发明内容
为了丰富Bola型表面活性剂类型,本发明设计和制备了一种多羧基两性Bola型表面活性剂及制备方法。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种多羧基两性Bola型表面活性剂,结构式为:
一种多羧基两性Bola型表面活性剂的制备方法,包括以下步骤:
1,12-二氨基十二烷和环丁-3-烯二甲酸酐混合,通氮气,在150~200℃进行亲核加成-消除反应生成酰亚胺;
加入还原剂LiAlH4,在0~35℃还原羰基;再加入氯乙酸钠,在80~90℃进行季铵化反应;
向季铵化反应产物加入氧化剂高锰酸钾,升温90~100℃进行氧化反应生成羧基,后处理得到最终产物。
作为本发明进一步改进,所述亲核加成-消除反应中,1,12-二氨基十二烷和环丁-3-烯二甲酸酐的摩尔比为1:4。
作为本发明进一步改进,所述还原反应中,LiAlH4与1,12-二氨基十二烷的摩尔比为(2~2.4):1。
作为本发明进一步改进,所述季铵化反应中,氯乙酸钠与1,12-二氨基十二烷的摩尔比为(2~2.5):1。
作为本发明进一步改进,所述氧化反应中,高锰酸钾的物质的量是1,12-二氨基十二烷的物质的量的2~4倍。
作为本发明进一步改进,所述氧化反应中,将季铵化反应产物稀释后,在0℃下缓慢加入高锰酸钾,然后升温反应。
作为本发明进一步改进,所述后处理包括:
反应结束后加入亚硫酸钠除去过量的高锰酸钾,采用硅藻土过滤及乙酸乙酯萃出杂质,收集水相,将pH调至为2~4将产品析出,经过滤干燥至恒重得到最终产物。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明采用1,12-二氨基十二烷和环丁-3-烯二甲酸酐第一步亲核加成-消除反应生成酰亚胺,随后以LiAlH4为还原剂还原酰亚胺,采用氯乙酸钠进行季铵化反应,加入高锰酸钾,氧化反应得到最终产物。整个过程连续进行反应,步骤简单,制得具有润湿、乳化、洗涤等基本性能,还具备独特的表面性能、聚集和自组装行为以及形成稳定单层类脂膜和囊泡的能力的多羧基两性Bola型表面活性剂。
所述制备的多羧基两性Bola型表面活性剂可用于生物膜模拟、生物科学、新型材料、信息科学、印染工业等领域。
具体实施方式
本发明的反应方程式为:
根据上述反应机理,本发明采用如下技术方案:
一种多羧基两性Bola型表面活性剂,该表面活性剂的结构式为:
如图1所示,制备上述的多羧基两性Bola型表面活性剂的方法,该方法的步骤为:
1)在装有回流冷凝管的三口烧瓶中依次滴加1,12-二氨基十二烷和环丁-3-烯二甲酸酐,通氮气,在150~200℃反应2~5h,进行第一步亲核加成-消除反应生成酰亚胺,其中1,12-二氨基十二烷和环丁-3-烯二甲酸酐的摩尔比为1:4;随后以LiAlH4为还原剂还原酰亚胺,其中LiAlH4与1,12-二氨基十二烷的摩尔比为2~2.4:1,还原温度为0~35℃,还原时间为4~6h;采用氯乙酸钠进行季铵化反应,其中氯乙酸钠与1,12-二氨基十二烷的摩尔比为2~2.5:1,反应温度为80~90℃,反应时间为2~4h。
2)将上述产物稀释后,在0℃下缓慢加入高锰酸钾,升温反应10~12h,其中高锰酸钾的物质的量是1,12-二氨基十二烷的2~4倍;采用亚硫酸钠还原过量高锰酸钾,滴加稀盐酸至反应液pH为2~4将产品析出,经过滤干燥至恒重得到最终产物。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)在装有回流冷凝管的250mL三口烧瓶中依次滴加1,12-二氨基十二烷(20.0g,0.1mol)和环丁-3-烯二甲酸酐(49.6g,0.4mol),通氮气3次,然后加热至180℃反应3h,TLC(Thin Layer Chromatography,薄层色谱)监测反应完成。待反应完成后冷却至室温,加入50mL蒸馏水,采用80mL乙酸乙酯萃取3次,经无水硫酸镁干燥,过滤,减压浓缩得到粗产品,最后经柱分离得到无色油状酰亚胺。
