氨基磺酸
氨基磺酸 5329-14-6
氨基磺酸，是一種硫酸的羥基被氨基取代而形成的無機(jī)固體酸，化學(xué)式為NH2SO3H，分子量為97.09，一般為白色、無臭的斜方形片狀晶體，相對(duì)密度2.126，熔點(diǎn)205℃，溶于水、 液氨，在常溫下，只要保持干燥不與水接觸，固體的氨基磺酸不吸濕，比較穩(wěn)定。 氨基磺酸的水溶液具有與鹽酸、硫酸等同等的強(qiáng)酸性，故別名又叫固體硫酸，它具有不揮發(fā)、無臭味和對(duì)人體毒性小的特點(diǎn)。 粉塵或溶液對(duì)眼及皮膚有刺激性，能造成灼傷，最高容許濃度10mg/m3。氨基磺酸可用于合成除草劑、防火劑、甜味劑、防腐劑、金屬清洗劑等，是一種常見的化工原料。
中文名氨基磺酸
應(yīng) 用工業(yè)原料，固體強(qiáng)酸
氨基磺酸研究歷史
1836年，Rose用亞氨基磺酸鉛和硫化氫反應(yīng)首先制得氨基磺酸。
1878年，Berglund制得了較純的氨基磺酸。
20世紀(jì)30年代后期人們才開始重視工業(yè)化的試驗(yàn)研究。由于氨基磺酸的應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，至50年代，其工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)得到了進(jìn)一步開發(fā)，美國(guó)在60年代末70年代初首先實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，規(guī)模為千噸級(jí)。中國(guó)在70年代開始試驗(yàn)研究，主要采用尿素、發(fā)煙硫酸為原料生產(chǎn)氨基磺酸。
氨基磺酸理化性質(zhì)
氨基磺酸物理性質(zhì)
水溶性：146.8 g/L (20°C)
外觀：白色斜方晶體或白色結(jié)晶。無味無臭，不揮發(fā)，不吸濕。
密度：2.126 g/cm3 [5]
熔點(diǎn)：205℃（209℃開始分解，260℃分解放出SO2、SO3、N2和水及其它微量產(chǎn)物）
折射率：α型1.553，β型1.563，γ型1.568
離解常數(shù)：1.10×10-2
生成熱：685.9kJ/mol
溶解性：易溶于水和液氨，水溶液是高電離物，強(qiáng)酸。微溶于甲醇，不溶于乙醇和乙醚。
氨基磺酸是偶極體，紅外光譜顯示3個(gè)H的化學(xué)環(huán)境完全相同，3個(gè)O的化學(xué)環(huán)境也完全相同，所以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式不是H2NSO2OH，而是H3NSO3，即發(fā)生了分子內(nèi)的酸堿反應(yīng)。
自由氨基磺酸的結(jié)構(gòu)最好表示為H3N+-SO3-、其中3個(gè)氧原子和1個(gè)氮原子分別占據(jù)著以硫原子為核心的四面體的4個(gè)頂點(diǎn)。X射線結(jié)構(gòu)分析表明，氨基磺酸的晶體屬正交晶系，每個(gè)晶胞含有8個(gè)氨基磺酸。晶胞參數(shù)：a=806.6±0.1pm；b=811.5±0.1pm；c=925.5±0.3pm，空間群為Pbca。
氨基磺酸化學(xué)性質(zhì)
氨基磺酸可以制成極純的常溫時(shí)穩(wěn)定的結(jié)晶體，其水溶液具有與鹽酸、硫酸同等的強(qiáng)酸性，別名固體硫酸。氨基磺酸是具有氨基和磺酸基的雙官能團(tuán)物質(zhì)，能進(jìn)行與之有關(guān)的許多化學(xué)反應(yīng)。
1、分解反應(yīng)：在常溫干燥的環(huán)境中，氨基磺酸比較穩(wěn)定，只要保持不與水接觸，固體的不吸濕。在高溫時(shí)分解，放出氮、硫的氧化物等氣體。 [6]
