CN105814014A - 新型双子表面活性剂和它们的用途 - Google Patents

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Abstract

本文公开了双子表面活性剂，以及制备和使用这些双子表面活性剂的方法。这些双子表面活性剂可并入油漆和涂料，以提供亲水和/或自清洁特性。表面活性剂是包括亲水基团和疏水基团或亲脂基团的化合物。鉴于它们的双重亲水和疏水性质，表面活性剂倾向于在水性混合物的界面处富集；表面活性剂的亲水部分本身朝着水相定向并且疏水部分本身远离水相定向。

Description

新型双子表面活性剂和它们的用途
背景
表面活性剂是包括亲水基团和疏水基团或亲脂基团的化合物。鉴于它们的双重亲水和疏水性质，表面活性剂倾向于在水性混合物的界面处富集；表面活性剂的亲水部分本身朝着水相定向并且疏水部分本身远离水相定向。由于这些特性，在制造油漆期间，表面活性剂可用作乳液聚合反应的乳化剂。另外，表面活性剂，通过涂料改善衬底的湿润性，和通过树脂改善颜料的湿润性。表面活性剂的存在也可影响油漆和乳液中聚合物的机械、化学、冷冻和储存稳定性。另外，表面活性剂也可影响聚合物膜的耐水、耐湿气、耐热性和黏合性。因此，离子和非离子表面活性剂可用于涂料组合物。
双子表面活性剂(有时称为二聚表面活性剂)是分子中具有两个或更多个亲水基团和两个或更多个疏水基团的新类别的表面活性剂。典型地，双子表面活性剂具有低的临界胶束浓度，并且可以比常规的表面活性剂更低的量使用。双子表面活性剂的表面活性可比在分子中具有类似的但是单个、亲水性和疏水基团的常规表面活性剂大十几至几千倍。此外，双子表面活性剂可以是阴离子的、阳离子的、非离子的或两性离子的。
在油漆工业中，表面活性剂的浸出、乳液系统的降解和冷冻代表保持油漆的质量和耐久性方面的主要问题。可以通过开发新的和有效的类型的聚合和自乳化的表面活性剂克服这些问题。
发明内容
本文公开了新的双子表面活性剂，其是非浸出的、具有高的表面活性剂效率并且形成稳定的乳液。这些双子表面活性剂可用于涂料组合物和乳液，以当施加在表面上时提供亲水性、自清洁特性。
本公开涉及新的双子表面活性剂。在一种实施方式中，化合物具有式I：
其中A1是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+[Z-CH3]3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐；
A2是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐；
A3是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐；
A4是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐；
每个Z独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在；
Q是–C(＝O)-、-CH2-CH2-、-CH2-(CH2)k-CH2-、-C(＝O)-NH-C(＝O)-或聚脲，其中k是1至10的整数；和
X是Cl、Br、F、I或OH，和
其中A1、A2、A3和A4中的至少一个是亲水的，和A1、A2、A3和A4中的至少一个是疏水的。
在另一实施方式中，化合物具有式II：
其中每个A5独立地是-H、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+或其盐；
每个A6独立地是-H、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+或其盐；
每个A7独立地是-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+或其盐；
每个Z独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在；和
X是Cl、Br、F、I或OH，和
其中A5、A6和A7中的至少一个是亲水的，和A5、A6和A7中的至少一个是疏水的。
在另外的实施方式中，化合物具有式III：
其中
a是1至10的整数；
R1是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-COO-.Na+或其盐；
每个R2独立地是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-COO-.Na+或其盐；
R3是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-COO-.Na+或其盐；
R4是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N+(Z-CH3)3.X-、-Z-CH3或其盐；
每个R5独立地是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N+(Z-CH3)3.X-、-Z-CH3或其盐；
R6是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N+(Z-CH3)3.X-、-Z-CH3或其盐；
每个Z独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在；和
X是Cl、Br、F、I或OH，和
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6的至少一个是亲水的，和R1、R2、R3、R4、R5和R6的至少一个是疏水的。
在另一实施方式中，化合物具有式IV：
其中
R7是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐；
R8是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3或其盐；
R9是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐；
R10是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐；
R11是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐；
R12是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐；
R13是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3或其盐；
R14是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐；
E是-CH2-、-C(CH3)2-、-S-、-S(＝O)2-、-S(＝O)-、-CH(CCl3)-、-C(Cl)2-、-O-或-C(F)2-；
每个Z独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在；和
X是Cl、Br、F、I或OH，和
其中R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14的至少一个是亲水的，和R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14的至少一个是疏水的。
在进一步的实施方式中，化合物具有式V：
其中
R15是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐；
R16是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2或其盐；
R17是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2或其盐；
R18是-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2或其盐；
每个Z独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在；和
X是Cl、Br、F、I或OH，和
其中R15、R16、R17和R18的至少一个是亲水的，和R15、R16、R17和R18的至少一个是疏水的。
在仍另一实施方式中，组合物可包括本文所述的化合物的任何一种或多种。
在进一步的实施方式中，制备式I的化合物的方法可包括将尿素、缩二脲或亚烷基二胺的任何一种与甲醛接触，以形成羟甲基化合物；和使羟甲基化合物与二甲基烷基胺接触。
在另外的实施方式中，制备式II的化合物的方法可包括使三聚氰胺与甲醛接触，以形成羟甲基三聚氰胺衍生物；使羟甲基三聚氰胺衍生物与二乙醇胺接触，以形成二乙醇三聚氰胺衍生物；和使二乙醇三聚氰胺衍生物与卤代烷接触。
在进一步的实施方式中，制备式III的化合物的方法可包括使酚醛清漆与表氯醇接触，以形成酚醛清漆-氯乙醇衍生物；使酚醛清漆-氯乙醇衍生物与二乙醇胺或三乙胺的任何一种接触，以形成酚醛清漆衍生物；和使酚醛清漆衍生物与烷基氯化物接触。
在另一实施方式中，制备式IV的化合物的方法可包括使双酚化合物与表氯醇和甲醛接触，以形成四羟甲基双酚衍生物；和使四羟甲基双酚衍生物与下述任何一种接触：三甲胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物、二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物，和丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的混合物。
在仍另一实施方式中，制备式V的化合物的方法可包括使酚醛树脂A与表氯醇接触，以形成酚醛树脂A-氯乙醇衍生物；和使酚醛树脂A-氯乙醇衍生物与下述任何一种接触：三乙胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物、二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物、丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的混合物。
在进一步的实施方式中，涂布衬底的方法可包括将涂料组合物施加至衬底，其中涂料组合物包括式I-V的一种或多种化合物。
发明详述
本公开不限于描述的具体系统、设备和方法，因为这些可可改变。在本说明书中使用的术语是仅仅为了描述具体形式或实施方式的目的，并且不旨在限制范围。
“烷基”意指直链或支链的饱和烃基。烷基可包含1至20个碳原子、2至20个碳原子、1至10个碳原子、2至10个碳原子、1至8个碳原子、2至8个碳原子、1至6个碳原子、2至6个碳原子、1至4个碳原子、2至4个碳原子、1至3个碳原子或2个或3个碳原子。烷基的例子包括但不限于甲基(Me)、乙基(Et)、丙基(例如，正丙基和异丙基)、丁基(例如，正丁基、叔丁基、异丁基)、戊基(例如，正戊基、异戊基、新戊基)、己基、异己基、庚基、4,4二甲基戊基、辛基、2,2,4-三甲基戊基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、2-甲基-1-丙基、2-甲基-2-丙基、2-甲基-1-丁基、3-甲基-1-丁基、2-甲基-3-丁基、2-甲基-1-戊基、2,2-二甲基-1-丙基、3-甲基-1-戊基、4-甲基-1-戊基、2-甲基-2-戊基、3-甲基-2-戊基、4-甲基-2-戊基、2,2-二甲基-1-丁基、3,3-二甲基-1-丁基、2-乙基-1-丁基等。
“取代的烷基”指其中连接至烷基的碳的一个或多个氢原子被另一个基团替换的所描述的烷基，所述另一个基团比如卤素、芳基、取代的芳基、环烷基、取代的环烷基和其组合。适当的取代的烷基包括例如苄基和三氟甲基。
“亚烷基”指具有通式-(CH2)n-的二价烷基部分，其中n是约1至约25、约1至约20或约4至约20。二价意思是基团具有两个开放位点，其每个结合另一个基团。非限制性例子包括亚甲基、亚乙基、三亚甲基、五亚甲基和六亚甲基。亚烷基可以是取代的或未取代的，直链的或支链二价烷基。
“烯基”意思是具有一个或多个碳-碳双键和2-20个碳原子的直链或支链烷基，包括但不限于乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基等。在一些实施方式中，烯基链的长度是2至10个碳原子、2至8个碳原子、2至6个碳原子或2至4个碳原子。
“亚烯基”指二价烯基部分，意思是烯基部分通过二价键连接至分子的其他部分。
“炔基”意思是具有一个或多个碳-碳三键和2-20个碳原子的直链或支链烷基，包括但不限于乙炔基、1-丙烯基(1-propylene)、2-丙烯基(2-propylene)等。在一些实施方式中，炔基链的长度是2至10个碳原子、2至8个碳原子、2至6个碳原子或2至4个碳原子。
“亚炔基”指二价炔基部分，其意思是炔基部分通过二价键连接分子的其他部分。
