CN107805208A

CN107805208A - 一种可反应性双子季铵盐皮革杀菌剂的制备方法

Info

Publication number: CN107805208A
Application number: CN201711093400.1A
Authority: CN
Inventors: 林炜; 张龙; 王春华; 谷新林
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2018-03-16
Anticipated expiration: 2037-11-08
Also published as: CN107805208B

Abstract

本发明公开了一种可反应性双子季铵盐皮革杀菌剂的制备方法，包括三个步骤：第一步是溴乙酰溴和脂肪醇进行酯化反应生成溴乙酸酯，第二步是反‑1,4‑二氯‑2‑丁烯和二乙胺进行亲核取代反应生成反式‑N,N,N′,N′‑四乙基‑2‑丁烯‑1,4‑二胺，第三步是前两步产物进行季铵化反应得到可反应性双子季铵盐。该制备方法易于操作，产品收率高，原料成本低，实用性强，而且第二步中二胺中间体的合成方法，为双子季铵盐的合成提供了新思路和新方法。本发明制备的杀菌剂分子结构酯基的存在不仅可增强其杀菌性能，且可赋予其良好的生物降解性。此外，其结构中活性基团C=C的存在，增加了双子季铵盐的化学活性，使其可进一步化学键合到皮胶原和皮革涂饰树脂材料中，可赋予其持久的杀菌性能。

Description

一种可反应性双子季铵盐皮革杀菌剂的制备方法

技术领域

本发明属于制革杀菌防腐技术领域，具体涉及一种可反应性双子季铵盐皮革杀菌剂的制备方法。

背景技术

制革工业的原材料来源于天然动物皮，原皮富含30%~35%的蛋白质和60% ~75%的水分，原料皮给微生物的生长繁殖提供了丰富的养料，在适宜的条件，原料皮极易被微生物及皮张上的自溶酶作用而发生腐烂。在储存和加工过程中易受到各种有害细菌的浸蚀而出现腐烂变质，为了抑制有害细菌的生长和繁殖，往往需要加入一定的杀菌剂。此外，成品革在储存和使用过程中，也会受到微生物的污染，出现长菌发霉问题。目前皮革大多数企业在原皮浸水工段普遍使用的杀菌防腐方法是盐腌法，但NaCl的用量很大。近年对NaCl的限量使用已成为评价制革清洁生产的一项重要指标；环保部和国家质检总局发布的国家强制标准GB 30486-2013中，更是对企业排放废水中的Cl^-含量提出了明确的限量要求（如直接排放的废水中Cl^-<3000 mg/L）。另一方面，针对成品革使用的杀菌防霉剂多为市场上通用的杀菌防霉剂，目前最为常用的为2-硫氰基甲基硫代苯并噻唑(TCMTB)杀菌剂，但此类杀菌剂为含硫化合物，毒性较大。随着制革行业面临日益严峻的环境生态问题以及环保法规的限制，必须要研发新型的低毒、环保型皮革杀菌防腐剂。以浸水工序为例，不仅要求杀菌剂能够抑制原皮上的所有有害细菌，而且要求用量少，对人体无毒，在与其它助剂同浴使用时不失去应有的抑菌效果，排入水体后不会对环境造成污染，能够生物降解。因此，要求所使用的杀菌剂高效、广谱、低毒，与其他助剂共伍性好、无污染、易生物降解。

Gemini季铵盐阳离子表面活性剂是公认的高效杀菌剂，其分子结构中两个长链的疏水基团及两个带正电荷的N⁺离子，有利于杀菌剂分子在细菌表面的吸附，增大细胞壁的渗透性，使菌体破裂。此外，杀菌剂吸附到菌体表面后，有利于疏水基与亲水基分别进入菌体细胞的类脂层与蛋白层，导致酶失活，蛋白质变性，这两种作用的联合效应，使得季铵盐阳离子Gemini表面活性剂的杀菌能力极其显著。双子季铵盐杀菌剂因其特殊的分子结构赋予其独特的表面活性、高效和广谱的杀菌性、良好的水溶性和渗透性，能迅速地渗入皮内，杀灭皮中的微生物，而且季铵盐型杀菌剂属于低毒化学品，对人类健康安全。已有文献报道，这些产品已大量地运用在工业水处理、废水处理及石油化工中，在皮革工业中也逐渐开始使用。季铵盐杀菌剂用于制革浸水工序能有效抑制细菌增长，同时它作为一类阳离子表面活性剂兼具加速浸水、去污、脱脂、洗涤等功效，而且不会对后续鞣制过程产生负面影响。此外依据实际应用需求通过连接基和疏水基结构的设计，可以对双子季铵盐的性能进行功能化设计，由此可见，关于新型双季铵盐杀菌剂具有良好的应用前景。专利CN102396515B公开了一类支化型有机硅聚胍耐久性皮革抗菌剂及其制备方法，其主要是针对皮革制品的抗菌防霉处理。

