以氨基磺酸為磺化劑制備樟腦磺酸的新工藝研究

林韋康，江曉明，錢程良，趙蕊萍

（浙江云濤生物技術股份有限公司，浙江 紹興 312369）

樟腦磺酸（Camphor sulfonic acid）是一種用途廣泛的專用化學品，除可應用于心血管藥物（S）-alpha-（2-氯苯基）-6，7-二氫噻吩并（3，2-c）吡啶-5（4H）-乙酸甲酯（1R）-7，7-二甲基-2-氧代雙環（2.2.1）庚烷-1-甲磺酸鹽（1）、卵巢癌靶向藥8-氟-1，3，4，5-四氫-2-[4-[（甲基氨基）甲基]苯基]-6H-吡咯并[4，3，2-EF][2]苯并氮雜卓-6-酮樟腦磺酸鹽（2）、日化領域重要原料亞芐基樟腦磺酸（3）[1]、具有光電特性的納米薄膜或纖維[2-3]、環保型固態對稱超電容器器件[4]、對映體純分子籠[5]、海洋防腐涂料聚苯胺[6]、激活人類精子Cat Sper Ca2+通道[7]外，還可用于伏立康唑樟腦磺酸鹽（4）、（-）-四氫黃連素D-樟腦磺酸鹽（5）、（+）-N-去乙酰基秋水仙堿樟腦磺酸鹽（6）、（2S，3S）-4-溴-順式-2，3-環氧丁基樟腦磺酸酯（7）等活性物質的合成，上述部分樟腦磺酸下游產品的化學結構式見表1。

自Reychler[8]發現樟腦磺酸120 年來，樟腦磺酸的生產工藝并未發生大的改進與變動，仍是以合成樟腦粉或天然樟腦粉為原料，在乙酸酐或乙酸稀釋的乙酸酐溶劑中，經濃硫酸或發煙硫酸或三氧化硫磺化制得，其中合成樟腦粉制得的為DL-樟腦磺酸，天然樟腦粉制得的為D-樟腦磺酸，DL-樟腦磺酸可經拆分制得D-樟腦磺酸和L-樟腦磺酸。

Bartlett P D 等[9]以合成樟腦粉為原料，在乙酸酐溶劑中經濃硫酸磺化制得DL-樟腦磺酸，收率：38%～42%，熔點：202 ℃～203 ℃。劉秀娟等[10]以天然樟腦粉為原料，經濃硫酸反應制得D-樟腦磺酸，收率：82.4%，熔點：190 ℃～192 ℃。劉曉紅等[11]以合成樟腦粉為原料合成了DL-樟腦磺酸，收率：81.4%，熔點：193 ℃～197 ℃。蔡麗英[12]在震蕩流反應器中進行樟腦粉磺化，收率為79.3%。

樟腦磺酸現有的生產工藝有明顯缺點：工序時間長，收率低，設備腐蝕嚴重，易制毒品乙酸酐用量大，副產乙酸為危化品且因嗅覺閾值低導致產品分離時氣味較大，強酸性的危險廢物產生量多。本文為解決這些工業生產中遇到的難題，做了大量的試驗，最終發現以氨基磺酸為磺化劑對合成樟腦粉進行磺化時的效果非常理想，這是相當振奮人心的。

表1 部分樟腦磺酸下游產品的化學結構式Table 1 Some structural formula of downstream products of Camphor sulfonic acid

1 實驗部分

1.1 反應方程式

以合成樟腦粉為原料，正庚烷為溶劑，氨基磺酸為磺化劑的合成路線如圖1 所示。

1.2 主要設備與原輔料

不銹鋼反應釜（10000 L）；襯塑樹脂塔（1.2 m×12 m）；搪玻璃反應釜（10000 L）；冷凍干燥機（GD 100 型，雙錐回轉真空干燥機（4000 L 搪玻璃）。

正庚烷（98%，常州市和時利化工有限公司）；合成樟腦粉（96.5%，SAPTAGIR CAMPHOR LIMITED）；氨基磺酸（99.5%，山東明大化學科技股份有限公司）；732 樹脂（001×7FC，寧波爭光樹脂有限公司）；鹽酸（6%，自配）。

