本发明属于有机化学，具体是一种牛磺酸的合成方法。
背景技术：
1、牛磺酸（化学名称2-氨基乙磺酸），是一种人和动物不可缺少的非蛋白质氨基酸。它以游离形式存在于人及哺乳动物的几乎所有脏器中，用来促进人类和各种哺乳动物神经系统的生长发育，广泛应用于食品、健康、医学等领域作为营养强化剂，也可用作有机合成中间体。近年来随着牛磺酸的应用逐渐普及并延伸至多个领域，其增长速度较快且使用前景可观，是一种市场巨大的精细化学品。
2、目前我国工业上主要采用乙醇胺法和环氧乙烷法来合成牛磺酸，乙醇胺法以乙醇胺为原料在催化剂作用下生成乙撑亚胺，之后在磺化试剂的作用下生成牛磺酸，该路线生产过程中会涉及到剧毒中间体乙撑亚胺且反应条件较为苛刻，生产周期过长，分离牛磺酸和副产的无机盐产生大量含盐废水，不符合当代绿色化工的要求。环氧乙烷法以环氧乙烷和亚硫酸氢钠为原料发生加成反应，生成中间体羟乙基磺酸钠，随后与氨气或者氨水反应、酸化得到牛磺酸，环氧乙烷法生产成本较乙醇胺法低，但氨解过程产生亚氨基二磺酸钠和次氨基三乙磺酸钠等副产物，导致氨解反应收率低，且母液中杂质复杂，分离效果差。
3、专利cn 114671784a报道了一种新的牛磺酸合成路线，通过丙烯腈磺化后再利用生物水解法和霍夫曼重排法来获得牛磺酸。该路线反应条件温和，反应过程更安全，但磺化步骤采用二氧化硫/碱体系作为磺化试剂，反应体系ph难以控制，且排出二氧化碳气体时夹带二氧化硫严重，导致磺化收率不稳定。
4、francesco fini（adv synth catal，vol. 352，p 3163-3168）报道了一种温和的方式对亲电烯烃进行加成：以亚硫酸氢钠作为磺化剂，三乙胺作为催化剂进行磺化，反应条件温和，取得了较好的效果。该方法虽然解决了二氧化硫作为磺化试剂带来的一系列问题，但亚硫酸氢钠/三乙胺磺化体系对亲电烯烃适用性低，磺化收率受与烯烃相连的基团影响较大。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明的目的是提供一种牛磺酸的合成方法。
2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
3、一种牛磺酸的合成方法，包括以下步骤：
4、（a）将亚硫酸氢钠溶于水中，加入二氧化硅表面修饰胺催化剂，加热至50~80℃，充分搅拌制成磺化试剂，再向其中滴加质量浓度为20%的丙烯酰胺水溶液，反应1~6h，得到中间体3-氨基-3-酮丙磺酸钠反应液，将所得反应液过滤除去催化剂，得滤液；
5、所述水和亚硫酸氢钠的质量比为1：0.1~0.25；
6、所述亚硫酸氢钠和丙烯酰胺的摩尔比为1.0~1.2：1；
7、所述丙烯酰胺和二氧化硅表面修饰胺催化剂的质量比为1：0.01~0.1；
8、（b）将步骤（a）制得的滤液降温至0℃以下，再向其中滴加次氯酸钠溶液与液碱的混合液，滴加完毕后在0~5℃下保温反应0.5~1h，升温至90~95℃后保温反应0.5~1h，反应结束后降至25~30℃，加盐酸调节体系ph至4.3±0.2，经过浓缩、热过滤、低温结晶获得牛磺酸粗品，将所得牛磺酸粗品溶于水，制备质量浓度为4~12%的牛磺酸粗品水溶液，最后经过电渗析装置除去氯化钠后，浓缩结晶，获得牛磺酸；
9、所述次氯酸钠溶液中有效氯、步骤a）所述中间体3-氨基-3-酮丙磺酸钠和液碱的摩尔比为1.0~1.20：1：2.0~3.0。
10、优选地，步骤（a）中所述水和亚硫酸氢钠的质量比为1：0.2；所述亚硫酸氢钠和丙烯酰胺的摩尔比为1：1。
11、优选地，步骤（a）中所述丙烯酰胺和二氧化硅表面修饰胺催化剂的质量比为1：0.05。
12、优选地，步骤（a）中加热至65℃反应；所述滴加质量浓度为20%的丙烯酰胺水溶液后反应2h。
13、所述二氧化硅表面修饰胺催化剂按照如下方法制备得到：
14、1）在溶剂中加入氯烷基三烷氧基硅烷和三乙胺充分搅拌，再向其中滴加环己二胺，滴加完毕后继续搅拌0.5~1h后，降温至0℃静置2h，过滤得到滤液；
15、2）向步骤1）得到的滤液中加入粒经为5~10μm的二氧化硅和水，在300~500w，40~60hz条件下超声分散20~30min后，加热至50~90℃反应5~12h，过滤，真空干燥，得到二氧化硅表面修饰胺催化剂，总碱度为0.5mmol/g~2.5mmol/g。
16、步骤1）中所述溶剂为甲苯、正己烷、石油醚或甲基叔丁基醚。
17、步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷为3-氯丙基三乙氧基硅烷或3-氯丙基三甲氧基硅烷。
18、步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷和溶剂的质量比为1：1.2~2.5。
19、步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷、三乙胺和环己二胺的摩尔比为1：1~1.2：0.9~1。
