CN113185422A

CN113185422A - 一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法

Info

Publication number: CN113185422A
Application number: CN202110461670.3A
Authority: CN
Inventors: 林炜; 张涛; 张龙; 王春华
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2021-04-27
Filing date: 2021-04-27
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2041-04-27
Also published as: CN113185422B

Abstract

本发明公开了一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法。其制备方法如下：首先以端羟基二醇和氯乙酰氯为反应物，通过亲核取代反应合成酯基二氯代物；再通过酯基二氯代物与二乙胺发生亲核取代反应合成酯基二叔胺；然后以脂肪醇和溴乙酰溴为反应物，通过酰化反应合成溴乙酸酯；最后，将上述得到的溴乙酸酯和酯基二叔胺通过季铵化反应制得四酯基型双子季铵盐杀菌防霉剂，其中酯基分别分布在双子季铵盐的间隔基上和疏水链上。该方法制得的四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂具有良好的抗菌防霉性能，可应用皮革的杀菌防霉领域，有良好的市场应用前景。

Description

一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法

技术领域

本发明属于皮革杀菌防霉技术领域，具体涉及一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法。

背景技术

天然皮革具有透气性和耐久性等独特的特性，被广泛地应用于时尚用品、家具和保健及酒店设施的流行材料。制革工业的基本原材料来源于各种天然动物皮，几乎所有的张幅较大，有一定经济价值的哺乳动物皮都可以用作制革原料皮。这些原料的主要成分是60~70%的水分、30~35%的蛋白质及一定量的脂肪，这会成为微生物，特别是细菌和真菌的新陈代谢基质，除此之外还有一些制革助剂，如稀的鞣剂溶液以及蛋白胶黏剂等，也可能给微生物的生长提供营养物质，这导致微生物能够在从屠宰到成品革的任何皮革加工阶段污染皮革。为了减少或消除微生物对原料皮和皮革的损伤，采用控制微生物的策略。虽然已有大量的活性物质可以用于保护原料皮和皮革免受细菌和真菌的感染，但是随着人们对消费品中使用的化学品的潜在毒性危险的认识提高使得仅有少数杀菌防霉剂得到了认可。

现常用皮革杀菌防霉剂杂环化合物2-硫氰基甲基硫代苯并噻唑 (TCMTB)因具有高效、低价和较低的毒性等优点而被制革企业广泛使用，但TCMTB仍然存在着一些潜在的负面影响，如潜在的致敏性、生殖毒性和水生生物毒性，因此对于开发新型、高效、低毒、环保以及可代替TCMTB的皮革杀菌防霉剂对制革清洁化生产有重要的意义。

双子季铵盐杀菌防霉剂以其独特的表面活性、高效广谱的杀灭细菌能力、良好的水溶性等优势，已经成为水处理、杀灭细菌和日用化工等领域研究热点。近年来，发现双子季铵盐除了广谱杀灭细菌外，对霉菌、酵母菌、念珠菌等真菌也具有极好的杀灭作用。这给双子季铵盐作为杀菌防霉剂应用在皮革领域提供了理论支持。此外，随着社会的发展，人们环境保护意识不断增强。其中，酯基型双子季铵盐因结构中含有弱键酯基从而具有生物降解性。但有趣的是，酯基在疏水尾链上而非间隔基上时，双子季铵盐并不易生物降解。同时，酯基官能团作为强吸电子基团可以有效降低氮正离子上的电荷密度，有利于其通过静电吸引作用吸附于带负电荷的细菌霉菌表面，从而赋予其更加优异的抗菌防霉性能。

本发明针对现有皮革杀菌防霉剂TCMTB存在的潜在危害，提供了一类新型的疏水尾链和间隔基上都含有酯基的四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法。该制备方法易于操作，成本较低，产品收率较高，且制得的四酯基型双子季铵盐具有优异的抗菌防霉性能、生物降解性。据文献调研，本申请所提供的关于四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法目前并未见相关报道。

发明内容

本发明提供了一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法，使用该方法合成的四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂是一种新型、高效、低毒、环保以及可代替TCMTB的皮革杀菌防霉剂。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案来实现：

