利用一类偶氮类阳离子表面活性剂制备微米材料的方法技术

利用一类偶氮类阳离子表面活性剂制备微米材料的方法，本发明专利技术涉及阳离子表面活性剂的应用。本发明专利技术是要解决现有的含偶氮苯基团的表面活性剂品种单一的技术问题。本发明专利技术的偶氮类阳离子表面活性剂的化学名称为N‑烷基‑N‑[(2‑(2‑对甲偶氮苯氧基)‑乙酰胺基)‑乙基]‑N,N‑二甲基卤化铵，其结构式为：

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及阳离子表面活性剂及其制备方法和应用。
技术介绍
表面活性剂由于其高表面活性、优良的吸附和杀菌性能，已广泛应用在化妆品、杀菌、制药、石油化工等多个领域。为进一步拓宽了表面活性剂的应用领域，近年来，该领域研究人员在设计合成具有高表面性能，且具有光电响应性能的表面活性剂方面做了积极探索。2014年第30期第1卷第41-47页的《郎格缪尔》上发表的《使用光敏性双子表面活性剂实现的光诱导的反乳化作用》一文中，公开了一种偶氮苯类表面活性剂，该表面活性剂在不同波长的光照射下，会发生顺反异构。2013年第30期第10卷第1108-1111页的《精细化工》上发表的《光敏可逆表面活性剂4-丁基偶氮苯-4’-(乙氧基)三甲基溴化铵的合成及其光化学行为》一文，报道了一种偶氮苯类表面活性剂，也具有光响应性能。2015年第137期第49卷第15434-15440页的《美国化学会杂志》上发表的《自组装的偶氮苯类硅氧烷杂化膜的光诱导弯曲》一文，报道了一种偶氮苯-硅杂化膜材料，在不同光照条件下，该膜材料可以发生面弯曲。到目前为止，具有光电响应性能的偶氮苯类表面活性剂的品种还不多。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的含偶氮苯基团的表面活性剂品种单一的技术问题，提供一类偶氮类阳离子表面活性剂及其制备方法和应用。本专利技术的偶氮类阳离子表面活性剂的化学名称为N-烷基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵，其结构式为：其中R＝CnH2n+1，n＝4～18，X为卤素Br、Cl或I。上述的偶氮类阳离子表面活性剂的制备方法，按以下步骤进行：一、将溶剂Ⅰ加入容器中，再按N-乙酰基-(2-对甲偶氮苯氧基)-N,N-二甲基乙二胺和溴代烷的摩尔比为1:(1～6)加入N-乙酰基-(2-对甲偶氮苯氧基)-N,N-二甲基乙二胺和溴代烷，
升温至80℃～150℃并搅拌8h～72h，得到粗产物；其中溶剂Ⅰ为乙腈和乙醇混合溶剂、正丙醇和水混合溶剂、正丁醇和水混合溶剂、丙酮和二甲亚砜混合溶剂、乙醇和二甲亚砜混合溶剂、二甲亚砜和水混合溶剂、丙酮和甲苯混合溶剂、或者为乙酸乙酯和二甲亚砜混合溶剂；二、将步骤一得到的粗产物旋转蒸发，得粘稠状膏体；三、利用溶剂II对粘稠状膏体重结晶，得黄色固体，即偶氮类阳离子表面活性剂；其中溶剂II为为甲醇与氯仿混合溶剂、乙酸乙酯与石油醚混合溶剂、乙醇与石油醚混合溶剂、丙酮与环己烷混合溶剂，丙酮与二氯甲烷混合溶剂，异丙醇与乙醚混合溶剂、三氯甲烷与正戊烷混合溶剂、或者为乙腈与正己烷混合溶剂。本专利技术所述的偶氮类阳离子表面活性剂的制备方法反应方程式如下：上述偶氮类阳离子表面活性剂的应用是利用偶氮类阳离子表面活性剂制备微米片或微米棒微米材料。利用偶氮类阳离子表面活性剂制备微米材料的具体方法如下：一、配制N-烷胺基酰甲基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵浓度小于其临界胶束浓度的水溶液，此时溶液澄清透明；二、按N-烷胺基酰甲基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵与柠檬酸钠的摩尔比为1:1，向水溶液中加入柠檬酸钠；此时溶液呈浑浊状态；三、将步骤二得到的溶液，用紫外灯下照射，直至溶液重新澄清，并继续照射30min后，在温度为5～25℃的水浴中静置处理，得到微米材料。其中水浴温度为5～15℃时，得到的微米材料为透明的金黄色微米棒；水浴温度为16～25℃时，得到透明的金黄色微米片。利用偶氮类阳离子表面活性剂制备微米材料的具体方法还可以如下：一、配制N-烷基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵浓度小于其临界胶束浓度的水溶液，此时溶液澄清透明；二、向步骤一的水溶液中，加入柠檬酸钠，使溶液中的N-烷基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧
基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵与柠檬酸钠的摩尔比为15:(1～90)；三、将步骤二的溶液，用紫外灯下照射1h后，将溶液放入15℃的水浴中静置处理，得到微米材料。其中从N-烷基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵和柠檬酸钠的摩尔比为15:(1～14)的溶液中制备得到的是透明的金黄色微米片，从N-烷基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵和柠檬酸钠的摩尔比为15:(15～90)的溶液中制备得到的是透明的金黄色微米棒。本专利技术的优点如下：1、本专利技术以N-乙酰基-(2-对甲偶氮苯氧基)-N,N-二甲基乙二胺和溴代烷为原料合成了一种新结构的N-烷基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵阳离子表面活性剂。2、本专利技术合成的N-烷基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵表面活性剂，制备方法工艺简单，反应条件易于控制，产物易于分离、纯化。3、本专利技术合成的N-烷基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵，其临界胶束浓度为0.03～12.63mmol/L，具有较高的表面活性。改变光照条件，该表面活性剂顺反异构体之间相互转化。4、利用不同光照条件下，N-烷基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵异构体在水中的溶解性的不同，通过光诱导的再沉淀法，在不同温度的辅助下，利用其自组装性能，制备微米棒或微米片，这些含有偶氮苯的微米材料在众多领域都表现出巨大的应用潜力，例如光反应电子器件、非线性光学材料及光子材料、光动力分子机器、可逆光学存储、光驱动分子开关、光响应纳米容器、蛋白质探针、表面起伏光栅及命令表面等。附图说明图1是实施例1制备的N-辛基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基溴化铵的核磁谱图；图2是实施例1制备的N-辛基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基溴化铵的浓度对数-表面张力曲线；图3是实施例1制备的N-辛基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基溴化铵的紫外光照射前(a)和照射后(b)的紫外-可见吸收光谱。图4是实施例1制备的N-辛基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基溴化铵的紫外光照射后(a)和日光照射后(b)的紫外-可见吸收光谱。图5是实施例1中15℃水浴条件下制备的微米棒的SEM图；图6是实施例1中20℃水浴条件下制备的微米片的SEM图；图7是实施例1中在N-辛基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵和柠檬酸钠的摩尔比为9:1条件下制备的微米棒的SEM图；图8是实施例1中在N-辛基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵和柠檬酸钠的摩尔比为3:5条件下制备的微米片的SEM图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的偶氮类阳离子表面活性剂，化学名称为N-烷基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵，其结构式为：其中R＝CnH2n+1，n＝4～18，X为卤素Br、Cl或I。具体实施方式二：本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一类偶氮类阳离子表面活性剂，其特征在于该表面活性剂的化学名称为N‑烷基‑N‑[(2‑(2‑对甲偶氮苯氧基)‑乙酰基)‑乙基]‑N,N‑二甲基卤化铵，其结构式为：其中R＝CnH2n+1，n＝4～18，X为卤素Br、Cl或I。

