烷基糖苷合成及其去污性能研究

孫健，謝寧，王聰，金朝輝，高華晶

(1.吉林化工學院 石油化工學院，吉林 吉林 132022；2.吉林化工學院 研究生院，吉林 吉林 132022)

烷基糖苷是由天然脂肪醇和葡萄糖合成的一種性能較全面的新型非離子表面活性劑，兼具普通非離子和陰離子表面活性劑的特性，具有高表面活性、良好的生態安全性和相溶性，是國際公認的首選“綠色”功能性表面活性劑[1-2]。合成烷基糖苷的方法主要有直接苷化法[3-5]、轉糖苷化法[6-8]、酶催化法等[9-11]。目前，工業上大多數使用間接苷化法(兩步法)來制備烷基糖苷，這種制備方法需要回收大量低碳鏈醇，而且設備投入大、工藝反應流程長；雙醇間發生交換反應，會導致目標產物純度低、副產物較多、產率較低[12-15]。而理論研究大多圍繞糖苷的生產工藝進行優化，在糖苷的應用性能上少有報道[16-18]。本實驗采用十二醇與葡萄糖作為原料在微波加熱下一步法合成烷基糖苷，反應時間短，并且將APG-12作為主要成分配制成的去污劑，應用于可樂、草汁、油污、咖啡等污漬的清潔效果測試中，實驗結果表明，APG-12去污性能良好。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

葡萄糖、十二醇、十二烷基苯磺酸、斐林試劑、氫氧化鈉、過氧化氫(30%)、無水乙醇、檸檬酸鈉均為分析純。

XH-300UL型電腦微波超聲波紫外光組合催化合成儀;SHZ-D(III)型循環水式真空泵;RE-2000A型旋轉蒸發器;DZF-6090型真空干燥箱;DS300g型分析天平;NICOLET6700傅里葉紅外光譜儀。

1.2 合成方法

將十二醇和葡萄糖按照比例混合后，加入催化劑，再加入5 mL水溶劑(作為葡萄糖的溶劑)，混合均勻后放入三口燒瓶內，將三口燒瓶放在微波催化合成儀中，設置相應的反應溫度和反應時間。反應結束后，取出三口燒瓶，加入NaOH溶液中和至pH值在7左右，轉入分液漏斗中加入適量50～60 ℃水萃取分液，將下層液體進行減壓蒸餾除去水分，得到產物。

1.3 殘糖量的測定

本實驗通過直接滴定法測試反應液中葡萄糖的殘留量，采用GB 5009.7—2016 《食品安全國家標準-食品中還原糖的測定》的方法進行測定。

1.4 去污劑配方組成

寶潔Tide to go去漬筆的配方見表1，使用烷基糖苷代替其中十二烷基硫酸鈉、二丙二醇丁醚有效成分，配制去污劑。

表1 去污劑配方組成Table 1 Composition of decontamination agent

使用配制的去污劑對草汁、辣椒油、可樂漬、咖啡漬等污漬的清洗測試。

2 結果與討論

2.1 實驗條件優化

2.1.1 原料摩爾比的影響 在110 ℃下使用過量的十二醇與葡萄糖反應3 h,結果見表2。

表2 醇糖比對產物收率的影響Table 2 Effect of ratio of alcohol to sugar on the yield of products

由于十二醇用量未達到一定值，葡萄糖與十二醇接觸面積低，反應體系黏度變大，傳質傳熱性能不好，葡萄糖容易因為高溫度自身發生聚合；當醇糖比達到5∶1時，會出現產率下降的情況，這是由于十二醇的用量多到一定值后，會稀釋催化劑的濃度，使催化劑不能維持體系中的催化功能。

2.1.2 反應溫度的影響 選擇4∶1的醇糖比反應3 h，改變反應溫度，考察其對反應結果的影響,見表3。

表3 反應溫度對產物收率的影響Table 3 Effect of temperature on the yield of products

在醇糖比、反應時間、催化劑用量一定時，反應溫度為110 ℃時APG-12產率最高。溫度在105 ℃時，由于葡萄糖和十二醇反應是可逆反應，生成的水分并沒有及時排出，因此存在向逆反應進行的情況，降低了APG-12的產率。而當溫度在115 ℃時，溫度稍高會使葡萄糖一部分自身發生聚合，影響產率。當溫度到達120 ℃時，葡萄糖因溫度太高而炭化變成糊狀固體。

2.1.3 反應時間的影響 選擇4∶1的醇糖比在110 ℃的溫度下，考察反應時間對實驗結果的影響，見表4。

表4 反應時間對產物收率的影響Table 4 Effect of time on the yield of products

在醇糖比、反應溫度以及催化劑用量一定時，反應時間在3.5 h時APG-12產率最高。此反應是一個緩慢的半縮醛反應過程，反應時間過短會導致部分十二醇無法進攻帶正電核的異頭碳，產物收率低。而當時間太久雖然對產率影響的波動不太明顯，但長時間的加熱會加深APG-12的色澤。

2.2 產物結構表征

用KBr壓片測得APG-12的紅外線光譜圖(IR)見圖1。3 366.8 cm-1為氫鍵締合烴基O—H伸縮振動峰；2 926.0，2 126.7 cm-1為亞甲基C—H伸縮振動峰；1 644.4 cm-1為C—O—C骨架振動峰；1 360.7 cm-1為甲基C—H平面搖擺彎曲振動峰；1 028.5 cm-1為C—O—C鍵的C—O振動峰；915.6 cm-1為伯醇C—O伸縮振動峰；773.2 cm-1為(CH2)n(n>4)的骨架振動峰。

圖1 產物的IR譜圖Fig.1 IR spectra of products

2.3 糖苷去污性能測試

用實驗產品APG-12表面活性劑代替去污劑中的脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯基醚、烷醇酰胺3種表面活性劑，制成了這種烷基糖苷去污劑，并進行了對草汁、辣椒油、可樂漬、咖啡漬等污漬的清洗測試，具體效果見圖2～圖5。

圖2 APG-12對衣物上草汁的去污效果Fig.2 Decontamination effect of APG-12 for grass stains on clothing

圖3 APG-12對衣物上油污的去污效果Fig.3 Decontamination effect of APG-12 for oil stains on clothing

圖4 APG-12對衣物上可樂漬的去污效果Fig.4 Decontamination effect of APG-12 for coke stains on clothing

圖5 APG-12對衣物上咖啡漬的去污效果Fig.5 Decontamination effect of APG-12 for coffee stains on clothing

測試結果表明，由APG-12表面活性劑為主要成分配制的洗滌劑對草汁、辣椒油、可樂漬、咖啡漬有明顯的去污效果，此外APG-12表面活性劑性質溫和，不傷衣物，對皮膚無刺激，配伍性強，綠色環保，因此優于市面上大部分去污劑產品。

3 結論

以水為溶劑，十二烷基苯磺酸作為催化劑，利用葡萄糖與十二醇反應制備得到APG-12，最佳工藝條件為：醇糖比為4∶1，反應溫度為110 ℃,反應時間為3.5 h。在此條件下，APG-12收率為61.17%、殘糖率<0.05%。使用IR光譜分析確定了產物結構。通過使用以APG-12作為主要成分的去污劑對白色布制品上的污漬進行洗滌，結果表明APG-12經過復配后，對草汁、辣椒油、可樂漬、咖啡漬有良好的清潔效果。