本发明提供了一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂得制备方法，该杀菌防霉剂结构式如下：

其制备特征如下：

(1) 将端羟基二醇和氯乙酰氯在30~60 ℃下反应3~6 h，其中端羟基二醇与氯乙酰氯的摩尔比为1.0: (2.4 ~ 10.0)，溶剂为二氯甲烷或丙酮中一种；反应结束后用饱和碳酸钠溶液中和未反应完的氯乙酰氯，分离有机相减压旋蒸制得酯基二氯代物，合成路线如下：

（2）将（1）产物酯基二氯代物与二乙胺加入到四氢呋喃溶剂中，40~60 ℃下反应24~36 h，其中酯基二氯代物与二乙胺的摩尔比为1.0:（5.0 ~ 15.0）；反应结束后过滤除去沉淀，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：甲醇=10～20: 1）提纯得到酯基二叔胺，合成路线如下：

(3) 将脂肪醇和溴乙酰溴加入到二氯甲烷溶剂中室温下反应3~5 h，反应结束后用饱和盐水中和未反应完的溴乙酰溴，分离有机相得粗产物，进一步通过快速柱层析（石油醚：乙酸乙酯=10～20: 1）提纯得到溴乙酸酯，合成路线如下：

（4）将上述步骤（2）所得产物酯基二叔胺和步骤（3）所得产物溴乙酸酯在90~110℃下反应24~36 h，其中溶剂为丙酮或异丙醇，其合成路线如下：

反应结束后减压旋蒸除去多余的丙酮得到粘稠物，然后用无水乙醚洗涤2~3次进一步通过重结晶法（乙醇：丙酮=1: 9，v/v）提纯得到QAS(n+m)。

所述的一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法，其特征在于所述的端羟基二醇为1, 2-乙二醇、1, 3-丙二醇和1, 4-丁二醇中的一种。

所述的一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法，其特征在于所述的脂肪醇为正辛酯、正癸酯和正十二酯中的一种。

所述的一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法，其特征在于溴乙酸酯与酯基二叔胺的摩尔比为1.0: (2.4 ~ 10.0)。

与已有技术相比，采用本发明制备的皮革杀菌防霉剂的制备方法具有以下优点：

（1）将疏水尾链和间隔基上都引入酯基，使得该四酯基型双子季铵盐比普通酯基型双子季铵盐更易生物降解，从而表现出更低的水生生物毒性。

（2）该四酯基型双子季铵盐阳离子表面活性剂因为含有酯基且酯基数量比普通酯基型双子季铵盐酯基数量多，因此可有效降低氮正离子上的电荷密度，从而赋予其更加优异的抗菌防霉性能。

（3）与现有的皮革杀菌防霉剂TCMTB相比，本发明制备的四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂具有良好的水溶性可直接溶于水应用于皮革杀菌防霉，而不用像TCMTB只能制备为乳液才能使用。

（4）与现有的皮革杀菌防霉剂TCMTB相比，本发明制备的四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂具有低毒、理化性质稳定、自身容易生物降解且降解产物无毒性等优点，不会存在致敏性且排入水体后不会对环境造成累积污染。

本发明还具有一些其他方面的优点。

附图说明

图1为四酯基双子季铵盐QAS(n+m)的合成路线图。

图2为实施例4中QAS(4+10)对大肠杆菌最小抑菌浓度 (MIC) 和最小杀菌浓度(MBC) 测定结果，其MIC值为4.69×10^-6mol/L，MBC值为9.38×10^-6mol/L，表明本发明提供的杀菌防霉剂具有良好的杀菌性能。

图3为实施例4中QAS(4+10)对金黄色葡萄球菌最小抑菌浓度 (MIC) 和最小杀菌浓度 (MBC) 测定结果，其MIC值为2.34×10^-6mol/L，MBC值为4.69×10^-6mol/L，表明本发明提供的杀菌防霉剂具有良好的杀菌性能。

图4为实施例4中QAS(4+10)对黑曲霉孢子最小抑菌浓度 (MIC) 和最小杀真菌浓度 (MFC) 测定结果，其MIC值为7.5×10^-5mol/L，MFC值为1.5×10^-4mol/L，表明本发明提供的杀菌防霉剂具有良好的防霉性能。

