2‑氯化，3‑聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法與流程
2023-06-07 21:42:57 3
本發明屬於精細化工技術領域，特別是涉及一種2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法及應用。
技術背景
gemini表面活性劑是利用兩個傳統的表面活性劑分子，通過特殊的連接基團，以化學鍵方式連接成的一類新型表面活性劑。近年來，隨著化工技術的發展和經濟的需求，傳統的表面活性劑由於自身結構所存在的諸多局限性，已不能滿足人們的需求。與傳統的表面活性劑相比，gemini表面活性劑由於具有兩個親水基和兩個親油基，而表現出更多的優點，具體包括以下幾點：(1)降低表面張力效率高；(2)cmc值低，成膠束能力強；(3)水溶性好；(4)kraft點低；(5)與其他表面活性劑配伍性好。因此，原料易得、結構新穎、性能優異的gemini表面活性劑的研究已然成為熱點。
作為一類重要的精細化學品，季銨鹽gemini表面活性劑已被廣泛應用於金屬緩蝕、合成洗滌劑、食品工業、紡織工業、農業、採礦業、石油勘探與開採、造紙工業、交通、土木建築業、環保、醫藥等生產及生活等各個領域，並且其在生產工藝改進、節能、產品質量提高、生產率提高、成本降低、附加值增加等方面發揮了巨大作用。但目前來說，季銨鹽gemini表面活性劑價格相對較貴，難以大量生產，距工業化尚有一段距離。因此，如能降低其生產成本後，其必將能在許多領域取代傳統單鍊表面活性劑。
技術實現要素：
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在於提供一種成本低廉且產物表面活性高的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法。
為了達到上述目的，本發明提供的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法包括按順序進行的下列步驟：
1)中間體製備：將異丙胺溶解於作為溶劑的無水乙醇中而製成異丙胺的乙醇溶液；在冰浴中向該溶液中滴加環氧氯丙烷並攪拌，滴加完畢後繼續在室溫下攪拌反應10h-14h；然後於40℃下減壓旋蒸1h-2h，以除去無水乙醇和未反應的環氧氯丙烷，得到無色透明黏性液體狀中間體，即n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺；反應方程式如下：
2)合成季銨鹽gemini表面活性劑：將步驟1)得到的n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺與十二烷基二甲基叔胺溶於作為混合溶劑的乙醇/去離子水混合物中，在室溫下攪拌10h-14h而進行季銨化反應；再在60℃下減壓旋蒸1h-2h，以除去溶劑和未反應完的十二烷基二甲基叔胺，得到蠟狀物；然後用正己烷洗滌該蠟狀物，再將洗滌後的蠟狀物利用丙酮重結晶三次，取出後自然乾燥至恆重，得到白色固體狀的最終產物，即2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑。
在上述中間體與十二烷基二甲基叔胺發生反應過程中，長鏈叔胺中的n原子進攻中間體中的cl原子，並發生取代，進而生成季銨鹽gemini表面活性劑，反應方程式如下：
在步驟1)中，所述的異丙胺與環氧氯丙烷的摩爾比為1:2-1:3。
在步驟2)中，所述的帶有雙氯取代基的中間體與十二烷基二甲基叔胺的摩爾比為1:2-1:3。
在步驟2)中，所述的混合溶劑中乙醇和去離子水的體積比為1:1-2:1。
本發明提供的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法是先用異丙胺與環氧氯丙烷進行反應合成帶有雙氯取代基的中間體，再利用該中間體與十二烷基二甲基叔胺反應合成得到屬於季銨鹽gemini表面活性劑的最終產物。該方法實現了兩步法合成目標產物，具有成本低廉且產物表面活性高的優點。本產品可應用於航空用鋁合金緩蝕體系中，實驗證明緩蝕性能優於單純使用異丙胺作為緩蝕劑的緩蝕性能。
附圖說明
圖1為n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺的1hnmr氫譜圖；
圖2為2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的1hnmr氫譜圖；
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
實施例1：
本實施提供的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法包括按順序進行的下列步驟：
1)中間體製備：在燒杯中加入20ml作為溶劑的無水乙醇，準確稱取5ml異丙胺並慢慢滴入燒杯中，再取9.3ml純度為99％的環氧氯丙烷，在冰浴和攪拌條件下以10秒/滴的速度慢慢滴入燒杯內的溶液中，直至環氧氯丙烷滴加完畢；繼續在室溫下攪拌反應10h；反應停止後，設定旋轉蒸發器水浴溫度為40℃，減壓蒸餾1h除去溶劑和未反應完的環氧氯丙烷，得到13.6g的無色透明黏性液體狀中間體，即n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺。
