126-83-0 / 3-氯-2-羥丙基磺酸鈉的應用

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，可用環氧氯丙烷和亞硫酸鹽在水溶液中反應制得。

3-氯-2一羥丙基磺酸鈉是一種含羥基和磺酸基團的重要有機化工中間體，由于其分子結構中既含有親水性的磺酸基團，又含有活性較強的鹵原子，其被廣泛應用于表面活性劑的制備、淀粉的改性、印染保護劑、鉆井液降失水材料的制備等領域。早在20世紀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行了相關研究，但是并未報道該物質的物理化學性能，對其產率采用冷卻析出稱量的簡單辦法，對于得到的產物純度也沒有進行測定，結構表征大多數只采用了紅外譜圖進行表征。

應用^[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電荷的陰離子基團(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，目前國內外未見文獻報道。

經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、分散穩定劑和乳化劑大量應用于石油、紡織、造紙和藥物領域。先將胍膠和氯代丙稀反應，然后通人二氧化硫，制得的烷基磺酸胍膠能交聯形成凝膠，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，在高溫條件下反應制得。

磺酸基羥丙基胍膠在結構上既有磺酸鹽基團，又有非離子基團，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：在裝有氮氣管、機械攪拌器、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1 h；升溫至70℃，加入11.7 g，反應3 h。冷卻至室溫(25℃)，用25％醋酸水溶液中和，調至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、催化劑的投料物質的質量比為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、月桂酰基丙基二甲基叔胺。催化劑為烷基苯磺酸、硫酸、鹽酸、磷酸鹽緩沖溶液、亞硫酸酸性物質。具有制備工藝步驟簡單、成本低、副反應少、產品純度高、產率高等優勢，提高了企業經濟效率及經濟效益，適合普遍推廣使用。

3. 制備用于石油天然氣鉆采工藝及地熱鉆井中的油氣田鉆采用發泡劑。

本法為改進該發泡劑的合成工藝，降低生產成本，提高起泡能力和泡沫穩定性，用兩步合成來實現。其特征是：先將環氧氯丙烷、亞硫酸氫鈉、去離子水、堿催化劑加入反應器內，攪拌下，加熱到60-85℃，反應2-3h，反應物在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；再將長鏈叔胺加到上法制得的水溶液與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泡劑。上述方法反應時間大大縮短，叔胺轉化率高，提高了表面活性，產品泡沫性能好，可用于油氣田鉆采所需發泡劑配方。

制備^[1-2]

方法1：以環氧氯丙烷和亞硫酸氫鈉為原料，亞硫酸鈉為引發劑，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)為絡合增效劑，經酸催化開環反應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加入通氮氣的四頸瓶中，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節pH為6～7，依次滴加環氧氯丙烷50.90 g(0.55 mo1)和溶液A，滴畢，于70℃(水浴溫度)反應至終點(品紅溶液不褪色，約2 h)。降至室溫(25℃左右)，結晶，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，升溫到反應溫度，經恒壓漏斗緩慢加人環氧氯丙烷(ECH)，控制一定的滴加速率，反應結束后，取樣分析。產品經冰水浴冷卻，用甲醇和水的混合溶液經過多次重結晶，抽濾、烘干得到白色固體。優化工藝條件為溶劑水含量80 g，反應時間4.0 h，反應溫度70 ℃，n(SBS)/n(ECH)=1．1，在該條件下ECH的轉化率為98.4％，得到產品的純度為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, 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泡劑的制備方法