“亚芳基”意思是将分子中一个基团另一个基团连接的二价芳基。亚芳基可以是取代的或未取代的。
本文公开了双子表面活性剂，和制备这样的表面活性剂的方法。这些双子表面活性剂可用在各种应用中，比如涂料组合物、乳液、破乳剂、相转移催化剂、分散剂和消泡剂。
在一些实施方式中，化合物具有式I：
其中A1可以是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+[Z-CH3]3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐。在一些实施方式中，A1可以是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。在一些实施方式中，A1可以是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2或-NH-CH2-CH2-OH。
在一些实施方式中，A2可以是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐。在一些实施方式中，A2可以是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。在一些实施方式中，A2可以是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2或-NH-CH2-CH2-OH。
在一些实施方式中，A3可以是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐。在一些实施方式中，A3可以是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。在一些实施方式中，A3可以是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2或-NH-CH2-CH2-OH。
在一些实施方式中，A4可以是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐。在一些实施方式中，A4可以是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。在一些实施方式中，A4可以是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2或-NH-CH2-CH2-OH。
在一些实施方式中，各个Z可独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在。
在一些实施方式中，Q可以是–C(＝O)-、-CH2-CH2-、-CH2-(CH2)k-CH2-、-C(＝O)-NH-C(＝O)-或聚脲，其中k是1至10的整数。
在一些实施方式中，X可以是Cl、Br、F、I或OH。在一些实施方式中，在本文公开的式I的化合物中，A1、A2、A3和A4的至少一个可以是亲水的，并且A1、A2、A3和A4的至少一个可以是疏水的。
在一些实施方式中，式I的化合物在A1、A2、A3、A4和Q各个处可独立地具有如表1中显示的下述取代基：
表1
由式I表示的化合物的例子包括但不限于下述化合物：
在一些实施方式中，化合物具有式II：
其中每个A5可独立地是-H、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+或其盐。在一些实施方式中，每个A5可独立地是-H、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2，-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，每个A5可独立地是-H、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2或–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2。
在一些实施方式中，每个A6可独立地是-H、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-，-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+或其盐。在一些实施方式中，每个A6可独立地是-H、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2，-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。在一些实施方式中，每个A6可独立地是-H、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2或-NH-CH2-CH2-OH。
在一些实施方式中，每个A7可独立地是-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+或其盐。在一些实施方式中，每个A7可独立地是-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。在一些实施方式中，每个A7可独立地是-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2或-NH-CH2-CH2-OH。
在一些实施方式中，各个Z可独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在。
在一些实施方式中，X可以是Cl、Br、F、I或OH。
在一些实施方式中，在式II的化合物中，A5、A6和A7的至少一个可以是亲水的，并且A5、A6和A7的至少一个可以是疏水的。
在一些实施方式中，式II的化合物在各个A5、A6和A7处可独立地具有下述如表2中显示的取代基：
表2
由式II表示的化合物的例子包括但不限于下述化合物：
在一些实施方式中，化合物具有式III：
其中a是1至10的整数。在一些实施方式中，R1可以是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-COO-.Na+或其盐。在一些实施方式中，R1可以是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH或-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，R1可以是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2或-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-。
在一些实施方式中，每个R2可独立地是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-COO-.Na+或其盐。在一些实施方式中，每个R2可独立地是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH或-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，每个R2可独立地是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-或-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2
在一些实施方式中，R3可以是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-COO-.Na+或其盐。在一些实施方式中，R3可以是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH或-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，R3可以是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH，-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-或-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2。
在一些实施方式中，R4可以是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N+(Z-CH3)3.X-、-Z-CH3或其盐。在一些实施方式中，R4可以是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，R4可以是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2或-N+H3.X-。
在一些实施方式中，每个R5可独立地是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N+(Z-CH3)3.X-、-Z-CH3或其盐。在一些实施方式中，每个R5可独立地是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，每个R5可独立地是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2或-N+H3.X-。
在一些实施方式中，R6可以是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N+(Z-CH3)3.X-、-Z-CH3或其盐。在一些实施方式中，R6可以是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，R6可以是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2或-N+H3.X-。
在一些实施方式中，各个Z可独立地是独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在。
在一些实施方式中，X可以是Cl、Br、F、I或OH。
在一些实施方式中，在式III的化合物中，R1、R2、R3、R4、R5和R6的至少一个是亲水的，并且R1、R2、R3、R4、R5和R6的至少一个是疏水的。
在一些实施方式中，式III的化合物可在各自R1、R2、R3、R4、R5和R6可独立地具有如表3中显示的取代基：
表3
由式III表示的化合物的例子包括但不限于下述化合物：
在一些实施方式中，化合物具有式IV：
其中R7可以是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐。在一些实施方式中，R7可以是-N(-CH3)-Z-CH3，–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，R7可以是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-或-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2。
在一些实施方式中，R8可以是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3或其盐。在一些实施方式中，R8可以是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，R8可以是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2或-N+H3.X-。
在一些实施方式中，R9可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐。在一些实施方式中，R9可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2或-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3。在一些实施方式中，R9可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2或-CH2-NH-CH2-CH2-OH。
在一些实施方式中，R10可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐。在一些实施方式中，R10可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH或-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，R10可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH或-CH2-N[Z-CH3]2。