(2)将120mL用金属钠干燥过的四氢呋喃加入到250mL三口烧瓶中,采用冰盐浴冷却至0℃,分批缓慢加入7.6gLiAlH4,搅拌3min后再将溶解在四氢呋喃中的酰亚胺缓慢滴加至三口烧瓶中,待加完后升至25℃反应4h。TLC(Thin Layer Chromatography,薄层色谱)监测反应完成。待反应完成后冷却至0℃,冰盐浴下,依次加入7.6mLH2O,7.6mL15%NaOH水溶液及22.8mLH2O淬灭过量的LiAlH4。过滤,将滤液和和23.3g氯乙酸钠加入到三口烧瓶中,在80℃下反应3h。反应液减压浓缩,经柱分离得到中间体。
(3)将上述产物及80mL蒸馏水加入到250mL三口烧瓶中,置于冰盐浴冷却至0℃,缓慢加入高锰酸钾KMnO4(40g,添加时间为40min),待全部加完后缓慢升温至90℃下反应12h。向三口烧瓶中加入80mL饱和亚硫酸钠水溶液淬灭过量的KMnO4;待紫色褪去后,缓慢降温并趁热用硅藻土过滤掉反应中生成的MnO2,得到澄清滤液;然后用乙酸乙酯将滤液萃取3次除去杂质,收集水相,采用稀盐酸将水相pH调至2析出固体,过滤干燥得到纯净的最终产物。
实施例1所得产物的产率为58%。
实施例2
(1)在装有回流冷凝管的250mL三口烧瓶中依次滴加1,12-二氨基十二烷(20.0g,0.1mol)和环丁-3-烯二甲酸酐(49.6g,0.4mol),通氮气3次,然后加热至150℃反应2h,TLC(Thin Layer Chromatography,薄层色谱)监测反应完成。待反应完成后冷却至室温,加入50mL蒸馏水,采用80mL乙酸乙酯萃取3次,经无水硫酸镁干燥,过滤,减压浓缩得到粗产品,最后经柱分离得到无色油状酰亚胺。
(2)将135mL用金属钠干燥过的四氢呋喃加入到250mL三口烧瓶中,采用冰盐浴冷却至0℃,分批缓慢加入8.36gLiAlH4,搅拌3min后再将溶解在四氢呋喃中的酰亚胺缓慢滴加至三口烧瓶中,待加完后升至30℃反应5h。TLC(Thin Layer Chromatography,薄层色谱)监测反应完成。待反应完成后冷却至0℃,冰盐浴下,依次加入8.4mLH2O,8.4mL15%NaOH水溶液及25.2mLH2O淬灭过量的LiAlH4,过滤,将滤液和和25.63g氯乙酸钠加入到三口烧瓶中,在85℃下反应3h。反应液减压浓缩,经柱分离得到中间体。
(3)将上述产物及80mL蒸馏水加入到250mL三口烧瓶中,置于冰盐浴冷却至0℃,缓慢加入高锰酸钾KMnO4(31.6g,添加时间为40min),待全部加完后缓慢升温至100℃下反应10h。向三口烧瓶中加入80mL饱和亚硫酸钠水溶液淬灭过量的KMnO4;待紫色褪去后,缓慢降温并趁热用硅藻土过滤掉反应中生成的MnO2,得到澄清滤液;然后用乙酸乙酯将滤液萃取3次除去杂质,收集水相,采用稀盐酸将水相pH调至3析出固体,过滤干燥得到纯净的最终产物。
实施例2所得产物的产率为62%。
实施例3
(1)在装有回流冷凝管的250mL三口烧瓶中依次滴加1,12-二氨基十二烷(20.0g,0.1mol)和环丁-3-烯二甲酸酐(49.6g,0.4mol),通氮气3次,然后加热至200℃反应5h,TLC(Thin Layer Chromatography,薄层色谱)监测反应完成。待反应完成后冷却至室温,加入50mL蒸馏水,采用80mL乙酸乙酯萃取3次,经无水硫酸镁干燥,过滤,减压浓缩得到粗产品,最后经柱分离得到无色油状酰亚胺。
