氨基磺酸

化学物质

氨基磺酸，是一种硫酸的羟基被氨基取代而形成的无机固体酸，化学式为NH2SO3H，分子量为97.09，一般为白色、无臭的斜方形片状晶体，相对密度2.126，熔点205℃，溶于水、液氨，在常温下，只要保持干燥不与水接触，固体的氨基磺酸不吸湿，比较稳定。氨基磺酸的水溶液具有与盐酸、硫酸等同等的强酸性，故别名又叫固体硫酸，它具有不挥发、无臭味和对人体毒性小的特点。粉尘或溶液对眼及皮肤有刺激性，能造成灼伤，最高容许浓度10mg/m3。氨基磺酸可用于合成除草剂、防火剂、甜味剂、防腐剂、金属清洗剂等，是一种常见的化工原料。

研究历史

1836年，Rose用亚氨基磺酸铅和硫化氢反应首先制得氨基磺酸。

1878年，Berglund制得了较纯的氨基磺酸。

20世纪30年代后期人们才开始重视工业化的试验研究。由于氨基磺酸的应用范围的日益扩大，至50年代，其工业化生产技术得到了进一步开发，美国在60年代末70年代初首先实现了工业化生产，规模为千吨级。中国在70年代开始试验研究，主要采用尿素、发烟硫酸为原料生产氨基磺酸。

理化性质

物理性质

水溶性：146.8 g/L (20°C)

外观：白色斜方晶体或白色结晶。无味无臭，不挥发，不吸湿。

密度：2.126 g/cm3

熔点：205℃（209℃开始分解，260℃分解放出SO2、SO3、N2和水及其它微量产物）

折射率：α型1.553，β型1.563，γ型1.568

离解常数：1.10×10-2

生成热：685.9kJ/mol

溶解性：易溶于水和液氨，水溶液是高电离物，强酸。微溶于甲醇，不溶于乙醇和乙醚。

氨基磺酸是偶极体，红外光谱显示3个H的化学环境完全相同，3个O的化学环境也完全相同，所以其结构简式不是H2NSO2OH，而是H3NSO3，即发生了分子内的酸碱反应。

自由氨基磺酸的结构最好表示为H3N+-SO3-、其中3个氧原子和1个氮原子分别占据着以硫原子为核心的四面体的4个顶点。X射线结构分析表明，氨基磺酸的晶体属正交晶系，每个晶胞含有8个氨基磺酸。晶胞参数：a=806.6±0.1pm；b=811.5±0.1pm；c=925.5±0.3pm，空间群为Pbca。

化学性质

氨基磺酸可以制成极纯的常温时稳定的结晶体，其水溶液具有与盐酸、硫酸同等的强酸性，别名固体硫酸。氨基磺酸是具有氨基和磺酸基的双官能团物质，能进行与之有关的许多化学反应。