在一些实施方式中，R11可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐。在一些实施方式中，R11可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2或-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3。在一些实施方式中，R11可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2或-CH2-NH-CH2-CH2-OH。
在一些实施方式中，R12可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐。在一些实施方式中，R12可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2或-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3。在一些实施方式中，R12可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2或-CH2-NH-CH2-CH2-OH。
在一些实施方式中，R13可以是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3或其盐。在一些实施方式中，R13可以是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，R13可以是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-或-N[Z-CH3]2。
在一些实施方式中，R14可以是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐。在一些实施方式中，R14可以是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，R14可以是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-或-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2。
在一些实施方式中，E可以是-CH2-、-C(CH3)2-、-S-、-S(＝O)2-、-S(＝O)-、-CH(CCl3)-、-C(Cl)2-、-O-或-C(F)2-。
在一些实施方式中，各个Z可独立地是独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在。
在一些实施方式中，X可以是Cl、Br、F、I或OH。
在一些实施方式中，在式IV的化合物中，R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14的至少一个是亲水的，并且R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14的至少一个是疏水的。
在一些实施方式中，式IV的化合物在R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14各个处可独立地具有如表4中显示的取代基：
表4
由式IV表示的化合物的例子包括但不限于下述化合物：
在一些实施方式中，化合物具有式V：
其中R15可以是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N+(CH3)3.X-，-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐。在一些实施方式中，R15可以是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。在一些实施方式中，R15可以是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-N+H3.X-或-N[Z-CH3]2。
在一些实施方式中，R16可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2、-CH2-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐。在一些实施方式中，R16可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-CH2-O-Z-CH3。在一些实施方式中，R16可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2或-CH2-NH-CH2-CH2-OH。
在一些实施方式中，R17可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2、-CH2-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐。在一些实施方式中，R17可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-O-Z-CH3或-CH2-N+(Z-CH3)3.X-。在一些实施方式中，R17可以是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2或-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2。
在一些实施方式中，R18可以是-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2、-CH2-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐。在一些实施方式中，R18可以是-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-O-Z-CH3或-CH2-N+(Z-CH3)3.X-。在一些实施方式中，R18可以是-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH或-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2。
在一些实施方式中，各个Z可独立地是独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在。
在一些实施方式中，X可以是Cl、Br、F、I或OH。
在一些实施方式中，在式V的化合物中，R15、R16、R17和R18的至少一个是亲水的，并且R15、R16、R17和R18的至少一个是疏水的。
在一些实施方式中，式V的化合物可在各个R1、R2、R3和R4处独立地具有如表5中显示的取代基：
表5
由式V表示的化合物的例子包括但不限于下述化合物：
在一些实施方式中，由式I-V表示的化合物可以是双子表面活性剂。根据用途，这些双子表面活性剂可制备为更疏水的或更亲水的。例如，增加疏水基团的非极性链长度可增加亲脂性和表面活性，降低了临界胶束浓度。在一些实施方式中，疏水基团与亲水基团的比例可在本文所述的双子表面活性剂中变化。
在一些实施方式中，双子表面活性剂的疏水基团可以是具有适当的链长度的烷基醚链、芳基烷基醚链、烷基酯链或芳基烷基酯链。这样的链可用作锚定部分(anchor)并且当并入涂料时防止表面活性剂的浸出。在一些实施方式中，亲水基团可以是单乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺；阴离子基团，比如羧酸根、硫酸根、磺酸根、磷酸一氢根或磷酸二氢根或Na+、K+、Ca2+、Mg2+或NH4 +的盐或其任何组合；阳离子基团，比如季胺化合物盐、磷鎓盐、丙烯酸盐或其任何组合。
在一些实施方式中，亲水性涂料可包括如本文所描述的式I-V的双子表面活性剂的一种或多种。当施加在衬底上时，亲水性涂料可提供亲水特性和/或自清洁特性。随着水蒸发，粘合剂颗粒彼此抵靠堆挤(pack)而形成不可逆的网络化结构。在该过程期间，聚结剂以及双子表面活性剂可迁移至表面。双子表面活性剂可为涂料提供亲水性表面，因此有助于表面的自清洁。这些表面能够与水分子相互作用并且保持水分子相对较长的时间段，因此保持表面湿润并且有助于水覆盖(sheatheroff)和去除污垢。另外，双子表面活性剂可为涂料提供抗菌和抗微生物特性。
本文所述的亲水性涂料可用作装饰涂料、工业涂料、保护涂料、UV-保护涂料、自清洁涂料、杀生物的涂料或其任何组合。涂料可大体上施加至任何衬底。衬底可以是制品、物体、交通工具或结构。尽管不具体限制本公开使用的衬底，示例性衬底包括建筑的外部、交通工具、汽车、卡车、自行车、桥梁、飞机、直升机、金属栏杆、栅栏、玻璃、塑料、金属、陶瓷、木头、石头、水泥、织物、纸张、皮革、墙壁、管线、容器、医学设备、涡轮机、风扇叶片、螺旋桨等。涂料可通过喷雾、浸渍、辊压、刷涂或其任何组合施加至衬底。
涂料组合物中存在的双子表面活性剂可以是约0.5至约5重量百分数、约0.5至约2.5重量百分数、约0.5至约2重量百分数、约0.5至约1.5重量百分数或约0.5至约1重量百分数。具体例子包括总重的约0.5重量百分数、约1重量百分数、约1.5重量百分数、约2重量百分数、约2.5重量百分数、约5重量百分数，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。由于高表面-活性，与常规的表面活性剂相比，可能需要更低浓度的表面活性剂。
双子表面活性剂可在乳液聚合过程期间通过用本文所述的双子表面活性剂替换常规的表面活性剂添加至涂料。在乳液聚合过程中，表面活性剂溶于水，直到达到临界胶束浓度(CMC)。胶束的内部提供了聚合必要的位点。聚合过程包括在恒定搅拌下加热包含水、引发剂、单体和表面活性剂的混合物。强力混合引发剂/表面活性剂混合物和单体，以形成胶束。在一些实施方式中，在该过程期间双子表面活性剂可与常规的表面活性剂混合。可使用的常规的表面活性剂的例子包括但不限于烷基酚乙氧基化物、月桂基硫酸钠、十二烷基苯磺酸盐、烷基聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基烯丙基醚、乙二醇、聚氧乙烯、硬脂酸和聚氧丙烯。在一些实施方式中，双子表面活性剂可在该过程结束时并入涂料组合物，并且在使用之前与油漆混合。例如，终端消费者可在使用之前将双子表面活性剂添加至任何常规的涂料制剂。
在一些实施方式中，油漆组合物中的双子表面活性剂可作为彼此交联的分子存在。交联基团，比如亚芳基或亚苯乙烯基(styrylenegroup)的存在可参与该交联。在一些实施方式中，双子表面活性剂可作为没有交联的游离分子存在。另外，双子表面活性剂也可作为与粘合剂组分的交联存在。粘合剂可以是丙烯酸酯、苯乙烯或乙烯基聚合物。适当的粘合剂聚合物可以是下述的聚合物：丙烯酸烷基酯、烷基甲基丙烯酸酯、烯丙基甲基丙烯酸酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、2-羟乙基甲基丙烯酸酯、2-羟丙基甲基丙烯酸酯、硫乙基甲基丙烯酸酯、乙烯基甲基丙烯酸酯、乙烯基苯、2-羟乙基丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、2-乙基己基丙烯酸酯、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基甲酸酯、乙酸乙烯酯、乙烯基丙酸酯、乙烯基丁酸酯、乙烯基己酸酯、乙烯基甲苯，α-甲基苯乙烯、氯苯乙烯或苯乙烯磺酸或前述任何的共聚物或其任何组合。
另外，本文所述的双子表面活性剂可用作油漆中有效的乳化剂和聚结剂。双子表面活性剂可以自交联或与粘合剂交联并且可降低最小成膜温度(MFT)。除了与聚合粘合剂链的静电和物理链结合(entanglement)，由于疏水链的锚定，这些双子表面活性剂可用作非浸出的乳化剂。此外，当经受低温或高剪切应力时，这些双子表面活性剂可形成具有改善的凝结抗性的稳定乳液系统。
本文所述的双子表面活性剂可表现为多活性表面活性剂：阴离子、阳离子、分子和混合活性双子表面活性剂。此外，根据必要的应用，可控制疏水/亲水活性基团的比例。此外，本文所述的双子表面活性剂可结合一种或多种类型的表面活性剂，无论活性基团是否是脂肪族的、芳族的或杂环的。
除了其在油漆中的用途，双子表面活性剂也可用作亲水材料、消泡剂、乳化剂、柴油燃料混合物的分散剂、湿润助剂、均染助剂、相转移催化剂或破乳剂。
双子表面活性剂也可用于遮光剂、洁肤组合物、皮肤病学和痤疮护理产物(例如，肥皂、专用肥皂、洗手液、洗发剂、调节剂、沐浴露)、日用品(例如，干燥和液体洗涤剂、洗碗皂、洗碟机用洗涤剂、洁厕剂、室内装潢清洁剂、玻璃清洁剂、普通清洁剂或织物柔软剂)、硬表面清洁剂(例如，地面清洁剂、金属清洁剂、汽车和其他交通工具清洁剂)、宠物护理品(例如，洗发剂)，和一般的清洁产品。双子表面活性剂的其他用途可在下述工业应用中：润滑剂、乳液聚合、纺织品加工、矿业絮凝剂、石油开采、色素的分散剂、油漆和印刷油墨中的湿润剂或匀化剂、家庭和农业杀虫剂的湿润剂、废水处理和收集系统、脱机(off-line)和连续清洁，和制造横流膜过滤器，比如反渗透(RO)、超滤(UF)、微过滤(MF)和纳米过滤(UF)、加上膜生物反应器(MBR)和所有类型的流过型过滤器，包括多介质过滤器，和许多其他产品和过程。此外，双子表面活性剂也可用作在冷却塔中在油漏出后用于杂质油的分散剂。
