牛磺酸，化学名为2-氨基乙磺酸，是人体内存在的一种具有多种生理功能的含硫氨基酸，具有促进大脑发育、增强视力、抗炎、解热、降血压、降血糖、强肝利胆等作用，是人体内最重要的氨基酸之一。牛磺酸无色、无味，且无任何毒副作用，故发达国家对它的研究和应用十分重视。近年来随着对其生理作用、营养价值的深入研究，其应用变得非常广泛。牛磺酸在国外大量用作营养保健品和食品添加剂。据报道，美国和日本是最主要的消费国，年消费量分别达1万吨和5000吨。
文献报道牛磺酸的合成路线有十多条，方法各异，并各有优缺点。我国最早由长春制药厂于1981年合成牛磺酸，目前国内共有40多家牛磺酸生产厂家，年产量达5000吨，几乎全部出口。国内应用牛磺酸还处于初始阶段，年消费不足100吨，如果达到或接近美、日等国的消费水平，我国牛磺酸的年消费量可达3万吨。其巨大的经济效益和社会效益是显而易见的，应引起社会各界的高度重视。
1工艺分析
我国目前采用最广的牛磺酸合成工艺为酯化还原法，即乙醇胺与硫酸酯化后，再用亚硫酸钠还原的工艺路线。该路线虽然原辅料价廉易得，对设备无特殊要求，操作也较简便，而且生产成本较低，但存在着酯化物水解严重及亚硫酸钠氧化损耗大这两大缺点，故总收率较低(通常在50%以下)。
我国结合对该工艺的研究及生产多年的经验，查阅了国内外大量参考文献，经过多次小试、中试放大和工业化大生产的摸索总结，最终确定了在还原反应中通入N2进行保护，并加入一种能防止酯化物水解的催化剂，以及改变物料添加方式等方法，较好地解决了问题，使小试总收率达58.5%，大生产总收率达61.3%，有效地降低了生产成本，并取得可观的经济效益。
经过反复论证，我国确定了影响收率的主要因素为：①催化剂浓度；②还原回流时间；③乙醇胺与亚硫酸钠摩尔比；④氮气流量。为了寻找最佳工艺条件，我们进行了四因素三水平的正交实验，见表1和表2。
表1正交试验因素与水平
因子水平 A催化剂浓度
(g/L) B摩尔比
(mol/mol) C还原时间
(h) D氮气保护(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)正交试验结果
编号 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
极差R 8.2 1.7 1.8 3.0
由表1、表2可以看出，各影响因素的主次顺序继A＞D＞C＞B，即水解抑制剂对收率的影响最大，氮气流量次之，乙醇胺与亚硫酸钠的摩尔比(由于酯化和还原二步反应的反应物和生成物的摩尔系数均为1，且不可能用水制取较纯净的硫酸酯)更次，回流时间对收率的影响最小，从而确定最佳工艺条件为A2B3C1D2，即催化剂浓度为4g/L，回流时间为30h，乙醇胺与亚硫酸钠的摩尔比为1：1.3，氮气流量为1.2m3/h。实验结果，不论小试、中试放大或工业化大生产，该工艺条件均有良好的重现性，表明该工艺成熟稳定。
2实验部分
2.1酯化
NH2CH2CH2OH + H2SO4→NH2CH2CH2OSO3 + H2O
将35ml水加入1000ml三口瓶中，冰浴至20℃，加76ml工业级乙醇胺，搅拌下，缓慢滴加75ml电池硫酸，控制温度在40℃以下(温度最好保持在20～30℃)，滴完后，继续搅拌10min，加热，减压蒸干，得类白色粉状酯化物198g(保留于三口瓶中，备用)。
2.2还原
NH2CH2CH2OSO2 + Na2SO3→NH2CH2CH2SO3H + Na2SO4
将206g亚硫酸钠及450g水加入1000ml烧杯中，搅拌并升温至约60℃，使亚硫酸钠大部分溶解，然后加入4g催化剂。将此溶液倒入盛装酯化物的三口瓶中，通入1.2m3/h的工业级氮气，升温，回流30h，然后减压蒸水。趁热抽滤，滤饼(硫酸钠)用极少量水洗涤后弃去，洗液并入滤液。滤液水浴降温至40℃时应刚好有结晶(牛磺酸)析出，析晶温度过高或过低均不妥，滤液继续冷却至常温，抽滤得牛磺酸粗品，再经粗制、精制、干燥得含量在98.5%以上的牛磺酸102.7g，总收率达58.5%(注：粗制母液及精制母液应分别循环套用于下批的还原及粗制)。
3讨论
3.1水解抑制剂对收率的影响最大，但浓度过高或过低均使收率降低，原因是浓度过低时，抑制水解的程度不够，部分酯化物水解；而浓度过高时，离心分离的难度大(有一定的粘性)，部分成品牛磺酸被丢弃而浪费。
3.2还原时间延长，收率虽然有所提高，但提高的幅度较小，而水、电、汽等能耗却较大，故还原时间定为30h较合适。
3.3氮气流量从0～3.6m3/h，收率有所提高，但氮气流量大，成本也大，故以1.2m3/h为宜。
3.4乙醇胺与亚硫酸钠的摩尔比增大，收率也增大，但如果比例太大，则其他如成本、分离、能耗等负面影响也随之加大，因而将其定为1：1.3为最佳。
3.5直接将水及亚硫酸钠投入盛装酯化物的反应容器内的作法不妥，即使随即投入催化剂也会促使酯化物快速水解，造成酯化物水解严重而大大降低收率，必须用另一反应容器将亚硫酸钠和催化剂的混合水溶液预先配制好，并在盛装酯化物的反应容器已有氮气保护的条件下才能加入。
3.6工业化大生产的收率高于实验室小试收率的原因，应是小试数量少而损耗大，而大生产物料多且损耗小所致。
3.7本合成路线原辅料价廉易得，设备增加投入少，操作简便，工艺成熟稳定，成本降低而收率又有大幅度提高，值得推广应用。