1、分解反应：在常温干燥的环境中，氨基磺酸比较稳定，只要保持不与水接触，固体的不吸湿。在高温时分解，放出氮、硫的氧化物等气体。

2HSO3NH2 = SO2 + SO3 + N2 + 2H2 + H2O

2、与金属反应：氨基磺酸能与金属反应，生成盐和氢气，但与较活泼金属反应，氨基的一个氢可被取代，生成双金属盐。

2HSO3NH2 + Zn = Zn(SO3NH2)2 + H2

HSO3NH2 + 2Na = NaSO3NHNa + H2

大部分氨基磺酸盐都能溶于水。在室温下，氨基磺酸的铝盐、钠盐、镁盐、钙盐、钡盐、锌盐、铅盐、铜盐等，都有较大的溶解度。

3、与金属氧化物、氢氧化物和盐反应：

2HSO3NH2 + FeO = Fe(SO3NH2)2 + H2O

4、与亚硝酸盐和硝酸盐反应：氨基磺酸能被亚硝酸盐和硝酸盐迅速氧化。

HNO3 + HSO3NH2 = H2SO4 + N2O + H2O2

HNO2 + HSO3NH2 = H2SO4 + N2 + H2O

5、与氧化剂反应：氨基磺酸能被次氯酸氧化，但不能被铬酸、高锰酸钾和三氯化铁氧化。

KClO3 + 2HSO3NH2 = 2H2SO4 + KCl + N2 + H2O

2HOCl + HSO3NH2 = HSO3NCl2 + 2H2O

6、与醇和酚反应：

HSO3NH2 + ROH → ROSO2ONH4

HSO3NH2 + C6H5OH → C6H5OSO2ONH4

7、与胺和酰胺反应：

HSO3NH2 + RNH2 → RNH3SO3NH2

HSO3NH2 + C6H5CONH2 → C6H5CONHSO3NH4

8、生成络合物：氨基磺酸与硫酸钠反应，生成氨基磺酸络合物。

6HSO3NH2 + 5Na2SO4 = 6HSO3NH2 + 5Na2SO4 + 15H2O

9、水解反应：氨基磺酸水溶液加热至60度以上时，将水解成硫酸氢铵。

HSO3NH2 + H2O = NH4HSO4

10、在有机合成上，氨基磺酸常作为固体酸，催化或者参与各类有机反应，如苯酚与β-酮酯的Pechmann缩合反应、肟的Beckmann重排反应、分子内或者分子间的Diels-Alder反应等。

制备方法

1.氨基磺酸的生产方法很多，有二氧化硫与羟胺或丙酮肟为原料的羟胺法，亚硫酸或硫酸盐与液氨为原料的氨化法，尿素与氯磺酸为原料的氯磺化法，以发烟硫酸和尿素为原料的发烟硫酸法，尿素、三氧化硫和硫酸为原料的硫酸法和发烟硫酸法（又称液相法）和液氨经气化与三氧化硫在气相条件下反应的气相法等。国内外具有工业意义的工艺为发烟硫酸法以及三氧化硫与氨直接合成的氨化法两种。由尿素与发烟硫酸在40-70℃下进行磺化生成氨基磺酸粗品，然后加水进行结晶制得氨基磺酸成品。原料消耗定额：尿素2000kg/t、发烟硫酸1500kg/t。

2.其合成方法主要有气相法和液相法两种。气相法操作条件苛刻，设备材质要求高。副产品多，且氨基酸易粘附在反应器内壁需经常清理。生产成本高。优点是产品纯度高。厂家采用的多为液相法。

应用领域

清洗剂

氨基磺酸清洗剂使用范围很广，可用于清洗锅炉、冷凝器、换热器、夹套及化工管道。在啤酒厂用它清除玻璃衬里贮罐、锅、开口啤酒冷却器，啤酒桶上的垢层；清洗搪瓷厂的蒸发器，以及造纸厂的设备等；在空调方面可除去冷却系统、蒸发冷凝器的铁锈、水垢；海轮用它可清除海水蒸发器（蒸馏设备）、换热器和盐水加热器内的海藻、水垢；可以清洗铜壶、散热器、餐具洗涤机理、银器、抽水马桶、瓷砖、食品和奶酷加工设备的水垢；可以清除沉积在蒸煮器上的蛋白质以及鲜肉、蔬菜、奶酪加工厂中使用的消毒铝上的沉积物。美国农业部准许将氨基磺酸用在鲜肉、家禽、兔、蛋加工企业上作酸性清洗剂。

纺织工业

氨基磺酸可作染料工业中重氮化反应过剩的亚硝酸盐的消除剂、纺织品染色的定色剂，在纺织物上形成防火层，还可用来制纺织工业的净纱剂及其他助剂。

造纸业

氨基磺酸可以用作漂白助剂，可减少或消除漂液中重金属离子的催化作用，从而使漂液质量得到保证，并能减少金属离子对纤维的氧化降解作用，亦能阻止纤维的剥皮反应，提高纸浆强度、白度。

石油工业

氨基磺酸可用于解除油层的堵塞和提高油层的渗透率。将氨基磺酸溶液注入碳酸盐岩产油层，因为氨基磺酸容易和油层岩石起反应，能避免反应生成盐的沉积，处理费用比用盐酸略高些，但石油产量倍增。美国用羟基乙酸钾48.5%，氨基磺酸3.4%。润湿剂0.1-3%的水溶液清洗油井套管中的石膏垢层，处理时间约30小时。

农业

氨基磺酸和氨基磺酸铵最初是作为除草剂开发的。据称，将它们直接施用于植物上时，有接触毒剂的作用；而当施于土壤后，即有一种杀雄作用。

1978年在我国广东省进行的氨基磺酸对水稻的杀雄效果试验中，药效比其他盐类为好，以0.05%～0.5%浓度喷洒，杀雄率达95%～100%，但药效不够稳定，有药害。氨基磺酸的除草浓度，通常为75 g/L有效成分。

电镀液

镀金或合金时普遍采用氨基磺酸，镀金、银、金-银合金的电镀液是每立升水中含氨基磺酸60～170 g。镀银女服饰针的典型电镀液是每立升水中含氨基磺酸125 g，可获得表面非常光亮的镀银。在新的含水镀金电镀液中碱金属氨基磺酸盐、氨基磺酸铵或氨基磺酸可作为导电、缓冲作用的化合物使用。