制备式I的双子表面活性剂
在一些实施方式中，制备式I的双子表面活性剂的方法可包括使尿素、缩二脲或亚烷基二胺的任何一种接触甲醛，以形成羟甲基化合物；和使羟甲基化合物接触二甲基烷基胺，以形成式I的双子表面活性剂。在一些实施方式中，二甲基烷基胺中的烷基可以是C1-C25碳原子长。在一些实施方式中，可以约1:2至约1:6、约1:2至约1:5、约1:2至约1:4或约1:2至约1:3的摩尔比使尿素、缩二脲或亚烷基二胺接触甲醛。具体例子包括但不限于约1:2、约1:3、约1:4、约1:5、约1:6和这些值的任何两个之间的范围。亚烷基二胺可以是C1-C10亚烷基二胺，尤其乙烯二胺。该过程可在存在碱性催化剂的情况下进行。碱性催化剂的具体例子包括碱金属氢氧化物，比如KOH、LiOH、NaOH等。使尿素、缩二脲或亚烷基二胺的任何一种与甲醛和碱性催化剂接触可在溶液中进行。在该过程期间，溶液的pH可保持在约pH8至约pH11、约pH8至约pH10.5、约pH8至约pH10、约pH8至约pH9或约pH8至约pH8.5。具体例子包括但不限于约pH8、约pH8.5、约pH9、约pH9.5、约pH10、约pH11和这些值的任何两个之间的范围(包括它们的端点)。
当将尿素、缩二脲或亚烷基二胺的任何一种接触甲醛和碱性催化剂时，混合物可被加热至约50℃至约90℃、约50℃至约75℃、约50℃至约70℃或约50℃至约60℃的温度。具体例子也包括但不限于约50℃、约65℃、约70℃、约80℃、约85℃、约90℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约2小时至约6小时、约2小时至约5小时、约2小时至约4小时或约2小时至约3小时。具体例子包括但不限于约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，当使羟甲基化合物接触二甲基烷基胺时，混合物可被加热至约20℃至约40℃、约20℃至约35℃、约20℃至约30℃或约20℃至约25℃的温度。具体例子也包括但不限于约20℃、约25℃、约30℃、约35℃、约40℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约2小时至约6小时、约2小时至约5小时、约2小时至约4小时或约2小时至约3小时。具体例子包括但不限于约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。在一些实施方式中，羟甲基化合物可以是二(羟甲基)化合物、三(羟甲基)化合物、四(羟甲基)化合物、聚(羟甲基)化合物或其任何组合。
制备式II的双子表面活性剂
在一些实施方式中，可通过下述步骤制备式II的双子表面活性剂：使三聚氰胺接触甲醛，以形成羟甲基三聚氰胺衍生物；使羟甲基三聚氰胺衍生物接触二乙醇胺，以形成二乙醇三聚氰胺衍生物；和使二乙醇三聚氰胺衍生物接触卤代烷。
在一些实施方式中，当三聚氰胺接触甲醛时，混合物可被加热至约50℃至约90℃、约50℃至约75℃、约50℃至约70℃或约50℃至约60℃的温度。具体例子也包括但不限于约50℃、约65℃、约70℃、约80℃、约85℃、约90℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约2小时至约6小时、约2小时至约5小时、约2小时至约4小时或约2小时至约3小时。具体例子包括但不限于约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，羟甲基三聚氰胺衍生物进一步与二乙醇胺反应，并且混合物可被加热至约20℃至约40℃、约20℃至约35℃、约20℃至约30℃或约20℃至约25℃的温度。具体例子也包括但不限于约20℃、约25℃、约30℃、约35℃、约40℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约2小时至约6小时、约2小时至约5小时、约2小时至约4小时或约2小时至约3小时。具体例子包括但不限于约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。在一些实施方式中，羟甲基三聚氰胺衍生物可以是三(羟甲基)三聚氰胺衍生物、四(羟甲基)三聚氰胺衍生物、戊(羟甲基)三聚氰胺衍生物、六(羟甲基)三聚氰胺衍生物或其任何组合。
具有二乙醇胺官能团的三聚氰胺可进一步与卤代烷反应，并且反应可被加热至约30℃至约60℃、约30℃至约55℃、约30℃至约50℃或约30℃至约40℃的温度。具体例子也包括但不限于约30℃、约35℃、约40℃、约55℃、约60℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约2小时至约6小时、约2小时至约5小时、约2小时至约4小时或约2小时至约3小时。具体例子包括但不限于约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。在一些实施方式中，烷基氯化物可以是C1-C25碳原子的长度。
在一些实施方式中，可通过下述步骤制备式II的双子表面活性剂：使三聚氰胺接触甲醛，以形成羟甲基三聚氰胺衍生物；和使羟甲基三聚氰胺衍生物接触下述之一：饱和的脂肪酸/草酸的等摩尔混合物、饱和的脂肪酸/氯磺酸的等摩尔混合物或饱和的脂肪酸/氯膦酸的等摩尔混合物。
在一些实施方式中，当羟甲基三聚氰胺衍生物接触饱和的脂肪酸/草酸的等摩尔混合物、饱和的脂肪酸/氯磺酸的等摩尔混合物或饱和的脂肪酸/氯膦酸的等摩尔混合物时，反应混合物可被加热至约30℃至约80℃、约30℃至约75℃、约30℃至约60℃或约30℃至约40℃的温度。具体例子也包括但不限于约30℃、约55℃、约60℃、约75℃、约80℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约2小时至约6小时、约2小时至约5小时、约2小时至约4小时或约2小时至约3小时。具体例子包括但不限于约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，可通过下述步骤制备式II的双子表面活性剂：使三聚氰胺接触甲醛，以形成羟甲基三聚氰胺衍生物；和使羟甲基三聚氰胺衍生物接触二甲基烷基胺。
在一些实施方式中，羟甲基三聚氰胺衍生物可与二甲基烷基胺反应，并且混合物可被加热至约20℃至约40℃、约20℃至约35℃、约20℃至约30℃或约20℃至约25℃的温度。具体例子也包括但不限于约20℃、约25℃、约30℃、约35℃、约40℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约2小时至约6小时、约2小时至约5小时、约2小时至约4小时或约2小时至约3小时。具体例子包括但不限于约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
制备式III的双子表面活性剂
在一些实施方式中，可通过下述步骤制备式III的双子表面活性剂：使酚醛清漆接触表氯醇，以形成酚醛清漆-氯乙醇衍生物；使酚醛清漆-氯乙醇衍生物接触二乙醇胺或三乙胺，以形成酚醛清漆衍生物；和使酚醛清漆衍生物接触烷基氯化物。
在一些实施方式中，酚醛清漆和表氯醇混合物可被加热至约50℃至约90℃、约50℃至约75℃、约50℃至约70℃或约50℃至约60℃的温度。例子也包括约50℃、约65℃、约70℃、约80℃、约85℃、约90℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行各种时间，比如约2小时至约6小时、约2小时至约5小时、约2小时至约4小时或约2小时至约3小时。例子也包括约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值的任何两个之间的范围(包括其端点)。
在一些实施方式中，酚醛清漆-氯乙醇衍生物可与二乙醇胺或三乙胺反应，以形成酚醛清漆衍生物。反应可在约50℃至约90℃、约50℃至约75℃、约50℃至约70℃或约50℃至约60℃的温度进行。例子也包括约50℃、约65℃、约70℃、约80℃、约85℃、约90℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行各种时间，比如约1小时至约3小时、约1小时至约2小时或约1小时至约1.5小时。例子也包括约1小时、约1.5小时、约2小时、约3小时，和这些值的任何两个之间的范围(包括其端点)。
在一些实施方式中，酚醛清漆衍生物可与烷基氯化物反应，并且烷基化可通过本领域已知的任何烷基化方法进行。例如，烷基化可在存在弗里德尔-克拉夫茨催化剂，比如AlCl3的情况下进行。卤代烷可以是任何C1-C25碳原子卤代烷。
制备式IV的双子表面活性剂
在一些实施方式中，可通过下述步骤制备式IV的双子表面活性剂：使双酚化合物接触表氯醇和甲醛，以形成四羟甲基双酚衍生物；使四羟甲基双酚衍生物接触任何下述之一：三甲胺和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物、二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物和丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物。
在一些实施方式中，双酚化合物可接触表氯醇和甲醛，以形成四羟甲基双酚衍生物。双酚化合物的非限制性例子包括双酚A、双酚F、双酚S、双酚砜、双酚亚砜、双酚氯醛、双酚亚乙烯基二氯化物和双酚亚甲基二氟化物。
在一些实施方式中，四羟甲基双酚衍生物可与三甲胺和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物反应，并且反应可在约30℃至约60℃、约30℃至约55℃、约30℃至约50℃或约30℃至约40℃的温度下进行。具体例子也包括但不限于约30℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约1小时至约6小时、约1小时至约5小时、约1小时至约4小时或约1小时至约3小时。具体例子包括但不限于约1小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，四羟甲基双酚衍生物可与二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物反应，并且反应可在约30℃至约60℃、约30℃至约55℃、约30℃至约50℃或约30℃至约40℃的温度下进行。具体例子也包括但不限于约30℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约1小时至约6小时、约1小时至约5小时、约1小时至约4小时或约1小时至约3小时。具体例子包括但不限于约1小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，四羟甲基双酚衍生物可与丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物反应，并且反应可在约30℃至约60℃、约30℃至约55℃、约30℃至约50℃或约30℃至约40℃的温度下进行。具体例子也包括但不限于约30℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约1小时至约6小时、约1小时至约5小时、约1小时至约4小时或约1小时至约3小时。具体例子包括但不限于约1小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
制备式V的双子表面活性剂
在一些实施方式中，可通过下述步骤制备式V的双子表面活性剂：将酚醛树脂A与表氯醇反应，以形成酚醛树脂A-氯乙醇衍生物；和使酚醛树脂A-氯乙醇衍生物接触下述任何一种：三乙胺和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物、二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物、丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物。
在一些实施方式中，当使酚醛树脂A和表氯醇接触时，混合物可被加热至约50℃至约90℃、约50℃至约75℃、约50℃至约70℃或约50℃至约60℃的温度。例子也包括约50℃、约65℃、约70℃、约80℃、约85℃、约90℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行各种时间，比如约2小时至约6小时、约2小时至约5小时、约2小时至约4小时或约2小时至约3小时。例子也包括约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值的任何两个之间的范围(包括其端点)。
