刘超君
吉林北沙制药有限公司 吉林省吉林市 132101
摘要：牛磺酸依托于特有的化学性质而被广泛的应用在医药、食品、有机合成以及饲料等方面。本文主要通过阐述几种牛磺酸的制备方法，并通过比较提出了牛磺酸合成研究方向以及应用前景。
关键字：牛磺酸 合成 应用前景
一、概述
对于牛磺酸人们往往将其称为牛胆素、牛胆碱、牛胆酸。牛磺酸不仅具有可以有效的维持机体内的环境稳定，而且还对人类的中枢神经、免疫和内分泌系统等具有重要的调节作用。基于此，牛磺酸不仅被广泛的应用在医疗、食品、饲料以及有机合成等领域之中，而且还可以用作荧光增白剂、湿润剂以及PH缓冲剂等方面。
二、牛磺酸的制备方法
2.1生物中提取
由于牛磺酸不溶于无水乙醇、易溶于水的性质，所以可以利用热水进行提取，离子交换提纯，在经过无水乙醇沉淀来获得白色针状结晶物的方式进行提取，此种方式主要应用在生物中的牛磺酸提取。在生物组织中含有大量的牛磺酸，尤其是在牛胆汁中其牛磺酸的含量非常高，其通过与胆汁酸结合以牛磺胆酸的形式存在生物体中，所以，简单的分离方式显然不能满足提取要求，而需要将其水解之后再进行分离提取。另外，据相关研究发现如下图，在海洋生物如蛤蜊、章鱼、海胆、牡蛎、鳗鱼等生物中也富含牛磺酸。在海洋生物中其主要是以游离的形式存在，所以可以直接进行提取。因为，海洋生物提取牛磺酸方式较为简单且含量丰富，所以，在海洋生物中提取牛磺酸逐渐成为人们研究的重点，海洋药物将逐渐成为一大经济产业。
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2.2化学合成法
在生物中提取牛磺酸由于受到原料来源、产量以及成本等因素的影响，导致目前主要是通过化学合成的方式来制备牛黄素。据不完全统计，按照制备牛磺酸工艺以及原料的不同，可以有近二十种方式可以制备牛磺酸，如下图。目前，乙醇胺法制备工艺由于原料获取较为方便、工艺流程简单且所需设备投资成本较低，因此，国内外一般都采用此方式来制备牛磺酸。以乙醇胺为原料合成牛磺酸，按合成路线又分为酯化法和氯化法。
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(1)酯化法：以乙醇胺、硫酸、亚硫酸钠为原料，首先硫酸与乙醇胺进行酯化反应，合成出中间体2－氨基乙基硫酸酯，中间体2－氨基乙基硫酸酯再与亚硫酸钠进行磺化反应合成牛磺酸。化学反应式如下：
H2NCH2CH2OH + H2SO4→H2NCH2CH2OSO3H + H2O;
H2NCH2CH2OSO3H + Na2SO3→H2NCH2CH2SO3H + Na2SO4
在酯化过程中由于反应不完全，严重影响了乙醇胺的转化率，所以，为了提升反映效率，一般会采取以下措施：将反应温度加热到120摄氏度及以上，促进反应脱水；加入适量的浓硫酸作为脱水剂；通过加入挟带剂来让产物中的水蒸出等方式来提升酯化反应率。需注意的是，由于亚硫酸钠与中间体2－氨基乙基硫酸酯在进行磺化反应过程中，由于反应速度较慢，所以，加热回流的时效较长，能耗较大，并且在反应过程中硫酸酯容易发生水解同时产生副产物一乙醇胺，影响效率降低。针对此类问题，日本学者通入氨气添加适量的硫酸酯，很好的抑制水解反应，有效的提升了牛磺酸的收率。目前，我国主要是通过加入氮气，可以提高牛磺酸的合成收率达85%。
(2)氯化法：以乙醇胺、盐酸、亚硫酸钠为原料，反应为氯化和磺化两步进行。氯化过程中生成的中间体2－氯乙胺盐酸盐经磺化制备出牛磺酸。
H2NCH2CH2OH +2HCl→HCl·NH2CH2CH2Cl+H2O;
