烷基乙二胺三乙酸衍生物的制備與表征

汪小惠，陳紅杰

(華中農業大學楚天學院，湖北　武漢　430073)

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烷基乙二胺三乙酸衍生物的制備與表征

汪小惠，陳紅杰

(華中農業大學楚天學院，湖北武漢430073)

以氯乙酸和烷基乙二胺為反應物，在特定條件下合成一種新型的具有親油性和絡合基團的螯合型表面改性劑烷基乙二胺三乙酸衍生物(烷基ED3A)。研究反應條件對合成產物的影響，結果表明：合成烷基乙二胺三乙酸衍生物(烷基ED3A)的較佳反應條件是反應時間10 h，反應物氯乙酸為0.6 mol；產品烷基乙二胺三乙酸衍生物具有良好的親油性。

親油性；螯合型表面活性劑；烷基乙二胺三乙酸衍生物(烷基ED3A)

隨著人們環保意識逐漸增強，對產品的“綠色性”要求也越來越高，研究開發多功能，高質量的環保型表面活性劑已成為表面活性劑工業的發展方向，而螯合型表面改性劑由于其良好的環境兼容性已經越來越被關注，螯合型表面改性劑含有乙二胺三乙酸螯合基團，其能以化學方式固定在粒子表面，特別是能與金屬或者是金屬氧化物表面的粒子形成快速的穩定的化學健合[1-2]，因此在目前對金屬粒子表面改性等方面有很大的貢獻。

本文合成了一種主鏈是一條Si-O-Si 鍵交替組成的穩定骨架[3]，側基上含有乙二胺三乙酸螯合基團的親油性表面改性劑。該產品具有良好的螯合性及親油性，能用于包覆金屬粒子，具有廣泛的應用前景。

1　實　驗

1.1實驗儀器及試劑

DW-2型無級調速攪拌器，河南省鞏義市英峪予華儀器廠；DF-101集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，河南省鞏義市英峪予華儀器廠；ZK-82A型真空干燥箱，上海市實驗儀器總廠。

氫氧化鈉(AR)，天津市風船化工試劑科技有限公司；氯乙酸(AR)，天津市光復精細化學試劑三廠；烷基乙二胺：天津化工廠

1.2實驗方法

在三口燒瓶中加入20 mL環己烷，加入一定物質量的氯乙酸和過量的的氫氧化鈉，在60 ℃條件下預反應1 h后滴加溶解10 g(0.005 mol)烷基乙二胺的環己烷溶液100 mL，通氮氣保護，升溫90 ℃反應數小時，反應結束后，用高速離心機在10000 rad/min下，多次離心分離去除固體不溶物，將上層液體倒入三口燒瓶中，減壓蒸餾去除環己烷得最終乳白色膠狀液體即為烷基ED3A。

反應方程式如下：

2　結果與討論

2.1反應時間

圖1為反應不同時間得到的烷基ED3A的紅外光譜圖。由圖1中可以看出，未反應(a)時，3419 cm-1處的峰為氨基上的N-H伸縮振動峰，800 cm-1的吸收峰為N-H伸縮振動特征頻率。在2980 cm-1處為-CH2或者是-CH3伸縮振動峰[4]。由圖中可以看出，隨著反應時間的延長，從(b)，(c)到(d)隨著反應時間從6 h延長到10 h，3419 cm-1處的峰為氨基上的N-H伸縮振動峰逐漸消失，同時在3404 cm-1出現寬峰可能是-OH群結構或者是NH+的伸縮振動造成的吸收峰[5]，并且此峰隨著時間增加峰寬和峰深逐漸增加，同時在1396 cm-1和1615 cm-1也分別出現COO-的非對稱和對稱伸縮振動峰，此類峰也隨著反應時間的延長峰寬和峰強增加，同時隨著反應時間的延長，在800 cm-1處的N-H 彎曲振動特征峰也逐漸減弱。可見，由氨基烷基與氯乙酸鈉反應生成了產物烷基ED3A，并且隨著反應時間的延長，反應趨于完全，當反應時間為10 h時，反應基本完全，數據見表1。

