高纯度4‑羟乙基哌嗪乙磺酸的制备方法技术

本发明专利技术属于有机物制备技术领域，特别涉及一种高纯度4‑羟乙基哌嗪乙磺酸的制备方法。先将乙烯基磺酸或乙烯基磺酸盐和N‑羟乙基哌嗪进行加成反应，制得4‑羟乙基哌嗪乙磺酸盐；并采用酸化剂转化为4‑羟乙基哌嗪乙磺酸和相应酸化剂的盐，得到酸化母液；再经结晶去除相应酸化剂的盐得到处理后的酸化母液；向其中加入可溶性钡盐或钙盐除去残余的硫酸根，经蒸发浓缩得到4‑羟乙基哌嗪乙磺酸初级提纯产物；最后采用小分子量醇洗涤初级提纯产物，经干燥得到高纯度4‑羟乙基哌嗪乙磺酸。本发明专利技术制得的4‑羟乙基哌嗪乙磺酸不仅纯度高，操作工艺简便，而且生产过程环保，纯化成本低，收率高，适合于工业批量生产。

【技术实现步骤摘要】
高纯度4-羟乙基哌嗪乙磺酸的制备方法
本专利技术属于有机物制备
，特别涉及一种高纯度4-羟乙基哌嗪乙磺酸的制备方法。
技术介绍
4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)是一种氢离子缓冲剂，其在6.8-8.2的pH值范围内具有较好的缓冲能力，能较长时间控制恒定的pH。使用浓度约为10-50mmol/L，一般培养液内含20mmol/LHEPES即可具有良好的缓冲能力。HEPES可用于细胞培养液，如申请号为CN00109662.1的专利、申请号为CN201010610401.0的专利采用HEPES作为细胞培养液的组成，有效地获得了一种简单、稳定性高、培养效果好的细胞培养体系；HEPES还可用于缓冲溶液，如申请号为CN201210171396.7的专利采用HEPES作为检测次氯酸根的缓冲液，起到了很好的缓冲作用。目前还未发现有文献记载HEPES的合成方法。另外，分离纯化HEPES的常用方法是先将HEPES的钠盐、钾盐或铵盐经酸化转化后，再利用HEPES分子结构中的哌嗪环上氮原子的弱碱性将HEPES离子交换到阳离子交换树脂上，然后用大量的水脱除硫酸根和钠离子，然后再用氨水，将HEPES交换下来，最后经中和、浓缩、结晶制得HEPES。该方法存在的主要问题是：(1)生产过程中产生大量的难以处理的含盐废水，环境污染严重；(2)离子交换树脂需要反复再生，消耗大量的酸和碱；(3)获得产品纯度不够高，还需做进一步的分离与纯化；(4)单位质量离子交换树脂的纯化量较低，且寿命较短，因而成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高纯度4-羟乙基哌嗪乙磺酸的制备方法，不仅制得的HEPES纯度高，而且纯化成本低、工艺简单、易于操作、无污染。本专利技术所述的高纯度4-羟乙基哌嗪乙磺酸的制备方法，包括以下步骤：(1)4-羟乙基哌嗪乙磺酸盐的制备：将乙烯基磺酸或乙烯基磺酸盐和N-羟乙基哌嗪进行加成反应，制得4-羟乙基哌嗪乙磺酸盐；(2)酸化：采用酸化剂，将4-羟乙基哌嗪乙磺酸盐转化为4-羟乙基哌嗪乙磺酸和相应酸化剂的盐，得到酸化母液；(3)结晶除盐：将酸化母液经结晶去除相应酸化剂的盐得到处理后的酸化母液；(4)硫酸根脱除：向处理后的酸化母液中，加入可溶性钡盐或钙盐除去残余的硫酸根，经蒸发浓缩得到4-羟乙基哌嗪乙磺酸初级提纯产物；(5)洗涤纯化：采用小分子量醇洗涤初级提纯产物，经干燥得到高纯度4-羟乙基哌嗪乙磺酸。本专利技术中制备HEPES的反应方程式如下：(1)N-羟乙基哌嗪与乙烯基磺酸钠、乙烯基磺酸钾或乙烯基磺酸铵发生加成反应，其反应方程式如(I)所示；(2)4-羟乙基哌嗪乙磺酸盐经酸化反应转化为HEPES，其反应方程式如(II)所示。