20、步骤2）中所述二氧化硅与步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷的摩尔比为0.5~1：1。
21、步骤2）中所述水与步骤1）中所述溶剂的质量比为1：2~6。
22、优选地，步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷和溶剂的质量比为1：1.5~1.8。
23、优选地，步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷、三乙胺和环己二胺的摩尔比为1：1.2：1。
24、优选地，步骤1）中所述所述氯烷基三烷氧基硅烷为3-氯丙基三乙氧基硅烷。
25、优选地，步骤1）中所述溶剂为甲苯。
26、优选地，步骤2）中所述二氧化硅粒经为10μm。
27、优选地，步骤2）中加热至70℃反应8h。
28、优选地，步骤2）中所述二氧化硅与步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷的摩尔比为0.8：1。
29、优选地，步骤2）中所述水与步骤1）中所述溶剂的质量比为1：3。
30、本发明牛磺酸的合成路线为：
31、。
32、参照francesco fini报道对丙烯酰胺磺化，实验并未取得预期的效果，实验过程发现催化量的三乙胺下磺化收率较低，加大三乙胺的量，虽然磺化收率略有提高，但三乙胺在水体系难以较好的分离，较多的三乙胺引入到下一步霍夫曼降解反应中，最终导致牛磺酸收率较低。本技术通过二氧化硅表面羟基与含胺基的硅氧烷反应实现了二氧化硅表面胺修饰，制备得到一种新的磺化催化剂，裸露的氨基提供的弱碱环境较好的满足丙烯酰胺、亚硫酸氢钠的磺化体系，而且二氧化硅颗粒表面大量羟基利于在水中分散，提高磺化效率，且易于从磺化体系中分离。
33、本发明相比现有技术具有以下优点：
34、本发明的牛磺酸的合成方法，在磺化反应中，合成了二氧化硅表面修饰胺催化剂，催化剂在水体中易分散，表面覆盖的氨基为磺化体系提供合适的弱碱性，提高磺化效率；催化剂易于分离，磺化反应液经过简单过滤即可除去碱催化剂。
35、本发明的牛磺酸的合成方法，解决了三乙胺从反应体系难分离的问题，有效避免了碱引入下步反应引起的副反应，提高了牛磺酸的收率。
1.一种牛磺酸的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的牛磺酸的合成方法，其特征在于：步骤（a）中所述水和亚硫酸氢钠的质量比为1：0.1~0.25；所述亚硫酸氢钠和丙烯酰胺的摩尔比为1.0~1.2：1；所述丙烯酰胺和二氧化硅表面修饰胺催化剂的质量比为1：0.01~0.1。
3.如权利要求1所述的牛磺酸的合成方法，其特征在于：步骤（a）中所述水和亚硫酸氢钠的质量比为1：0.2；所述亚硫酸氢钠和丙烯酰胺的摩尔比为1：1；所述丙烯酰胺和二氧化硅表面修饰胺催化剂的质量比为1：0.05。
4.如权利要求1所述的牛磺酸的合成方法，其特征在于：步骤（a）中加热至65℃反应；所述滴加质量浓度为20%的丙烯酰胺水溶液后反应2h。
5.如权利要求1所述的牛磺酸的合成方法，其特征在于：所述二氧化硅表面修饰胺催化剂按照如下方法制备得到：
6.如权利要求5所述的牛磺酸的合成方法，其特征在于：步骤1）中所述溶剂为甲苯、正己烷、石油醚或甲基叔丁基醚；所述氯烷基三烷氧基硅烷为3-氯丙基三乙氧基硅烷或3-氯丙基三甲氧基硅烷。
7.如权利要求5所述的牛磺酸的合成方法，其特征在于：步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷和溶剂的质量比为1：1.2~2.5；所述氯烷基三烷氧基硅烷、三乙胺和环己二胺的摩尔比为1：1~1.2：0.9~1；步骤2）中所述二氧化硅与步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷的摩尔比为0.5~1：1；步骤2）中所述水与步骤1）中所述溶剂的质量比为1：2~6。
8.如权利要求5所述的牛磺酸的合成方法，其特征在于：步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷和溶剂的质量比为1：1.5~1.8；所述氯烷基三烷氧基硅烷、三乙胺和环己二胺的摩尔比为1： 1.2：1；步骤2）中所述二氧化硅与步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷的摩尔比为0.8：1；步骤2）中所述水与步骤1）中所述溶剂的质量比为1：3。
9.如权利要求5所述的牛磺酸的合成方法，其特征在于：步骤1）中所述氯烷基三烷氧基硅烷为3-氯丙基三乙氧基硅烷；所述溶剂为甲苯。
10.如权利要求5所述的牛磺酸的合成方法，其特征在于：步骤2）中所述二氧化硅粒经为10μm；步骤2）中加热至70℃反应8h。