圖1　反應時間對烷基ED3A的FTIR圖譜的影響

反應時間/hN-H伸縮振動N-H伸縮振動峰COO-的非對稱和對稱伸縮振動峰800cm-13419cm-11396cm-1,1615cm-10有有無6有無有8有無有10有(弱)無有

2.2配料比

圖2　配料比對烷基ED3A的FTIR圖譜的影響

圖2為氯乙酸不同起始反應量反應得到的烷基ED3A的紅外光譜圖。由圖2中可以看出，未反應(a)時，3419 cm-1處的峰為氨基上的N-H伸縮振動峰，800 cm-1的吸收峰為N-H彎曲振動特征頻率。在2980 cm-1處為-CH2-或者是—CH3伸縮振動峰。由圖2中可以看出，從(b)，(c)到(d)隨著氯乙酸起始物質的量從0.06 mol減小到到0.04 mol，800 cm-1處的峰為氨基上的N-H伸縮振動峰消失的幅度減小，分析原因主要是由于氯乙酸物質的量減小時，未反應的N-H的量增加，導致其伸縮振動峰消失的程度減小。在3404 cm-1出現-OH群結構或者是NH+的伸縮振動造成的吸收峰，同時在1396 cm-1和1615 cm-1也分別出現COO-的非對稱和對稱伸縮振動峰，可見，氨基烷基與氯乙酸鈉反應生成了產物烷基ED3A，只是隨著起始加入的氯乙酸的量的減小，反應生成的螯合基團的數目減少。具體結果見表2。

表2　不同反應物質量的的烷基ED3A的紅外比較

2.3復合磁性粒子表面的親油性

接觸角θ是反映物質與液體潤濕性關系的重要尺度,θ= 90°作為潤濕與不潤濕的界限；即θ<90°時物質可被液體潤濕；θ>90°時不潤濕。表面潤濕性的變化直接決定物質在液體介質中的分散與團聚行為。表面接觸角是物質表面潤濕性的直接表征方式。接觸角小，潤濕性強；接觸角大，潤濕性差。

圖3　羰基鐵粉粒子(0)和復合磁性粒子(h，i，j)與水的接觸角圖片

在油壓機上保持一定壓力，將h,i,j 三種磁性復合粒子和羰基鐵粉粒子(0)壓成一定厚度表面光滑的圓片，用接觸角測試儀測定其于油水的接觸角[6-7]。圖3分別是羰基鐵粉粒子和三種復合磁性粒子與水的接觸角照片，從圖3中可以看出純羰基鐵粉與水的接觸角較小θ<90°，潤濕性較好，但是包覆后的粒子與水的潤濕性卻很差θ> 90°，對比h,i,j三種復合粒子發現h,i粒子與水完全不潤濕，j粒子部分潤濕，這說明h，i粒子表面包覆相對j粒子表面包覆完全，分析原因主要是由于包覆的高分子烷基ED3A是一種親油性物質，因此根據相似相容原理得知表面包覆的高分子烷基ED3A確實能提高羰基鐵粉粒子與硅油的潤濕性。

3　結　論

以烷基乙二胺、氯乙酸為原料，合成烷基乙二胺三乙酸衍生物(烷基ED3A)螯合型表面改性劑。反應條件為：反應的時間為10 h, 反應物氯乙酸為0.6 mol。合成的產物烷基ED3A包覆羰基鐵粉粒子后復合磁性粒子與水的潤濕性變差。

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Preparation and Characterization of Derivatives of EthylenediamineTriacetate Acid

WANGXiao-hui,CHENHong-jie

(Chutian College, Huazhong Agricultural University, Hubei Wuhan 430073, China)

The derivatives of ethylenediamine triacetate acid(SED3A), which had pro-oil groups and chelating groups, was prepared by chloroacetic acid and alkyl ethylenediamine under specific condition. Effects of reaction conditions on product were studied. Results showed that the preferred condition of preparing SED3A was as follows: the reaction time was 10 h and the content of chloroacetic acid was 0.6 mol, SED3A had good lipophilicity.

lipophilicity; chelating surfactant; SED3A

汪小惠(1983-)，女，實驗師，主要從事物理化學實驗準備及管理工作。

O633.2

A

1001-9677(2016)010-0091-03