一种新型植物改性喹啉季铵盐化合物和制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及有机合成技术领域，公开了一种新型植物改性喹啉季铵盐化合物和制备方法及应用。所述缓蚀剂为喜树碱季铵化改性后的羧酸盐，其制备方法是：将喜树碱与溶剂混合溶解后，加入卤化苄和催化剂，然后升温到150‑160℃，搅拌回流反应4‑6小时，除去溶剂，然后萃取，除去萃取剂；加入碱性水溶液，60℃条件下搅拌反应1‑2小时，降温到0‑3℃，放置12‑24小时，固体重结晶三次，除水，得到改性化合物。该化合物为一种喜树碱喹啉季铵盐，该化合物绿色环保、成本低廉，为阳离子型表面活性剂，用作缓蚀剂使用时和其他功能型药剂具有良好的匹配性，溶解性好、缓蚀性能达到国家1级标准，工业化推广价值高。

【技术实现步骤摘要】
一种新型植物改性喹啉季铵盐化合物和制备方法及应用
本专利技术涉及化学合成
，特别是涉及一种新型植物改性喹啉季铵盐化合物和制备方法及应用。
技术介绍
随着越来越多的油井进入采油后期，油井产量越来越低，为了增加石油产量，提高采油效率，现阶段提出了酸化压裂这一种采油方法。酸化是强化采油的一种措施，是油气井增产、注水井增注的一项有效的技术措施。其原理是通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙、裂缝内堵塞物等的溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。酸化按照工艺不同可分为酸洗、基质酸化和压裂酸化(也称酸压)。酸洗是将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中的酸溶性颗粒和钻屑等污垢，并疏通射孔孔眼。基质酸化是在低于岩石破裂压力下将酸注入地层，利用酸液的溶解能力来改变和提高井筒附近区域内油层的渗透性。酸压是在压力高于岩石破裂压力时，将酸液注入地层，使地层形成裂缝，酸液会腐蚀裂缝壁面物质，使裂缝增大，导流能力增强。油气井开采过程中，常常需要通过酸化提高采收率。但是在酸化施工过程中，酸液对金属的腐蚀不但会损坏地面设备和井下管串，而且腐蚀下来的大量铁离子在一定条件下会形成氢氧化铁沉淀，影响酸化效果，有时还可能导致井下管材突发性破裂事故，造成严重经济损失，这时就需要加入酸化缓蚀剂来解决这些问题。当代社会发展迅速，对环境保护要求越来越高，开发绿色无污染的缓蚀剂具有重要意义。但现有的缓蚀剂目前常用的缓蚀剂中，包括含有毒的无机缓蚀化合物，以及一些有机磷缓蚀化合物，其排放可能造成水体的富营养化。现有同领域的缓蚀剂大都具有毒副作用，或者是合成的成本较高，不具备市场竞争力。因此，开发新的环保、廉价、来源广泛，无公害的缓蚀剂是目前缓蚀剂开发的新方向。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足而提供一种可生物降解，绿色无污染，并具有非常好的缓蚀性能的化合物。为实现上述目的，本专利技术提供一种新型植物改性喹啉季铵盐化合物，具备良好的缓蚀性能，利用卤代烷发生亲核取代对喜树碱进行改性，然后水解，所得喜树碱改性喹啉季铵盐化合物的结构如下：其中，M为金属元素，代表Na或K；X为卤素，代表F、Cl、Br、I之一，优选Cl。本专利技术的另一个目的在于提供一种新型植物改性喹啉季铵盐化合物的制备方法，其步骤为：将喜树碱和溶剂按比例混合，加入卤化苄和催化剂，升温至150-160℃，搅拌回流反应4-6小时；反应完后，除去溶剂，萃取，除去萃取相萃取剂后，缓慢加入碱液，60℃条件下搅拌反应1-2小时，降温到0℃-3℃，放置12-24小时结晶析出，晶体重新加60℃热水溶解，重结晶三次后，除去水分，得到成品。进一步地，所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺(DMF)的一种或几种；所述喜树碱与溶剂的质量比为10：(20-50)；进一步地，所述催化剂为苄基三乙基氯化铵(TEBA)、四丁基溴化铵(TBAB)、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵中的一种或几种；进一步地，所述碱液为氢氧化钠、氢氧化钾的一种或两种，所述碱液含量为10％wt；进一步地，所述喜树碱、催化剂、卤化苄、碱的摩尔比为10：(0.1-0.5)：(10-12)：(10-12)；进一步地，所述卤化苄的卤原子为F、Cl、Br、I中的一种，优选Cl；进一步地，所述除去溶剂采用减压蒸馏法；进一步地，所述萃取步骤为加入萃取剂，萃取三次合并萃取相蒸去萃取剂；所述萃取剂为苯，甲苯、乙醚、氯仿中的一种。