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(有机化学专业论文)新型高效双子表面活性剂的合成及表面性质研究.pdf.pdf 免费下载
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郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的,学位论文没有剽窃、抄 袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为,否则,本人愿意承担由此产生的一切 法律责任和法律后果,特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) : 年月 日 郑州文学硬士学位论文 摘要 随潜经济和社会豹快速发展与环境污染的醴菔加尉,滔憔低、降解悭熬的 传统表面活性剂已不能满足国民经济生活的需要,因此,研究和开发高效的环境 友簿表嚣溪瞧裁成为纯学工锋者当努之急,鞋冀谯越兹佳牲戆秘痰惩毪戆被豢为 “新一代液面活性剂”双子表面活性剂应运而坐,它的出现是寝丽活性剂工姚发 展史上的又一个重要熙程碑。本论文对双子表面活性剂进行了较为系统的研究, 主要有熬下足令方嚣工终。 一、禽成了六种来见文献报道的酰胺基二苯醚霪要中间体,考察了它们的制 各条件,选择在室温,缚酸剂吡啶襻在下,以摩尔比为l :1 的酰氯与胺基二苯 醚复应,浚搴:晦这到了g 溅菝上。瀵建经多 光谱、竣凑共振、矮潜表征了它钠戆 结构。 二、以上面六种中间体为主要蹶料,制备了一系列六种未见文献报道的黼胺 基二苯懿j 焚骥酸整双予表覆嚣缝裁,其毒l 各条搏隽t 室湿下,驻二筑季靛必奔矮, 磺化剂氯磺酸与酰胺繁二苯醚的摩尔比为3 5 ;l 反应4 0 分钟,然后,处理糟伟4 。 用红外光谱、核磁共搬、质谱确定了磺酸基的数目以及结构表征。 三、系绫遥磅究了掰会或懿六耱蕺蒎墓二苯醚竣疆酸盐双警衷嚣活毪裁熬表 面活性、临界胶束浓度、发泡性能、溶解性等理f 艺性能。其中棕榈酸酰胺基:苯 醚双磺酸熊的性能较为突出,其临界胶束浓度( c 糯) 为1 0 7 n n o l l ,此时凌面 强力这鬓了2 9 。7 m n m ,与我襄豢弱戆卡二婉基苯磷羧镳鞠魄较c m c 降低疆傣, 而表面游性提高了2 0 ,并且其在水中溶解性岚好,泡沫性能姆十二烷基举磺酸 钠( s d b s ) 相当。在配制洗涤剂、土壤净化和污水处理、石油工业三次驱油等 壤壤寿缀好懿癍爱蔻焱。 关键词:液面活性荆;双子;合成;性质 部州大学镬士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ef a s t d e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n de c o n o m ya n dt h ei n c r e a s i n g l y d e t e r i o r a t i o no fe n t l r o m e n t ,t h ew o r s e e f f i c i e n c y a n dd e c o m p o s i n gt r a d i t i o n a l s u r f a c t a n th a s n tm e tw i t ht h en e e do f e c o n o m yo f n a t i o na n dl i f eo f p e o p l e c o n s e q u e n t l y , i ti su r g e na f f a i r so fc h e m i s tr e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n gt h e e f f i c i e n ta n de n v i r o n m e n tf r i e n d l ys u r f a c t a n t g e m i n is u r f a c t a n th o n o r e d “n o u v e a u s u r f a c t a n t ”w i t hs u p e r i o rp e r f o r m a n c eo fp h y s i c sa n dc h e m i s t r ye m e r g e sa st h