巯基乙酸

巯基乙酸的合成

巯基乙酸的合成的基本原理就是用含硫的亲核试剂与一氯乙酸或其盐反应制得，根据亲核试剂的不同可分为硫氢化钠法、硫代硫酸钠法(Bunte盐法)、多硫化钠法、烷基黄原酸盐法、硫脲法、三硫代碳酸钠法等。

1硫氢化钠法

硫氢化钠法制巯基乙酸的反应原理是在水溶液中利用亲核试剂HS-离子与氯乙酸钠发生亲核取代反应，生成巯基乙酸。凡是在水溶液中能提供HS-离子的物质(如硫氢化钠、硫氢化钾、硫氢化铵、硫化氢、硫化钠、硫化钡矿等)都可为硫氢化钠法的原料。硫氢化钠法的反应如下：

主反应

HS-(aq)+ ClCH2COO-(aq) HSCH2COO-(aq)+Cl-(aq)(1)

副反应

HSCH2COO-(aq)=SCH2COO-(aq)+H+(aq)(2)

-SCH

COO-(aq)+ ClCH2COO-(aq) -S(CH2COO-)2(aq)+ Cl-(aq)(3)

2

HS-(aq)+H+(aq)=H2S(aq)(4)

H2S(aq)=H2S(g)(5)

S2-(aq)+ 2ClCH2COO-(aq) S(CH2COO-)2(aq)+ 2Cl-(aq)(6)

2HSCH2COO-(aq)+ O2 (g) 2(SCH2COO-)2(aq)+ 2H2O( l)(7) 刘广义[1,2]等认为，负2价S原子的还原性稍强于巯基乙酸，氧化反应(7)较难发生，而副反应(3)和(6)是影响巯基乙酸收率的主要原因。要有效控制副反应(3)和(6)的发生，溶液pH值的控制是关键，溶液pH值越低，溶液中-SCH2COO-离子和S2-离子的量越低，副反应(3)和(6)能得到有效控制。但随着pH值的降低，平衡反应(4)、(5)向正方向移动，溶液中的HS-离子所占摩尔分率减少，加上低pH值下溶液中的总硫浓度较小，溶液中HS-离子的绝对浓度也很小(常温常压下硫化氢在水溶液中的溶解度仅为0. 1mol·L-1)，这远达不到工业化生产巯基乙酸的经济技术要求。因此降低溶液pH值，只能得到低浓度的巯基乙酸产品；要得到较高含量的巯基乙酸产品，必需提高反应压力。因此，采用硫氢化钠法生产巯基乙酸，国内外普遍采用高压反应。侯清麟[3]在压力不小于0.9MPa，原料配比氯乙酸：硫氢化钠=1：(1. 2~1. 5)，氯乙酸浓度不超过20% (氯乙酸的中和度为80% )，硫氢化钠浓度15%左右，反应温度控制在55℃，反应时间5~10 min的条件下，巯基乙酸的收率在90%左右。Zengel[4]等在压力0. 8~2. 2MPa、温度80℃~105℃的条件下，采用硫氢化钠或硫氢化氨的水溶液与氯乙酸反应，巯基乙酸的收率在92%以上。Tsui[5]等在2. 75MPa、温度25℃下，以氯乙酸和过量的硫氢化物为原料，反应40min，巯基乙酸的收率可达95%。Josef[6]等在硫化氢压力为1.5MPa，反应温度为40℃，在三乙胺存在下以氯乙酸和硫化氢为原料，反应10min，巯基乙酸的收率可达96%以上。

硫氢化钠法原料易得，生产成本低，是大规模生产的首选方法，但要获得较高浓度的巯基乙酸，必须采用高压生产，这使得生产投资大，设备材质要求高，难适应于我国的矿山企业和中小企业生产；而采用常压生产，巯基乙酸浓度低(通常质量浓度<6% )，只能就地现销。

2硫代硫酸钠法(Bunte盐法)

合成Bunte盐：

ClCH2COONa +Na2S2O3 NaSO3SCH2COONa(Bunte盐) +NaCl

水解：

NaSO3SCH2COONa +HCl +H2O HSCH2COOH +NaCl +NaHSO4副反应：

NaSO3SCH2COONa + 2H2O HOOCCH2SSCH2COOH + 2NaOH

因此需要加锌粉，利用新生态氢还原：

HOOCCH2SSCH2COOH + 2[H] 2HSCH2COOH

Robert J. Coons[7]等以氯乙酸钠和硫代硫酸钠为原料在70℃~75℃下反应生成Bunte盐，然后在80℃~85℃下用70%的硫酸水溶液水解Bunte盐，水解完成后，将反应混合物冷却至50℃以下，用锌粉还原二硫代二甘醇酸HOOCCH2SSCH2COOH，得到巯基乙酸粗产品，收率超过93%。彭辉[8]等在氯乙酸钠：硫代硫酸钠(物质的量之比)为1：1，Bunte盐合成温度70℃、反应时间80~100min，在80℃下水解120~150min，巯基乙酸的收率达90%以上。刘增方[9]以氯乙酸钠和硫代硫酸钠为原料在70℃~75℃下反应20min生成Bunte盐，然后用硫化物或硫氢化物水解Bunte盐，直接生成可用于选矿用的巯基乙酸(盐)，巯基乙酸的收率可达96. 6%，该方法已被陕西华光实业有限责任公司油药厂采用。

硫代硫酸钠法(Bunte法)的原料易得，收率较高(一般可达90%以上)，生产成本较低，生产的产品可直接应用于选矿厂。但硫代硫酸钠法目前生产的巯基乙酸(盐)浓度较低(硫化物水解的巯基乙酸钠质量浓度通常小于9% )，不适宜提纯或直接运输销售。

3硫脲法

合成异硫脲代乙酸：

ClCH2COONa +H2NC(S)NH2 H2NC(=NH)SCH2COOH +NaCl

水解：

H2NC(=NH)SCH2COOH+ Ba(OH)2 H2NC(=O)NH2+ 2NaCl + (HSCH2COO)2Ba↓

酸化：

(HSCH2COO)2Ba +H2SO4 2HSCH2COOH+ BaSO4

邵建华[10]采用物料比氯乙酸钠：硫脲(物质的量之比)=1：1，加热搅拌反应30min后，用氢氧化钡在95℃水解120min，巯基乙酸收率为90%。范家伟[11]认为合成异硫脲代乙酸步骤的优选条件为氯乙酸钠溶液的pH值在6. 4左右，反应温度为80℃，并且认为水解步骤总的反应级数接近1. 5级。有一种改进的方法：将生成的异硫脲乙酸用高沸点胺分解后，直接蒸出巯基乙酸，而胍盐仍留在残液中：

R2NH +H2NC(=NH)SCH2COOH HSCH2COOH + R2NHC(=NH)NH2日本信越化学工业株式会社改用氢氧化钠处理假硫脲乙酸盐，再经酸化、萃取、蒸馏，得到了80%的收率。张明伟[12]用碳酸氢铵同巯基乙酸钡发生复分解反应，直接制备了巯基乙酸铵产品，其回收率为74%。

硫脲法生产的巯基乙酸产品的纯度高，不经过提纯，巯基乙酸钠质量浓度通常高于20%，且生产操作简单，巯基乙酸收率较高。国内普遍采用硫脲法生产巯基乙酸用于生产冷烫精等人发处理产品，但硫脲价格较贵，导致了巯基乙酸生产成本偏高，因此选矿用巯基乙酸很少单独采用硫脲法生产。