本发明提供了一类可反应性双子季铵盐杀菌剂的制备方法，该制备方法易于操作，成本合理，产品收率高，而且二胺中间体合成方法，为双子季铵盐的合成提供了新思路和新方法，借鉴该合成方法，通过双子季铵盐连接基结构的设计，可以对其性能进行功能化设计。采用本发明的制备方法可制备一种安全环保、高效、低毒、可生物降解、杀菌效果良好的双子季铵盐，该双子季铵盐不仅可用于制革的原皮防腐及湿操作工序的杀菌防腐，而且其分子结构中活性基团C=C的存在，增加了双子季铵盐的化学活性，通过与巯基丙二醇反应得到双羟基的双子季铵盐，进而可与皮胶原上的羧基进行酯化反应将其化学键合到皮胶原材料中，也可与二异氰酸酯反应将其化学键合到聚氨酯涂饰材料中，此外，活性基团C=C的存在可以与丙烯酸酯单体反应进而被化学键合到丙烯酸酯涂饰材料中，可赋予其持久的的杀菌性能，具有很好的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种可反应性双子季铵盐皮革杀菌剂的制备方法，使用该方法合成的双子季铵盐具有可反应性、可生物降解、良好的杀菌性能。

为得到目标产物，本发明的技术方案为：

首先，溴乙酰溴和脂肪醇在催化剂作用下进行酯化反应生成溴乙酸酯；其次，反-1,4-二氯-2-丁烯和二乙胺进行亲核取代反应生成反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺；最后，溴乙酸酯和反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺进行季铵化反应生成可反应性双子季铵盐，其合成路线如下：

①

②

③

溴乙酸酯的制备方法：

向反应器中加入脂肪醇、溴乙酰溴、二氯甲烷和催化剂，室温反应2~3 h，加入适量的水除去多余的溴乙酰溴，用二氯甲烷进行萃取，通过旋蒸有机相得到粗产物，进一步通过快速柱层析（石油醚：乙酸乙酯=20:1）提纯得到溴乙酸酯。

反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺的制备方法：

向反应器中加入反-1,4-二氯-2-丁烯和二乙胺及溶剂，50~70℃反应3~5 h，过滤除去沉淀，通过旋蒸滤液得到粗产物，进一步通过快速柱层析（乙酸乙酯：石油醚=15:1）提纯得到反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺。

可反应性双子季铵盐的制备方法：

向反应器中加入反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺、溴乙酸酯和异丙醇，90~110℃反应8~12 h，通过旋蒸反应液得到粗产物，进一步通过乙醇和丙酮重结晶提纯得到可反应性双子季铵盐。

与已有技术相比，本发明提供的双子季铵盐皮革杀菌剂的制备方法具有以下优点：

（1）专利CN105503631A公开了一种可降解的双子季铵盐杀菌剂及其制备方法，该制备方法中合成含酯基中间体的反应时间长，且产率最高达到72%，而本制备方法中，溴乙酰溴和脂肪醇室温反应2~3 h即可反应完全，产物溴乙酸酯产率可达到87%以上；二乙胺原料成本低，实用性强，反-1,4-二氯-2-丁烯反应活性高，反应速率快，反应条件好控制且易于操作。

（2）本发明的制备方法中第二步中二胺中间体合成方法，为双子季铵盐的合成提供了新思路和新方法，借鉴该合成方法，通过双子季铵盐连接基结构的设计，可以对其性能进行功能化设计。双子季铵盐分子结构中活性基团C=C的存在，增加了双子季铵盐的化学活性，使其可进一步化学键合到皮胶原材料上，可赋予其持久的杀菌性能。

（3）与现有的皮革杀菌剂相比，本发明制备的双子季铵盐杀菌剂，其分子结构中酯基的诱导作用使氮原子上的正电荷密度增加，有助于其在细菌表面的吸附，表现出显著的杀菌效果。本发明制备的双子季铵盐杀菌剂具有良好的水溶性、高效、低毒、理化性质稳定、自身容易生物降解的特点，可以与其他皮革助剂共浴使用且不会失去应有的杀菌效果，排入水体后不会对环境造成累积污染。