et i m e s r e q u i r e i ti sa n o t h e rm i l e s t o n eo fp h y l o g e n yo fs u r f a c t a n ti n d u s t r y t h ea u t h o rs t u d y s y s t e m a t i c l yg e m i n is u r f a c t a n ta sf o l l o w i n gf a c t o r s : 1 、s i xi m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e so fa c y la m i d o d i p h e n y le t h e rw i t h o u tr e p o r t i n ga l e s y n t h e s i z e a n dr e s e a r c ht h ec o n d i t i o no fp r e p a r i n gt h e m :a tl o o mt e m p e r a t u r e ,a m i d o d i p h e n y le t h e rr e a c t sw i t ha c y lc h o r i d ea tm o l r a t i oo f1 :1a tt h ee x i s t e n c eo fp y r i d i n e a n d y i e l d 采le x c e e d9 q 。t h e i rs t r u c t u r e a r ei d e n t i f i e db yi r ,、n m r ,、m s 。 2 、t h es e r i e so fs i xa m i d od i p h e n y le t h e rd i s u l f o n a t e sg e m i n is u f f a c t a n tw i t h o u t r e p o r t i n g i s p r e p a r e d f r o ma b o v ei n t e r m e d i a t e s ,t h ec o n d i t i o no fr e a c t i o na s f o l l o w i n g a tr o o mt e m p e r a t u r e , c m o r o s u l p h o n i ca c i dr e a c t sw i t hs i xa c y la m i d o d l p h e n y le t h e ra tm o lr a t i oo f3 5 :1i nc h z c if o r4 0r a i n , a n dt h e nd e a l i n gw i t ht h e m a n dr e f i n i n g t h en u m b e ro fc m o r o s u l p h o n i ca c i dg r o u pw a s m a d es u r eb yi r 、n m r 、 劐 s 。 3 、t h ep h y s i c sa n dc h e m i s t r yp r o p e r t i e so fs i xa m i d od i p h e n y le t h e rd i s u l f o n a t e s g e m i n is u r f a c t a n ts u c ha ss u r f a c ee f f i c i e n c y 、c l n c 、f o r mp e r f o r m a n c e d e s s o l u t i o na r e s t u d i e ds y s t e m a t i c l y t h e p r o p e r t y e s o fs o d i u mp a t m y ta m i d od l p h e n y le t h e r d i s u l f o n a t ei sm o r es u p e r i o ri nt h e m i t sc m ci s1 0 7 r e t o o l l , s u r f a c et e n t i o nr e a c h s 2 9 7 m n mh e r e , t h es u r f a c ep m p e r i t i e si sm o r ee x c e l l e n tw i t hc o m p a r a t i o no fs d b s w h i c hw eo f t e nu s eo nd a i l yl i f e 。