1.3 樟腦磺酸的制備

1.3.1 樟腦磺酸銨的制備

圖1 樟腦磺酸的合成路線圖Fig.1 The ROS of Camphor Sulfonic Acid

將正庚烷3000 L、合成樟腦粉（2500 kg，15.87 kmol）依次投入10000 L 不銹鋼反應釜，攪拌溶清，隨后再向反應釜一次性投入氨基磺酸（1550 kg，15.89 kmol），攪拌均勻。向反應釜夾套通入蒸汽，升溫至100 ℃～105 ℃，此時反應釜內壓力約為0.10 MPa（壓力不足補氮氣加壓），保溫保壓15 h。保溫保壓畢，向反應釜夾套通入循環水降溫，當反應釜溫度降至60 ℃以下時，向反應釜加入3500 L 自來水，攪拌30 min 后靜置分層，上層為正庚烷層，去回收工序，可回收正庚烷約2800 L 并產生黑色焦油狀釜殘200 kg；下層為樟腦磺酸銨水溶液，約6500 L，呈淺棕色，去樟腦磺酸制備工序。

1.3.2 樟腦磺酸的制備

將1.3.1 制得的樟腦磺酸銨水溶液用25 kg活性炭脫色處理，得到約30 kg 廢活性炭和約6600 L 淺黃色脫色液，向脫色液中加入自來水稀釋至12000 L，稀釋液去預處理好的樹脂塔進行離子交換，得到約18000 L 交換液，交換液分批泵入帶有真空系統的10000 L 搪玻璃反應釜，在-0.08 MPa、80 ℃條件下初步濃縮至7000 L 左右，濃縮液趁熱放料至GD100 型冷凍干燥機托盤中自然冷卻，待冷卻至35 ℃以下時進行冷凍干燥處理10 h，得到白色蓬松的顆粒狀固體，固體轉至4000 L 雙錐回轉干燥機，在-0.08 MPa、90 ℃條件下干燥5 h，得到3326 kg 白色顆粒狀樟腦磺酸固體，摩爾收率為90.33%，質量分析結果如下：

外觀：亮白色顆粒狀固體；熔點：201.2 ℃～201.5 ℃；含量：99.92%；硫酸鹽含量≤0.20%；鐵離子含量≤10 mg/kg 水分含量：0.25%。

樹脂塔用6%鹽酸再生，產生約20000 L 可生化廢水，再生后的樹脂塔可繼續進行離子交換。

2 結果與討論

2.1 溶劑對磺化效果的影響

在投料比、反應壓力和反應時間不變的情況下，小試階段嘗試了甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、乙酸、乙酸酐、乙腈、正己烷、石油醚、正庚烷等溶劑，其中沸點不超過100 ℃的溶劑溫度升至反應體系微回流狀態，保溫保壓畢，反應液用氣相外標法測合成樟腦粉殘留量，再換算成轉化率，結果如表2 所示。

表2 不同溶劑對合成樟腦粉磺化效果的影響Table 2 Influence of different solvents on sulfonation of synthetic Camphor powder

據表2 分析，選取N，N-二甲基甲酰胺或正庚烷為溶劑時，磺化效果最佳，考慮到正庚烷可以與水分層且能萃取絕大多數小極性雜質，故正庚烷為該工藝的最佳溶劑。

2.2 溫度和壓力對磺化效果的影響

在以正庚烷為溶劑，投料比不變的情況下，考察了不同溫度和壓力下合成樟腦粉的磺化效果，當反應體系壓力不足預設值時，向反應釜通入氮氣加壓，結果見表3。

試驗發現，當溫度不足100 ℃時，提高反應壓力也無法提高合成樟腦粉轉化率；當溫度達到100 ℃時，提高反應壓力有助于提高合成樟腦粉轉化率，但當反應壓力超過0.10 MPa 時，再提高反應壓力收效甚微；當反應壓力一定時，若溫度超過110 ℃，合成樟腦粉轉化率下降。故選用溫度為100 ℃～105 ℃，壓力為0.10 MPa 為反應條件。

3 結論

以正庚烷為溶劑，由合成樟腦粉與氨基磺酸進行反應的最佳工藝條件為：n（氨基磺酸）：n（合成樟腦粉）=1.00，反應溫度=100 ℃～105 ℃，反應壓力=0.10 MPa。本文所述的樟腦磺酸制備工藝顯著優點有：廢氣和固廢產生量少，溶劑可回收利用，摩爾收率為90.33%，制得的產品外觀為亮白色結晶，含量為99.92%，熔點達到201.2 ℃～201.5 ℃，質量水平較高。另外，如果目標產物為D-樟腦磺酸或L-樟腦磺酸，交換液可以濃縮到合適體積加入拆分劑直接拆分，省去了現有工藝中DL-樟腦磺酸的分離工序。

表3 不同溫度和壓力對合成樟腦粉磺化效果的影響Table 3 Influence of different temperature and pressure on sulfonation of synthetic Camphor powder