一种羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂及其制备方法，属于表面活性剂科学与应用技术领域。本发明专利技术的表面活性剂的合成包括以丙二酸二乙酯和溴代正癸烷为起始原料合成第一步产物2‑癸基丙二酸二乙酯，2‑癸基丙二酸二乙酯与二溴代烷依次经过双边取代反应、皂化、酸化、脱酸和酸碱中和反应得到最终的羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂。该类表面活性剂具有极低的cmc，表明表面活性非常高。上述结构的表面活性剂有助于丰富Gemini表面活性剂自组织的相关知识，其独特性能也有利于工业生产中的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂及其制备方法，属于表面活性剂科学与应用

技术介绍
Gemini表面活性剂，又称双子表面活性剂、孪连表面活性剂、双生表面活性剂或偶联表面活性剂，是通过一个联接基将两个传统表面活性剂分子在其亲水头基或接近亲水头基处连接在一起而形成的一类新型表面活性剂。由于其结构的特殊性，双子表面活性剂表现出了许多常规表面活性剂所不具备的独特性能，因而具有很强的应用潜力。Gemini表面活性剂具有较好的增溶作用、润湿作用、发泡作用和皂化分散能力，可以广泛应用于各个领域，除此之外，在一些特殊领域，如可以作为制备纳米材料的模板剂和抗粘接剂、治理污水与土壤、杀菌消毒作用、基因转染、抑制金属腐蚀、采油及精细化工等。和传统表面活性剂一样，Gemini表面活性剂也分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性型表面活性剂。其中，关于阳离子的Gemini表面活性剂的报道很多，典型的是m-s-m型季铵盐阳离子表面活性剂。阴离子型的Gemini表面活性剂由于其合成和纯化较为困难，研究和报道的相对较少。已有报道合成了羧酸盐阴离子表面活性剂，然而其主要是研究了液晶性质，其临界胶束浓度、表面张力等性能如何是未知的；而且，其羧酸盐阴离子表面活性剂的合成步骤繁琐、纯化方法不易操作等。另外，与阳离子表面活性剂相比，阴离子表面活性剂的生物降解性更好，毒性更低，在许多应用领域(例如三次采油)具有阳离子不可替代的优点，所以研究阴离子Gemini表面活性剂的性质及应用显得尤为重要。
技术实现思路
基于上述原因，本专利技术提供了一类新型羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂，该系列表面活性剂具有异常低的cmc，cmc是表面活性剂的临界胶束浓度，可以衡量表面活性剂在溶液中的聚集能力，是表征表面活性剂表面活性的重要参数，其值越低，表明其活性越高。该系列中联接基团为10个亚甲基的表面活性剂，其cmc低至1.0×10-5mol/L，其相应的传统表面活性剂月桂酸钠的cmc为26×10-3mol/L，约为本专利技术中表面活性剂cmc的2600倍，因此本专利技术中合成的表面活性剂具有极高的表面活性。本专利技术的第一个目的是提供一种新型的羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂，结构式如下：其中n＝3～10。在本专利技术的一种实施方式中，所述n为3、6或者10。在本专利技术的一种实施方式中，所述羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂的阳离子部(M+)，可以是Na+、K+、Li+或者NH4+。本专利技术的第二个目的是提供所述羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂的制备方法，以丙二酸二乙酯和卤代正癸烷为起始原料合成2-癸基丙二酸二乙酯(化合物1)，2-癸基丙二酸二乙酯与二卤代烷依次发生双边取代、皂化、酸化、脱酸和酸碱中和反应得到最终的羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂SL-n-SL。在本专利技术的一种实施方式中，所述丙二酸二乙酯和卤代正癸烷的摩尔比为1:2～2:1。在本专利技术的一种实施方式中，所述丙二酸二乙酯和卤代正癸烷的摩尔比为1.2:1。在本专利技术的一种实施方式中，所述丙二酸二乙酯和卤代正癸烷的反应，是在含有NaH的THF混合溶液中进行。在本专利技术的一种实施方式中，所述丙二酸二乙酯和卤代正癸烷的反应条件为65℃～75℃反应18～20h。在本专利技术的一种实施方式中，所述双边取代反应，2-癸基丙二酸二乙酯与二卤代烷的摩尔比为2:1～3:1。在本专利技术的一种实施方式中，所述二卤代烷为1,3-二卤代丙烷、1,6-二卤代己烷或者1,10-二卤代癸烷。在本专利技术的一种实施方式中，所述双边取代反应的条件为65℃～75℃反应15～18h。在本专利技术的一种实施方式中，所述双边取代反应，是在含有NaH的THF混合溶液中进行。在本专利技术的一种实施方式中，所述皂化，是将双边取代得到的化合物与叔丁醇钾进行反应，两者的摩尔比为1:12～1:20。在本专利技术的一种实施方式中，双边取代得到的化合物与叔丁醇钾的摩尔比为1:16。在本专利技术的一种实施方式中，所述皂化的反应条件为55℃～70℃反应15～18h。在本专利技术的一种实施方式中，所述皂化，是在THF溶液中进行。在本专利技术的一种实施方式中，所述酸化，是加入浓盐酸酸化。在本专利技术的一种实施方式中，脱酸反应，是以LiCl做催化剂，在180℃～220℃左右反应3～5h。