CN1803269A - 一种α－烷基甜菜碱两性表面活性剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种α－烷基甜菜碱两性表面活性剂的制备方法，属于有机化合物合成技术领域。本发明用α－卤代脂肪羧酸和过量的低级叔胺在常压反应器或压热反应釜中进行反应，反应一定时间后在减压下脱除未反应的叔胺，并进一步纯化，最后得到高纯度结晶状精制产品。本发明可直接利用天然可再生油脂资源代替价格昂贵的长链叔胺，成本低于其他同类两性表面活性剂，产品性能比较温和，应用广泛。本发明大为改善当前两性表面活性剂因价格昂贵而影响其生产及应用的现状。
Description
技术领域
一种α-烷基甜菜碱两性表面活性剂的制备方法，具体的说是一种以α-卤代脂肪羧酸和低级叔胺为原料反应合成得到α-烷基甜菜碱两性表面活性剂的方法，属于有机化合物合成技术领域。
背景技术
α-烷基甜菜碱是一种羧酸型两性表面活性剂，其分子结构中含有季铵氮阳离子和羧酸基负离子。
合成羧酸型甜菜碱最早和应用最广泛的方法是用长链叔胺和氯乙酸钠溶液作用，得到的羧酸型甜菜碱为N-烷基甜菜碱，当R＝C12时，即为市场销售的两性表面活性剂BS-12。
典型例子为：
N-烷基甜菜碱两性表面活性剂生产工艺成熟，设备简单，用途广泛，但是由于产品中夹带未反应的长链叔胺和氯乙酸钠，会使产品带有不愉快的气味，同时虽生成物收率高，但是要除去生成物中的氯化钠则比较困难。
发明内容
本发明的目的在于：以α-卤代脂肪羧酸和低级叔胺为原料反应制备得到α-烷基甜菜碱两性表面活性剂。
用本发明提供的技术所合成的α-烷基甜菜碱两性表面活性剂的性能和N-烷基甜菜碱两性表面活性剂相似，但可以用低价油脂资源替代价格昂贵的长链叔胺，大幅度降低两性表面活性剂的生产成本，并缩短工艺流程。
本发明的目的可以通过如下的技术方案达到：用α-卤代脂肪羧酸和过量的低级叔胺在常压反应器或压热反应釜中进行反应，反应一定时间后在减压下脱除未反应的低级叔胺，并进一步纯化，最后得到高纯度结晶状精制产品。合成路线如下：
具体合成过程如下：
在带有加热、搅拌和控温系统的常压反应器或压热反应釜中，按α-卤代脂肪羧酸∶低级叔胺＝1∶2～5的摩尔比投料，于30～90℃下恒温搅拌2～12h，并于室温下陈化18～48h，得到粗产品；
将粗产品用氢氧化钠调节至pH11～12，用旋转蒸发仪除去未参与反应的低级叔胺；然后用浓HCl调节至pH1～2，蒸馏除去其中的水份；然后加入乙醇溶解，过滤除去其中的无机盐；用丙酮重结晶，再经真空干燥得到白色固体，该固体即为纯化的α-烷基甜菜碱。反应式中，R为C0～C38的饱和或不饱和、直链或支链、单碳或混合碳的烃；即通式为CnH2n±1，其中n＝0～38。X＝F或Cl或Br或I；
低级叔胺中的R1，R2，R3为饱和或不饱和、直链或支链的烃基或醇，即具有通式CnH2n±1Om的脂肪醇，其中n＝1，2或3，m＝0，1，2或3。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用α-卤代脂肪羧酸与低级叔胺反应而非用长链烷基二甲基叔胺或长链酰胺丙基二甲基叔胺与氯乙酸钠反应制备甜菜碱型两性表面活性剂，开发油脂基两性表面活性剂新品种α-长链烷基甜菜碱，如此可以促进天然可再生油脂资源的直接利用，更为重要的是可以用低价油脂资源替代价格昂贵的长链叔胺，大幅度降低两性表面活性剂的生产成本，并缩短工艺流程。
(2)本发明合成产物α-烷基甜菜碱两性表面活性剂其性能比较温和，对体系的增稠能力强，耐酸碱，耐硬水，这类产品可用于与肥皂复配，生产高质量的块皂或液体皂，也可用于香波类产品中，或作为纺织品整理剂、羊毛缩绒剂、泡沫钻井剂、金属防蚀剂、消毒杀菌剂或凝胶乳化剂。
具体实施方式
下面对本发明进行实施例的描述，实施例如下：
实施例1α-丁基甜菜碱的合成
在装有温度计和磁力搅拌的常压反应器中，加入含0.25mol三乙胺的水溶液，恒温于30℃。在充分搅拌下滴加0.1molα-氟代己酸，继续搅拌2h使充分混合。陈化36h，取出粗产品，转化率达76.6％。
实施例2α-癸基甜菜碱的合成
在带有加热、搅拌和控温系统的压热釜中，加入α-氯代十二酸0.2mol和含0.6mol三甲胺的水溶液，于80℃下恒温搅拌10h；冷却至室温后陈化18h，取出粗产品，转化率达83.8％。将粗产品用氢氧化钠调节至pH11～12，用旋转蒸发仪除去未参与反应的三甲胺，然后用浓HCl调节至pH1～2，蒸馏除去其中的水份；然后加入乙醇溶解，过滤除去其中的无机盐；用丙酮重结晶，再经真空干燥得到白色固体，该固体即为纯化的α-癸基甜菜碱(α-CB)。
