一种携带密集电荷的星型化合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种携带密集电荷的星型化合物及其制备方法，该化合物通过以下步骤制备：在装有甲胺(或乙胺)水溶液和酸性催化剂的反应瓶中滴加定量的三羟甲基丙烷‑三(3‑吖丙啶基丙酸酯)反应液进行第一步氮丙啶开环反应；再向反应液中加入定量的3‑氯‑2‑羟丙基‑三甲基氯化铵进行第二步季胺化反应，所得产物为一种携带密集电荷的星型化合物。

Star type compound with dense charge and preparation method thereof

A star compound with dense charge and a preparation method thereof are disclosed. The compound is prepared by dropping a quantitative trimethylolpropane tri (3 acrylpropionate) reaction solution into a reaction bottle containing methylamine (or ethylamine) aqueous solution and an acid catalyst for the first step of azopropidine ring opening reaction. The product is a star compound with dense charge.

【技术实现步骤摘要】
一种携带密集电荷的星型化合物及其制备方法
本专利技术涉及多季铵盐阳离子表面活性剂制备
，特别涉及一种携带密集电荷的星型化合物及其制备方法。
技术介绍
氮丙啶类交联剂中的氮丙啶环结构存在较大的张力，活性较高，可与胺基、羧基及羟基反应形成具有星型结构或者网状结构的化合物，如何向该类化合物中引入多阳离子季铵盐基团，制备新的化合物应用在油气开采中，是现在研究的难点。油气藏中存在着如蒙脱石、高岭土、绿泥石等粘土矿物，当他们与不配伍的外来流体接触时，会发生水化膨胀和分散运移而堵塞油气藏通道，使用黏土稳定剂可以防止和减轻粘土膨胀与分散对地层的伤害。目前粘土稳定剂的种类很多，有无机盐类、无机碱类、无机聚合物类、非离子聚合物和阳离子聚合物等，使用最多且效果最好的是阳离子聚合物，特别是季铵盐阳离子聚合物，季铵盐阳离子黏土稳定剂易被黏土优先吸附，会促使黏土晶层间脱水，减少膨胀力，有效抑制黏土水化，且可以嵌入黏土晶层间，阻止水分子进入，降低黏土的水化膨胀作用，由于其在黏土颗粒上吸附牢固，具有长期稳定效果。但是，现有季铵盐类黏土稳定剂存在用量大、防膨率低和对地层伤害大等问题，
技术实现思路
为了扩展多阳离子季铵盐表面活性剂的种类以及多阳离子季铵盐的数量，本专利技术以高活性的氮丙啶交联剂与活泼胺基反应形成携带活泼仲胺的星型表面活性剂，再引入携带季铵盐的季铵盐试剂反应，获得一种携带密集电荷的星型化合物。本专利技术的目的之一在于提供一种携带密集电荷的星型化合物，本专利技术的目的之二在于提供该化合物的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种携带密集电荷的星型化合物，其结构式为：其中，R1-为-CH3或者-CH2CH3。一种如权利要求1所述的携带密集电荷的星型化合物的制备方法,包括以下步骤：向甲胺(或乙胺)水溶液和酸性催化剂的中加入三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)反应液进行氮丙啶开环反应，在在40～70℃反应5～7h；在弱碱性条件下，向上述反应物中加入3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵水溶液进行季胺化反应，在50～70℃反应4～8h；反应结束后除去不溶物质，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得产物。在氮丙啶开环反应中，三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)和甲胺(或乙胺)摩尔比为1:3。在氮丙啶开环反应中，所述的酸性催化剂为质量分数为85％的磷酸水溶液，其用量为原料总质量的1％。在季胺化反应中，弱碱性条件pH＝9～10，反应液用K2CO3调至弱碱性。在季胺化反应中，3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵的物质的量是三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)的6倍。一种携带密集电荷的星型化合物在油气开采中作为黏土稳定剂的应用。作为黏土稳定剂的加入量为总质量的0.2～1％。本专利技术相比于现有技术，具有以下优点：氮丙啶类交联剂中的氮丙啶环结构存在较大的张力，活性较高，可与胺基、羧基及羟基反应形成具有星型结构或者网状结构的化合物，为了向该类化合物中引入多阳离子季铵盐基团，本专利技术以高活性的氮丙啶交联剂与活泼胺基反应形成具有独立的星型结构，再引入携带季铵盐基团的季胺化试剂反应，获得一种结构新颖的携带密集电荷的星型化合物。这类种携带密集电荷的星型化合物可被广泛应用于制备新材料、杀菌剂、抑制金属腐蚀、织物染整、石油开采等领域。本专利技术以高活性的氮丙啶交联剂与活泼胺基反应形成携带活泼仲胺的星型表面活性剂，再引入携带季铵盐的季铵盐试剂反应，获得一种携带密集电荷的星型化合物，为了携带密集电荷的星型化合物的制备提供了一种简单的制备方法。这种携带密集电荷的黏土稳定剂由于分子中含有十八个季铵盐基团，可以同时多点作用于带负电的黏土颗粒，吸附程度高，从而实现了低用量、高防膨率的目的。附图说明图1为本专利技术的化学结构式；图2为本专利技术反应合成路线图。具体实施方式如图1和图2所示，本专利技术的反应方程式为：其中，R1-为-CH3或者-CH2CH3。