2HSO3NH2 = SO2 + SO3 + N2 + 2H2 + H2O
2、與金屬反應(yīng)：氨基磺酸能與金屬反應(yīng)，生成鹽和氫氣，但與較活潑金屬反應(yīng)，氨基的一個(gè)氫可被取代，生成雙金屬鹽。 [1]
2HSO3NH2 + Zn = Zn(SO3NH2)2 + H2
HSO3NH2 + 2Na = NaSO3NHNa + H2
大部分氨基磺酸鹽都能溶于水。在室溫下，氨基磺酸的鋁鹽、鈉鹽、鎂鹽、鈣鹽、鋇鹽、鋅鹽、鉛鹽、銅鹽等，都有較大的溶解度。 [24]
3、與金屬氧化物、氫氧化物和鹽反應(yīng)： [7]
2HSO3NH2 + FeO = Fe(SO3NH2)2 + H2O
4、與亞硝酸鹽和硝酸鹽反應(yīng)：氨基磺酸能被亞硝酸鹽和硝酸鹽迅速氧化。 [8]
HNO3 + HSO3NH2 = H2SO4 + N2O + H2O2
HNO2 + HSO3NH2 = H2SO4 + N2 + H2O
5、與氧化劑反應(yīng)：氨基磺酸能被次氯酸氧化，但不能被鉻酸、高錳酸鉀和三氯化鐵氧化。 [9]
KClO3 + 2HSO3NH2 = 2H2SO4 + KCl + N2 + H2O
2HOCl + HSO3NH2 = HSO3NCl2 + 2H2O
6、與醇和酚反應(yīng)： [10]
HSO3NH2 + ROH → ROSO2ONH4
HSO3NH2 + C6H5OH → C6H5OSO2ONH4
7、與胺和酰胺反應(yīng)： [10]
HSO3NH2 + RNH2 → RNH3SO3NH2
HSO3NH2 + C6H5CONH2 → C6H5CONHSO3NH4
8、生成絡(luò)合物：氨基磺酸與硫酸鈉反應(yīng)，生成氨基磺酸絡(luò)合物。 [10]
6HSO3NH2 + 5Na2SO4 = 6HSO3NH2 + 5Na2SO4 + 15H2O
9、水解反應(yīng)：氨基磺酸水溶液加熱至60度以上時(shí)，將水解成硫酸氫銨。 [11]
HSO3NH2 + H2O = NH4HSO4
10、在有機(jī)合成上，氨基磺酸常作為固體酸，催化或者參與各類有機(jī)反應(yīng)，如苯酚與β-酮酯的Pechmann縮合反應(yīng) [12]、肟的Beckmann重排反應(yīng) 、分子內(nèi)或者分子間的Diels-Alder反應(yīng)等。
氨基磺酸制備方法
1.氨基磺酸的生產(chǎn)方法很多，有二氧化硫與羥胺或丙酮肟為原料的羥胺法，亞硫酸或硫酸鹽與液氨為原料的氨化法，尿素與氯磺酸為原料的氯磺化法，以發(fā)煙硫酸和尿素為原料的發(fā)煙硫酸法，尿素、三氧化硫和硫酸為原料的硫酸法和發(fā)煙硫酸法（又稱液相法）和液氨經(jīng)氣化與三氧化硫在氣相條件下反應(yīng)的氣相法等。國(guó)內(nèi)外具有工業(yè)意義的工藝為發(fā)煙硫酸法以及三氧化硫與氨直接合成的氨化法兩種。由尿素與發(fā)煙硫酸在40-70℃下進(jìn)行磺化生成氨基磺酸粗品，然后加水進(jìn)行結(jié)晶制得氨基磺酸成品。原料消耗定額：尿素2000kg/t、發(fā)煙硫酸1500kg/t。 [25]
2.其合成方法主要有氣相法和液相法兩種。氣相法操作條件苛刻，設(shè)備材質(zhì)要求高。副產(chǎn)品多，且氨基酸易粘附在反應(yīng)器內(nèi)壁需經(jīng)常清理。生產(chǎn)成本高。優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品純度高。廠家采用的多為液相法。氨基磺酸應(yīng)用領(lǐng)域
氨基磺酸清洗劑