N-羟乙基哌嗪乙烯基磺酸盐HEPES盐M＝K、Na、NH4M＝K、Na或NH4合成HEPES的原料乙烯基磺酸盐通常会含有一定量的硫酸钠或硫酸钾。合成HEPES的原料亦可以采用乙烯基磺酸，但是需要在氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵或氨水的存在下，进行加成反应。另外，合成工艺中，当采用乙烯基磺酸盐和N-羟乙基哌嗪等摩尔量的投料比时，反应难以100％的进行，导致反应后的产物中含有未转化的乙烯基磺酸盐和N-羟乙基哌嗪。为了提高原料的利用率，可以采用过量的乙烯基磺酸盐，但这也会导致反应后的产物中含有未转化的原料。不论是N-羟乙基哌嗪、乙烯基磺酸及其盐，还是HEPES及其盐都具有良好的水溶性，从而使得产物的分离与纯化非常困难。本专利技术具体如下：(1)HEPES盐的制备：先将乙烯基磺酸盐配制成一定浓度的水溶液，然后加入N-羟乙基哌嗪进行加成反应，获得含有4-羟乙基哌嗪乙磺酸盐的反应母液。当采用乙烯基磺酸为原料时，加成反应需要在碱性条件下进行，优选的碱包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵和氨水等。优选的乙烯基磺酸盐与N-羟乙基哌嗪的摩尔比为1.00～1.15:1。适宜的反应温度为40～120℃，反应时间2～6h。最优选的反应温度是60～110℃。优选的乙烯基磺酸盐为乙烯基磺酸钠、乙烯基磺酸钾或乙烯基磺酸铵。(2)酸化：所述酸化剂为pKa小于4.5的强酸，包括硫酸、盐酸、甲酸和乙二酸，优选硫酸和草酸。酸化的目的是将由N-羟乙基哌嗪和乙烯基磺酸钠、钾或铵盐反应获得的HEPES盐转化为HEPES。由于HEPES的pKa值为4.5～7.65，因此，要想将HEPES盐转化为HEPES，必须采用酸性更强的酸，即pKa值小于4.5的酸。在相同的化学计量关系下，具有较低pKa值的酸化剂可将HEPES盐(钠、钾或铵)更彻底地转化为HEPES。选择酸化剂时，除要考虑酸化剂的pKa值，还要兼顾生成的盐与HEPES的易分离性。例如以硫酸为酸化剂时，反应生成HEPES和硫酸盐，而以盐酸为酸化剂时，则生成HEPES和盐酸盐。由于硫酸盐和盐酸盐都具有较好的水溶性，这使得其与HEPES分离时较为困难。利用硫酸盐的溶解度随着温度的变化，可以通过低温结晶可以得到部分去除；而利用盐酸盐难溶于浓盐酸的特性，则可以通过向HEPES盐水溶液中通入HCl的方法，将盐酸盐除去。当以有机强酸为酸化剂时，生成的盐则易溶于酸化后的母液中，但可以通过小分子醇洗涤除去。所述酸化剂与4-羟乙基哌嗪乙磺酸盐用量摩尔比为0.9～1.2:1，优选0.95～1.05:1。由于酸化反应通常是放热反应，因此酸化反应需要在较低的温度条件下进行。适宜的酸化温度是0～40℃，酸化反应时间1～2h。并且保持充分的搅拌混合。过高的反应温度会导致产品色度较深。(3)结晶除盐：将酸化母液降温使酸化剂的盐通过结晶析出，再经过滤除去。适宜的结晶温度为-20～10℃，优选-10～5℃，结晶时间为0.5～1h。当以硫酸为酸化剂时，可以除去90％左右的盐；当选用盐酸或氯化氢为酸化剂时，由于生成的盐酸盐在水中的溶解度随温度变化较小，需要先减压蒸发浓缩，然后再降温结晶除去析出的盐酸盐；当以有机强酸为酸化剂时，也需减压蒸发浓缩后再降温结晶除去部分有机酸的盐，剩余部分则因易溶于小分子醇中，而通过重结晶或洗涤除去。(3)硫酸根脱除：经部分去除钠盐或钾盐后的HEPES母液中仍然会含有一定量的硫酸根离子。