根据上述反应机理，本专利技术采用如下技术方案一种携带密集电荷的星型化合物，该化合物的结构式为：其中，R1-为-CH3或者-CH2CH3。制备上述的一种携带密集电荷的星型化合物,该方法的步骤为：在装有质量分数为20～70％的甲胺(或乙胺)水溶液和酸性催化剂的反应瓶中滴加三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)反应液进行氮丙啶开环反应，其中羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)和甲胺(或乙胺)的摩尔比为1:3，在40～70℃反应5～7h；再将上述反应液用K2CO3调至碱性(pH＝9～10)，加入3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵进行第二步季胺化反应，其中3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵的物质的量是三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)的6倍，在50～70℃反应4～8h；反应结束后除去不溶物质，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得产物。实施例1在装有质量分数为20％的甲胺水溶液(23.25g，其中含甲胺4.65g，0.15mol)和酸性催化剂(85％H3PO4，0.25g)，升温至40℃，滴加质量分数为70％的三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)水溶液(35.42g，其中含三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)21.25g，0.05mol)，滴加时间为40min。滴加完毕后，升温至50℃反应7h；将上述反应液用K2CO3调至弱碱性(pH＝9～10)，滴加质量分数为80％的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵水溶液(70.50g，其中含3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵56.40g，0.30mol)，滴加时间为60min，在50℃反应8h；反应结束后除去不溶物质，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重得产物。实施例1所得产物的结构式为：1HNMR(300MHz，DMSO)：δ4.77～4.84(m，24H)，3.94(s，6H)，3.63～3.68(m，18H)，3.25～3.51(m，48H)，3.30(s，117H)，2.70(t，6H)，1.69(m，2H)，0.84(t，3H)ppm。13CNMR(300MHz，DMSO)：δ173.2，68.1，65.7，58.4，55.1，50.7，35.7，27.3，22.9，7.1ppm。实施例2在装有质量分数为70％的乙胺水溶液(9.54g，其中含乙胺6.75g，0.15mol)和酸性催化剂(85％H3PO4，0.25g)，升温至50℃，滴加质量分数为70％的三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)水溶液(35.42g，其中含三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)21.25g，0.05mol)，滴加时间为40min。滴加完毕后，升温至70℃反应5h；将上述反应液用K2CO3调至弱碱性(pH＝9～10)，滴加质量分数为80％的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵水溶液(70.50g，其中含3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵56.40g，0.30mol)，滴加时间为60min，在70℃反应4h；反应结束后除去不溶物质，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得产物。实施例2所得产物的结构式为：1HNMR(300MHz，DMSO)：δ4.84(m，12H)，4.77(d，12H)，3.63～3.68(m，18H)，3.25～3.51(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种携带密集电荷的星型化合物，其特征在于，其结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种携带密集电荷的星型化合物，其特征在于，其结构式为：其中，R1-为-CH3或者-CH2CH3。2.一种如权利要求1所述的携带密集电荷的星型化合物的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：向甲胺或乙胺水溶液和酸性催化剂的中加入三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)反应液进行氮丙啶开环反应，在在40～70℃反应5～7h；在弱碱性条件下，向上述反应物中加入3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵水溶液进行季胺化反应，在50～70℃反应4～8h；反应结束后除去不溶物质，浓缩反应液，用甲苯柱层析法纯化分离出产物，真空干燥至恒重便得产物。3.根据权利要求2所述的一种携带密集电荷的星型化合物的制备方法，其特征在于，在氮丙啶开环反应中，三羟甲基丙烷-三(3-吖丙啶基丙酸酯)和甲胺或乙胺摩尔比为1:3。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，杨通，辛燕，王霞，杨晓武，费贵强，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61