126-83-0 / 3-氯-2-羥丙基磺酸鈉的應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

可用作醚化的鹵代烷基磺酸鹽包括溴甲基磺酸鹽、環(huán)氧丙基磺酸鹽、乙烯基磺酸鹽和3-氯-2-羥丙基磺酸鹽，最常用的是3-氯-2-羥丙基磺酸鈉，可用環(huán)氧氯丙烷和亞硫酸鹽在水溶液中反應(yīng)制得。

3-氯-2一羥丙基磺酸鈉是一種含羥基和磺酸基團(tuán)的重要有機(jī)化工中間體，由于其分子結(jié)構(gòu)中既含有親水性的磺酸基團(tuán)，又含有活性較強(qiáng)的鹵原子，其被廣泛應(yīng)用于表面活性劑的制備、淀粉的改性、印染保護(hù)劑、鉆井液降失水材料的制備等領(lǐng)域。早在20世紀(jì)70年代就提及了對于3-氯-2-羥丙基磺酸鈉的合成方法，有研究利用3-氯-2-羥丙基磺酸鈉在蘇打水中制備2，3-環(huán)氧丙基磺酸鈉的方法。

此外也有專利提及利用亞硫酸氫鈉和環(huán)氧氯丙烷在甲酸甲酯溶液中合成3-氯-2-羥丙基磺酸鈉的方法。對其合成及表征也進(jìn)行了相關(guān)研究，但是并未報道該物質(zhì)的物理化學(xué)性能，對其產(chǎn)率采用冷卻析出稱量的簡單辦法，對于得到的產(chǎn)物純度也沒有進(jìn)行測定，結(jié)構(gòu)表征大多數(shù)只采用了紅外譜圖進(jìn)行表征。

應(yīng)用^[2-4]

1. 制備磺酸基羥丙基胍膠

3-氯-2-羥丙基磺酸鈉再在弱酸性條件下與胍膠通過醚化反應(yīng)制備磺酸基羥丙基胍膠，鹵代烷基磺酸鹽胍膠的衍生物是常見的壓井液用增粘劑，在堿性條件下引入帶負(fù)電荷的陰離子基團(tuán)(主要包括羧甲基、磺酸基和磷酸酯基)可制備陰離子胍膠，其中，羧甲基改性胍膠增稠效果顯著，但干法制備純度低、出料困難；磷酸酯胍膠理論上可行，目前國內(nèi)外未見文獻(xiàn)報道。

經(jīng)鹵代烷基磺酸鹽改性的陰離子胍膠具有很好的透明度、耐酸堿性、耐鹽性，可作為增稠劑、分散穩(wěn)定劑和乳化劑大量應(yīng)用于石油、紡織、造紙和藥物領(lǐng)域。先將胍膠和氯代丙稀反應(yīng)，然后通人二氧化硫，制得的烷基磺酸胍膠能交聯(lián)形成凝膠，作為油田鉆井液和壓裂液。鹵代烷基磺酸鹽胍膠的合成方法是將3-氯-2-羥丙基磺酸鹽和胍膠在醇水混合溶劑中用堿催化，在高溫條件下反應(yīng)制得。

磺酸基羥丙基胍膠在結(jié)構(gòu)上既有磺酸鹽基團(tuán)，又有非離子基團(tuán)，因此理論上具有一定的耐酸堿性和耐鹽性。采用3-氯-2-羥丙基磺酸鈉制備胍膠的具體制備方法如下：在裝有氮?dú)夤?、機(jī)械攪拌器、冷凝管和溫度計的四口燒瓶中，將胍膠原粉5.5 g分散于乙醇水溶液30 g中，加入氫氧化鈉0.7 g，升溫至30℃，反應(yīng)1 h；升溫至70℃，加入11.7 g，反應(yīng)3 h。冷卻至室溫(25℃)，用25％醋酸水溶液中和，調(diào)至pH 7.0，用無水乙醇洗滌，過濾，離心，干燥，粉碎得淡黃色粉末2成品。