利用可溶性钡盐或钙盐与硫酸根离子生成难溶性沉淀的特点可以有效去除。适宜的可溶性钡盐或钙盐包括氯化钡、甲酸钡、乙酸钡、氢氧化钡、氯化钙、甲酸钙、乙酸钙、氢氧化钙，优选的沉淀剂是氯化钡、乙酸钡或氢氧化钡。脱除硫酸根时，需先将可溶性钡盐或钙盐配制成一定浓度的水溶液，然后根据HEPES母料中硫酸根的含量，加入化学反应计量关系的钡盐或钙盐溶液。适宜的钡盐或钙盐加入方式是在充分搅拌下，于0～40℃缓慢加入到HEPES母液，加料完毕并搅拌反应0.5小时以上，然后将混合液过滤或离心除去沉淀物。最后再将获得的HEPES溶液浓缩制得4-羟乙基哌嗪乙磺酸初级提纯产物。(5)洗涤纯化：上述得到的初级提纯产物中可能会含有微量的4-羟乙基哌嗪乙磺酸钠(HEPES-Na)、4-羟乙基哌嗪乙磺酸钾(HEPES-K)或4-羟乙基哌嗪乙磺酸铵(HEPES-NH4)、乙烯基磺酸盐、或N-羟乙基哌嗪等。可利用其与HEPES在小分子醇中的溶解度差异除去。洗涤纯化时，将上述得到的HEPES初级提纯产物加入小分子醇中，充分搅拌洗涤多次；然后过滤分离，滤饼为提高后的HEPES产品；滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯度4‑羟乙基哌嗪乙磺酸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)4‑羟乙基哌嗪乙磺酸盐的制备：将乙烯基磺酸或乙烯基磺酸盐和N‑羟乙基哌嗪进行加成反应，制得4‑羟乙基哌嗪乙磺酸盐；(2)酸化：采用酸化剂，将4‑羟乙基哌嗪乙磺酸盐转化为4‑羟乙基哌嗪乙磺酸和相应酸化剂的盐，得到酸化母液；(3)结晶除盐：将酸化母液经结晶去除相应酸化剂的盐得到处理后的酸化母液；(4)硫酸根脱除：向处理后的酸化母液中，加入可溶性钡盐或钙盐除去残余的硫酸根，经蒸发浓缩得到4‑羟乙基哌嗪乙磺酸初级提纯产物；(5)洗涤纯化：采用小分子量醇洗涤初级提纯产物，经干燥得到高纯度4‑羟乙基哌嗪乙磺酸。

【技术特征摘要】
1.一种高纯度4-羟乙基哌嗪乙磺酸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）4-羟乙基哌嗪乙磺酸盐的制备：将乙烯基磺酸或乙烯基磺酸盐和N-羟乙基哌嗪进行加成反应，制得4-羟乙基哌嗪乙磺酸盐；采用乙烯基磺酸为原料时，加成反应需要在碱性条件下进行；（2）酸化：采用酸化剂，将4-羟乙基哌嗪乙磺酸盐转化为4-羟乙基哌嗪乙磺酸和相应酸化剂的盐，得到酸化母液；（3）结晶除盐：将酸化母液经结晶去除相应酸化剂的盐得到处理后的酸化母液；（4）硫酸根脱除：向处理后的酸化母液中，加入可溶性钡盐或钙盐除去残余的硫酸根，经蒸发浓缩得到4-羟乙基哌嗪乙磺酸初级提纯产物；（5）洗涤纯化：采用小分子量醇洗涤初级提纯产物，经干燥得到高纯度4-羟乙基哌嗪乙磺酸。2.根据权利要求1所述的高纯度4-羟乙基哌嗪乙磺酸的制备方法，其特征在于：所述乙烯基磺酸盐为乙烯基磺酸钠、乙烯基磺酸钾或乙烯基磺酸铵。3.根据权利要求1所述的高纯度4-羟乙基哌嗪乙磺酸的制备方法，其特征在于：所述乙烯基磺酸盐与N-羟乙基哌嗪的摩尔比为1.00～1.15:1。4.根据权利要求1所述的高纯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔洪友，王建刚，朱丽伟，刘然升，杨涌，王杨，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37