一种双子酯基季铵盐表面活性剂及其合成方法技术

本发明专利技术公开了一种双子酯基季铵盐表面活性剂及其合成方法。这种双子酯基季铵盐表面活性剂的结构式为：

A Gemini Ester-based Quaternary Ammonium Salt Surfactant and Its Synthesis Method

The invention discloses a Gemini ester quaternary ammonium salt surfactant and a synthesis method thereof. The structure formula of the Gemini ester quaternary ammonium salt surfactant is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种双子酯基季铵盐表面活性剂及其合成方法
本专利技术涉及一种双子酯基季铵盐表面活性剂及其合成方法。
技术介绍
双子表面活性剂是用联结基团，将两个普通表面活性剂分子的亲水头基或在靠近头基处以化学键方式联接在一起形成的一种新型表面活性剂。与传统单链表面活性剂相比，双子表面活性剂具有更为优异的表面活性和生物活性，成为化学界研究的重点和热点。虽然传统单链、双子季铵盐表面活性剂化学性质稳定，具有抗菌、抗静电等良好性能，但其毒性大、难易降解，对生态环境造成较大的压力。一般来说，在表面活性剂分子的疏水链和亲水头基间引入酯基、酰胺基等可降解基团能有效提高其生物降解性。双子酯基季铵盐表面活性剂不仅具由传统双子表面的高表面活性，还因引入了酯基而具有高生物降解性能和低毒性，获得“绿色表面活性剂”的美誉。因此，国内外研究学者更加注重可降解的表面活性剂的研究。中国在双子酯基季铵盐合成研究方面较晚，研究深入程度不及西方发达国家。目前，国内文献报道主要由酸与醇进行酯化反应引入酯基，而该方法需要甲苯、二甲苯等带水剂以促进反应向右进行，提高转化率，而苯、甲苯等为有毒、易挥发溶液；同时，该方法所需温度较高、时间较长、后续提纯复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有方法中合成双子酯基季铵盐表面活性剂存在的技术问题，提供一种双子酯基季铵盐表面活性剂及其合成方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种双子酯基季铵盐表面活性剂，其化学结构式如式(Ⅰ)所示：式(Ⅰ)中，n＝13、15、17；m＝2～6；X为F、Cl、Br或I。优选的，式(Ⅰ)中，n＝15；m＝4；X＝Br，即优选的一种双子酯基季铵盐表面活性剂的化学结构式为：一种双子酯基季铵盐表面活性剂的合成方法，包括以下步骤：1)将天然脂肪酸和卤化试剂进行酰化反应，得到脂肪酸酰卤；2)将脂肪酸酰卤与N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)进行醇解反应，得到脂肪酸二甲氨基乙醇酯；3)将脂肪酸二甲氨基乙醇酯与二卤代烷进行季铵化反应，得到式(Ⅰ)所示结构的双子酯基季铵盐表面活性剂。优选的，合成方法的步骤1)中，天然脂肪酸与卤化试剂的摩尔比为1：(1～1.5)。优选的，合成方法的步骤1)中，酰化反应的温度为80℃～95℃，反应的时间为2h～5h；进一步优选的，酰化反应的温度为88℃～92℃，反应的时间为2.5h～3.5h。优选的，合成方法的步骤1)中，酰化反应中加入催化剂参与反应；进一步的，酰化反应的催化剂为N,N-二甲基甲酰胺。优选的，合成方法的步骤1)中，酰化反应是在回流条件下进行反应。优选的，合成方法的步骤1)中，酰化反应后得到粗脂肪酸酰卤，再经旋转蒸发去除卤化试剂，得到除杂后的脂肪酸酰卤。优选的，合成方法的步骤1)中，天然脂肪酸为C14～C18的脂肪酸；进一步优选的，天然脂肪酸为棕榈酸。优选的，合成方法的步骤1)中，卤化试剂为氯化亚砜、磺酰氯、五氯化磷、三氯化磷、氯硅烷中的至少一种；进一步优选的，卤化试剂为氯化亚砜。优选的，合成方法的步骤2)中，脂肪酸酰卤与N,N-二甲基乙醇胺的摩尔比为1：(1～2)。优选的，合成方法的步骤2)中，醇解反应为在室温下反应4h～10h。优选的，合成方法的步骤2)中，醇解反应中加入缚酸剂参与反应；进一步的，缚酸剂为三乙胺。优选的，合成方法的步骤2)的醇解反应中，缚酸剂与脂肪酸酰卤的摩尔比为(1～1.5)：1。优选的，合成方法的步骤2)中，醇解反应在卤代烷溶剂中进行；进一步优选的，卤代烷为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷中的至少一种；再进一步优选的，卤代烷为二氯甲烷。优选的，合成方法的步骤2)中，醇解反应后，减压过滤，并用卤代烷洗涤滤渣，合并滤液，将滤液减压蒸去溶剂、缚酸剂及原料，得到提纯后的脂肪酸二甲氨基乙醇酯。优选的，合成方法的步骤3)中，脂肪酸二甲氨基乙醇酯与二卤代烷的摩尔比为1：(2～2.2)。优选的，合成方法的步骤3)中，季铵化反应的温度为90℃～110℃，反应的时间为5h～10h；进一步优选的，季铵化反应的温度为98℃～102℃，反应的时间为5.5h～6.5h。优选的，合成方法的步骤3)中，二卤代烷为二溴乙烷、1,3-二溴丙烷、1,4-二溴丁烷、1,5-二溴戊烷、1,6-二溴己烷中的任意一种；进一步优选的，二卤代烷为1,4-二溴丁烷。优选的，合成方法的步骤3)中，季铵化反应在回流条件下进行反应。优选的，合成方法的步骤3)中，季铵化反应是在低沸点溶剂中进行反应；进一步优选的，低沸点溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙酸乙酯中的至少一种；再进一步优选的，低沸点溶剂为异丙醇。优选的，合成方法的步骤3)中，季铵化反应后，经减压蒸馏溶剂得到粗产品，再通过重结晶的方法提纯得到双子酯基季铵盐表面活性剂产物；进一步优选的，重结晶试剂为异丙醇和乙酸乙酯混合溶剂。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用价廉质高的原料经酰化、醇解、季铵化三步法合成可生物降解的双子酯基季铵盐表面活性剂，该方法成本低廉、反应条件温和、产率较高，所得的产物性能良好。本专利技术对双子酯基季铵盐表面活性剂的进一步开发、应用提供了基础数据支持。与现有技术相比，本专利技术具有以下的优点：1、使用的反应原料具有来源广、成本低廉、绿色安全、且可降解，对环境的危害小的特点。2、合成过程中，在基团中引入酯键，赋予了产物优良的生物降解性能。3、与将脂肪酸与醇直接反应相比，本合成方法反应条件温和、反应时间短、提纯步骤简单的优点。附图说明图1是实施例合成方法的流程示意图；图2是实施例原料DMEA、中间体和产物的红外光谱图；图3是实施例产物的核磁共振氢谱图；图4是实施例产物的热重图；图5是实施例产物对苯的增溶性能图；图6是市售产品十六烷基三甲基溴化铵对苯的增溶性能图。具体实施方式以下通过具体的实施例对本专利技术的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。实施例附图1是本实施例合成方法的示意图，该图仅代表本专利技术合成方法的一个具体实施方式，本专利技术的合成原料不仅限于图中所示的物质。以下结合图1，对本实施例的方法作进一步具体的说明。本实施例一种双子酯基季铵盐表面活性剂的合成方法，包括以下步骤：1)制备棕榈酰氯：将棕榈酸和氯化亚砜进行酰化反应，得到棕榈酸酰氯2)制备棕榈酸二甲氨基乙醇酯：将棕榈酸酰氯与N,N-二甲基乙醇胺进行醇解反应，得到棕榈酸二甲氨基乙醇酯3)制备双子酯基季铵盐表面活性剂：将棕榈酸二甲氨基乙醇酯与1,4-二溴丁烷进行季铵化反应，得到双子酯基季铵盐表面活性剂丁撑基双(二甲基正十六酸乙酯基)溴化铵具体反应步骤如下：第一步酰化反应(棕榈酰氯的制备)：向带有回流装置、磁力搅拌子和恒压滴液漏斗的250mL三口烧瓶中注入0.1mol棕榈酸，70℃保温至棕榈酸完全熔化后，加0.05mL催化剂DMF，再逐滴滴加15mLSOCl2。滴加完毕后，升温至90℃，回流搅拌反应3小时，得到橘黄色的棕榈酰氯粗产品。将粗产品转至单口瓶后，旋转蒸发半小时除去多余的SOCl2，即可得较为纯净的棕榈酰氯，反应式如下：第二步醇解反应(棕榈酸二甲氨基乙醇的制备)：将0.1mol棕榈酰氯溶于40mL二氯甲烷后，于冰浴条件下，缓慢滴加于装有15mLDMEA和10.14g三乙胺的250mL三口烧瓶中，边滴加边剧烈搅拌，滴加完毕后，室温反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双子酯基季铵盐表面活性剂，其化学结构式如式(Ⅰ)所示：