在一些实施方式中，酚醛树脂A-氯乙醇衍生物可与三乙胺和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物反应，并且反应可在约30℃至约60℃、约30℃至约55℃、约30℃至约50℃或约30℃至约40℃的温度下进行。具体例子也包括但不限于约30℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约1小时至约6小时、约1小时至约5小时、约1小时至约4小时或约1小时至约3小时。具体例子包括但不限于约1小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，酚醛树脂A-氯乙醇衍生物可与二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物反应，并且反应可在约30℃至约60℃、约30℃至约55℃、约30℃至约50℃或约30℃至约40℃的温度下进行。具体例子也包括但不限于约30℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约1小时至约6小时、约1小时至约5小时、约1小时至约4小时或约1小时至约3小时。具体例子包括但不限于约1小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
在一些实施方式中，酚醛树脂A-氯乙醇衍生物可与丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的等摩尔混合物反应，并且反应可在约30℃至约60℃、约30℃至约55℃、约30℃至约50℃或约30℃至约40℃的温度下进行。具体例子也包括但不限于约30℃、约45℃、约50℃、约55℃、约60℃，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。加热可进行约1小时至约6小时、约1小时至约5小时、约1小时至约4小时或约1小时至约3小时。具体例子包括但不限于约1小时、约3小时、约4小时、约5小时、约6小时，和这些值任何两个之间的范围(并且包括其端点)。
实施例
实施例1：制备化合物2
将约60克的尿素(1摩尔)和324克(4摩尔)的福尔马林溶液(37％浓度)在配备有冷凝器、机械搅拌器、滴液漏斗和温度计的五颈带凸缘的顶反应烧瓶中混合配。通过逐滴添加40％的氢氧化钠溶液开始反应，并且将反应混合物的pH调节至pH10。将反应混合物加热至约65℃，2小时混合，并且将pH保持在pH9-pH10。在反应期结束时，将反应混合物冷却并且用冷(5-10℃)的磷酸二氢钠溶液中和。使产物脱盐并且用分子筛干燥。通过旋转式汽化器蒸发产物并且在真空下干燥，以获得羟甲基化合物。通过使用水分进化分析技术(moistureevolutionanalysistechnique)和热重分析测定羟甲基基团的数量。
将上面获得的羟甲基化合物(63.5克，0.5摩尔)溶解在甲醇中并且在30℃下逐滴添加至两摩尔的N,N-二甲基二十一烷基胺。将混合物保持在30℃并且混合两个小时，并且逐渐加热至60℃。在氮气流下，反应继续另外一小时。使产物脱盐并且用分子筛干燥。通过旋转式汽化器蒸发产物并且在真空下干燥，以获得阳离子双子表面活性剂化合物2。
实施例2：制备化合物6
将配备有逆流冷凝器、温度计和机械搅拌器的三颈反应容器进料126克的三聚氰胺(1摩尔)和8摩尔的福尔马林溶液(37重量％)。添加10％(重量％)碳酸钠溶液并且将pH保持在8.5-9之间。将溶液加热至65-70℃，3小时，持续混合。在该时期结束时，将产物冷却至室温并且去除过多的非反应的甲醛，以获得六羟甲基三聚氰胺。
将配备有机械搅拌器、温度计、冷凝器和滴液漏斗的带凸缘的顶反应容器进料二乙醇胺(107克，1摩尔)。将上面获得的约0.5摩尔的六羟甲基三聚氰胺溶于150克乙醇中并且通过滴液漏斗缓慢添加。将反应混合物的温度控制在30℃并且逐滴添加六羟甲基三聚氰胺并且在60℃下混合3小时。在该时期结束时，通过旋转蒸发在真空下分离未反应的产物和乙醇，以获得二乙醇三聚氰胺衍生物。
将上面获得的二乙醇三聚氰胺衍生物溶于100克的二噁烷或四氢呋喃(THF)中并且在30℃下逐滴添加至一摩尔的二十二烷酸氯化物。将混合物加热至50℃并且混合三小时。之后，将混合物冷却至室温并且用10％(重量％)碳酸氢钠中和产物。蒸发溶剂和水并且通过提取分离脂肪酸盐。使终产物再溶解、脱盐并且用分子筛干燥，以获得非离子双子表面活性剂化合物6。
实施例3：制备化合物7
将实施例2的六羟甲基三聚氰胺化合物(1摩尔)溶于THF中并且在30℃下逐滴添加至两摩尔含1:1(按重量与重量计)二十二烷酸氯化物和草酸的混合物。将混合物加热至70℃并且混合2小时，并且之后冷却至室温。用10％(重量％)碳酸氢钠中和产物，脱盐并且用分子筛干燥。通过旋转式汽化器蒸发产物并且在真空下干燥，以获得阴离子双子表面活性剂化合物7。
实施例4：制备化合物8
将实施例2的六羟甲基三聚氰胺化合物(1摩尔)溶于THF中并且在30℃下逐滴添加至两摩尔包含1:1(按重量与重量计)二十二烷酸氯化物和氯磺酸的混合物。将混合物加热至70℃并且混合2小时，并且之后冷却至室温。用10％(重量％)碳酸氢钠中和产物，脱盐并且用分子筛干燥。通过旋转式汽化器蒸发产物并且在真空下干燥，以获得磺酸根阴离子双子表面活性剂化合物8。
实施例5：制备化合物9
将实施例2的六羟甲基三聚氰胺化合物(1摩尔)溶于THF中并且在30℃下逐滴添加至两摩尔包含1:1(按重量与重量计)二十二烷酸氯化物和氯磷酸的混合物。将混合物加热至70℃并且混合另外的2小时，并且之后冷却至室温。用10％(重量％)碳酸氢钠中和产物，脱盐并且用分子筛干燥。通过旋转式汽化器蒸发产物并且在真空下干燥，以获得磷酸根阴离子双子表面活性剂化合物9。
实施例6：制备化合物10
将实施例2的羟甲基三聚氰胺化合物(0.5摩尔)溶于甲醇并且在30℃下逐滴添加至两摩尔的N,N-二甲基二十一烷基胺。将混合物保持在30℃并且混合两个小时。使产物脱盐并且用分子筛干燥。通过旋转式汽化器蒸发产物并且在真空下干燥，以获得阳离子双子表面活性剂化合物10。
实施例7：制备化合物11
将配备有冷凝器、机械搅拌器和温度计的反应容器在65℃的水浴中加热并且进料溶解在20％(重量％)氢氧化钠溶液中的0.1摩尔的酚醛清漆。将溶液与0.5摩尔的表氯醇在存在氢氧化钠的情况下反应，以获得酚醛清漆-氯乙醇衍生物。酚醛清漆-氯乙醇衍生物进一步与0.5摩尔三乙胺反应，使得氯乙醇基团改性至季胺化合物氢氧化物。所得产物进一步与0.3摩尔的二十二烷基氯化物在存在弗里德尔-克拉夫茨催化剂(AlCl3)的情况下反应。通过旋转式汽化器蒸发终产物并且在真空下干燥，以获得阳离子双子表面活性剂化合物11。
实施例8：制备化合物12
将反应容器进料溶解在20％氢氧化钠溶液中的0.1摩尔酚醛清漆。用氮冲洗反应混合物并且加热至70℃。缓慢添加约0.5摩尔的氯乙酸钠并且混合。反应继续一小时，以确保所有的苯氧基转移至醚羧酸基团。用0.5摩尔的二十二烷基氯化物在存在弗里德尔-克拉夫茨催化剂(AlCl3)的情况下烷基化的获得的产物。通过旋转式汽化器蒸发终产物并且在真空下干燥，以获得羧酸化物型的阴离子双子表面活性剂化合物12。
实施例9：制备化合物13
将配备有冷凝器、机械搅拌器和温度计的反应容器在65℃的水浴中加热并且进料溶解在20％氢氧化钠溶液中的0.1摩尔的酚醛清漆。溶液与0.5摩尔的表氯醇在存在氢氧化钠的情况下反应，以获得酚醛清漆氯乙醇衍生物。此外，在70℃下将酚醛清漆氯乙醇衍生物(0.3摩尔)添加至过量的二乙醇胺并且反应继续另外的一小时。分离过多未反应的二乙醇胺并且通过与0.5摩尔二十二烷基氯化物在存在弗里德尔-克拉夫茨催化剂的情况下反应而使化产物烷基。通过旋转式汽化器蒸发终产物并且在真空下干燥，以获得双子表面活性剂化合物11。
实施例10：制备化合物14
配备有冷凝器、滴液漏斗、机械搅拌器和温度计的反应容器进料22.8克(0.1摩尔)的双酚-A、8克的氢氧化钠(作为20重量％的溶液)和0.3摩尔的表氯醇。通过滴液漏斗添加约0.6摩尔的甲醛(作为37重量％福尔马林溶液)并且混合，以形成四羟甲基双氯乙醇衍生物。获得的产物与N,N,N-三甲胺和N,N,N-三-十二烷基胺的等摩尔混合物混合并且在25℃下搅拌两个小时。反应在50℃下进一步继续一小时。通过旋转式汽化器蒸发终产物并且在真空下干燥，以获得阳离子双子表面活性剂化合物14。
实施例11：制备化合物15
将配备有冷凝器、滴液漏斗、机械搅拌器和温度计的反应容器进料22.8克(0.1摩尔)的双酚-A、8克的氢氧化钠(作为20重量％溶液)，和0.3摩尔的表氯醇。通过滴液漏斗添加约0.6摩尔的甲醛(作为37重量％福尔马林溶液)并且混合，以形成四羟甲基双氯乙醇衍生物。获得的产物与二乙醇胺和N,N,N-三-十二烷基胺等摩尔混合物混合并且在25℃下搅拌两个小时。使反应在50℃下进一步继续一小时。通过旋转式汽化器蒸发终产物并且在真空下干燥，以获得双子表面活性剂化合物15。
实施例12：制备化合物16
将配备有冷凝器、滴液漏斗、机械搅拌器和温度计的反应容器进料22.8克(0.1摩尔)的双酚-A，8克的氢氧化钠(作为20重量％溶液)，和0.3摩尔的表氯醇。通过滴液漏斗添加约0.6摩尔的甲醛(作为37重量％福尔马林溶液)并且混合，以形成四羟甲基双氯乙醇衍生物。获得的产物与N,N-氨基丙酸二钠和N,N,N-三-十二烷基胺的等摩尔混合物混合并且在25℃下搅拌两个小时。反应在50℃下进一步继续一小时。通过旋转式汽化器蒸发终产物并且在真空下干燥，以获得羧酸根阴离子双子表面活性剂化合物16。
实施例13：制备化合物17
约34克(0.1摩尔)双酚-A环氧树脂的商业液体环氧树脂与N,N,N-三甲胺混合并且在60℃下搅拌一小时。将所得产物缓慢添加至十二烷酸氯化物(0.2摩尔)并且在70℃下进一步搅拌一小时。通过旋转式汽化器蒸发终产物并且在真空下干燥，以获得阳离子双子表面活性剂化合物17。
实施例14：制备化合物18
将约34克双酚-A环氧树脂的商业液体环氧树脂缓慢添加至N,N-二乙醇胺和N,N,N-三-十二烷基胺的等摩尔混合物，并且在30℃下搅拌一小时。将混合物进一步加热至100℃，一小时。通过旋转式汽化器蒸发终产物并且在真空下干燥，以获得双子表面活性剂化合物18。
实施例15：制备化合物19
将约34克的双酚-A的商业液体环氧树脂缓慢添加至N,N-氨基丙酸二钠和N,N,N-三-十二烷基胺的等摩尔混合物，并且在30℃下混合一小时。将混合物进一步加热至100℃，一小时。通过旋转式汽化器蒸发终产物并且在真空下干燥，以获得双子表面活性剂化合物19。
实施例16：制备化合物20
将反应容器进料22.8克(0.1摩尔)的双酚-A和8克(0.2摩尔)的氢氧化钠(作为20重量％溶液)，并且加热至65℃。添加约4摩尔的甲醛(作为37％w/w福尔马林溶液)并且反应在65℃下继续三小时，保持pH在9-10。形成的四羟甲基双酚-A与0.2摩尔的二乙醇胺和0.2摩尔的N,N-双十二烷基胺的混合物在环境温度下反应，并且然后加热至60℃，两个小时。
上面形成的产物与0.2摩尔的表氯醇在pH9-10下65℃下反应。将表氯醇衍生物缓慢添加至N,N-二乙醇胺和N,N二-十二烷基胺的等摩尔混合物，并且在30℃下混合一小时。将混合物进一步加热至100℃，一小时。通过旋转式汽化器蒸发终产物并且在真空下干燥，以获得双子表面活性剂化合物20。
实施例17：制备化合物21
将反应容器进料溶解于0.1摩尔氢氧化钠的18克(0.1摩尔)的酚醛树脂A(作为20重量％溶液)中并且与0.1摩尔的表氯醇在pH9-10，和温度65-70℃下反应。反应继续两个小时，同时有效混合。将获得的氯乙醇衍生物与N,N,N-三乙胺和N,N,N-三-十二烷基胺的等摩尔混合物反应。反应在30℃下进行两个小时，并且然后进一步在60℃下继续一小时。通过旋转式汽化器蒸发终产物并且在真空下干燥，以获得双子表面活性剂化合物21。
实施例18.具有双子表面活性剂的亲水性油漆
将约10克的化合物2与40克的TiO2、2克的增稠剂(羟基乙基纤维素)、150克的溶剂(水)、70克的粘合剂(甲基丙烯酸甲酯)、0.3克的聚结剂(2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单(2-甲基丙酸酯))和0.05克的杀菌剂混合。组分在高剪切下混合30分钟。研究和评估油漆的亲水性特征。
实施例19.具有双子表面活性剂的亲水性油漆
将约10克的化合物14与40克的TiO2、2克的增稠剂(羟基乙基纤维素)、150克的溶剂(水)、70克的粘合剂(甲基丙烯酸甲酯)、0.3克的聚结剂(2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单(2-甲基丙酸酯))和0.05克的杀菌剂混合。组分在高剪切下混合30分钟。
实施例20：评估亲水性性能