氨基磺酸清洗劑使用范圍很廣，可用于清洗鍋爐、冷凝器、換熱器、夾套及化工管道。在啤酒廠用它清除玻璃襯里貯罐、鍋、開口啤酒冷卻器，啤酒桶上的垢層；清洗搪瓷廠的蒸發(fā)器，以及造紙廠的設(shè)備等；在空調(diào)方面可除去冷卻系統(tǒng)、蒸發(fā)冷凝器的鐵銹、水垢；海輪用它可清除海水蒸發(fā)器（蒸餾設(shè)備）、換熱器和鹽水加熱器內(nèi)的海藻、水垢；可以清洗銅壺、散熱器、餐具洗滌機(jī)理、銀器、抽水馬桶、瓷磚、食品和奶酷加工設(shè)備的水垢；可以清除沉積在蒸煮器上的蛋白質(zhì)以及鮮肉、蔬菜、奶酪加工廠中使用的消毒呂上的沉積物。美國(guó)農(nóng)業(yè)部準(zhǔn)許將氨基磺酸用在鮮肉、家禽、兔、蛋加工企業(yè)上作酸性清洗劑。
氨基磺酸紡織工業(yè)
氨基磺酸可作染料工業(yè)中重氮化反應(yīng)過剩的亞硝酸鹽的消除劑、紡織品染色的定色劑，在紡織物上形成防火層，還可用來制紡織工業(yè)的凈紗劑及其他助劑。
氨基磺酸造紙業(yè)
氨基磺酸可以用作漂白助劑，可減少或消除漂液中重金屬離子的催化作用，從而使漂液質(zhì)量得到保證，并能減少金屬離子對(duì)纖維的氧化降解作用，亦能阻止纖維的剝皮反應(yīng)，提高紙漿強(qiáng)度、白度。 [15]
氨基磺酸石油工業(yè)
氨基磺酸可用于解除油層的堵塞和提高油層的滲透率。將氨基磺酸溶液注入碳酸鹽巖產(chǎn)油層，因?yàn)榘被撬崛菀缀陀蛯訋r石起反應(yīng)，能避免反應(yīng)生成鹽的沉積，處理費(fèi)用比用鹽酸略高些，但石油產(chǎn)量倍增。美國(guó)用羥基乙酸鉀48.5%，氨基磺酸3.4%。潤(rùn)濕劑0.1-3%的水溶液清洗油井套管中的石膏垢層，處理時(shí)間約30小時(shí)。
氨基磺酸農(nóng)業(yè)
氨基磺酸和氨基磺酸銨最初是作為除草劑開發(fā)的。據(jù)稱，將它們直接施用于植物上時(shí)，有接觸毒劑的作用；而當(dāng)施于土壤后，即有一種殺雄作用。
1978年在我國(guó)廣東省進(jìn)行的氨基磺酸 對(duì)水稻的殺雄效果試驗(yàn)中，藥效比其他鹽類為好，以0.05%～0.5%濃度噴灑，殺雄率達(dá)95%～100%，但藥效不夠穩(wěn)定，有藥害。氨基磺酸的除草濃度，通常為75 g/L有效成分。
氨基磺酸電鍍液
鍍金或合金時(shí)普遍采用氨基磺酸，鍍金、銀、金-銀合金的電鍍液是每立升水中含氨基磺酸60～170 g。鍍銀女服飾針的典型電鍍液是每立升水中含氨基磺酸125 g，可獲得表面非常光亮的鍍銀。在新的含水鍍金電鍍液中堿金屬氨基磺酸鹽、氨基磺酸銨或氨基磺酸可作為導(dǎo)電、緩沖作用的化合物使用。
從鍍鎳廢液中回收時(shí)是用陽(yáng)離子交換樹脂吸附處理而后用氨基磺酸清洗樹脂，使被吸附的解吸出來，樹脂獲得再生。例如處理400 ppmNi的電鍍廢液，用150 g/L的氨基磺酸50 ml，回收的(NH2SO3)2112 g/L，NiSO4148 g/L。在鍍鎳部件修復(fù)時(shí)需要鎳上鍍鎳，在其陽(yáng)極處理時(shí)可用100 g/L的氨基磺酸處理。在鍍鎳前的鍍鎳表面要用0.003～0.1克分子的氨基磺酸溶液清洗。
鍍銅液的氨基磺酸含量為3～20 L，氨基磺酸的作用是使鍍層細(xì)密而富有延展性，其粘度力高。
鍍銥時(shí)NH2SO3H/Ir≥7，獲得的銥鍍層無裂紋，銥層厚15微米，粘接力大，該產(chǎn)品有自動(dòng)抗污染設(shè)備中顯示出良好的活性。
在銀器、電器元件上鍍銠-錸合金時(shí)，電渡液中含氨基磺酸為100 g/L，當(dāng)鍍層厚為≤5微米時(shí)就有很高硬度和很強(qiáng)的耐腐蝕性，而且電鍍層非常光亮，美觀。
在黃銅上光潔美觀的銠-釕電鍍層硬度高，耐腐蝕，電鍍液含氨基磺酸100g/L，濃硫酸50g/L，銠（如硫酸鹽）2g/L，釕〔如K3N(RuCl4H2O2)2〕0.05g/L，在65℃和1～2安/分米2的條件，沉積速度3～4毫g/安分。