图5为用0.5 %质量分数的TCMTB和QAS(4+10)分别处理的皮块与霉菌孢子共培养结果，表明0.5 %质量分数的TCMTB处理的皮块（左）和0.5 %质量分数QAS(4+10)处理的皮块（右）与黑曲霉共培养至少在10 d内具有相当的防霉性能。

具体实施方式：

实施例1

（1） 1, 2-二氯乙酸乙二酯的合成

向250 mL三口烧瓶中加入144 mmol氯乙酰氯和60 mL二氯甲烷，将60 mmol 1,2-乙二醇滴入溶液中。在40 ℃条件下冷凝回流搅拌反应4 h，用饱和碳酸氢钠溶液中和除去未反应完的氯乙酰氯，搅拌0.5 h。将有机相与水相分离。最后，减压旋蒸得到1, 2-二氯乙酸乙二酯 (9.45 g，产率73.31%，透明液体)。

（2） 1, 3-二氯乙酸丙二酯的合成

向250 mL三口烧瓶中加入144 mmol氯乙酰氯和60 mL二氯甲烷，将60 mmol1,3-丙二醇滴入溶液中。在40 ℃条件下冷凝回流搅拌反应4 h，用饱和碳酸氢钠溶液中和除去未反应完的氯乙酰氯，搅拌0.5 h。将有机相与水相分离。最后，减压旋蒸得到1, 3-二氯乙酸丙二酯 (12.09 g，产率88.0%，透明液体)。

（3） 1, 4-二氯乙酸丁二酯的合成

向250 mL三口烧瓶中加入144 mmol氯乙酰氯和60 mL二氯甲烷，将60 mmol1,4-丁二醇滴入溶液中。在40 ℃条件下冷凝回流搅拌反应4 h，用饱和碳酸氢钠溶液中和除去未反应完的氯乙酰氯，搅拌0.5 h。将有机相与水相分离。最后，减压旋蒸得到1, 4-二氯乙酸丁二酯 (12.98 g，产率89.05%，白色固体粉末)。

实施例2

（1）1, 2-二-2-二乙基氨基乙酸乙二酯的合成

向250 mL三口烧瓶中加入300 mmol二乙胺和60 mL四氢呋喃，将30 mmol 1,2-双氯已酰氧基乙烷滴入溶液中，在50 ℃条件下冷凝回流搅拌反应24 h，过滤反应液除去沉淀物，接着对所得滤液进行减压旋蒸，得到粗产物。最后，通过快速柱层析法（乙酸乙酯：甲醇=20: 1）提纯粗产物得到1, 2-二-2-二乙基氨基乙酸乙二酯（6.49 g，产率75.15%，淡黄色油状液体)。

（2）1, 3-二-2-二乙基氨基乙酸丙二酯的合成

向250 mL三口烧瓶中加入300 mmol二乙胺和60 mL四氢呋喃，将30 mmol 1,3-双氯已酰氧基丙烷滴入溶液中，在50 ℃条件下冷凝回流搅拌反应24 h，过滤反应液除去沉淀物，接着对所得滤液进行减压旋蒸，得到粗产物。最后，通过快速柱层析法（乙酸乙酯：甲醇=20: 1）提纯粗产物得到1, 3-二-2-二乙基氨基乙酸丙二酯（6.68 g，产率73.75%，淡黄色油状液体)。

（3）1, 4-二-2-二乙基氨基乙酸丁二酯的合成

向250 mL三口烧瓶中加入300 mmol二乙胺和60 mL四氢呋喃，将30 mmol 1,4-双氯已酰氧基丁烷滴入溶液中，在50 ℃条件下冷凝回流搅拌反应24 h，过滤反应液除去沉淀物，接着对所得滤液进行减压旋蒸，得到粗产物。最后，通过快速柱层析法（乙酸乙酯：甲醇=20: 1）提纯粗产物得到1, 4-二-2-二乙基氨基乙酸丁二酯（9.48 g，产率75.0%，淡黄色油状液体)。