将实施例18涂料制品涂布在玻璃表面上并且在室温下干燥。如下测量亲水性涂料的表面自由能和水滴接触角。Zisman绘图法用于测量表面自由能。沿着X轴绘制各种浓度的氯化镁水溶液的表面张力，并且沿着Y轴绘制根据cosθ的接触角。获得两者之间线性关系的图。将图外推，使得测量在接触角0°的表面张力并且定义为涂布的玻璃表面的表面自由能。测量的玻璃表面的表面自由能是82毫牛顿/米。高表面自由能指示涂料的亲水性性能。
实施例21：亲水性涂料的评估
将实施例19的亲水性涂料涂布在玻璃衬底上并且评估下述特性。
亲水性：通过使用DropMaster500(KyowaInterfaceScienceCo.,Ltd)测量空气中的水滴接触角。测量的水滴接触角是7°。低的水滴接触角指示涂料的亲水性性能。
抗水性和耐久性：在水中用海绵将亲水性涂层进行10个来回的摩擦处理，同时施加1kg的负荷。由摩擦处理之前和之后重量的变化计算残留的膜的量。摩擦处理之后膜的重量将是初始重量的97％。
耐候性：将亲水性涂料在腔室中暴露于被校准而模拟太阳光谱特征的氙弧灯(AtlasSunTest)。暴露进行500小时并且评估亲水性、抗水性和耐久性。在暴露之前和之后，亲水性涂料将展示相同特性。
在上面详细说明中，参考了形成其一部分的附图。在附图中，类似的符号通常表示类似的组件，除非上下文另外指出。在详细说明、附图和权利要求中描述的示意性实施方式并不意味着是限制性的。可使用其他实施方式，并且在不背离本文呈现的主题的精神和范围的情况下，可进行其他改变。容易理解，本公开的方面，如本文大体上描述的和图中阐释的，可以各种不同的构造布置、替换、组合、分开和设计，所有这些明确考虑在本文中。
本公开在预期作为各个方面的示例说明的本申请中所述的特定实施方案方面不受限制。如对本领域技术人员显而易见的，在不背离其精神和范围下，可以进行许多更改和改变。除了本文列举的那些，由上述描述，在本公开范围内的功能等效的方法和装置都对本领域技术人员是显而易见的。这样的更改和变化意欲落入附加权利要求书的范围内。本公开仅受附加权利要求书的各项以及相当于这些权利要求所赋予权利的全部范围一起的限制。应当理解，该公开内容不限于当然可以变化的特定方法、试剂、化合物、组合物或生物系统。还应当理解，本文所使用的术语仅出于描述特定实施方案的目的，而不意欲是限制的。
如在该文档中使用，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述”包括复数提及物，除非上下文明确另外指出。除非另外定义，本文使用的所有的技术和科学术语具有如本领域普通技术人员通常理解的相同含义。本公开决不解释为认可本公开中描述的实施方式由于之前的发明而不能早于这些公开。如在该文档中使用，术语“包括”意思是“包括但不限于”。
尽管就“包含(comprising)”各种组分或步骤(解释为意思“包括但不限于”)方面描述各种组合物、方法和设备，但是该组合物、方法和设备也可“基本上由各种组分和步骤组成”或“由各种组分或步骤、组成”，并且此术语应被理解为限定基本上是封闭的成员组。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，当适合于上下文和/或应用时，本领域技术人员可以将复数转换为单数和/或将单数转换为复数。为了清楚起见，本文可清楚地给出多种单数/复数变换。
本领域技术人员应当理解，通常，本文中并且特别是在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的术语通常意欲作为“开放性”术语(例如，术语“包括”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当解释为“至少具有”，术语“包含”应当解释为“包含但不限于”等)。本领域技术人员应当进一步理解，如果意欲引入特定数量的权利要求列举项，则这样的意图将在权利要求中明确地列举，并且在不存在这种列举项的情况下，不存在这样的意图。例如，为了有助于理解，以下所附权利要求可以包含引导性的短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求列举项。然而，即使当同一个权利要求包含引导短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词比如“一个”或“一种”时，这种短语的使用不应当解释为暗示由不定冠词“一个”或“一种”引入的权利要求列举项将包含这样引入的权利要求列举项的任何特定权利要求限定为仅包含一个这种列举项的实施方案(例如，“一个”和/或“一种”应当解释为指“至少一个”或“一种或多种”)；这同样适用于以引入权利要求列举项的定冠词的使用。另外，即使明确地叙述特定数量的所引入的权利要求列举项，本领域技术人员应当认识到将这种列举项解释为意指至少所叙述的数量(例如，没有其他修饰的单纯列举项“两个列举项”意指至少两个列举项，或者两个以上列举项)。此外，在其中使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，通常这种表述意味着本领域技术人员应当理解的惯例(例如，“具有A、B和C中的至少一个的体系”应当包括，但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的体系)。在其中使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯例的那些情况下，通常这种表述意味着本领域技术人员应当理解的惯例(例如，“具有A、B和C中的至少一个的体系”应当包括，但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起等的体系)。本领域技术人员应当进一步理解实际上呈现两个或多个可选择术语的任何转折性词语和/或短语，无论在说明书、权利要求书还是附图中，都应当理解为包括术语的一个、术语的任何一个或全部两个术语的可能性。例如，短语“A或B”应当理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
此外，当公开内容的特征或方面以马库什组的方式描述时，本领域技术人员将认识到，该公开内容由此也以任何单独的成员或马库什组的成员的亚组的方式描述。
如本领域技术人员应当理解的，用于任何和所有目的，如在提供书写描述的方面，本文公开的所有范围也包括任何和所有可能的子范围及其子范围的组合。任何所列范围可以容易地被认为是充分描述并能够使同一范围可以容易地分解为至少两等份、三等份、四等份、五等份、十等份等。作为非限制性实例，本文所讨论的每个范围可以容易地分解为下三分之一、中间三分之一和上三分之一等。如本领域技术人员也应当理解的，所有语言比如“高达”、“至少”等包括所叙述的数字并且是指可以随后分解为如上所述的子范围的范围。最后，如本领域技术人员应当理解的，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1-3个单元的组是指具有1、2或3个单元的组。类似地，具有1-5个单元的组指具有1、2、3、4或5个单元的组，以此类推。
各种上面公开的和其他特征和功能，或其可选方式可组合成许多其他不同的系统或应用。各种目前其无法预料的或不可预料的可选形式、修饰、变型或改善可随后被本领域技术人员作出，其每个也旨在包括在公开的实施方式内。

Claims (88)

1.一种式I的化合物：
其中A1是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+[Z-CH3]3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐；
A2是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐；
A3是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐；
A4是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+、-N+(-CH3)2-Z-CH3.X-或其盐；
每个Z独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在；
Q是–C(＝O)-、-CH2-CH2-、-CH2-(CH2)k-CH2-、-C(＝O)-NH-C(＝O)-或聚脲，其中k是1至10的整数；和
X是Cl、Br、F、I或OH，和
其中A1、A2、A3和A4的至少一个是亲水的，和A1、A2、A3和A4的至少一个是疏水的。
2.权利要求1所述的化合物，其中A1是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。
3.权利要求1或权利要求2所述的化合物，其中A2是-H、–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。
4.权利要求1至3任一项所述的化合物，其中A3是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。
5.权利要求1至4任一项所述的化合物，其中A4是–N[CH2-N+(Z-CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。
6.权利要求1所述的化合物，其中：
A1是-N[Z-CH3]2或-O-Z-CH3；
A2是-N[Z-CH3]2或-O-Z-CH3；
A3是–N[CH2-N+(CH3)3.Br-]2或-N+(Z-CH3)3.Br-；
A4是–N[CH2-N+(CH3)3.Br-]2或-N+(Z-CH3)3.Br-；和
Q是–C(＝O)-或-CH2-(CH2)k-CH2-。
7.权利要求1所述的化合物，其中A1是-N[Z-CH3]2，A2是-N[Z-CH3]2，A3是–N[CH2-N+(CH3)3.Br-]2，A4是–N[CH2-N+(CH3)3.Br-]2，并且Q是–C(＝O)-。
8.权利要求1所述的化合物，其中A1是-O-C(＝O)-COO-.Na+，A2是-O-Z-CH3，A3是-O-C(＝O)-COO-.Na+，A4是-O-Z-CH3，并且Q是–C(＝O)-。
9.权利要求1所述的化合物，其中A1是-N+(-CH3)2-Z-CH3.OH-，A2是-N+(-CH3)2-Z-CH3.OH-，A3是-N+(-CH3)2-Z-CH3.OH-，A4是-N+(-CH3)2-Z-CH3.OH-，并且Q是–C(＝O)-。
10.权利要求1所述的化合物，其中A1是-N+(Z-CH3)3.Br-，A2是-O-Z-CH3，A3是-N+(Z-CH3)3.Br-，A4是-O-Z-CH3，并且Q是–C(＝O)-。
11.一种式II的化合物：
其中每个A5独立地是-H、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+或其盐；
每个A6独立地是-H、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+或其盐；
每个A7独立地是-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3、-N+(Z-CH3)3.X-、-O-C(＝O)-COO-.Na+或其盐；
每个Z独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在；和
X是Cl、Br、F、I或OH和
其中A5、A6和A7的至少一个是亲水的，和A5、A6和A7的至少一个是疏水的。
12.权利要求11所述的化合物，其中每个A5独立地是-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-N[Z-CH3]2、-N-(CH2-CH2-OH)2、-NH-CH2-CH2-OH、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。
13.权利要求11或权利要求12所述的化合物，其中每个A6独立地是-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。
14.权利要求11至13任一项所述的化合物，其中每个A7独立地是-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-或-O-Z-CH3。
15.权利要求11所述的化合物，其中：
每个A5独立地是-N+H3.Br-或–N[CH2-N+(CH3)3.Br-]2；
每个A6独立地是-N[Z-CH3]2或-O-Z-CH3；和
每个A7独立地是-N[Z-CH3]2或-O-Z-CH3。
16.权利要求11所述的化合物，其中：
每个A5独立地是-N+(Z-CH3)3.X-或–SO3H；
每个A6独立地是-O-C(＝O)-Z-CH3或-N(-CH3)-Z-CH3；和
每个A7独立地是-O-C(＝O)-Z-CH3或-N(-CH3)-Z-CH3。
17.权利要求11所述的化合物，其中每个A5是–N(CH2-CH2-OH)2，每个A6是-O-C(＝O)-Z-CH3，并且每个A7是-O-C(＝O)-Z-CH3。