α-CB具有很强的钙皂分散力，泡沫性能优越。将α-CB以约30％质量比加入雕牌皂粉和透明皂中，发现α-CB的加入对皂粉的泡沫性、润湿力、洗涤性均有改善，对透明皂的润湿力和去污力有所改善，对其泡沫性能有所降低。
实施例3α-十二烷基甜菜碱的合成
在带有加热、搅拌和控温系统的压热釜中，加入α-氯代十四酸0.1mol和含0.4mol二甲基乙醇胺的水溶液，于70℃下恒温搅拌12h；冷却至室温后陈化24h，取出粗产品，转化率达88.6％。纯化步骤同实施例2。α-十二烷基甜菜碱具有很好的泡沫性能和钙皂分散力，可用于香波类产品中。
实施例4α-十六烷基甜菜碱的合成
在带有加热、搅拌和控温系统的压热釜中，先将0.1mol的α-溴代十八酸加热熔化，在搅拌中慢慢加入含0.35mol三甲胺水溶液维持在60℃下连续搅拌反应6小时左右，然后把反应物在反应釜中静置24小时。反应物中加水稀释，加热，把溶液中剩余的三甲胺和水蒸馏去除，残留物即为粗产品。粗产品进一步纯化，最后得到高纯度结晶状精制产品。
α-十六烷基甜菜碱具有良好的洗涤性能，在高温下仍然显示出良好的润湿性，它对纤维具有很好的保护作用。精制的α-十六烷基甜菜碱的表面张力可低达20达因/厘米数量级，样品的临界胶束浓度(cmc)也具有两性表面活性剂数值低的特点，在10-2～10-5mol/l之间，这对低浓度时显现表面活性剂的胶体性质特别有效。其克拉夫点(KP)低于42℃，具有较好的低温溶解度，这正是脂肪酸皂所不能克服的缺点。
实施例5α-混合长链烷基甜菜碱的合成
在装有温度计和磁力搅拌的常压反应器中，加入含0.35mol三甲胺的水溶液，恒温于40℃。在充分搅拌下滴加0.1molα-溴代椰油酸，继续搅拌4h使充分混合。陈化48h，取出粗产品，转化率达50.6％。粗产品若不经纯化处理，由乙醇萃取法测定其活性物含量，其皂含量为3.3％。纯化步骤同实施例2。精制产品由于共晶作用和表面活性剂的协和效应，其KP值更低，具有较宽的等电区域，也即在较为宽广的pH范围内都显示两性表面活性剂的特点，而且不会像普通氨基酸型表面活性剂那样，在等电点附近出现低溶解度区。此性质在实际应用中非常重要，适合与多种表面活性剂复配，并可在各种pH环境中使用而不影响使用效果。
实施例6α-二十九烷基甜菜碱的合成
在带有加热、搅拌和控温系统的压热釜中，将0.2mol熔化的α-碘代蜂花酸(α-碘代三十一酸)加入反应釜中，在搅拌中慢慢加入含1.00mol的三甲胺水溶液，在90℃下连续搅拌反应6小时左右；冷却至室温，陈化48h后取出粗产品，转化率达72.8％。
Claims (4)
1.一种α-烷基甜菜碱两性表面活性剂的制备方法，其特征是以α-卤代脂肪羧酸和低级叔胺为原料反应合成得到α-烷基甜菜碱两性表面活性剂，合成路线如下：
在带有加热、搅拌和控温系统的常压反应器或压热反应釜中，按α-卤代脂肪羧酸∶低级叔胺＝1∶2～5的摩尔比投料，于30～90℃下恒温搅拌2～12h，并于室温下陈化18～48h，得到粗产品；
将粗产品用氢氧化钠调节至pH 11～12，用旋转蒸发仪除去未参与反应的低级叔胺；然后用浓HCl调节至pH 1～2，蒸馏除去其中的水份；然后加入乙醇溶解，过滤除去其中的无机盐；用丙酮重结晶，再经真空干燥得到白色固体，该固体即为纯化的α-烷基甜菜碱。
2.根据权利要求1所述的α-烷基甜菜碱两性表面活性剂的制备方法，其特征是所述的α-卤代脂肪羧酸用下面的通式表示：
式中R为C0～C38的饱和或不饱和、直链或支链、单碳或混合碳的烃基，即通式为CnH2n±1，其中n＝0～38。
3.根据权利要求1所述的α-烷基甜菜碱两性表面活性剂的制备方法，其特征是所述的α-卤代脂肪羧酸包括α-氟代脂肪羧酸、α-氯代脂肪羧酸、α-溴代脂肪羧酸或α-碘代脂肪羧酸。
4.根据权利要求1所述的α-烷基甜菜碱两性表面活性剂的制备方法，其特征是所述的低级叔胺用下面的通式表示：
式中，R1，R2，R3为饱和或不饱和、直链或支链的烃基或醇，即具有通式CnH2n±1Om的脂肪醇，其中n＝1，2或3，m＝0，1，2或3。
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