CN102166494A - 可降解阳离子型双子座(Gemini)表面活性剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阳离子型表面活性剂(其中包含Gemini型阳离子表面活性剂)，所述的阳离子型表面活性剂其为式I所示化合物。本发明公开的阳离子型表面活性剂，其不仅具有良好杀菌性能，而且能生物降解。

式I中，R₁和R₂分别独立选自C₁～C₆链状烷基中一种；R₃为C₇～C₂₀链状烷基或链状全氟烷基；m为1～6的整数；n为2或3；A为C₁～C₆链状不饱和烷基，或C₆～C₂₄芳环基；X为卤素。

Description

可降解阳离子型双子座(Gemini)表面活性剂

技术领域

本发明涉及一种阳离子型表面活性剂，具体地说，涉及一种满足化妆品领域使用要求的阳离子型季铵盐类表面活性剂(其中包含Gemini型阳离子表面活性剂)。

背景技术

阳离子表面活性剂对物质表面有较强的吸附能力，分子在物质表面可形成一层薄膜，其具有柔软、抗静电、防腐蚀、沉淀蛋白质和杀菌等性能。尤其是季铵盐类阳离子表面活性剂，除了有着其他阳离子表面活性剂的基本特性外，杀灭细菌的特性尤为突出，在许多领域有着广泛的应用。十二烷基二甲基溴化苄季铵盐阳离子表面活性剂即是目前常用的杀菌剂。

阳离子季铵盐型表面活性剂的杀菌机理主要是利用正电荷吸附在带负电荷的微生物表面，形成微团渗入细胞，改变细胞膜通透性，使细胞内容物外渗，导致微生物死亡。目前市场上大部分存在单链的季铵盐阳离子表面活性剂作为杀菌剂难降解，对环境不友好；且长时间使用同一种杀菌剂，微生物会对其产生抗药性。

因此，研制一种既具有良好的杀菌性能，又具备良好生物降解性能的阳离子型表面活性剂是本发明需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种阳离子型表面活性剂，由于在所述的阳离子型表面活性剂中引入可降解基团(酯基)，有利于生物降解，对环境友好。此外，同时发现本发明所设计的阳离子型表面活性剂具有良好的杀菌和抗菌性能。

本发明所述的阳离子型表面活性剂，其为式I所示化合物：

式I中，R₁和R₂分别独立选自C₁～C₆链状(直链或支链)烷基中一种；R₃为C₇～C₂₀链状(直链或支链)烷基或全氟烷基；m为1～6的整数；n为2或3；A为C₁～C₆链状(直链或支链)不饱和烷基，或C₆～C₂₄芳环基；X为卤素(F，Cl，Br或I)。

本发明还提供一种制备本发明所述的阳离子型表面活性剂的方法，其包括如下步骤：

(1)脂肪族羧酸与含羟基叔胺反应获得中间体的步骤；

(2)由步骤(1)所得中间体与相应得卤代烃反应获得目标物的步骤。

本发明公开的阳离子型表面活性剂，其具有良好杀菌，抗菌性能(500mg/L的浓度下对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌有杀菌性和抑菌性，满足日化行业杀菌要求)，且其易于生物降解，对环境友好。

具体实施方式

在本发明一个优选的技术方案中，R₁和R₂分别独立选自C₁～C₃链状(直链或支链)烷基中一种；更优选的R₁和R₂分别独立选自甲基、乙基或正丙基中一种；最佳的R₁和R₂均为甲基。

在本发明另一个优选的技术方案中，R₃为C₇～C₁₃链状(直链或支链)烷基或链状全氟烷基。

在本发明又一个优选的技术方案中，m为1～3的整数；最佳的m为2。

在本发明又一个优选的技术方案中，X为Cl或Br。

在本发明又一个优选的技术方案中，A为C₁～C₃链状(直链或支链)不饱和烷基，或C₆～C₂₄芳环基；更优选的A是：二价的乙烯基(-CH＝CH-)、二价的乙炔基(-C≡C-)、二价的苯基(式II所示基团)或二价的联苯基(式III所示基团)；