18.权利要求11所述的化合物，其中每个A5是-O-C(＝O)-COO-.Na+，每个A6是-O-C(＝O)-Z-CH3，并且每个A7是-O-C(＝O)-Z-CH3。
19.权利要求11所述的化合物，其中每个A5是-O-SO- 3.Na+，每个A6是-O-C(＝O)-Z-CH3，并且每个A7是-O-C(＝O)-Z-CH3。
20.权利要求11所述的化合物，其中每个A5是-O-PO2- 3.2Na+，每个A6是-O-C(＝O)-Z-CH3，并且每个A7是-O-C(＝O)-Z-CH3。
21.权利要求11所述的化合物，其中每个A5是-N+(Z-CH3)3.OH-，每个A6是-N+(Z-CH3)3.OH-，并且每个A7是-N+(Z-CH3)3.OH-。
22.一种式III的化合物：
其中
a是1至10的整数；
R1是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-COO-.Na+或其盐；
每个R2独立地是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-COO-.Na+或其盐；
R3是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-COO-.Na+或其盐；
R4是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N+(Z-CH3)3.X-、-Z-CH3或其盐；
每个R5独立地是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N+(Z-CH3)3.X-、-Z-CH3或其盐；
R6是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N+(Z-CH3)3.X-、-Z-CH3或其盐；
每个Z独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在；和
X是Cl、Br、F、I或OH，和
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6的至少一个是亲水的，并且R1、R2、R3、R4、R5和R6的至少一个是疏水的。
23.权利要求22所述的化合物，其中R1是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.Br-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.Cl-或-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2。
24.权利要求22或23所述的化合物，其中每个R2独立地是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.Br-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.Cl-或-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2。
25.权利要求22至24任一项所述的化合物，其中R3是–CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-C(＝O)-CH2-COOH、-SO3H、-PO3H2、–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.Br-]2、-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.Cl-或-CH2-CH(-OH)-CH2-N[Z-CH3]2。
26.权利要求22至25任一项所述的化合物，其中R4是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.Br-]2、-N+H3.Br-或-N[Z-CH3]2。
27.权利要求22至26任一项所述的化合物，其中每个R5独立地是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.Br-]2、-N+H3.Br-、-N[Z-CH3]2。
28.权利要求22至27任一项所述的化合物，其中R6是-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、-O-SO3H、-O-PO3H2、–N[CH2-N+(CH3)3.Br-]2、-N+H3.Br-、-N[Z-CH3]2。
29.权利要求22所述的化合物，其中：
R1是–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2或-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-；
每个R2是–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2或-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-；
R3是–CH2-N[CH2-N+(CH3)3.X-]2或-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.X-；
R4是-N(-CH3)-Z-CH3或-N[Z-CH3]2；
每个R5是-N(-CH3)-Z-CH3或-N[Z-CH3]2；和
R6是-N(-CH3)-Z-CH3或-N[Z-CH3]2。
30.权利要求22所述的化合物，其中R1是-CH2-COO-.Na+，每个R2是-CH2-COO-.Na+，R3是-CH2-COO-.Na+，R4是-N[Z-CH3]2，每个R5是-N[Z-CH3]2，和R6是-N[Z-CH3]2。
31.权利要求22所述的化合物，其中R1是-CH2-COO-.Na+，每个R2是-CH2-COO-.Na+，R3是-CH2-COO-.Na+，R4是-Z-CH3，每个R5是-Z-CH3，并且R6是-Z-CH3。
32.权利要求22所述的化合物，其中R1是-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.Cl-，每个R2是-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.Cl-，R3是-CH2-CH(-OH)-CH2-N+(CH3)3.Cl-，R4是-Z-CH3，每个R5是-Z-CH3，并且R6是-Z-CH3。
33.权利要求22所述的化合物，其中R1是-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2，每个R2是-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2，R3是-CH2-CH(-OH)-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2，R4是-Z-CH3，每个R5是-Z-CH3，和R6是-Z-CH3。
34.一种式IV的化合物：
其中
R7是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐；
R8是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3或其盐；
R9是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐；
R10是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐；
R11是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐；
R12是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-或其盐；
R13是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-O-Z-CH3或其盐；
R14是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐；
E是-CH2-、-C(CH3)2-、-S-、-S(＝O)2-、-S(＝O)-、-CH(CCl3)-、-C(Cl)2-、-O-或-C(F)2-；
每个Z独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在；和
X是Cl、Br、F、I或OH，和
其中R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14的至少一个是亲水的，并且R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14的至少一个是疏水的。
35.权利要求34所述的化合物，其中R7是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。
36.权利要求34或35所述的化合物，其中R8是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-N+(Z-CH3)3.X-或-NH-CH2-CH2-OH。
37.权利要求34至36任一项所述的化合物，其中R9是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH或-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2。
38.权利要求34至37任一项所述的化合物，其中R10是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH或-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2。
39.权利要求34至38任一项所述的化合物，其中R11是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH或-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2。
40.权利要求34至39任一项所述的化合物，其中R12是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH或-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2。
41.权利要求34至40任一项所述的化合物，其中R13是–OH、-O-C(＝O)-Z-CH3、-N(-CH3)-Z-CH3、-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-O-C(＝O)-CH2-COOH、–N[CH2-N+(CH3)3.X-]2、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-N+(Z-CH3)3.X-或-NH-CH2-CH2-OH。
42.权利要求34至41任一项所述的化合物，其中R14是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。
43.权利要求34所述的化合物，其中R7是-N+(CH3).Cl-，R8是-OH，R9是-CH2-N+(Z-CH3)3.X-，R10是-H，R11是-CH2-N+(Z-CH3)3.X-，R12是–H，R13是–OH，R14是-N+(CH3).Cl-；并且E是-C(CH3)2-。
44.权利要求34所述的化合物，其中R7是–N(CH2-CH2-OH)2，R8是-OH，R9是-CH2-N+(Z-CH3)3.Cl-，R10是-H，R11是-CH2-N+(Z-CH3)3.Cl-，R12是–H，R13是–OH，R14是–N(CH2-CH2-OH)2，并且E是-C(CH3)2-。
45.权利要求34所述的化合物，其中R7是–N(CH2-CH2-COO-.Na+)2，R8是-OH，R9是-CH2-N+(Z-CH3)3.X-，R10是-H，R11是-CH2-N+(Z-CH3)3.X-，R12是–H，R13是-OH，R14是-N(CH2-CH2-COO-.Na+)2，并且E是-C(CH3)2-。
46.权利要求34所述的化合物，其中R7是-N+(CH3)3.Cl-，R8是-O-C(＝O)-Z-CH3，R9是-H，R10是-H，R11是-H，R12是–H，R13是-O-C(＝O)-Z-CH3，R14是-N+(CH3)3.Cl-，并且E是-C(CH3)2-。
47.权利要求34所述的化合物，其中R7是–N(CH2-CH2-OH)2，R8是-N+(Z-CH3)3.X-，R9是-H，R10是-H，R11是-H，R12是–H，R13是-N+(Z-CH3)3.X-，R14是–N(CH2-CH2-OH)2，并且E是-C(CH3)2-。