【技术特征摘要】
1.一种双子酯基季铵盐表面活性剂，其化学结构式如式(Ⅰ)所示：式(Ⅰ)中，n＝13、15、17；m＝2～6；X为F、Cl、Br或I。2.根据权利要求1所述的一种双子酯基季铵盐表面活性剂，其特征在于：式(Ⅰ)中，n＝15；m＝4；X＝Br。3.一种双子酯基季铵盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将天然脂肪酸和卤化试剂进行酰化反应，得到脂肪酸酰卤；2)将脂肪酸酰卤与N,N-二甲基乙醇胺进行醇解反应，得到脂肪酸二甲氨基乙醇酯；3)将脂肪酸二甲氨基乙醇酯与二卤代烷进行季铵化反应，得到式(Ⅰ)所示结构的双子酯基季铵盐表面活性剂。4.根据权利要求3所述的一种双子酯基季铵盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：步骤1)中，天然脂肪酸与卤化试剂的摩尔比为1：(1～1.5)；酰化反应的温度为80℃～95℃，反应的时间为2h～5h。5.根据权利要求3或4所述的一种双子酯基季铵盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：步骤1)中，天然脂肪酸为C14～C18的脂肪酸。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：尚小琴，刘丹彤，龚哲，黄文进，杨金蝉，王庆玲，叶俊杰，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44