a n dd i s s o l u t i o ni nw a t e ri sv e r yg o o d ,i tf o r m p r o p e r t yi st h es a m ea ss d b s i tc a nb ea p p l i e do nw a s h i n g 、p u r i f i c a t i o no f s o i l 、 d i s p o s a lo fs e w a g e 、t h e t h i r dd r i v i n go i li np e t r o l e u mi n d u s t ya n ds oo n k e yw o r d s :s u r f a c t a n t ;g e m i n i ;s y n t h e s i s ;p r o p e r t y 2 弃州土学硕士学位论文 新型高效双子表面活性剂的合成及表面性质研究 前言 表面活性剂是精细化工领域的重要品种,素有“工业味精”的美称“1 它能显 著降低溶液表面张力和液一液界面张力,并具有特殊结构,亲水亲油特性和特殊吸 附性能的物质由于其具有亲水亲油的特性,易于定向吸附于物质界面,而表现出 降低界面张力、渗透、湿润、乳化、分散、增溶、发泡、消泡、洗涤、杀菌、润 滑、防腐、防锈等一系列性能,这决定了其用途广泛,涉及面广,从合成洗涤剂, 化妆品,食品工业,乃至纺织工业,皮革工业,橡胶,塑料工业,土木建筑业,涂料, 油墨工业,金属9 n - r 业,石油燃料工业,采矿业,煤炭工业,农林以及医疗卫生,环 境保护等部门广泛使用表面活性剂,以改进生产工艺,提高产品质量,增加产量, 降低消耗,节约能源,提高生产效率及改善环境等嘲。因此表面活性剂成为了我们 日常生活和生产中不可或缺的重要化学品。 随着现代工农业技术的快速发展和环境污染的日益加重,对表面活性剂工业 也提出很大的要求和挑战,传统的表面活性剂已不能适应国民经济与生活的需 要,研究和开发高性能的环境友好表面活性剂已成为世界各国化学工作者的当务 之急。 第一章文献综述 双子表面活性剂以其优越物化性能和应用性能被誉为“新一代表面活性剂” 它的出现是表面活性剂工业发展史上的又一个里程碑。 1 1 双子表面活性剂的结构和性能 表面活性剂根据其分子结构特征可分为三类:传统型、b o l a 型和g e m i n i 型 ( 双子型) ,如图所示: 图l图2 图3 传统表面活性剂( 图i ) 是由一个亲水头基和一个疏水尾链组成,我们常用的十二 郑州史学硕士学位论文 烷基苯磺酸钠和十二烷基磺酸钠就属于这一种b o l a 型表面活性剂( 图2 ) 是疏水 链两端各连接一个极性基团的化合物,它形似南美洲土著人的一种武器b o l a ,其 最简单的一种形式是一根绳的两端各连接一个球,因此,这种表面活性剂称为 b o l a 型n ”,g e m i n i 型又称双子型表面活性剂( 图3 ) ,g e m i n i 在天文学上意思 是双予星座,借用在此形象地表达了这类表面活性剂的分子结构特征它是由两 个双亲分子的离子头基经联结基团通过化学键连接而成“1 ,这类表面活性剂曾被 称为二聚表面活性剂。1 。 双子表面活性剂分子的双亲水基和双亲油基特征,使得其具有比传统的单 亲水基和单亲油基型表面活性剂更为优良的物化性能和应用性能。主要表现在如 下几方面: ( 1 ) 更易吸附在气液表面,从而更有效地降低水溶液表面张力。 ( 2 ) 更易聚集生成胶团。 ( 3 ) 对水溶液表面张力的降低能力和降低效率而言,双子表面活性剂降低 水溶液表面张力的倾向远大于聚集生成胶团的倾向,降低水溶液表面张力的效率 是相当突出的。 ( 4 ) 具有很低的克拉夫特( k r a f f t ) 点和很好的水溶性,这是普通表面活性 剂难以比拟的,对于普通表面活性剂来讲,这两种性能往往是不能兼得的,欲提高 表面活性( 如增加疏水链长度) ,常导致克拉夫特点上升,水溶性下降:而要降低克 拉夫特点和增加水溶性,又往往要牺牲一定的表面活性啪而双子型表面活性剂 很好地解决了这个问题,它的这一显著特性决定了它在表面活性剂家族中的特殊 地位,因而被称为新型高效表面活性剂帆。 ( 5 ) 双子表面活性剂和普通表面活性剂尤其是和非离子表面活性剂的复配, 能产生更大的协同效应。 ( 6 ) 具有良好的钙皂分散性质。 ( 7 ) 在很多场合,是优良的润湿剂。 双子表面活性剂和单链单头基表面括性剂相比较,具有高表面活性的根本原 因,在于双子表面活性剂中,两个离子头基是靠联接基团通过化学键而连接的, 由此造成了两个表面活性剂单体离子相当紧密的连接,致使其碳氢链间更容易产 生强相互作用,即加强了碳氢链间的疏水结合力,而且离子头基间的排斥倾向受 4 郑州土学硕士学位论文 制于化学键力而被大大削弱。另一方面,在两个离子头基问的化学键联接不破坏 其亲水性,从而为高表面活性的双子表面活性剂的广泛应用提供了基础。由上所 述,通过化学键联接方法提高表面活性剂的活性和以往通常应用的物理方法不同, 在概念上是一个突破“”。 1 2 双子型表面活性剂的应用1 1 表面活性剂的最基本性质是界面( 表面) 定向吸附和溶液中形成缔合结构,其 它具体应用性质均由这两个基本性质派生而成。 由于双子表面活性剂在发泡性、润湿、增溶、抗菌性等几方面比相应的单链 表面活性剂优越。因此,它除了可以应用在传统表面活性剂使用方面外,还可以 在更多的领域发挥其优良的作用。 1 2 1 制备新材料 表面活性剂作为制备纳米材料的模板剂和抗粘接剂的报道很多。1 9 9 8 年 v o o r t 等“2 1 用双子表面活性剂 c h 3c a 3 il h 2 n + l q 一章+ - ( c h 小一枣+ _ c 。h 2 m + 12 b f 。( c n s ) li c h c h 作模板剂。当s m 0 时,制备出高质量立方相的m c m 4 8 ,当s 较小时只适合合成 m c m 4 1 ,而用传统的表面活性剂d t a b 只能形成m c m 4 1 。最近还以双子表面活性剂 作模板,用全微波法合成出m c m 4 8 ,模板剂用萃取法脱下后经纯化可继续使用。 k u n i o 等1 9 9 8 年用紫外线辐射含双子表面活性剂的h a u c i t 溶液,制得纤维 状的a u ,而用传统表面活性剂则形成球状或棒状。双子表面活性剂有很好的增溶 性质,故苯乙烯的微乳聚合用双予比传统的好。所有的1 2 一s 一1 2 ( s = 2 、6 1 2 ) 都 与苯乙烯形成单相水包油微乳液,调整s ,可得到不同大小的乳胶粒子。 1 2 2 治理污水与净化土壤 用表面活性剂治理污水方法是先将表面活性剂吸附在粘土和砂子等介质上, 再用后者去吸附水中的污染物。r o s e n 等“”研究了表面活性剂a 、b 对2 一萘酚的 吸附情况, 郑州土学硕士学伍论文 严f h 3严 h 2 n + l c 广l ;i + - c h 3 b r c n h 2 n + 广¥+ _ ( o 坳广r c n h 2 n “2 b r c h , c h 3c h 3 a b 他们发现:a 、b 附于n a + 蒙脱土上的量相同,而在砂土和石灰石上b 比a 强,但附 有双予表面活性剂的介质,比附有传统表面活性剂的介质对水中的2 一萘酚吸附 量大、效率高。附有双予的蒙脱土是传统的i 5 倍,附有双子的砂子、石灰石是 传统的3 倍。在蒙脱土上a b = 1 6 ,在砂子上a b = i 2 1 7 ,在石灰石上a b = 1 2 - - i 4 ( a :介质吸附污染物的量:b :介质吸附双子的量) 。可以预期,用双子表面活 性剂改性的上述( 有机无机纳米) 材料可作为废物填埋的防渗添加剂,用双子表 面活性剂水溶液增溶和增流性,将其注入地下驱除地下水中非水液体和吸附深层 土壤中的污染物是一种具有发展前景的治污手段 1 2 3 抗菌 传统表面活性剂中的季铵盐,如苄基、十二烷基二甲基澳化铵( b d d a b ) 是良好 的消毒剂。1 9 8 5 年d e v i n s k y 等,1 9 8 9 年l i s e e l 等“”也将双子表面活性剂用作杀 菌剂,而i n f a n t e 及其合作者报道双子表面活性剂n ,n7 一双( n 十二烷基n n 二 甲基甘氨酸) 2 h c i 或n ,n 双( n 一十二烷基n ,n 二甲基甘氨酸) l ,4 丁二 胺2 h c i ,有很高的杀菌活性。1 9 9 5 年p a v l f k o v a 研究了 啦 o i io l i喁l i 。 。 h2m+l旷铲(ch2)2-oc(chz)v-c0 一( c h 2 ) 2 - n + - c m h 撕l 盈b r il c m傩1 的杀菌效果。