48.权利要求34所述的化合物，其中R7是–N(CH2-CH2-COO-.Na+)2，R8是-N+(Z-CH3)3.X-，R9是-H，R10是-H，R11是-H，R12是–H，R13是-N+(Z-CH3)3.X-，R14是-N(CH2-CH2-COO-.Na+)2，并且E是-C(CH3)2-。
49.权利要求34所述的化合物，其中R7是–N(Z-CH3)2，R8是–OH，R9是-CH2-N(Z-CH3)2，R10是–CH2-N-[CH2-CH2-OH]2，R11是–CH2-N-[Z-CH3]2，R12是–CH2-N(CH2-CH2-OH)2，R13是–OH，R14是–N(CH2-CH2-OH)2，并且E是-C(CH3)2-。
50.一种式V的化合物：
其中
R15是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N+(CH3)3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH、-N-(CH2-CH2-OH)2、-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐；
R16是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-N+(CH3)3.X-、-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2、-CH2-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐；
R17是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2、-CH2-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐；
R18是-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2、-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3.X-、-CH2-O-Z-CH3、-CH2-N+(Z-CH3)3.X-、-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2、-CH2-N-(CH2-CH2-COOH)2或其盐；
每个Z独立地是C1-C25亚烷基、C1-C25取代的亚烷基、C6-C25亚芳基、C6-C25取代的亚芳基、C2-C25亚烯基、C2-C25取代的亚烯基、C2-C25亚炔基、C2-C25取代的亚炔基或不存在；和
X是Cl、Br、F、I或OH，和
其中R15、R2、R3和R4的至少一个是亲水的，和R15、R16、R17和R18的至少一个是疏水的。
51.权利要求50所述的化合物，其中R15是-N(-CH3)-Z-CH3、–N[CH2-N+(CH3)3X-]2、-N+(Z-CH3)3.X-、-N+H3.X-、-N[Z-CH3]2、-NH-CH2-CH2-OH或-N-(CH2-CH2-OH)2。
52.权利要求50或51所述的化合物，其中R16是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2或-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3。
53.权利要求50至52任一项所述的化合物，其中R17是–H、-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2或-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3。
54.权利要求50至53任一项所述的化合物，其中R18是-CH2-O-C(＝O)-Z-CH3、-CH2-N(-CH3)-Z-CH3、-CH2-O-C(＝O)-CH2-CH2-COOH、-CH2-O-C(＝O)-CH2-COOH、-CH2-N[Z-CH3]2、-CH2-NH-CH2-CH2-OH、-CH2-N-(CH2-CH2-OH)2或-CH2-N+(CH2-CH2-OH)3。
55.权利要求50所述的化合物，其中：
R15是-N+(Z-CH3)3.X-或-N+(H3).OH-；
R16是-N[Z-CH3]2或-O-Z-CH3；
R17是-N[Z-CH3]2或-O-Z-CH3；并且
R18是-N[Z-CH3]2或-O-Z-CH3。
56.权利要求50所述的化合物，其中R15是-N+(CH3)3.Cl-，R16是-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2，R17是-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2，和R18是-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2。
57.权利要求50所述的化合物，其中R15是-N+(Z-CH3)3.Cl-，R16是-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2，R17是-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2，并且R18是-CH2-O-CH2-CHOH-CH2-N(Z-CH3)2。
58.权利要求50所述的化合物，其中R15是-N+(CH3)3.Cl-，R16是-CH2-N+(CH3)3.Cl-，R17是-CH2-N+(Z-CH3)3.Cl-，并且R18是-CH2-N+(Z-CH3)3.Cl-。
59.一种组合物，其包括权利要求1至58任一项所述的任何一种或多种化合物。
60.权利要求59所述的组合物，其中所述组合物是装饰涂料、工业涂料、保护涂料、自清洁涂料、杀生物的涂料、护肤品、破乳剂、相转移催化剂、分散剂或消泡剂。
61.制备式I化合物的方法，所述方法包括：
使尿素、缩二脲或亚烷基二胺的任何一种与甲醛接触，以形成羟甲基化合物；和
使羟甲基化合物与二甲基烷基胺接触。
62.权利要求61所述的方法，其中以约1:2至约1:6的摩尔比使所述尿素、缩二脲或亚烷基二胺与甲醛接触。
63.权利要求61所述的方法，其中使所述尿素、缩二脲或亚烷基二胺的任何一种与甲醛接触包括在存在碱性催化剂的情况下加热至约50℃至约90℃的温度约2小时至约6小时。
64.权利要求61所述的方法，其中使羟甲基化合物与二甲基烷基胺接触包括加热至约20℃至约40℃的温度约2小时至约6小时。
65.一种制备式II的化合物的方法，所述方法包括：
使三聚氰胺与甲醛接触，以形成羟甲基三聚氰胺衍生物；
使羟甲基三聚氰胺衍生物与二乙醇胺接触，以形成二乙醇三聚氰胺衍生物；和
使二乙醇三聚氰胺衍生物与卤代烷接触。
66.权利要求65所述的方法，其中使三聚氰胺与甲醛接触包括加热至约50℃至约90℃的温度约2小时至约6小时。
67.权利要求65所述的方法，其中使羟甲基三聚氰胺衍生物与二乙醇胺接触包括加热至约20℃至约40℃的温度约2小时至约6小时。
68.权利要求65所述的方法，其中使二乙醇三聚氰胺衍生物与卤代烷接触包括加热至约30℃至约60℃的温度约2小时至约6小时。
69.一种制备式III化合物的方法，所述方法包括：
使酚醛清漆与表氯醇接触，以形成酚醛清漆-氯乙醇衍生物；
使所述酚醛清漆-氯乙醇衍生物与二乙醇胺或三乙胺的任何一种接触，以形成酚醛清漆衍生物；和
使所述酚醛清漆衍生物与烷基氯化物接触。
70.权利要求69所述的方法，其中使酚醛清漆与表氯醇接触包括加热至约50℃至约90℃的温度约2小时至约6小时。
71.权利要求69所述的方法，其中使酚醛清漆-氯乙醇衍生物与二乙醇胺或三乙胺的任何一种接触包括加热至约50℃至约90℃的温度约1小时至约3小时。
72.一种制备式IV的化合物的方法，所述方法包括：
使双酚化合物与表氯醇和甲醛接触，以形成四羟甲基双酚衍生物；
使所述四羟甲基双酚衍生物与下述任何一种接触：三甲胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物、二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物，和丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的混合物。
73.权利要求72所述的方法，其中所述三甲胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物包括具有等摩尔量的三甲胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物。
74.权利要求72所述的方法，其中所述二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物包括具有等摩尔量的二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物。
75.权利要求72所述的方法，其中丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的混合物包括具有等摩尔量的丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的混合物。
76.权利要求72所述的方法，其中使所述四羟甲基双酚衍生物与所述三甲胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物接触包括加热至约30℃至约60℃的温度约1小时至约6小时。
77.权利要求72所述的方法，其中使所述四羟甲基双酚衍生物与二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物接触包括加热至约30℃至约60℃的温度约1小时至约6小时。
78.权利要求72所述的方法，其中使所述四羟甲基双酚衍生物与丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的混合物接触包括加热至约30℃至约60℃的温度约1小时至约6小时。
79.一种制备式V的化合物的方法，所述方法包括：
使酚醛树脂A与表氯醇接触，以形成酚醛树脂A-氯乙醇衍生物；和
使所述酚醛树脂A-氯乙醇衍生物与下述任何一种接触：三乙胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物、二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物、丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的混合物。
80.权利要求79所述的方法，其中三甲胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物包括具有等摩尔量的三甲胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物。
81.权利要求79所述的方法，其中二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物包括具有等摩尔量的二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物。
82.权利要求79所述的方法，其中丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的混合物包括具有等摩尔量的丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的混合物。
83.权利要求79所述的方法，其中使所述酚醛树脂A-氯乙醇衍生物与所述三甲胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物接触包括加热至约30℃至约60℃的温度约1小时至约6小时。
84.权利要求79所述的方法，其中使酚醛树脂A-氯乙醇衍生物与所述二乙醇胺和N,N,N,-三烷基胺的混合物接触包括加热至约30℃至约60℃的温度约1小时至约6小时。
85.权利要求79所述的方法，其中使酚醛树脂A-氯乙醇衍生物与所述丙酸胺二钠和N,N,N,-三烷基胺的混合物接触包括加热至约30℃至约60℃的温度约1小时至约6小时。
86.一种涂布衬底的方法，所述方法包括将涂料组合物施加至所述衬底，其中所述涂料组合物包括式I-V的一种或多种化合物。
87.权利要求86所述的方法，其中所述涂料组合物进一步包括粘合剂、溶剂、颜料、聚结剂、流变学改性剂、增塑剂或其任何组合。
88.权利要求86所述的方法，其中施加所述涂料组合物至所述衬底包括通过刷涂、浸渍、喷雾或辊压或其任何组合施加所述涂料组合物。
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