从镀镍废液中回收时是用阳离子交换树脂吸附处理而后用氨基磺酸清洗树脂，使被吸附的解吸出来，树脂获得再生。例如处理400 ppmNi的电镀废液，用150 g/L的氨基磺酸50 ml，回收的(NH2SO3)2112 g/L，NiSO4148 g/L。在镀镍部件修复时需要镍上镀镍，在其阳极处理时可用100 g/L的氨基磺酸处理。在镀镍前的镀镍表面要用0.003～0.1克分子的氨基磺酸溶液清洗。

镀铜液的氨基磺酸含量为3～20 L，氨基磺酸的作用是使镀层细密而富有延展性，其粘度力高。

镀铱时NH2SO3H/Ir≥7，获得的铱镀层无裂纹，铱层厚15微米，粘接力大，该产品有自动抗污染设备中显示出良好的活性。

在银器、电器元件上镀铑-铼合金时，电渡液中含氨基磺酸为100 g/L，当镀层厚为≤5微米时就有很高硬度和很强的耐腐蚀性，而且电镀层非常光亮，美观。

在黄铜上光洁美观的铑-钌电镀层硬度高，耐腐蚀，电镀液含氨基磺酸100g/L，浓硫酸50g/L，铑（如硫酸盐）2g/L，钌〔如K3N(RuCl4H2O2)2〕0.05g/L，在65℃和1～2安/分米2的条件，沉积速度3～4毫g/安分。

意大利已使用氨基磺酸铅浴代替氟硅酸浴，可减少污染。在防蚀铝工业上有多种用途。产品光泽好，加工性能优良。

化学合成分析

在有机合成上氨基磺酸是价廉易得和稳定性好的固体酸，对有酸的酯化反应具有很好的催化效果，且不腐蚀设备。同时，它也是制造合成甜味剂、除草剂、防火焰剂、防腐剂等的原料。纯度为99.9%以上的产品在进行碱滴定时，还可作为酸的标准溶液使用。

计算化学数据

疏水参数计算参考值（XlogP）：-1.6

氢键供体数量：2

氢键受体数量：4

可旋转化学键数量：0

互变异构体数量：0

拓扑分子极性表面积88.8

重原子数量：5

表面电荷：0

复杂度：92.6

同位素原子数量：0

确定原子立构中心数量：0

不确定原子立构中心数量：0

确定化学键立构中心数量：0

不确定化学键立构中心数量：0

共价键单元数量：1

分子结构数据

摩尔折射率：16.01

摩尔体积（cm3/mol）：50.7

等张比容（90.2K）：161.1

表面张力（dyne/cm）：101.5

极化率（10-24cm3）：6.34

危险性概述

毒性防护：该品低毒。对皮肤和眼睛有一定的刺激作用。生产设备应密闭，操作人员应穿戴好防护用具。

安全：粉尘或溶液对眼及皮肤有刺激性，能造成灼伤。最高容许浓度10 mg/m3。眼受刺激时须用水冲洗，重者应就医诊治。皮肤接触时也应用水冲洗，再用肥皂彻底洗涤。入口时，应立即漱口，速送医院诊治。用内衬聚乙烯塑料袋的木箱包装，每箱净重25 kg。贮存在阴凉、通风、干燥处。包装应密封，注意防潮。运输过程中要防雨淋和日光曝晒。对逸出物料处置时须戴好防毒面具与手套，用砂土混合扫起或用水冲洗。失火时，可用水、砂土和灭火器扑救。

毒理资料

1、急性毒性：LD50：3160mg/kg（大鼠经口）；1312mg/kg（小鼠经口）。

2、亚急性毒性：大鼠直接口服105天，结果是在食物中氨基磺酸的浓度为2%时，会刺激生长，但浓度为1%时没有明显毒性作用。

3、刺激性

家兔经皮：500 mg（24 h），重度刺激。

家兔经眼：250 μg（24 h），重度刺激。

用老鼠和狗进行试验，当吞下浓度为10%的溶液时，可使胃受到损伤，当浓变达20%以上时，会损伤粘膜，并且由于其强酸度而刺激胃。

4、生态毒性 LC50：70 mg/L（96 h）（黑头呆鱼）。

储存运输

储存

密封干燥保存。密闭包装，并贮于干燥通风处。与氧化剂、碱类等分储分运。注意个体防护，严禁身体直接接触。误食，用水漱口，饮牛奶或蛋清。

运输