从m = 6 一1 6 ,n = 2 8 共4 5 种化合物,发现联结基团短的抗菌效果 显著,有很低的m i c s 值( 3 7 ,2 4h 的培育后抗菌剂起抗菌的浓度) 。短链化合物 m = 6 ,无抗菌能力,当m = 1 0 或1 2 时,抗菌效果最好,例如m = 1 2 ,n = 2 的双子表面 活性剂比传统单链的b d d a b 效率高1 2 数量级。 1 2 4 基因转染 已用一些类脂类阳离子洗涤剂( c t a b 、d o s p a 、d o t a p ) 与d n a 络合并将基因 转染到哺乳动物的细胞,从而也成功地揭示出相应的蛋白质。并有报道带多价头 基的比单价类似物对基因转染更有效,因此为了寻找更好的基因转染剂,人们尝 郑州大学硕士学位论文 试合成双子表面活性剂。c a m i l l e r i 及其合作者“。合成了5 种新的以肽为基的阳 离子双子表面活性剂,如: r = “:h 2 ) 1 1 c h 3 它们是一类无毒的固体,易操作,易溶于ph 在较大范围内改变的水溶液。随 后他们小组又合成了新的精氨酸为基的双子表面活性剂用于基因转染。 1 2 5 化合物分离 c h e n “”用2 0 m o l l 1 ,3 双( 十二烷基n ,n - 二甲基铵) 一2 一丙醇氯化物,通过 电动毛细管色谱柱将1 7 种麦角碱混合物完全分离开来( 在2 0 ,p h = 0 3 ,5 0 m m o l l 磷酸缓冲溶液条件下) 。而对应的单链表面活性剂十六烷基 三甲基溴化铵就不能将1 7 种麦角碱混合物分离开来。这是利用双子表面活性剂 胶柬的超强增溶能力。胶束增溶超滤。不仅可除去低分子有机物,还可分离水中的 多价金属离子。双子表面活性剂这种超强增溶性和低c m c 大大降低油水表面张 力,为三次采油提供新助剂。 此外,应用在石油工业中,可提高油的采收率:它还可以作为医药传递系统, 电镀液中的添加剂;可以控制晶粒的形状和粒径,晶粒生长调节剂。 由于双子表面活性剂的特殊结构,它不仅具有高表面活性,而且产生新形态 聚集体和奇异性质,为多学科交叉创造条件,将在化学生物学、纳米科技、超分子 与合成化学的发展中受到重视。可以预见,随着研究的进一步深入,它必将发挥更 大的作用。 1 3 双子型表面活性剂的分类 根据表面活性剂的传统分类方法,双子表面活性剂可以分为如下几类: 1 3 1 阴离子型双子表面活性剂 7 郑州土学硕士学位论文 阴离子型双子表面活性剂种类较多,并已有一部分产品工业化,其主要有三 种类型磷酸盐、羧酸盐和磺酸盐型。 1 3 1 1 磷酸脂盐型 磷酸酯盐类化合物与天然磷脂有类似结构( 天磷脂具有双链单极性头结构) , 易形成反相胶束、囊泡等缔合结构,有望在生命科学、药物载体研究方面取得应 用,它们的合成开发引起了人们的重视。典型结构类型有 o i l 暑: c h 2 0 p o ( c h 2 ) n c h 3 i j o n a 2 0 3 p o 、丫。一c c 1 7 h c 。,h 3 3 一旨一o p 啪z o 1 3 1 2 羧酸盐型 主要结构类型: 车h 2 c o o n a l h a c ( h 2 c ) l o 一甲c h 2 a 2 n 一;f ( c 呦1 0 c h 3 o c h 2 c o o n a 0 4 【2 1 】 ( i c h 2 ) ? c h 3 ( e 1 2 ) 7 c h 3 _ n _ c h 2 一c h 2 - - n i c ih 2 c o o n ac h 2 c o u 一n a 5 【2 2 】 8 oio-矾, 助 旺 掣 a ao i 渊l 列 0 j 郑州太学硕士学伍论文 1 3 1 3 硫酸脂盐和磺酸盐类 f i i! i ! ( i 。 哪一k 孟删劫乳午h r s o s 0 3 n a 3 n a s i0 3 n a s o i 3 n a 1 3 2 阳离子型双子表面活性剂 有关阳离子型双子表面活性剂的合成、性能、应用方面研究的文献报道最多, “洲小删3 8 h30,ch3 c e f l 7 ( h 2 c ) 4 一r c h 2 c h 2 一i ;i + _ ( c h 2 ) 4 c s f l 7 h 3 c c h s 9 ”1 c h 3 ( h 3 c ) 2 i :i + - ( h 2 c ) 2 n 一( c h 2 ) 2 一l :i + ( c h 3 ) 2 c 1 2 2 5 c 1 2 h 2 5 c 1 2 h 2 5 1 0 剐 c | ( h 3 c ) 2 n + _ ( c h 。