(4)本发明制备的双子季铵盐杀菌剂具有表面活性，在实际应用时，可以更好地进行渗透、吸附，促进杀菌作用的进行，使菌类彻底被杀死。在浸水、浸灰、脱毛和浸酸时使用可以促进化料快速渗透到皮纤维中，缩短工序操作时间，降低制革成本。

附图说明

图1为溴乙酸正癸酯核磁共振氢谱(¹H-NMR)图

图2为反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺核磁共振氢谱(¹H-NMR)图

图3为反-1,4-双[2-(癸氧酰基亚甲基)二乙基]-2-丁烯二溴化铵核磁共振氢谱(¹H-NMR)图

图4为实例2中反-1,4-双[2-(癸氧酰基亚甲基)二乙基]-2-丁烯二溴化铵杀菌液对大肠杆菌最小抑菌浓度(MIC)测定结果，其MIC值为18.75*10-6 mol/L，表明本发明提供的杀菌剂具有良好的杀菌性能。

图5为实例2中反-1,4-双[2-(癸氧酰基亚甲基)二乙基]-2-丁烯二溴化铵杀菌液对金黄色葡萄球菌最小抑菌浓度(MIC)测定结果，其MIC值为2.34*10-6 mol/L，表明本发明提供的杀菌剂具有良好的杀菌性能。

具体实施方式：

实施例1

（1）溴乙酸正辛酯的制备：

向250 mL三口烧瓶加入溴乙酰溴4.84 g (24 mmol)、正辛醇2.61 g (20 mmol)、催化剂0.49 g (4 mmol)和二氯甲烷30 mL，室温反应2~3 h，加入20 mL蒸馏水除去多余的溴乙酰溴，用二氯甲烷萃取有机相，通过旋蒸有机相得到粗产物，进一步通过快速柱层析（石油醚：乙酸乙酯=20:1）提纯得到溴乙酸正辛酯(4.37 g)，产率87%。

（2）反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺的制备

向250 mL三口烧瓶加入反-1,4-二氯-2-丁烯0.19 g (15 mmol)、二乙胺16.26 g (225mmol)和溶剂30 mL，50~70℃反应3~5 h，过滤除去沉淀，通过旋蒸滤液得到粗产物，进一步通过快速柱层析（乙酸乙酯：石油醚=20:1）提纯得到反-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺(1.96 g)，产率66.09%。

（3）可反应性双子季铵盐的制备

向250 mL三口烧瓶加反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺0.59 g (3 mmol)、溴乙酸正辛酯1.66 g (6.6 mmol)和异丙醇30 mL，90~110℃反应8~12 h，通过旋蒸反应液得到粗产物，进一步通过乙醇和丙酮重结晶提纯得到双子季铵盐(2.02 g)，产率96%。

实施例2

（1）溴乙酸正癸酯的制备：

向250 mL三口烧瓶加入溴乙酰溴4.84 g (24 mmol)、正癸醇3.17 g (20 mmol)、催化剂0.49 g (4 mmol)和二氯甲烷30 mL，室温反应2~3 h，加入20 mL蒸馏水除去多余的溴乙酰溴，用二氯甲烷萃取有机相，通过旋蒸有机相得到粗产物，进一步通过快速柱层析（石油醚：乙酸乙酯=20:1）提纯得到溴乙酸正癸酯(4.96 g)，产率88.8%。

（2）反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺的制备

向250 mL三口烧瓶中加入反-1,4-二氯-2-丁烯0.19g(15 mmol)、二乙胺16.26 g (225mmol)和溶剂30 mL，50~70℃反应3~5 h，过滤除去沉淀，通过旋蒸滤液得到粗产物，进一步通过快速柱层析（乙酸乙酯：石油醚=20:1）提纯得到反-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺 (1.96 g)，产率66.09%。

（3）可反应性双子季铵盐的制备

向250 mL三口烧瓶中加反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺0.40 g (2 mmol)、溴乙酸正癸酯1.23 g (4.4 mmol)和异丙醇30 mL，90~110℃反应8~12 h，通过旋蒸反应液得到粗产物，进一步通过乙醇和丙酮重结晶提纯得到双子季铵盐(1.47 g)，产率97%。