其中，p为0、1或2，曲线所标位置为取代位置。

最佳的的A是：-CH＝CH-、-C≡C-、式IIa所示基团、式IIIa所示基团(p为0)或式IIIb所示基团(p为2)，除A为式IIIb所示基团(p为2)时，化合物为Gemini型阳离子表面活性剂：

本发明提供的制备式I所示化合物的方法，其合成路线如下所示：

具体包括如下步骤：

(1)将脂肪族羧酸(式IV所示化合物)与含羟基叔胺(式V所示化合物)按摩尔比为1∶(1.5～2.0)置于反应器中，加入催化剂，在回流状态保持8小时～15小时得中间体(式VI所示化合物)；和

(2)将式VI所示化合物与相应得卤代烃按摩尔比为(2～3)∶1置于另一反应器中，以乙酸乙酯为反应溶剂，在回流状态保持至少48小时，得目标化合物(式I所示化合物)。

本发明设计并制得的阳离子型表面活性剂对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和绿脓杆菌有很好的杀菌性和抑菌性。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述，目的仅在于更好地理解本发明的内容。因此，本发明的保护范围不受所列实施例的限制。

在下列实施例中所说的室温是指：20℃～30℃。

实施例1

式I-1所示阳离子表面活性剂的合成

(1)长链酯基叔胺的合成：

在三口瓶中加入0.01mol十二酸和0.02mol含羟基叔胺(式V所示化合物，R₁和R₂均为CH₃，m＝2)，加入1-3‰对甲苯磺酸和50ml二甲苯，回流反应10h，用分水器判定反应进程，待无水生成时，停止反应，分馏得到长链酯基叔胺；

(2)目标物(式I-1所示化合物)的合成：

在三口瓶中加入由步骤(1)所制得的长链酯基叔胺0.02mol和0.01mol1，4-二溴丁炔-2，加入50ml乙酸乙酯为溶剂，室温反应48h，所得粗产物经二氯甲烷和乙酸乙酯重结晶，得到目标物(式I-1所示化合物)。

¹H NMR(CDCl₃，400MHz)：δ5.01(s，4H)，4.18(m，4H)，3.98(s，4H)，3.57(s，12H)，2.38(t，J＝7.6Hz，4H)，1.63(t，J＝7.0Hz，4H)，1.26(s，32H)，0.88(t，J＝6.6Hz，6H)

实施例2

式I-2所示阳离子表面活性剂的合成

在三口瓶中加入实施案例1制得的长链酯基叔胺0.02mol和0.01mol 1，4-二溴丁烯-2，加入50ml乙酸乙酯为溶剂，室温反应48h，粗产物重结晶，所得粗产物经二氯甲烷和乙酸乙酯重结晶，得到目标物(式I-2所示化合物)。

¹H NMR  (CDCl₃，400MHz)：δ6.64(s，J＝8.0Hz，2H)，5.08(d，J＝4.8Hz，4H)，4.58(d，J＝2.0Hz，4H)，4.13(s，4H)，3.48(s，16H)，2.37(t，J＝7.6Hz，4H)，1.23(s，32H)，0.88(t，J＝6.8Hz，6H)。

实施例3

式I-3所示阳离子表面活性剂的合成

在三口瓶中加入实施案例1制得的长链酯基叔胺0.02mol和0.01mol 4，4′-二氯甲基联苯，加入50ml乙酸乙酯为溶剂，回流反应48h，所得粗产物经二氯甲烷和乙酸乙酯重结晶，得到目标物(式I-3所示化合物)。

¹H NMR(CDCl₃，400MHz)：δ7.69(d，J＝8.0Hz，4H)，7.23(d，J＝8.0Hz，4H)，5.55(s，4H)，4.63(s，4H)，4.06(s，4H)，3.35(s，12H)，2.34(t，J＝7.6Hz，4H)，1.59(t，J＝6.8Hz，4H)，1.23(s，32H)，0.87(t，J＝6.6Hz，6H)。

实施例4

式I-4所示阳离子表面活性剂的合成

(1)长链酯基叔胺的合成：

在三口瓶中加入0.01mol十四酸和0.02mol含羟基叔胺(式V所示化合物，R₁和R₂均为CH₃，m＝2)，加入一定量对甲苯磺酸和50ml二甲苯，回流反应10h。用分水器判定反应进程。待无水生成时，停止反应，分馏得到长链酯基叔胺；

