CN106422961A - 一种可同时提供氢键和π键的季铵盐Gemini表面活性剂 - Google Patents

一种可同时提供氢键和π键的季铵盐Gemini表面活性剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可同时提供氢键和π‑π作用的阳离子型Gemini表面活性剂，所述的表面活性剂的结构式如图1所示，式中R为C4‑C20的烷基，R1为CH3或者CH2CH2OH，R2为苯环或者联苯，A为F，Cl，Br，I等阴离子。制备方法为：将含有不同羟基数量的仲胺和卤代烷烃溶于乙醇中，在35‑70℃反应8‑72小时，得到含有不同羟基数量的叔胺中间体，再以此叔胺中间体与含有苯环和联苯的二溴取代物在乙醇溶液中反应48‑96小时，合成连接基团为苯环或者联苯的Gemini表面活性剂。本发明所述的Gemini表面活性剂合成工艺简单，可用于抗菌、催化、洗涤、染整等领域，且可根据实际应用条件调整表面活性剂的结构。

Description

一种可同时提供氢键和π键的季铵盐Gemini表面活性剂
技术领域
本发明涉及一种季铵盐Gemini表面活性剂，具体地说，涉及一种可同时提供氢键和π键的季铵盐Gemini表面活性剂。
背景技术
Gemini表面活性剂即双子表面活性剂，是指两个双亲组分在亲水头基处或距亲水头基很近的烷基链上由连接基团将它们连接在一起而形成的双头双尾表面活性剂，其结构示意如下所示。1a表示连接基团连接在两个亲水头基处的gemini表面活性剂，1b则表示连接基团连接在距亲水头基很近的烷基链上的gemini表面活性剂。由于gemini表面活性剂的两个亲水头基及连接基团是可变的，因此它的结构具有很大的灵活性。人们可以通过改变头基、尾链、连接基团和反离子的种类和性质等来设计自己需要的表面活性剂。
大量的研究结果表明，与传统表面活性剂相比，Gemini表面活性剂具有更低的临界胶束浓度，更高的表面活性，更好的润湿性、可溶性、发泡性及钙-皂 分散性，更低的C20值(降低20mN/m表面张力处的浓度)和γCMC(在CMC处的表面张力)。Gemini表面活性剂在材料、石油、涂料、纺织、日化等领域均具有潜在的应用价值。由于Gemini表面活性剂独特的分子结构及其优异的物理化学性质，进年来Gemini表面活性剂逐渐成为相关领域的研究热点。
发明内容
针对目前Gemini表面活性剂分子中可提供的弱相互作用较为单一的缺点，本发明的目的在于提供一种可同时提供氢键和π键等弱相互作用的季铵盐Gemini表面活性剂，以拓展Gemini表面活性剂在抗菌、染整、洗涤等方面的应用范围。
一种可同时提供氢键和π-π作用的季铵盐Gemini表面活性剂的结构式如下所示。
其中，R为C4-C20的烷基；具体地，R可根据使用溶剂的不同来选择，如使用溶剂为水，则R可选C4-C8的烷基；；如使用溶剂为有机溶剂，则R可选择C10-C20的烷基；
R1为CH3或者CH2CH2OH；
R2为苯环或者联苯；
A为F，Cl，Br，I等阴离子；
本发明所述的Gemini表面活性剂的制备方法简单，具体如下：将一定摩尔比的含有不同数量羟基的仲胺和卤代烷烃溶于乙醇中，在35-70℃反应8-72小时；反应结束，减压蒸馏。用乙醚或者石油醚对产物进行提纯处理，得到含有不同羟基数量的叔胺中间体；将该中间体与含有苯环和联苯的二溴取代物溶于乙醇中，在一定温度下反应48-96小时，反应结束，减压蒸馏，用体积比为1:1-1：10的乙醇/乙酸乙酯溶液对产物进行重结晶，得到连接基团为苯环或者联苯的Gemini表面活性剂，其合成路线如下所示：
其进一步的技术方案为：
不同数量羟基的仲胺和卤代烷烃的摩尔比为1:1-5:1；
对中间产物的提纯方法，对于R1为CH3，R为C4-C14时采用石油醚和水进行分液，保留石油醚相；当R1为CH2CH2OH，R为C4-C14时,采用乙醚和水进行分液，保留乙醚相；R为C16-C20时，采用石油醚对粗产物进行重结晶。
合成Gemini表面活性剂时，为了达到实验所需的反应温度，溶剂乙醇的用量较少，当叔胺中间体为液体时，乙醇的质量和书胺中间体的质量为1:1-3:1；当叔胺中间体为固体时，乙醇的用量以完全溶解固体原料为准。
合成Gemini表面活性剂时，当R1为CH3时，反应温度为90-110℃，当R1为CH2CH2OH时，反应温度为115-135℃。
附图说明
附图为Gemini表面活性剂的合成示意图
具体实施方法
实施例1
Gemini表面活性剂[R＝C12H25,R1＝CH3,R2为苯环，A＝Br]的制备
(1)称取0.2mol 2-甲氨基乙醇和0.1mol十二烷基溴置于250mL圆底烧瓶中，加入无水乙醇作溶剂。40℃下磁力搅拌反应48h.反应结束后旋转蒸发除去溶剂。加入石油醚和水进行分液，保留石油醚相，旋转蒸发除去溶剂，减压蒸馏得到产品，产率为85％。
1H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me4Si)：δ4.23(s,1H),3.43(s,2H),2.35(m,2H),2.27(m,2H),1.37(s,2H),1.24(m,18H),0.86(t,3H)
MS(70eV)m/z(％):242(M+，0.53),212(95),88(72),58(100)。
(2)称取0.025mol反应步骤(1)所得的产物和0.01mol对二苄基溴于500ml原地烧瓶中，加入无水乙醇20ml作为溶剂，100℃下反应72h，反应完成后旋转蒸发去除溶剂，然后用乙醇/乙酸乙酯混合溶液(v：v＝1:5)重结晶至少3次，得到最终产物，收率为35.4％。
1H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me4Si)：δ7.70(s,4H),5.34(t,2H),4.66(m,4H),3.91(m,4H),3.35(m,4H),3.29(m,4H),2.98(s,6H),1.80(s,4H),1.30(m,36H),0.87(t,6H)。
实施例2
Gemini表面活性剂[R＝C18H37,R1＝CH3,R2为苯环，A＝Br]的制备
(1)称取0.2mol 2-甲氨基乙醇和0.1mol十八烷基溴置于250mL圆底烧瓶中，加入无水乙醇作溶剂。40℃下磁力搅拌反应48h.反应结束后旋转蒸发除去溶剂，然后用石油醚重结晶三次得到产品，产率为82％。
1H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me4Si)：δ4.56(s,1H),3.58(s,2H),2.56(m,2H),2.30(m,2H),1.41(s,2H),1.27(m,36H),0.86(t,3H)。
(2)方法同实施例1中的第二步，收率为38.6％。
1H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me4Si)：δ7.78(s,4H),5.47(t,2H),4.65(m,4H),3.97(m,4H),3.47(m,4H),3.30(m,4H),2.86(s,6H),1.87(s,4H),1.33(m,72H),0.87(t,6H)。
实施例3
Gemini表面活性剂[R＝C12H25,R1＝CH2CH2OH,R2为联苯，A＝Br]的制备
(1)称取0.2mol二乙醇胺和0.1mol十二烷基溴置于250mL圆底烧瓶中，加入无水乙醇作溶剂。55℃磁力搅拌反应48h.反应结束后旋转蒸发除去溶剂。加入乙醚和水进行分液，保留乙醚相，旋转蒸发除去溶剂，减压蒸馏得到产品，产率为87％。
1H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me4Si)：δ4.25(s,2H),3.41(m,4H),2.48(m,4H),2.40(m,2H),1.37(s,2H),1.27(m,18H),0.85(t,3H)
MS(70eV)m/z(％):272(M+，0.45),242(5.3),160(100),116(32),73(8.6)。
(2)称取0.025mol反应步骤(1)所得的产物和0.01mol 4,4’-二溴甲基联苯于500ml原地烧瓶中，加入15ml无水乙醇作为溶剂，125℃下反应72h，反应完成后旋转蒸发去除溶剂，然后用乙醇/乙酸乙酯混合溶液(v：v＝1:10)重结晶至少3次，得到最终产物，收率为53.4％。
1H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me4Si)：δ7.70(s,4H),5.38(t,4H),4.74(s,4H),3.92(m,8H),3.41(m,8H),3.37(m,4H),1.81(s,4H),1.25(m,36H),0.87(t,6H)。
实施例4
Gemini表面活性剂[R＝C18H37,R1＝CH2CH2OH,R2为联苯，A＝Br]的制备
(1)称取0.2mol二乙醇胺和0.1mol十八烷基溴置于250mL圆底烧瓶中，加入无水乙醇作溶剂。55℃磁力搅拌反应48h.反应结束后旋转蒸发除去溶剂，然后用石油醚重结晶得到产品，产率为80％。
1H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me4Si)：δ4.31(s,2H),3.43(m,4H),2.43(m,4H),2.37(m,2H),1.41(s,2H),1.25(m,36H),0.86(t,3H)
(2)方法同实施例3中的第二步，收率为50.1％。
1H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me4Si)：δ7.70(s,4H),5.32(t,4H),4.70(s,4H),3.91(m,8H),3.45(m,8H),3.33(m,4H),1.89(s,4H),1.28(m,72H),0.87(t,6H)。