HCl·NH2CH2CH2Cl+Na2SO3→NH2CH2CH2SO3H+ 2NaCl
此方式制备牛磺酸过程中如果控制反应不当，将直接影响到产品收率。虽然我国学者对此方式进行了研究，但其氯化率仍为76%，磺化率为63%，牛磺酸的总收率仅为48%。日本学者通过将将80%浓度的中间体2－氯乙胺盐酸盐水溶液慢速加入30%浓度的亚硫酸钠溶液中，80℃温度下恒温反应，经电渗析脱盐，冷却至3℃进行结晶，得牛磺酸纯度达99.5%，收率达94.8%。
无论怎样，乙醇胺法制备牛磺酸过程中，关键一步就是对副产物NaCl和Na2SO4盐的脱除分离，此环节将直接影响到牛磺酸的收率以及纯度。因此，通过乙撑亚胺为原料合成牛磺酸成为目前研究的重点。反应原理如下：
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此方式来合成牛磺酸的反应条件不仅较为温和而且没有多余的副产物产生，有效的简化了提纯环节，产品的纯度也有效的得到了提升，产率也可达90%作用。而且，由于此工艺没有乙醇胺法的脱盐过程，从而有效的降低了工艺中的设备投资和生产成本。但即使如此，由于此反应中的原料乙撑亚胺沸点较低并且具有一定的毒性，容易发生聚合爆炸，所以对于原料的储存和运输成为此工艺中首要解决的问题。因此，为了更好的解决上述问题，美国化学公司通过将乙醇胺经气相催化脱水环化的方式来合成原料乙撑亚胺，之后再通过惰性气体作保护剂来稀释乙撑亚胺气体，立即与SO2反应，合成牛磺酸。日本则通过使用一种催化剂将氮气作为稀释剂来合成原料乙撑亚胺，然后在5℃条件下，NH4HSO3溶液反应制备了牛磺酸，收率为84%。
综上所述，在生物中提取牛磺酸虽然操作较为简单且不需要过多的成本投入，但是由于原料、产量、纯度等因素的影响该方式并没有广泛的应用在工业生产中；在以乙醇胺为原料的制备工艺中，经硫酸酯化，亚硫酸钠还原得牛磺酸，但存在酯化不完全，硫酸钠分离困难，影响产品收率和质量等缺点；通过氯化方式来制备牛磺酸过程中，反应过程不宜控制，转换率和纯度较低；而以乙撑亚胺为原料合成牛磺酸的方式不仅投资少，成本低，不需要分离副产物，工艺简单，反应条件也温和。
三、牛磺酸的应用前景
作为一种含硫氨基酸牛磺酸，不仅具有可以有效的维持机体内的环境稳定，而且还对人类的中枢神经、免疫和内分泌系统等具有重要的调节作用。因此，其依托于营养保健以及药理的作用，其已经从药用转为食品添加剂和营养保健品中，逐渐成为人们日常生活中的消费品之一。据相关研究统计发现，牛磺酸可以有效的促进婴儿、儿童的脑细胞分化和发育，维持细胞膜，尤其是维护视网膜正常的生理功能，改善脑功能，抑制和治疗老年痴呆具有明显的作用。由于人体所需的牛磺酸一半以上都是通过外界进行获取的，所以，其作为一种优良的食品添加剂逐渐被广泛的应用在食品和饮料行业中。
除了在食品和医疗方面的应用，牛磺酸还被广泛的应用在其他领域中，如荧光增白剂的合成，在二本乙烯双嗪类荧光增白剂中引入牛磺酸基团后，可改善增白剂的水溶性，增强洗涤和增白效果。另外，牛磺酸还可用于活性染料的制备和其它有机化合物的合成等。总之，相关部门已经将其作为营养强化剂并鼓励将其发展为重要消费品种。随着经济的发展和人们生活水平的提高，我国牛磺酸的生产和应用将具有更加广阔的发展前景，因此，相关学者应当不断加强对牛磺酸的研究，不断优化制备工艺，提升其收率效率和纯度。
参考文献
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