(2)目标物(式I-4所示化合物)的合成：

在三口瓶中加入由步骤(1)所制得的长链酯基叔胺0.02mol和0.01mol 1，4-二溴丁炔-2，加入50ml乙酸乙酯为溶剂，室温反应48h，所得粗产物经二氯甲烷和乙酸乙酯重结晶，得到目标物(式I-4所示化合物)。

¹H NMR(CDCl₃，400MHz)：δ5.01(s，4H)，4.18(m，4H)，3.97(s，4H)，3.57(s，12H)，2.38(t，J＝7.6Hz，4H)，1.64(t，J＝7.0Hz，4H)，1.27(s，40H)，0.88(t，J＝6.6Hz，6H)。

实施例5

式I-5所示阳离子表面活性剂的合成

在三口瓶中加入由实施案例4所制得的长链酯基叔胺0.02mol和0.01mol 1，4-二溴丁烯-2，加入50ml乙酸乙酯为溶剂，室温反应48h，所得粗产物经二氯甲烷和乙酸乙酯重结晶，得到目标物(式I-5所示化合物)。

¹HNMR(CDCl₃，400MHz)：δ6.63(s，J＝8.0Hz，2H)，5.09(d，J＝5.6Hz，4H)，4.58(d，J＝2.0Hz，4H)，4.13(s，4H)，3.48(s，16H)，2.38(t，J＝7.6Hz，4H)，1.23(s，40H)，0.88(t，J＝7.0Hz，6H)。

实施例6

式I-6所示阳离子表面活性剂的合成

在三口瓶中加入由实施案例4制得的长链酯基叔胺0.02mol和0.01mol 4，4′-二氯甲基联苯，加入50ml乙酸乙酯为溶剂，回流反应48h，所得粗产物经二氯甲烷和乙酸乙酯重结晶，得到目标物(式I-6所示化合物)。

¹H NMR(CDCl₃，400MHz)：δ7.68(d，J＝7.6Hz，4H)，7.24(d，J＝8.0Hz，4H)，5.54(d，J＝4.8Hz，4H)，4.64(s，4H)，4.04(s，4H)，3.33(s，12H)，2.33(t，J＝7.6Hz，4H)，1.58(t，J＝6.4Hz，4H)，1.23(s，40H)，0.86(t，J＝6.8Hz，6H)。

实施例7

式I-7所示阳离子表面活性剂的合成

(1)长氟链酯基叔胺的合成：

在三口瓶中加入0.01mol全氟辛酸和0.02mol含羟基叔胺(式V所示化合物，R₁和R₂均为CH₃，m＝2)，加入一定量对甲苯磺酸和50ml二甲苯。回流反应10h。用分水器判定反应进程，待无水生成时，停止反应，分馏得长氟链酯基叔胺；

(2)目标物(式I-7所示化合物)的合成：

在三口瓶中加入由步骤(1)所制得的长氟链酯基叔胺0.02mol和0.01mol1，4-二溴丁炔-2，加入50ml乙酸乙酯为溶剂，室温反应48h，所得粗产物经二氯甲烷和乙酸乙酯重结晶，得到目标物(式I-7所示化合物)。

¹H NMR(CDCl₃，400MHz)：4.52(t，4H)，3.94(s，4H)，3.52(t，4H)，3.30(s，12H)。

实施例8

式I-8所示阳离子表面活性剂的合成

在三口瓶中加入由实施例7制得的长链酯基叔胺0.02mol和0.01mol1，4-二溴丁炔-2，加入50ml乙酸乙酯为溶剂，室温反应48h，所得粗产物经二氯甲烷和乙酸乙酯重结晶，得到目标物(式I-8所示化合物)。

¹HNMR(400M，D₂O)：5.73(m，2H)，4.18(t，4H)，3.03(d，J＝4.8Hz，4H)，2.67(t，4H)，2.27(s，12H)。

实施例9

式I-9所示阳离子表面活性剂的合成：

在三口瓶中加入由实施例7制得的长氟链酯基叔胺0.03mol和0.01mol 1，3，5-(对三溴苄基)苯，加入50ml乙酸乙酯为溶剂，室温反应48h，所得粗产物经二氯甲烷和乙酸乙酯重结晶，得到目标物(式I-9所示化合物)。