2 7 c i ( h 3 c ) 2 n + - ( c h p _ ) 2 l l 制 1 3 3 非离子型双子表面活性剂 非离子型结构较多,但具体构型不多,只有两大类:一类是糖的衍生物,另一 类是醇醚、酚醚型。糖类衍生物属于绿色表面活性剂,原料可再生,产品易生物降 解。此类产品已经引起人们的广泛关注,如糖苷类( apg ) 、蔗糖醅类,作为新型 的gemi1 - 1 _ i 非离子表面活性剂,糖类衍生物自然受到优先关注,其特点是刺 激性小主要结构类型有: 9 梆州土学硕士学位论文 1 2 妒节9 r 1 ,r 3 :c i c 2 2 a l k y l ,a l k y l e n c ,a r y l ,a l k y l a r y l ,h r 2 :c 1 - c ;5 a l k y l ,a l k y l c n c ,h y :e o ,p c ) x :as p a c e r ,一( c h 2 ) a 一,i s - ,s s - ,旬一 x , y ,z :6 2 0 1 a 嘲 1 3 4 两性离子型及其它类型双子表面活性剂 两性离子型双子表面活性剂报道得较少。其中典型的结构1 5 是专利报道的 化合物,1 9 6 6 年a n d r e wt g u t t m a n n 等为了开发一种衣服纤维的柔软剂,合成了 一系列阳离子及两性离子化台物,1 5 便是其中的一种。该化合物既有柔软作用, 又有洗涤作用,合成较复杂。主要结构类型 h 2 f 叫2 f 0 3 s ( h 2 c ) c i 一c h 2 n v r 啦h 飞形“ 矗( c h 2 ) 2 s 0 f 矗 1 5 棚 1 4 双子表面活性剂的生物降解性 当前,全球的表面活性剂使用量每年多达数千万吨,如此大量的表面活性剂 使用后大多未经处理直接随污水排放到环境中,污染问题变得越来越严重,这给 环境造成难以承受的压力,表面活性剂对环境的污染主要靠自然界微生物对其分 解( 生物降解) 来得以解决,因此表面活性剂的生物降解性成了人们日益关注的 问题。对于这些化学合成的物质,必须了解环境对这类物质的接受能力,即所谓的 环境安全性。生物降解由通常存在于自然界中的微生物所导致的,能使一种有机 郑州太毋粳士学位论文 化学品转化为与原来分子不冠盼有枫秘无枫最终产物的生物中介过程。其分为两 种,一是蔟本的生物降解,由于生耨转他丙造成一耱分子静琢泉纯学个性静丧失。 仅是经历丁基本生物降解的化学品可能被代谢为其他有机中间体( 代谢物) 。在 某些场合,这种代谢物w 瞧持久存农予环境中。二是最终的生物降解,又称全部 生物降辩,矿亿。一种露枫纯学晶静究垒酶生秘酶躲成秀无害煎簸终产耪,邋常是 c 0 2 、h 。0 、生物量和无机盐。除了少数例外,可以认为表面活性剂经历了快速而广 泛的生携降勰后的产貔是安全的,嚣为这种过程使褒面活性裁辩予求生生物的海 惶有显著的降低( 代落物诧原来酌像含物毒性低) ,并且消除了其谴可能有害豹 性质。 迄今为止,表嚣滔性裁的发展历史上出瑗了耀次戏剧性的转变,第一次转变 就是众所周知鹩在全球范匿肉兴越的从支链烷基笨磺酸盐( a b s ) 到直链烷耩苯 磺酸盐( l a s ) 的转交:第二次就是刚刚在欧洲兴趣的用酯季铵热( e q ) 取代双长 链静季铵簸( d t m a c ) ,薅次转变均怒出生物降嬲热产生鲍。缀越,了鳃表蕊活 性裁静被娃理特性,弗进一步掌握冀在自然界中的行为,对研究表面活性荆静生 物降解性鼹有重要意义。 表蠢活性裁静生物降瘿性与其缝梅具有密甥联系。s w i s h e r 4 5 】在总缭皇 己和前入研究成暴的熬础上,对表瑟活性裁生物降解性与结构的关系总结出了如 下几条一般性的规律: ( i ) 表露活性裁瓣生携降解瞧奎要由巯承熬阕决定并璇鬻骧农基线髓稷渡 增加而增加,末端季碳原子会显著降低降解度。 ( 2 ) 农面活性剂的亲水基性质对生物降解发有次要的影响,例如直链伯烷基 硫酸盐( l p a s ) 的视级激物酶解速度远燕子其德斡阴离子,短瓣键的聚氧乙烯型 菲离子畿衙活性剂易予降解。 ( 3 ) 增加磺酸基和疏水基末端志间的距离,娩基苯磺酸盐的初级生物降解度 增热( 躐凑愿测) 。 ( 4 ) 脂基、酰胺蒸等极性易水解的引入可以增强表面滔梭翔分子在邵墉中 的生物降解性m 1 州。 医懿,摄握鞋上建条表嚣活性裁分予缝药与黛妨降惩性的一般囊律,设计舞 发了一系捌易于生物降解的直链酰胺基新婆 表面活性剂,这也怒该课题重要铺新 l l 郑川大学硕士学位论文 部分。 