牛磺酸，化學名為2-氨基乙磺酸，是人體內存在的一種具有多種生理功能的含硫氨基酸，具有促進大腦發育、增強視力、抗炎、解熱、降血壓、降血糖、強肝利膽等作用，是人體內最重要的氨基酸之一。牛磺酸無色、無味，且無任何毒副作用，故發達國家對它的研究和應用十分重視。近年來隨著對其生理作用、營養價值的深入研究，其應用變得非常廣泛。牛磺酸在國外大量用作營養保健品和食品添加劑。據報道，美國和日本是最主要的消費國，年消費量分別達1萬噸和5000噸。
文獻報道牛磺酸的合成路線有十多條，方法各異，并各有優缺點。我國最早由長春制藥廠于1981年合成牛磺酸，目前國內共有40多家牛磺酸生產廠家，年產量達5000噸，幾乎全部出口。國內應用牛磺酸還處于初始階段，年消費不足100噸，如果達到或接近美、日等國的消費水平，我國牛磺酸的年消費量可達3萬噸。其巨大的經濟效益和社會效益是顯而易見的，應引起社會各界的高度重視。
1工藝分析
我國目前采用最廣的牛磺酸合成工藝為酯化還原法，即乙醇胺與硫酸酯化后，再用亞硫酸鈉還原的工藝路線。該路線雖然原輔料價廉易得，對設備無特殊要求，操作也較簡便，而且生產成本較低，但存在著酯化物水解嚴重及亞硫酸鈉氧化損耗大這兩大缺點，故總收率較低(通常在50%以下)。
我國結合對該工藝的研究及生產多年的經驗，查閱了國內外大量參考文獻，經過多次小試、中試放大和工業化大生產的摸索總結，最終確定了在還原反應中通入N2進行保護，并加入一種能防止酯化物水解的催化劑，以及改變物料添加方式等方法，較好地解決了問題，使小試總收率達58.5%，大生產總收率達61.3%，有效地降低了生產成本，并取得可觀的經濟效益。
經過反復論證，我國確定了影響收率的主要因素為：①催化劑濃度；②還原回流時間；③乙醇胺與亞硫酸鈉摩爾比；④氮氣流量。為了尋找最佳工藝條件，我們進行了四因素三水平的正交實驗，見表1和表2。
表1正交試驗因素與水平
因子水平 A催化劑濃度
(g/L) B摩爾比
(mol/mol) C還原時間
(h) D氮氣保護(m3/h)
1 2 1：1.1 30 0
2 4 1：1.3 35 1.2
3 6 1：1.5 40 3.6
表2L9(3)正交試驗結果
編號 A B C D 收率%
1 1 1 1 1 46.1
2 1 2 2 2 49.5
3 1 3 3 3 47.7
4 2 1 2 3 55.3
5 2 2 3 1 54.1
6 2 3 1 2 58.6
7 3 1 3 2 53.2
8 3 2 1 1 55.9
9 3 3 2 3 52.1
Ⅰ 47.8 51.5 52.5 50.8
Ⅱ 56.0 53.2 52.3 53.8
Ⅲ 53.8 52.8 51.7 53.0
極差R 8.2 1.7 1.8 3.0
由表1、表2可以看出，各影響因素的主次順序繼A＞D＞C＞B，即水解抑制劑對收率的影響最大，氮氣流量次之，乙醇胺與亞硫酸鈉的摩爾比(由于酯化和還原二步反應的反應物和生成物的摩爾系數均為1，且不可能用水制取較純凈的硫酸酯)更次，回流時間對收率的影響最小，從而確定最佳工藝條件為A2B3C1D2，即催化劑濃度為4g/L，回流時間為30h，乙醇胺與亞硫酸鈉的摩爾比為1：1.3，氮氣流量為1.2m3/h。實驗結果，不論小試、中試放大或工業化大生產，該工藝條件均有良好的重現性，表明該工藝成熟穩定。
2實驗部分
2.1酯化
NH2CH2CH2OH + H2SO4→NH2CH2CH2OSO3 + H2O
將35ml水加入1000ml三口瓶中，冰浴至20℃，加76ml工業級乙醇胺，攪拌下，緩慢滴加75ml電池硫酸，控制溫度在40℃以下(溫度最好保持在20～30℃)，滴完后，繼續攪拌10min，加熱，減壓蒸干，得類白色粉狀酯化物198g(保留于三口瓶中，備用)。
2.2還原
NH2CH2CH2OSO2 + Na2SO3→NH2CH2CH2SO3H + Na2SO4
將206g亞硫酸鈉及450g水加入1000ml燒杯中，攪拌并升溫至約60℃，使亞硫酸鈉大部分溶解，然后加入4g催化劑。將此溶液倒入盛裝酯化物的三口瓶中，通入1.2m3/h的工業級氮氣，升溫，回流30h，然后減壓蒸水。趁熱抽濾，濾餅(硫酸鈉)用極少量水洗滌后棄去，洗液并入濾液。濾液水浴降溫至40℃時應剛好有結晶(牛磺酸)析出，析晶溫度過高或過低均不妥，濾液繼續冷卻至常溫，抽濾得牛磺酸粗品，再經粗制、精制、干燥得含量在98.5%以上的牛磺酸102.7g，總收率達58.5%(注：粗制母液及精制母液應分別循環套用于下批的還原及粗制)。
3討論
3.1水解抑制劑對收率的影響最大，但濃度過高或過低均使收率降低，原因是濃度過低時，抑制水解的程度不夠，部分酯化物水解；而濃度過高時，離心分離的難度大(有一定的粘性)，部分成品牛磺酸被丟棄而浪費。
3.2還原時間延長，收率雖然有所提高，但提高的幅度較小，而水、電、汽等能耗卻較大，故還原時間定為30h較合適。
3.3氮氣流量從0～3.6m3/h，收率有所提高，但氮氣流量大，成本也大，故以1.2m3/h為宜。
3.4乙醇胺與亞硫酸鈉的摩爾比增大，收率也增大，但如果比例太大，則其他如成本、分離、能耗等負面影響也隨之加大，因而將其定為1：1.3為最佳。
3.5直接將水及亞硫酸鈉投入盛裝酯化物的反應容器內的作法不妥，即使隨即投入催化劑也會促使酯化物快速水解，造成酯化物水解嚴重而大大降低收率，必須用另一反應容器將亞硫酸鈉和催化劑的混合水溶液預先配制好，并在盛裝酯化物的反應容器已有氮氣保護的條件下才能加入。
3.6工業化大生產的收率高于實驗室小試收率的原因，應是小試數量少而損耗大，而大生產物料多且損耗小所致。
3.7本合成路線原輔料價廉易得，設備增加投入少，操作簡便，工藝成熟穩定，成本降低而收率又有大幅度提高，值得推廣應用。