意大利已使用氨基磺酸鉛浴代替氟硅酸浴，可減少污染。在防蝕鋁工業(yè)上有多種用途。產(chǎn)品光澤好，加工性能優(yōu)良。
化學(xué)合成分析
在有機(jī)合成上氨基磺酸是價(jià)廉易得和穩(wěn)定性好的固體酸，對(duì)有酸的酯化反應(yīng)具有很好的催化效果，且不腐蝕設(shè)備。同時(shí)，它也是制造合成甜味劑、除草劑、防火焰劑、防腐劑等的原料。純度為99.9%以上的產(chǎn)品在進(jìn)行堿滴定時(shí)，還可作為酸的標(biāo)準(zhǔn)溶液使用。
氨基磺酸計(jì)算化學(xué)數(shù)據(jù)
疏水參數(shù)計(jì)算參考值（XlogP）：-1.6
氫鍵供體數(shù)量：2 [22]
氫鍵受體數(shù)量：4 [22]
可旋轉(zhuǎn)化學(xué)鍵數(shù)量：0 [22]
互變異構(gòu)體數(shù)量：0
拓?fù)浞肿訕O性表面積88.8 [22]
重原子數(shù)量：5 [22]
表面電荷：0 [22]
復(fù)雜度：92.6 [22]
同位素原子數(shù)量：0 [22]
確定原子立構(gòu)中心數(shù)量：0 [22]
不確定原子立構(gòu)中心數(shù)量：0 [22]
確定化學(xué)鍵立構(gòu)中心數(shù)量：0 [22]
不確定化學(xué)鍵立構(gòu)中心數(shù)量：0 [22]
共價(jià)鍵單元數(shù)量：1 [20]
氨基磺酸分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)
摩爾折射率：16.01
摩爾體積（cm3/mol）：50.7
等張比容（90.2K）：161.1
表面張力（dyne/cm）：101.5
極化率（10-24cm3）：6.34
氨基磺酸危險(xiǎn)性概述
毒性防護(hù)：該品低毒。對(duì)皮膚和眼睛有一定的刺激作用。生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)密閉，操作人員應(yīng)穿戴好防護(hù)用具。
安全：粉塵或溶液對(duì)眼及皮膚有刺激性，能造成灼傷。最高容許濃度10 mg/m3。 眼受刺激時(shí)須用水沖洗，重者應(yīng)就醫(yī)診治。皮膚接觸時(shí)也應(yīng)用水沖洗，再用肥皂徹底洗滌。入口時(shí)，應(yīng)立即漱口，速送醫(yī)院診治。用內(nèi)襯聚乙烯塑料袋的木箱包裝，每箱凈重25 kg。貯存在陰涼、通風(fēng)、干燥處。包裝應(yīng)密封，注意防潮。運(yùn)輸過程中要防雨淋和日光曝曬。對(duì)逸出物料處置時(shí)須戴好防毒面具與手套，用砂土混合掃起或用水沖洗。失火時(shí)，可用水、砂土和滅火器撲救。
氨基磺酸毒理資料
1、急性毒性：LD50：3160mg/kg（大鼠經(jīng)口）；1312mg/kg（小鼠經(jīng)口）。
2、亞急性毒性：大鼠直接口服105天， 結(jié)果是在食物中氨基磺酸的濃度為2%時(shí)，會(huì)刺激生長(zhǎng)，但濃度為1%時(shí)沒有明顯毒性作用。
3、刺激性
家兔經(jīng)皮：500 mg（24 h），重度刺激。
家兔經(jīng)眼：250 μg（24 h），重度刺激。
用老鼠和狗進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)吞下濃度為10%的溶液時(shí)，可使胃受到損傷，當(dāng)濃變達(dá)20%以上時(shí)，會(huì)損傷粘膜，并且由于其強(qiáng)酸度而刺激胃。 [23]
4、生態(tài)毒性 LC50：70 mg/L（96 h）（黑頭呆魚）
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