(2)将150mL用金属钠干燥过的四氢呋喃加入到250mL三口烧瓶中,采用冰盐浴冷却至0℃,分批缓慢加入9.12gLiAlH4,搅拌3min后再将溶解在四氢呋喃中的酰亚胺缓慢滴加至三口烧瓶中,待加完后升至35℃反应6h。TLC(Thin Layer Chromatography,薄层色谱)监测反应完成。待反应完成后冷却至0℃,冰盐浴下,依次加入9.2mLH2O,9.2mL15%NaOH水溶液及27.6mLH2O淬灭过量的LiAlH4,过滤,将滤液和和27.96g氯乙酸钠加入到三口烧瓶中,在90℃下反应2h。反应液减压浓缩,经柱分离得到中间体。
(3)将上述产物及80mL蒸馏水加入到250mL三口烧瓶中,置于冰盐浴冷却至0℃,缓慢加入高锰酸钾KMnO4(50g,添加时间为40min),待全部加完后缓慢升温至90℃下反应12h。向三口烧瓶中加入80mL饱和亚硫酸钠水溶液淬灭过量的KMnO4;待紫色褪去后,缓慢降温并趁热用硅藻土过滤掉反应中生成的MnO2,得到澄清滤液;然后用乙酸乙酯将滤液萃取3次除去杂质,收集水相,采用稀盐酸将水相pH调至4析出固体,过滤干燥得到纯净的最终产物。
实施例3所得产物的产率为57%。
实施例4
(1)在装有回流冷凝管的250mL三口烧瓶中依次滴加1,12-二氨基十二烷(20.0g,0.1mol)和环丁-3-烯二甲酸酐(49.6g,0.4mol),通氮气3次,然后加热至190℃反应5h,TLC(Thin Layer Chromatography,薄层色谱)监测反应完成。待反应完成后冷却至室温,加入50mL蒸馏水,采用80mL乙酸乙酯萃取3次,经无水硫酸镁干燥,过滤,减压浓缩得到粗产品,最后经柱分离得到无色油状酰亚胺。
(2)将120mL用金属钠干燥过的四氢呋喃加入到250mL三口烧瓶中,采用冰盐浴冷却至0℃,分批缓慢加入9.5gLiAlH4,搅拌3min后再将溶解在四氢呋喃中的酰亚胺缓慢滴加至三口烧瓶中,待加完后升至25℃反应6h。TLC(Thin Layer Chromatography,薄层色谱)监测反应完成。待反应完成后冷却至0℃,冰盐浴下,依次加入9.5mLH2O,9.5mL15%NaOH水溶液及28.5mLH2O淬灭过量的LiAlH4,过滤,将滤液和和29.13g氯乙酸钠加入到三口烧瓶中,在85℃下反应4h。反应液减压浓缩,经柱分离得到中间体。
(3)将上述产物及80mL蒸馏水加入到250mL三口烧瓶中,置于冰盐浴冷却至0℃,缓慢加入高锰酸钾KMnO4(63.2g,添加时间为40min),待全部加完后缓慢升温至100℃下反应10h。向三口烧瓶中加入80mL饱和亚硫酸钠水溶液淬灭过量的KMnO4;待紫色褪去后,缓慢降温并趁热用硅藻土过滤掉反应中生成的MnO2,得到澄清滤液;然后用乙酸乙酯将滤液萃取3次除去杂质,收集水相,采用稀盐酸将水相pH调至2析出固体,过滤干燥得到纯净的最终产物。
实施例4所得产物的产率为64%。
为了表征一种多羧基两性Bola型表面活性剂的结构特征,对实施例4中合成的多羧基两性Bola型表面活性剂进行了核磁氢谱测试,结果如下所示:
1H NMR(300MHz,DMSO):δ12.22-12.13(m,6H),4.18(s,4H),3.58-3.22(m,16H),1.88-1.76(m,4H),1.35-1.20(m,16H)ppm。
图2为实施例4中所得多羧基两性Bola型表面活性剂的表面张力测试图。由图可知,随着表面活性剂浓度增加,溶液的表面张力先迅速降低后趋于平缓。当表面活性剂浓度增加到5.60×10-7mol/L时,溶液的表面张力降低至34.9mN/m,说明该表面活性剂具有较强的表面活性。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。