在本专利技术的一种实施方式中，酸碱中和，是在上一步脱酸反应得到的化合物中加入NaOH进行中和反应，反应条件为75～85℃反应2～4h。在本专利技术的一种实施方式中，酸碱中和中，脱酸反应得到的化合物与NaOH的摩尔比为1:1.5～1:3。在本专利技术的一种实施方式中，脱酸反应得到的化合物与NaOH的摩尔比为1:2。在本专利技术的一种实施方式中，所述制备方法的具体反应式如下：SL-n-SL(n＝3～10)的合成路线：在本专利技术的一种实施方式中，所述卤代正癸烷和二卤代烷分别为溴代正癸烷和二溴代烷。在本专利技术的一种实施方式中，所述溴代正癸烷和二溴代烷均为市售。本专利技术的第三个目的是提供所述羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂的应用。所述应用，阴离子表面活性剂具有生产工艺成熟、原料易得、适用范围广等诸多优点。因此，本专利技术的羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂可以广泛应用于环境保护、油田开采、医药、纺织印染、工业清洗、日用化学品等诸多领域。例如较高的表面活性，可以用来生产洗涤剂和乳化剂，应用在农业上，可用于清洗土壤；较好的泡沫稳定性和乳液稳定性，可用做清洁剂、洗涤剂和化妆品添加剂；易形成囊泡，可作为生物膜、药物载体和特殊的反应催化剂等等。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的新型羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂含有柔性联接链，其具有极低的临界胶束浓度cmc，cmc分别为2.9×10-4mol/L(n＝3)、5.8×10-5mol/L(n＝6)和1.2×10-5mol/L(n＝10)。相应的传统表面活性剂月硅酸钠的cmc为26×10-3mol/L，约为本专利技术中表面活性剂cmc的90、448和2600倍。由上面的结果可以看出本专利技术中合成的新型羧酸盐Gemini表面活性剂SL-n-SL(n＝3～10)的聚集能力非常强，是一类性能优良的Gemini表面活性剂，可广泛应用在表面活性剂自组织体系的研究中。(2)本专利技术以丙二酸二乙酯、溴代正癸烷为原料，经五步反应合成新型羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂，探索了反应的具体条件。通过合理控制反应时间和反应条件，有利于提高反应产率，降低最终产品纯化的难度。附图说明图1为实施例产物SL-3-SL(化合物9)的核磁共振1HNMR谱图；图2为实施例产物SL-6-SL(化合物13)的核磁共振1HNMR谱图；图3为实施例产物SL-10-SL(化合物17)的核磁共振1HNMR谱图；图4为实施例产物SL-n-SL(n＝3,6,10)在25℃时的表面张力曲线。具体实施方式实施例1：SL-3-SL合成路线羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂SL-3-SL，结构式如下：SL-3-SL的合成路线如下：以丙二酸二乙酯、溴代正癸烷为起始原料合成化合物1，化合物1与1,3-二溴丙烷发生双边取代反应，生成化合物6，化合物6再依次经过皂化、酸化、脱酸和酸碱中和反应得到最终的化合物9(羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂SL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂，其特征在于，所述羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂的结构式如下：其中n＝3～10。

【技术特征摘要】
1.一种羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂，其特征在于，所述羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂的结构式如下：其中n＝3～10。2.根据权利要求1所述的羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂，其特征在于，所述n为3、6或者10。3.根据权利要求1所述的羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂，其特征在于，所述羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂的阳离子部为Na+、K+、Li+或者NH4+。4.一种权利要求1所述的羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂的制备方法，其特征在于，所述方法是先以丙二酸二乙酯和卤代正癸烷为起始原料合成2-癸基丙二酸二乙酯，2-癸基丙二酸二乙酯与二卤代烷依次发生双边取代、皂化、酸化、脱酸和酸碱中和反应得到最终的羧酸盐型阴离子Gemini表面活性剂SL-n-...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴晓梅，张群，李文楷，宋冰蕾，崔正刚，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32