实施例3

（1）溴乙酸正十二酯的制备：

向250 mL三口烧瓶加溴乙酰溴4.84 g (24 mmol)、正十二醇3.73 g (20 mmol)、催化剂0.49 g (4 mmol)和二氯甲烷溶剂30 mL，室温下反应2~3 h，加入20 mL蒸馏水除去多余的溴乙酰溴，用二氯甲烷萃取有机相，通过旋蒸有机相得到粗产物，进一步通过快速柱层析（石油醚：乙酸乙酯=20:1）提纯得到溴乙酸正十二酯(5.47 g)，产率89%。

（2）反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺的制备

向250 mL三口烧瓶加入反-1,4-二氯-2-丁烯0.19 g (15 mmol)、二乙胺16.26 g (225mmol)和溶剂30 mL，50~70℃反应3~5 h，过滤除去沉淀，通过旋蒸滤液得到粗产物，进一步通过快速柱层析（乙酸乙酯：石油醚=20:1）提纯得到反-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺 (1.96 g)，产率66.09%。

（3）可反应性双子季铵盐的制备

向250 mL三口烧瓶加反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺0.59 g (3 mmol)、溴乙酸正十二酯2.12 g (6.9 mmol)和异丙醇30 mL，90~110℃反应8~12 h，通过旋蒸反应液得到粗产物，进一步通过乙醇和丙酮重结晶提纯得到双子季铵盐 (2.34 g)，产率96%。

实施例4

（1）溴乙酸正十四酯的制备：

向250 mL三口烧瓶加溴乙酰溴4.84 g (24 mmol)、正十四醇4.29 g (20 mmol)、催化剂0.49 g (4 mmol)和二氯甲烷溶剂30 mL，室温反应2~3 h，加入20 mL蒸馏水除去多余的溴乙酰溴，用二氯甲烷萃取有机相，通过旋蒸有机相得到粗产物，进一步通过快速柱层析（石油醚：乙酸乙酯=20:1）提纯得到溴乙酸正十四酯(5.83 g)，产率87%。

（2）反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺的制备

（3）可反应性双子季铵盐的制备

向250 mL三口烧瓶加反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺0.59 g (3 mmol)、溴乙酸正十四酯2.31 g (6.9 mmol)和异丙醇30 mL，90~110℃反应8~12 h，通过旋蒸反应液得到粗产物，进一步通过乙醇和丙酮重结晶提纯得到双子季铵盐(2.53 g)，产率97%。

Claims

1.一种可反应性双子季铵盐皮革杀菌剂的制备方法，该杀菌剂可用于原皮防腐、浸水工序以及成品革的杀菌处理，其结构式如下：

（其中n为8,10,12,14,16）

其制备方法包括以下三个步骤：

溴乙酸酯的合成：向反应器中加入脂肪醇、溴乙酰溴、溶剂及催化剂，室温反应2~3 h，加入适量的水除去多余的溴乙酰溴，用二氯甲烷进行萃取，通过旋蒸有机相得到粗产物，进一步通过快速柱层析提纯得到溴乙酸酯，合成路线如下：

反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺的合成：向反应器中加入反-1,4-二氯-2-丁烯和二乙胺及溶剂，70℃下反应3~5 h，过滤除去沉淀，通过旋蒸滤液得到粗产物，进一步通过快速柱层析提纯得到反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺，合成路线如下：

可反应性双子季铵盐的合成：向反应器中加入反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺和溴乙酸酯及溶剂，100℃下反应8~12 h，合成路线如下：

通过旋蒸反应液得到粗产物，进一步通过重结晶的方法提纯得到可反应性双子季铵盐。

2.根据权利要求1所述的一种可反应性双子季铵盐皮革杀菌剂的制备方法，其特征在于第一步中所述的催化剂为4-二甲氨基吡啶，脂肪醇和溴乙酰溴的摩尔比为1.0:（1.1~1.5），溶剂为二氯甲烷和四氢呋喃其中一种。

3.根据权利要求1所述的一种可反应性双子季铵盐皮革杀菌剂的制备方法，其特征在于第二步中所述的反-1,4-二氯-2-丁烯和二乙胺的摩尔比为1.0:（5.0~15.0），溶剂为四氢呋喃和丙酮其中一种。

4.根据权利要求1所述的一种可反应性双子季铵盐皮革杀菌剂的制备方法，其特征在第三步中所述的反式-N,N,N′,N′-四乙基-2-丁烯-1,4-二胺和溴乙酸酯的摩尔比为1.0:（1.1~1.5），溶剂为丙酮、异丙醇和乙腈其中一种或几种混合物。