2. 用于制備兩性磺酸基甜菜堿表面活性劑；

其技術(shù)方案為：以長碳鏈烷基叔胺、3-氯-2-羥丙基磺酸鈉、催化劑，在水溶液中通過季銨化反應(yīng)制得兩性磺酸基甜菜堿表面活性劑。3-氯-2-羥丙基磺酸鈉、長碳鏈烷基叔胺、催化劑的投料物質(zhì)的質(zhì)量比為1：1：0.1~1。長碳鏈烷基叔胺為下列之一：十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、椰油酰基丙基二甲基叔胺、月桂?；谆灏贰４呋瘎橥榛交撬?、硫酸、鹽酸、磷酸鹽緩沖溶液、亞硫酸酸性物質(zhì)。具有制備工藝步驟簡單、成本低、副反應(yīng)少、產(chǎn)品純度高、產(chǎn)率高等優(yōu)勢，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效率及經(jīng)濟(jì)效益，適合普遍推廣使用。

3. 制備用于石油天然氣鉆采工藝及地?zé)徙@井中的油氣田鉆采用發(fā)泡劑。

本法為改進(jìn)該發(fā)泡劑的合成工藝，降低生產(chǎn)成本，提高起泡能力和泡沫穩(wěn)定性，用兩步合成來實(shí)現(xiàn)。其特征是：先將環(huán)氧氯丙烷、亞硫酸氫鈉、去離子水、堿催化劑加入反應(yīng)器內(nèi)，攪拌下，加熱到60-85℃，反應(yīng)2-3h，反應(yīng)物在70℃陳化1h后，用去離子水處理成含3-氯-2-羥丙基磺酸鈉30%濃度的水溶液；再將長鏈?zhǔn)灏芳拥缴戏ㄖ频玫乃芤号c陰離子表面活性劑及水的混合溶液中，攪拌下加熱到75-95℃，反應(yīng)7-9h，制得以N-烴基-N，N-二甲基羥丙基磺基甜菜堿為主要成分的發(fā)泡劑。上述方法反應(yīng)時間大大縮短，叔胺轉(zhuǎn)化率高，提高了表面活性，產(chǎn)品泡沫性能好，可用于油氣田鉆采所需發(fā)泡劑配方。

制備^[1-2]

方法1：以環(huán)氧氯丙烷和亞硫酸氫鈉為原料，亞硫酸鈉為引發(fā)劑，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)為絡(luò)合增效劑，經(jīng)酸催化開環(huán)反應(yīng)合成了磺酸型兩性表面活性劑中間體3-氯-2-羥基丙磺酸鈉(1)，具體步驟如下；將NaHSO₃52.00 g(500 mmo1)，Na₂SO₃2.52g(20 mmo1)，EDTA~Na 1.69 g(5 mmo1)及去離子水85.5 mL加入通氮?dú)獾乃念i瓶中，攪拌下加熱使其溶解；取30％體積的溶液(A)待用，剩余溶液用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH為6～7，依次滴加環(huán)氧氯丙烷50.90 g(0.55 mo1)和溶液A，滴畢，于70℃(水浴溫度)反應(yīng)至終點(diǎn)(品紅溶液不褪色，約2 h)。降至室溫(25℃左右)，結(jié)晶，真空抽濾，濾餅于105 oC真空干燥得白色固體3-氯-2-羥基丙磺酸鈉(1)。

方法2：在裝有電動攪拌器、溫度計、回流冷凝管和恒壓滴液漏斗的四口瓶中，加入亞硫酸氫鈉(SBS)和一定量的去離子水，混合均勻，升溫到反應(yīng)溫度，經(jīng)恒壓漏斗緩慢加人環(huán)氧氯丙烷(ECH)，控制一定的滴加速率，反應(yīng)結(jié)束后，取樣分析。產(chǎn)品經(jīng)冰水浴冷卻，用甲醇和水的混合溶液經(jīng)過多次重結(jié)晶，抽濾、烘干得到白色固體。優(yōu)化工藝條件為溶劑水含量80 g，反應(yīng)時間4.0 h，反應(yīng)溫度70 ℃，n(SBS)/n(ECH)=1．1，在該條件下ECH的轉(zhuǎn)化率為98.4％，得到產(chǎn)品的純度為92.3％。

主要參考資料

[1] 董慶文, 張威, 王豐收, 等. 3-氯-2-羥丙基磺酸鈉的制備及其表征[J]. 應(yīng)用化

[2] 鐘志剛, 王煦, 李雅琦, 等. 凝膠壓井液用陰離子改性胍膠的制備及其流變性能[J]. 合成化學(xué), 2017, 25(9): 741-746.

[3] CN201510115268.4一種兩性磺酸基甜菜堿表面活性劑的制備方法

[4] CN200810045167.4一種油氣田鉆采用發(fā)泡劑的制備方法