【技术特征摘要】
1.一类偶氮类阳离子表面活性剂，其特征在于该表面活性剂的化学名称为N-烷基-N-[(2-(2-对甲偶氮苯氧基)-乙酰基)-乙基]-N,N-二甲基卤化铵，其结构式为：其中R＝CnH2n+1，n＝4～18，X为卤素Br、Cl或I。2.制备权利要求1所述的一类偶氮类阳离子表面活性剂的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、将溶剂Ⅰ加入容器中，再按N-乙酰基-(2-对甲偶氮苯氧基)-N,N-二甲基乙二胺和溴代烷的摩尔比为1:(1～6)加入N-乙酰基-(2-对甲偶氮苯氧基)-N,N-二甲基乙二胺和溴代烷，升温至80℃～150℃并搅拌8h～72h，得到粗产物；其中溶剂Ⅰ为乙腈和乙醇混合溶剂、正丙醇和水混合溶剂、正丁醇和水混合溶剂、丙酮和二甲亚砜混合溶剂、乙醇和二甲亚砜混合溶剂、二甲亚砜和水混合溶剂、丙酮和甲苯混合溶剂、或者为乙酸乙酯和二甲亚砜混合溶剂；二、将步骤一得到的粗产物旋转蒸发，得粘稠状膏体；三、利用溶剂II对粘稠状膏体重结晶，得黄色固体，即偶氮类阳离子表面活性剂；其中溶剂II为甲醇与氯仿混合溶剂、乙酸乙酯与石油醚混合溶剂、乙醇与石油醚混合溶剂、丙酮与环己烷混合溶剂，丙酮与二氯甲烷混合溶剂，异丙醇与乙醚混合溶剂、三氯甲烷与正戊烷混合溶剂、或者为乙腈与正己烷混合溶剂。3.根据权利要求2所述的一类偶氮类阳离子表面活性剂的制备方法，其特征在于步骤一中，N-乙酰基-(2-对甲偶氮苯氧基)-N,N-二甲基乙二胺和溴代烷的质量之和与溶剂Ⅰ的体积的比为1g:(1～100)mL。4.根据权利要求2或3所述的一类偶氮类阳离子表面活性剂的制备方法，其特征在于步骤一中，溴代烷的结构式为R—Br，其中R＝CmH2m+1，m＝4～18。5.根据权利要求2或3所述的一类偶氮类阳离子表面活性剂的制备方法，其特征在于步骤二中所述的旋转蒸发操作条件是：转速为...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾丽华，郭祥峰，段海龙，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23