一種陽離子型雙子表面活性劑的合成與表征

李啟陽

（東北石油大學(xué)，機械科學(xué)與工程學(xué)院 163318）

0 引言

雙子表面活性劑具有傳統(tǒng)表面活性劑難以比擬的優(yōu)越性：極強的成膠能力，極低的臨界角束濃度值；較低的Krafft 點，易溶于水，有優(yōu)異的水溶助長性和增溶性；和其它表面活性劑復(fù)配表現(xiàn)出良好的協(xié)調(diào)效應(yīng)。可以說，雙子表面活性劑將是21世紀(jì)表面化學(xué)和界面化學(xué)研究的熱點和重點。

文章合成的陽離子型型雙子表面活性劑18 - 4 - 18，具有較好的表面活性、復(fù)配性能和潤濕性能，是一種較好的表面活性劑。

1 實驗部分

1.1 藥品及儀器

藥品 十八烷基二甲基叔胺，分析純，長春油田化學(xué)品公司

1，4-二溴丁烷，化學(xué)純，盤錦化學(xué)原料廠

無水乙醇，分析純，大慶石化公司

乙酸乙酯，分析純，實驗室自備

儀器 溫度指示控制儀，傅立葉變換紅外光譜儀，XJZ-200型全自動界面張力儀，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，分光光度計，水浴裝置，球形冷凝管，電磁攪拌器，移液管，分液漏斗。

1.2 合成反應(yīng)

實驗采用“一步法”，方法簡便，原料易得，方程式為：

合成方法為：將試劑十八烷基二甲基叔胺、1，4-二溴丁烷、溶劑無水乙醇按照預(yù)先設(shè)計的摩爾比加入到裝有溫度計、攪拌器和冷凝回流裝置的三口燒瓶中，加熱恒速攪拌并緩慢升溫至設(shè)計溫度，保持恒溫狀態(tài)反應(yīng)一定時間，產(chǎn)物冷卻后用乙酸乙酯重結(jié)晶提純，最后測定產(chǎn)物質(zhì)量，計算產(chǎn)物產(chǎn)率。

2 結(jié)果與討論

采用單因素實驗方法，分別改變反應(yīng)物配比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間，分別計算產(chǎn)物收率，探討最佳反應(yīng)條件。

2.1 產(chǎn)物表征

對所合成的雙子型表面活性劑18-4-18進(jìn)行了紅外光譜定性分析，確定合成產(chǎn)物即是目標(biāo)產(chǎn)物[1-2]。結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，3200-3500cm-1為O-H的特征吸收峰，2915，2850，1468，721cm-1為CH3-、CH2-的特征吸收峰，900-1200cm-1為C-N、C-O的特征吸收峰。其中 1646.49 cm-1為碳碳雙鍵伸縮振動，為原料多烷基叔胺中所含有的少量雙鍵。

綜合以上可以分析得出結(jié)論：實驗合成的產(chǎn)物就是目標(biāo)產(chǎn)物。

圖1 18-4-18的紅外光譜圖

2.2 不同的反應(yīng)物摩爾比對產(chǎn)率的影響

在無水乙醇做溶劑的反應(yīng)體系中加入0.1mol十八烷基二甲基叔胺，恒溫80℃，持續(xù)攪拌狀態(tài)下反應(yīng)36h，改變不同的摩爾比，計算最終產(chǎn)率，結(jié)果見圖2。

圖2 反應(yīng)物的摩爾比對產(chǎn)率的影響

由圖2可以看出，產(chǎn)率隨著摩爾比的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，當(dāng)摩爾比n（十八烷基二甲基叔胺）：n（1，4- 二溴丁烷）達(dá)到2.5時，產(chǎn)率達(dá)到最大值，為74.5%，低于或者高于此摩爾比，產(chǎn)率都下降，但是有機反應(yīng)存在反應(yīng)不徹底的現(xiàn)象，因為為了得到最大的收率，要求摩爾比為2.6，即十八烷基二甲基叔胺要求過量以使反應(yīng)徹底，收率最大。

2.3 不同的反應(yīng)溫度對產(chǎn)率的影響

在無水乙醇做溶劑的反應(yīng)體系中按摩爾比n（十八烷基二甲基叔胺）：n（1，4- 二溴丁烷）=2.6投料，改變溫度，在不同的溫度下持續(xù)攪拌狀態(tài)反應(yīng)36h，計算最終產(chǎn)率，結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，在保持上述條件不變的情況下，當(dāng)溫度達(dá)到80℃時，收率最高，當(dāng)溫度高于或者低于80℃時，產(chǎn)率都降低。原因是當(dāng)溫度太低時，十八烷基二甲基叔胺不能充分溶解，反應(yīng)不完全，當(dāng)溫度過高時，容易揮發(fā)，影響產(chǎn)率。因此最佳溫度為80℃。

圖3 反應(yīng)溫度對產(chǎn)率的影響

2.4 不同的反應(yīng)時間對產(chǎn)率的影響

在無水乙醇做溶劑的反應(yīng)體系中按摩爾比n（十八烷基二甲基叔胺）：n（1，4- 二溴丁烷）=2.6，溫度80℃投料，改變反應(yīng)時間，在持續(xù)攪拌狀態(tài)反應(yīng)一定時間，計算最終產(chǎn)率，結(jié)果見圖4。

圖4 反應(yīng)時間對產(chǎn)率的影響

由圖4可以看出，反應(yīng)收率隨反應(yīng)時間的延長而逐漸增加，反應(yīng)時間為36 h時，反應(yīng)收率近76%，反應(yīng)時間繼續(xù)延長，反應(yīng)收率增加幅度不大，確定其最佳反應(yīng)時間為36 h。

由以上實驗結(jié)果可以看出，運用一步法合成的雙子表面活性劑，產(chǎn)率都較低，最高僅74.5%，原因在于十八烷基二甲基叔胺純度較低，含有一定量的雜質(zhì)，嚴(yán)重影響了實驗產(chǎn)率；反應(yīng)后生成的產(chǎn)物是粘稠狀，在從反應(yīng)容器中轉(zhuǎn)移過程中不可避免的造成損失，影響產(chǎn)率[3]。

3 結(jié)論

（1）用一步法合成了一種新的陽離子雙子表面活性劑18-4-18，并對其進(jìn)行了紅外光譜表征，結(jié)果表明，合成的產(chǎn)物即為目標(biāo)產(chǎn)物。

（2）運用單因素分析法，得出了最佳實驗參數(shù)：n（十八烷基二甲基叔胺）：n（1，4- 二溴丁烷）=2.6，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時間36h，在此條件下的收率74.5%。

（3）對產(chǎn)率不高的原因進(jìn)行了分析，主要是純度不高，產(chǎn)物為粘稠狀物體，有產(chǎn)量損失。

[1]施云海.雙烷鏈陽離子表面活性劑的合成與定量分析[J].分析化學(xué)，2003，31（3）：322-325.

[2]常建華，董綺功.波譜原理及解析[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[3]趙振國.界面化學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.