实施例3

（1）溴乙酸正辛酯的制备：

向250 mL三口烧瓶加入 48 mmol溴乙酰溴和60 mL二氯甲烷、将40 mmol正辛醇滴入溶液中。在室温条件下搅拌反应3 h，通过薄层色谱（TLC）跟踪反应，直至脂肪醇完全反应，然后加入20 mL饱和盐水，搅拌0.5 h，除去未反应的溴乙酰溴。将水相用二氯甲烷萃取三次。最后，使用快速柱层析法（石油醚：乙酸乙酯=20: 1）提纯粗产品得到得到溴乙酸正辛酯（9.56 g，产率95.23%，透明油状液体）。

（2）溴乙酸正癸酯的制备：

向250 mL三口烧瓶加入 48 mmol溴乙酰溴和60 mL二氯甲烷、将40 mmol正癸醇滴入溶液中。在室温条件下搅拌反应3 h，通过薄层色谱（TLC）跟踪反应，直至脂肪醇完全反应，然后加入20 mL饱和盐水，搅拌0.5 h，除去未反应的溴乙酰溴。将水相用二氯甲烷萃取三次。最后，使用快速柱层析法（石油醚：乙酸乙酯=20: 1）提纯粗产品得到溴乙酸正癸酯（10.19 g，产率91.38%，透明油状液体）。

（3）溴乙酸正十二酯的制备：

向250 mL三口烧瓶加入 48 mmol溴乙酰溴和60 mL二氯甲烷、将40 mmol正十二醇滴入溶液中。在室温条件下搅拌反应反应3 h，通过薄层色谱（TLC）跟踪反应，直至脂肪醇完全反应，然后加入20 mL饱和盐水，搅拌0.5 h，除去未反应的溴乙酰溴。将水相用二氯甲烷萃取三次。最后，使用快速柱层析法（石油醚：乙酸乙酯=20: 1）提纯粗产品得到得到溴乙酸正十二酯（11.75 g，产率95.71%，透明油状液体）。

实施例4

向三颈瓶中加入24 mmol溴乙酸酯和30 mL丙酮，将10 mmol二叔胺滴入溶液中。然后在95 ℃凝回流搅拌反应24 h，减压旋蒸除去多余的丙酮得到粘稠物，然后用无水乙醚洗涤2~3次，进一步通过重结晶法（乙醇：丙酮=1: 9, v/v）提纯粗产物，最后真空干燥12 h，得到目标产物四酯基型双子季铵盐（产率75%以上，白色粉末状固体）。

Claims

1.一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法，该杀菌防霉剂可用于原料皮浸水工序杀菌处理以及皮革的防霉处理，其结构式如下：

其制备特征如下：

将端羟基二醇和氯乙酰氯在30~60 ℃下反应3~6 h，其中端羟基二醇与氯乙酰氯的摩尔比为1.0: (2.4 ~ 10.0)，溶剂为二氯甲烷或丙酮中一种；反应结束后用饱和碳酸钠溶液中和未反应完的氯乙酰氯，分离有机相减压旋蒸制得酯基二氯代物，合成路线如下：

将（1）产物酯基二氯代物与二乙胺加入到四氢呋喃溶剂中，40~60 ℃下反应24~36 h，其中酯基二氯代物与二乙胺的摩尔比为1.0:（5.0 ~ 15.0）；反应结束后过滤除去沉淀，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：甲醇=10～20: 1）提纯得到酯基二叔胺，合成路线如下：

将脂肪醇和溴乙酰溴加入到二氯甲烷溶剂中室温下反应3~5 h，反应结束后用饱和盐水中和未反应完的溴乙酰溴，分离有机相得粗产物，进一步通过快速柱层析（石油醚：乙酸乙酯=10～20: 1）提纯得到溴乙酸酯，合成路线如下：

将上述步骤（2）所得产物酯基二叔胺和步骤（3）所得产物溴乙酸酯在90~110 ℃下反应24~36 h，其中溶剂为丙酮或异丙醇，其合成路线如下：

2.根据权利要求1所述的一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法，其特征在于所述的端羟基二醇为1, 2-乙二醇、1, 3-丙二醇和1, 4-丁二醇中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法，其特征在于所述的脂肪醇为正辛酯、正癸酯和正十二酯中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种四酯基型双子季铵盐皮革杀菌防霉剂的制备方法，其特征在于溴乙酸酯与酯基二叔胺的摩尔比为1.0: (2.4 ~ 10.0)。