные экстракты объединяют вместе, нагревают и отгоняют сначала аммиак, который поглощают водой,затем 160 мл воды. Сконцентрированный раствор охлаждают и оставляют для кристаллизации. Выпавший осадок отфильтровывают, сушат и получают 42 г таурина со степенью чистоты 95 . Выход 80 . К маточнику добавляют 300 мл 85 -ного спирта, выпавший осадок отделяют, сушат и получают 17 г продукта, содержащего 56 таурина. Полученный продукт направляют на следующий цикл на стадию экстракции аммиаком. Таким образом, предлагаемый способ получения таурина имеет следующие преимущества по сравнению со способом получения таурина по прототипу Значительное сокращение продолжительности процесса получения таурина - продолжительность стадии кипячения и отгонки конденсата по прототипу составляет более 20 ч,тогда как по предлагаемому изобретению - 4,0-5,5 ч. Непосредственное выделение целевого продукта кристаллизацией из водного раствора вместо стадии экстракции таурина аммиаком с последующей его отгонкой. Экономия энергоресурсов за счет сокращения продолжительности стадий, протекающих при нагревании. Уменьшение расходов на исходное сырье вследствие отказа от использования водного аммиака для экстракции, серной кислоты для подкисления реакционной смеси, безводного натрия сульфата для ее обезвоживания, а также спирта для перекристаллизации АЭСК и осаждения продуктов реакции из маточных растворов. Сокращение количества жидких, не подлежащих утилизации отходов производства. Маточные растворы после отделения продуктов направляются на следующий цикл. Улучшение условий труда и экологической безопасности для окружающей среды. Источники информации 1.., . . . ., 1955. - . 945-946. 2. . . ., 1943. . 1. - . 4-5. 3. СССР 1370948, 1996. 4.,, . . ., 1947. - . 39. -7. - . 906-909. 5. Синтезы органических препаратов Сб. 2. - М., 1948. - С. 441-443. 6.,.. - 2004. . 35. -2. - . 153-159. . . - . 141 123870. 7. Патент РБ 6123, , 2004. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.