本专利技术上述制备方法的原理为：喜树碱为一种含氮杂环，分子内含有叔胺，具有较强的生物活性，可与卤代烷发生亲核取代反应，生成季铵盐后溶解性增强，此时，改性后的喜树碱季铵盐分子内仍含有一个环内酯，该基团疏水性较强，利用碱性环境使其开环水解，最终在季铵化的基础上生成溶解度较大的羧酸盐。本专利技术的另一个目的在于提供一种新型植物改性喹啉季铵盐化合物作为缓蚀剂在酸化施工中的应用，在酸化施工中，将所述化合物按0.1％-2％的质量分数加入到酸液中，视具体缓蚀性能要求，化合物可以按0.1％-0.5％的质量分数加入到酸液中，即可达到缓蚀效果。进一步地，所述酸液可以为盐酸、土酸，所述酸液的酸浓度为15-20wt％范围内的各种浓度均可；进一步地，在所述酸化施工应用中，可视具体工况需要与其他缓蚀剂、杀菌剂、阻垢剂等药剂进行配伍。本专利技术的有益效果为：1)该化合物原料为植物萃取而来，为可再生资源，绿色环保；2)该化合物合成工艺简单，提纯工艺主要是用水作为重结晶溶剂，成本低廉，便于工业化生产；3)该化合物为阳离子型表面活性剂，现场使用和其他功能型药剂具有良好的匹配性，且在醇水溶液中溶解性好，缓蚀效果好，在90℃酸化实验中，性能能达到国家1级标准。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并不是为了限定本专利技术。实施例1分别取1mol喜树碱与700g甲醇，混合溶解后，加入1.1mol氯化苄和0.01mol苄基三乙基氯化铵，然后升温到150℃，搅拌回流反应6小时；减压蒸馏除去溶剂，然后用乙醚萃取三次，合并萃取相，蒸干乙醚；缓慢加入1.1mol氢氧化钾10％wt的水溶液，60℃条件下搅拌反应2小时，降温到3℃，放置24小时，结晶析出完毕，倒掉上层水溶液，然后重新加60℃热水溶解，重结晶三次后，利用旋转蒸发仪除去水分，最后得到喜树碱改性喹啉季铵盐化合物。实验利用氯化苄在催化剂作用下对喜树碱进行亲核取代反应，再通过水解反应生成溶解度较大的羧酸盐，因此具有阳离子表面活性剂的特性，在醇水溶液中具有良好的溶解性能。实施例2分别取1mol喜树碱、435g甲醇及435gDMF，混合溶解后，加入1.2mol溴化苄和0.03mol四丁基溴化铵，然后升温到160℃，搅拌回流反应4小时；减压蒸馏除去溶剂，然后用甲苯萃取三次，合并萃取相，蒸干甲苯；缓慢加入1mol氢氧化钾10％wt的水溶液，60℃条件下搅拌反应1小时，降温到0℃，放置12小时，结晶析出完毕，倒掉上层水溶液，然后重新加60℃热水溶解，重结晶三次后，利用旋转蒸发仪除去水分，最后得到喜树碱改性喹啉季铵盐化合物。实施例3分别取1mol喜树碱、400g异丙醇、500g甲醇、500g乙醇，混合溶解后，加入1.0mol氯化苄，以及0.017mol四丁基硫酸氢铵、0.017mol三辛基甲基氯化铵、0.017mol十二烷基三甲基氯化铵作为催化剂，然后升温到155℃，搅拌回流反应5小时；减压蒸馏除去溶剂，然后用氯仿萃取三次，合并萃取相，蒸干氯仿；缓慢加入0.6mol氢氧化钠10％wt水溶液以及0.6mol氢氧化钾10％wt水溶液，60℃条件下搅拌反应1.5小时，降温到2℃，放置20小时，结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型植物改性喹啉季铵盐化合物，其特征在于，具有式(I)的结构式：/n

【技术特征摘要】
1.一种新型植物改性喹啉季铵盐化合物，其特征在于，具有式(I)的结构式：



其中，M代表Na或K；X代表F、Cl、Br、I中的一种。


2.根据权利要求1所述的化合物，其特征在于，所述结构式中的X为Cl。


3.权利要求1所述的化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将喜树碱和溶剂混合，加入卤化苄和催化剂，升温至150-160℃进行回流反应，经除溶剂、萃取后，在碱液条件下60℃水解，然后析晶、重结晶、除水后得到缓蚀剂；
所述碱液为氢氧化钠和/或氢氧化钾溶液；
所述卤化苄为氟化苄、氯化苄、溴化苄、碘化苄中的一种。


4.根据权利要求3所述的化合物的制备方法，其特征在于，所述卤化苄为氯化苄。


5.根据权利要求3所述的化合物的制备方法，其特征在于，所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺的一种或几种。


6.根据权利要求3所述的化合物的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：何金杯，吴婵，
申请(专利权)人：湖北精瑜材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42