Способ получения таурина

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ(72) Авторы Солдатов Владимир Сергеевич Куваева Зоя Ивановна Лопатик Дина Владимировна Бондарева Ольга Михайловна Прокопович Инна Петровна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ(57) Способ получения таурина, включающий взаимодействие моноэтаноламина с серной кислотой, отгонку воды, выделение и очистку образовавшейся 2-аминоэтилсерной кислоты, обработку последней сульфитом натрия при кипячении в воде, упарку реакционной смеси, экстракцию целевого продукта, отгонку экстрагента и выделение полученного таурина, отличающийся тем, что отгонку воды осуществляют при пониженном давлении,упарку проводят до остаточного объема 45-50 от первоначального и затем добавляют безводный сульфат натрия в количестве 1,0-3,5 моль на 1 моль 2-аминоэтилсерной кислоты, экстракцию проводят концентрированным водным аммиаком, а выделение полученного таурина осуществляют кристаллизацией из водного раствора. Изобретение относится к способу получения серосодержащих аминокислот, а именно,2-аминоэтансульфоновой кислоты или таурина формулы 2223. Таурин и его производные находят применение в производстве лекарственных средств широкого терапевтического действия. Таурин применяется при лечении хронических лучевых болезней и гепатолитических больных, в качестве кардиологического средства, для 6123 1 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 натурального таурина являются гидробионты - кальмары,устрицы, морские гребешки и т.п. Таурин извлекают из измельченной массы этих морских гидробионтов 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 1. Получение 2-аминоэтилсерной кислоты (АЭСК) при действии на моноэтаноламин концентрированной серной кислоты 222242224 Н 2 О . 2. Получение таурина при взаимодейстии АЭСК с сульфитом натрия 222423222324 . 3. Выделение таурина из реакционной смеси с сульфатом натрия. Отделение таурина от сопутствующего побочного продукта натрия сульфата можно осуществлять осаждением сульфат-анионов хлористым кальцием 2. Однако при этом образуются кальция сульфат и натрия хлорид, которые в свою очередь необходимо удалять. Способность концентрированной соляной кислоты селективно растворять таурин была положена в основу способа выделения таурина из смеси продуктов реакции как в лабораторной практике 1,4,5, так и в промышленной технологии получения таурина 3. 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 и атмосферном давлении и перекристаллизацией из 28-32 -ного спирта. Полученную АЭСК подвергают обработке в водном растворе сульфитом натрия при кипячении в течение 20-25 час с последующим упариванием воды досуха. Целевой продукт извлекают из остатка экстракцией концетрированной соляной кислотой при кипячении с одновременной отпаркой и абсорбцией газообразного хлористого водорода, отгонкой разбавленной соляной кислоты и осаждением таурина из концентрированного раствора 88-92 -ным спиртом. Выход таурина составляет 88-92 при содержании основного вещества 953 (прототип). Основными недостатками этого способа являются длительность отгонки воды при атмосферном давлении на стадии получения АЭСК и применение кипящей концентрированной соляной кислоты в качестве экстрагента таурина. Это требует применения специальной аппаратуры и серьезных мероприятий по защите обслуживающего персонала и окружающей среды. Задача настоящего изобретения - упрощение способа получения и выделения таурина. Поставленная задача достигается тем, что для получения таурина применяют способ,включающий взаимодействие моноэтаноламина с серной кислотой, отгонку воды, выделение и очистку образовавшейся АЭСК, обработку последней сульфитом натрия при кипячении в воде, упарку реакционной смеси, экстракцию целевого продукта, отгонку экстрагента и выделение полученного таурина, при этом отгонку воды осуществляют при пониженном давлении, упарку проводят до остаточного объема 45-50 от первоначального и затем добавляют безводный сульфат натрия в количестве 1,0-3,5 моль на 1 моль АЭСК, экстракцию проводят концентрированным водным аммиаком и выделение полученного таурина осуществляют кристаллизацией из водного раствора. Проведение на 1-ой стадии отгонки воды при пониженном давлении существенно сокращает продолжительность процесса и позволяет повысить степень конверсии до 952 6123 1 97 . Тогда как при атмосферном давлении полностью удалить воду чрезвычайно трудно и это требует многочасового нагревания реакционной массы. Таурин является гигроскопичным веществом и сильно сорбирует воду, что затрудняет процесс упаривания водных растворов таурина. Полнота выделения таурина из реакционной смеси с сульфатом натрия зависит от степени обезвоживания этой смеси. Введение в предварительно сконцентрированную реакционную смесь осушающего агента, в качестве которого используют безводный натрия сульфат, способный связывать воду в форме кристаллогидрата 2410 Н 2 О, позволяет обезводить смесь без нагревания и получить сыпучий твердый остаток. Перед введением безводного натрия сульфата реакционную смесь необходимо сконцентрировать до содержания сухих веществ 50-55 или упарить раствор до 40-45 от первоначального объема. Количество осушающего агента должно составлять 1,0-3,5 моль 24 на 1 моль АЭСК. Использование менее 1 моля не дает эффекта и при этом получают сырую липкую смесь продуктов реакции. Введение более 3,5 молей 24 на 1 моль АЭСК нецелесообразно, так как это не приводит к повышению выхода целевого продукта. Использование по предлагаемому способу в качестве экстрагента концентрированного водного раствора аммиака вместо концентрированной соляной кислоты позволяет осуществлять процесс выделения таурина в обычной технологической аппаратуре. После осуществления экстракции получают таурин-аммиачный раствор, из которого аммиак легко удаляют при нагревании и сорбируют в воде с образованием концентрированного раствора, который направляют на следующий цикл. Проэкстрагированный из реакционной смеси таурин остается в водном растворе, из которого он может быть выделен кристаллизацией или осаждением спиртом. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. 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 отгонка прекращается, 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 . 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 . К маточнику добавляют 300 мл 85 -ного спирта, выпавший осадок отделяют, сушат и получают 17 г продукта, содержащего 56 таурина. Полученный продукт направ 3 6123 1 ляют на следующий цикл на стадию экстракции аммиаком. Общий выход таурина 98 от исходной АЭСК. Синтезированный сырой таурин перекристаллизовывают из воды и получают таурин с содержанием основного вещества 98,9 в виде белого кристаллического вещества без запаха. Температура плавления 321-323 С с разложением. Содержание азота по данным элементного анализа 11,36 , вычислено - 11,20 . Пример 2. Синтез АЭСК осуществляют аналогично описанному в примере 1. Раствор, содержащий 70 г (0,5 моль) АЭСК и 80 г (0,63 моль) сульфита натрия в 320 мл воды, кипятят 25 ч. Из реакционной смеси отгоняют 175 мл воды, к остатку, составляющему 50 от первоначального объема, добавляют серную кислоту до рН 2 и удаляют сернистый газ отгонкой. Остаток смешивают с 95 г (0,67 моль) безводного натрия сульфата и экстрагируют 300 мл 25 -ного аммиака, осадок отфильтровывают и промывают на фильтре 150 мл аммиака. Объединяют аммиачный экстракт и промывной аммиак,отгоняют газообразный аммиак и 240 мл водного конденсата и оставляют для кристаллизации. Выпавший осадок отделяют, сушат и получают 48,7 г сырого таурина с содержанием основного продукта 90 . Маточный раствор осаждают спиртом и выделяют 24,3 г осадка, содержащего 52 таурина. Общий выход 90,3 . Пример 3. Синтез АЭСК осуществляют аналогично описанному в примере 1. Синтез таурина осуществляют аналогично описанному в примере 2 с тем отличием,что экстракцию проводят без добавления безводного натрия сульфата. После удаления аммиака и отгонки водного конденсата раствор оставляют для кристаллизации. Получают 39 г липкого продукта с содержанием таурина 93,3 . Выход 58,8 . Пример 4. Синтез АЭСК осуществлют аналогично описанному в примере 1. Синтез таурина осуществляют аналогично описанному в примере 2 с тем отличием,что после упаривания раствор осаждают 150 мл 95 -ного спирта. Выделяют 65 г продукта в виде липких кристаллов, содержащих 74,4 таурина. Для очистки полученного продукта требуется дополнительная экстракция. Выход 77 . Пример 5 (по прототипу). Синтез АЭСК осуществляют аналогично описанному в примере 1 с тем отличием, что температуру реакционной массы во время введения серной кислоты поддерживают не выше 50 С, а отгонку воды проводят при атмосферном давлении, постепенно повышая температуру до 130 С. Через 3-3,5 ч отгонка практически прекращается. Полученный продукт, который при стоянии постепенно превращается в твердую белую массу, растворяют при нагревании в 250 мл 30 -ного спирта. При охлаждении выделяют 51 г АЭСК. Спиртовой маточник упаривают и вновь растворяют в спирте. Получают дополнительно 10 г кристаллов и густую сиропообразную фракцию, не смешивающуюся со спиртом. Общий выход АЭСК 56,8 . Раствор, содержащий 28,2 г (0,20 моль) полученной АЭСК и 29 г (0,23 моль) натрия сульфита в 180 мл воды, кипятят 20 ч. Реакционную смесь упаривают досуха сначала при атмосферном давлении, а затем в вакууме до получения сухого остатка. Остаток измельчают, добавляют 3,3 г (0,09 моль) натрия хлористого и 200 мл 35 -ной соляной кислоты,растворяют при нагревании и кипятят 2 ч с отгонкой хлористого водорода. По окончании нагревания раствор охлаждают, выпавший осадок отфильтровывают, маточный раствор упаривают до объема 90 мл и осаждают 400 мл 95 -ного этилового спирта при интенсивном перемешивании. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают 50 мл спирта и получают 18 г продукта, содержащего 92 таурина. Выход 66,2 . Таким образом, разработанный способ получения таурина имеет следующие преимущества по сравнению со способом получения таурина по прототипу 4 6123 1 1. Повышение выхода АЭСК на 1-ой стадии за счет применения пониженного давления при отгонке воды. 2. Упрощение процесса обезвоживания реакционной смеси на стадии выделения таурина за счет применения осушивающего агента - безводного натрия сульфата. 3. В результате замены концентрированной соляной кислоты на водный аммиак при экстракции таурина упрощается процесс регенерации экстрагента, улучшаются условия труда, не требуется применения специальной аппаратуры и процесс становится более безопасным с экологической точки зрения. 4. Производство таурина по предлагаемому способу является менее энергоемким, так как процесс экстракции ведут без нагревания. 5. Побочный продукт производства - натрия сульфат после прокаливания используется в качестве обезвоживающего средства на стадии экстракции таурина из реакционной смеси. Источники информации 1.А.А. . . . - 1943. - . 1. - . 4-5. 2.., . . . . - 1955. - . 945-946. 3. СССР 1370948, 1996. 4.,, . . . - 1947. - .39. -7. - . 906-909. 5. Синтезы орг. препаратов. Сб.2. - М., 1948. - С. 441-443. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.