¹HNMR(400M，CDCl₃)：7.66(d，J＝7.8Hz，3H)，7.36(d，J＝7.6Hz，6H)，7.12(d，J＝7.8Hz，6H)，4.52(m，12H)，3.52(t，6H)，3.30(s，18H)。

实施例10

本专利采用微量液体稀释法测定最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration，MIC)和最小杀菌浓度(minimum bactericidal concentration，MBC)。

测试选择的金黄色葡萄球菌ATCC 6538，大肠杆菌ATCC 8739，大肠杆菌ATCC 25922和绿脓杆菌ATCC 9027初始浓度(cfu/ml)分别为8.5×10⁷，1.2×10⁸，1.3×10⁸和1.7×10⁸。将待测物质用乙醇稀释后和营养肉汤相混合放入孔中，配成系列浓度如表1所示。接种菌液为原始菌液按1∶10稀释后吸取0.005ml加入孔中，最终菌液浓度约为10⁴cfu/孔。

接种后在37℃下培养24小时，用肉眼观察其浑浊度，从而判定有无细菌生长。如果某一孔内出现浑浊，则表明在该浓度下有菌体生长，如果孔内清晰则说明该浓度下无细菌生长，表明测试菌的生长被抑制。能抑制细菌生长的最小浓度为MIC值，MIC值越小，表明抑菌活性越大。测试结果见表2。

MBC的测试是用来测定抗菌药物最小杀菌浓度的实验，可以证明其是否有杀菌作用。测定方法是在MIC实验结束后，在无菌生长的试管内加入中和剂(1％卵磷酯+1％吐温-80PBS)，再继续培养24h，用肉眼观察其浑浊度，从而判定有无细菌生长。(判定方法同实施例10中的MIC测试)。无菌生长的最小稀释浓度为MBC值。测试结果见表2。

表1

表2

Claims (12)

1.一种阳离子型表面活性剂，其为式I所示化合物：

式I中，R₁和R₂分别独立选自C₁～C₆链状烷基中一种；R₃为C₇～C₂₀链状烷基或链状全氟烷基；m为1～6的整数；n为2或3；A为C₁～C₆链状不饱和烷基，或C₆～C₂₄芳环基；X为卤素。

2.如权利要求1所述的阳离子型表面活性剂，其特征在于，其中R₁和R₂分别独立选自C₁～C₃链状烷基中一种。

3.如权利要求2所述的阳离子型表面活性剂，其特征在于，其中R₁和R₂分别独立选自甲基、乙基或正丙基中一种。

4.如权利要求3所述的阳离子型表面活性剂，其特征在于，其中R₁和R₂均为甲基。

5.如权利要求1所述的阳离子型表面活性剂，其特征在于，其中R₃为C₇～C₁₃链状烷基或链状全氟烷基。

6.如权利要求1所述的阳离子型表面活性剂，其特征在于，其中m为1～3的整数。

7.如权利要求6所述的阳离子型表面活性剂，其特征在于，其中m为2。

8.如权利要求1所述的阳离子型表面活性剂，其特征在于，其中X为Cl或Br。

9.如权利要求1所述的阳离子型表面活性剂，其特征在于，其中A为C₁～C₃链状不饱和烷基，或C₆～C₂₄芳环基。

10.如权利要求9所述的阳离子型表面活性剂，其特征在于，其中A是：-CH＝CH-、-C≡C-、式II所示基团或式III所示基团：

其中，p为0、1或2，曲线所标位置为取代位置。

11.如权利要求10所述的阳离子型表面活性剂，其特征在于，其中A是：式II a所示基团、式IIIa所示基团或式IIIb所示基团：

12.如权利要求4、5、7、8或11所述的阳离子型表面活性剂，其特征在于，所述的阳离子型表面活性剂是式I-1、I-2、I-3、I-4、I-5、I-6、I-7、I-8或I-9所示化合物：