2)合成季銨鹽gemini表面活性劑：將步驟1)得到的n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺12.2g(0.05mol)與27ml(0.1mol)十二烷基二甲基叔胺於在室溫下乙醇/去離子水溶劑中進行季銨化反應10h。停止反應後，設定旋轉蒸發器水浴溫度為60℃，將上述反應液體減壓蒸餾1h，除去溶劑和未反應完的十二烷基二甲基叔胺，得到蠟狀物。用正己烷洗滌該蠟狀物，再利用丙酮重結晶三次，取出後自然乾燥至恆重，得到32.6g白色固體狀的最終產物，即2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑。
實施例2：
本實施提供的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法包括按順序進行的下列步驟：
1)中間體製備：在燒杯中加入20ml作為溶劑的無水乙醇，準確稱取5ml異丙胺並慢慢滴入燒杯中，再取11.7ml純度為99％的環氧氯丙烷，在冰浴和攪拌條件下以10秒/滴的速度慢慢滴入燒杯內的溶液中，直至環氧氯丙烷滴加完畢；繼續在室溫下攪拌反應12h；反應停止後，設定旋轉蒸發器水浴溫度為40℃，減壓蒸餾1.5h除去溶劑和未反應完的環氧氯丙烷，得到14.0g的無色透明黏性液體狀中間體，即n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺。
2)合成季銨鹽gemini表面活性劑：將步驟1)得到的n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺12.2g(0.05mol)與33.8ml(0.125mol)十二烷基二甲基叔胺於在室溫下乙醇/去離子水溶劑中進行季銨化反應12h。停止反應後，設定旋轉蒸發器水浴溫度為60℃，將上述反應液體減壓蒸餾1.5h，除去溶劑和未反應完的十二烷基二甲基叔胺，得到蠟狀物。用正己烷洗滌該蠟狀物，再利用丙酮重結晶三次，取出後自然乾燥至恆重，得到33.0g白色固體狀的最終產物，即2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑。
實施例3：
本實施提供的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法包括按順序進行的下列步驟：
1)中間體製備：在燒杯中加入20ml作為溶劑的無水乙醇，準確稱取5ml異丙胺並慢慢滴入燒杯中，再取14.0ml純度為99％的環氧氯丙烷，在冰浴和攪拌條件下以10秒/滴的速度慢慢滴入燒杯內的溶液中，直至環氧氯丙烷滴加完畢；繼續在室溫下攪拌反應14h；反應停止後，設定旋轉蒸發器水浴溫度為40℃，減壓蒸餾2h除去溶劑和未反應完的環氧氯丙烷，得到13.8g的無色透明黏性液體狀中間體，即n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺。
2)合成季銨鹽gemini表面活性劑：將步驟1)得到的n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺12.2g(0.05mol)與40.7ml(0.15mol)十二烷基二甲基叔胺於在室溫下乙醇/去離子水溶劑中進行季銨化反應14h。停止反應後，設定旋轉蒸發器水浴溫度為60℃，將上述反應液體減壓蒸餾2h，除去溶劑和未反應完的十二烷基二甲基叔胺，得到蠟狀物。用正己烷洗滌該蠟狀物，再利用丙酮重結晶三次，取出後自然乾燥至恆重，得到33.2g白色固體狀的最終產物，即2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑。
本發明人將步驟1)製得的無色透明黏性液體狀中間體利用核磁共振儀進行了檢測，圖1是該中間體的1hnmr氫譜圖，由圖中可以看出，1hnmr(cdcl3)δ1.019-1.109(m,6h,ch3(ch)ch3)，2.522-2.615(m,4h,ch2nch2)，2.636-3.044(m,1h,ch3(ch)ch3)，3.572-3.585(m,4h,(ch2ch)2)，3.685-3.698(m,2h,(ch2ch)2)，3.878-3.922(m,2h,(oh)2)，由此可以證明該中間體的結構為n，n-二(2-羥基-3-氯丙基)異丙胺。
本發明人將步驟2)製得的白色固體狀的最終產物利用核磁共振儀進行了檢測，圖2是該最終產物的1hnmr氫譜圖，由圖中可以看出，1hnmr(cdcl3)δ0.806-0.824(t,6h,(ch3)2)，0.840-1.017(m,6h,ch3(ch)ch3)，1.033-1.289(m,36h,(ch3(ch2)9)2)，1.687(s,4h,(ch3(ch2)9ch2)2)，2.686-2.745(m,1h,ch3(ch)ch3)，2.956-3.056(m,4h,(ch2ch)2)，3.252-3.312(m,12h,(n+(ch3)2)2)，3.542-3.554(m,8h,(n+(ch2)2)2)，3.870-3.901(m,2h,(ch2ch)2)，4.293-4.309(m,2h,(oh)2)，由此可以證明該最終產物的結構為2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑，屬於季銨鹽gemini表面活性劑。