Claims (6)

1.一种可同时提供氢键和π键的阳离子型Gemini表面活性剂其结构式如图1所示：
R为C4-C20的烷基；
R1为CH3或者CH2CH2OH；
R2为苯环或者联苯；
A为F，Cl，Br，I等阴离子；
2.权利要求1所述的Gemini表面活性剂的制备方法，其特征在于：首先将一定摩尔比的含有不同数量羟基的仲胺和卤代烷烃溶于乙醇中，在35-70℃反应8-72小时；反应结束，减压蒸馏。用乙醚或者石油醚对产物进行提纯处理，得到含有不同羟基数量的叔胺中间体；将该中间体与含有苯环和联苯的二溴取代物溶于乙醇中，在一定温度下反应48-96小时，反应结束，减压蒸馏，用体积比为1:1-1:10的乙醇/乙酸乙酯溶液对产物进行重结晶，得到连接基团为苯环或者联苯的Gemini表面活性剂。
3.根据权利要求2所述含有不同数量羟基的仲胺和卤代烷烃的摩尔比为1:1-5:1.
4.根据权利要求2所述对中间产物的提纯方法，对于R1为CH3，R为C4-C14时采用石油醚和水进行分液，保留石油醚相；当R1为CH2CH2OH，R为C4-C14时,采用乙醚和水进行分液，保留乙醚相；R为C16-C20时，采用石油醚对粗产物进行重结晶。
5.如权利要求2所述合成Gemini表面活性剂时，为了达到实验所需的反应温度，溶剂乙醇的用量较少，当叔胺中间体为液体时，乙醇的质量和书胺中间体的质量为1:1-3:1；当叔胺中间体为固体时，乙醇的用量以完全溶解固体原料为准。
6.如权利要求2所述合成Gemini表面活性剂，当R1为CH3时，反应温度为90-110℃，当R1为CH2CH2OH时，反应温度为115-135℃。
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