1 5 双子表面活性剂的研究滋展 双予表面活性剂的最早报道可以追溯到1 9 3 7 年,由直链或环状脂肪醇硫酸 蘸与二笨醚绩会恧成鹣,垂予筑酸穗必矮遘量方戆提蠢复应戆转证零,当辩寒亏l 起入们的熏视。在1 9 5 8 年,美国d o w 化学公司歼发了工业化生产工艺,产品商标 名为d o w f a x 。该工艺包括烷基化和磺化两部分,c r 七。n 一烯烃姆= 苯醚在三氯化 镊摧纯下,奎残烧基二笨醚,浣基像淡为l l + 3 ,然蓐在薅性渗裁( 熟二氯攀烧) 存在下用氯磺酸迸幸亍骧式磺化反应,磺化产品中二磺酸盐含量大于8 0 9 6 汹3 。 双予表面活性剂的广泛和深入研究开始于上馓纪7 0 年代。1 9 7 1 年b u n t o n 等夫会艘了 严产 c 1 6 h 3 5 _ n h ( c 蚴广¥k c l c 5 i - 1 3 5 2 b r 。 c h 3c h 3 n = 2 , 4 , 6 并用其作为氢氧根离子与2 ,4 二硝箍氯( 或氟) 笨亲核取代反廒的催化剂。随后 1 9 7 4 年熙ehhra 镣人,1 9 7 9 年p a r r e i r a 等人,1 9 8 5 年d e v i n s k y 先后含成了 一些不阏联结基嚣稻不同巯瘩链豹新攀镶叠载子袭垂活往裁黼。1 9 8 8 年,霸奉 o s a k a 大学的o k a h a r a 锌合成并研究了柔性基团联接离子头基的若干双烷烃镳表 面活性剂。”。2 0 世纪9 0 年代以后,1 9 9 1 年m e n g e rfm 等较系统地合成了几摊双 子表霭潘经裁嘲,确定了宅们靛萋本缝质,著愁这类滔毪蘩会名为g e m i n i ,1 9 9 3 年rosen 小组采纳了“g e m i n i ”的命名,并系统地合成和研究了氧乙烯戏氧 露烯柔性基团联接鲍g e m i n i 表嚣灞性剂咖1 9 9 4 年hu0 等研究了联接綦阙连 接稳离予头基_ 稻靛蘩链不同的戳予表覆活靛裁,并考察了它髓耱痤翔徐值 “1 9 9 3 年,z h u 和o k a h a r a 报道了阴离子表面活性剂 + n a o c ;c h 2 0 c ;i - i c h 2 0 c h 2 c ,h o c h 2 c on a + o 纯鼹o o c i o h 2 1o c , o h 2 , 1 6 1 9 9 6 年k a r t h a u s 摄遂了 1 2 郑州土学硕士学位论文 码黜幽l 1 7 第一个非离子表面活性剂是1 9 9 7 年c i r e l l i 报道的m 1 ,他合成了:1 ,5 双 6 0 ( r l 一丁基一q d _ 吡喃葡萄糖苷) 戊二酸酯。1 9 9 0 年c a m b o n 及其同事就已报道 了全氟烃的双予表面活性剂1 8 ,并且不断有新的化合物报道呻1 。 o c h 3c h 39 c 6 f 1 3 c 2 h 4x - c h 2 c 一+ - ( c h 2 ) i i i + c h 2 c - x - c 2 h 4 c 6 f 1 32 b v c h ac 1 8 h o l m b e r g 等人先后合成了具有不同头基的杂双子表面活性剂1 9 和2 0 。 1 9 2 0 考虑对环境友好和社会经济可持续发展,又开发了无毒或低毒、利用再生资 源以及功能性的双子表面活性剂,如以氨基酸、糖苷等为基的表面活性剂”1 2 1 、 2 2 。 r r 3 致器v 爵咚 尸 o = j : n h 吖 r 1 = c 1 1 h 2 3 ,c 1 7 h 3 5 ,c 扩1 7 c 2 h 4 r 2 - 0 d - g a l a c t o p y r a n o s e 码= ( q 1 2 ) 4 ,( c h 2 ) 8 ,( c h 2 ) l o ,( c h 2 ) 1 2 ,e t c 2 1 r p = o 螺h h 脚h 。彳油r 2 2 郑州土学顼士学位论文 i 司时也报道了环双子表面活性剂2 3 和一种有四个离子基四面体为中心的金 刚烷相连的双子表面活性剂2 4 ,以及不对称双子表面活性剂2 5 。 c 1 2 i k ( h 3 c h + 由伊 ( c h 2 ) 2 3 2 4 0 1 “o 一旱一o - 6 l “v 4 、八7 、小7 、 2 5 可看出在双子表面活性剂的合成上,随着研究者的期望升高而复杂。因为寻 找新的化合物是合成化学的重要任务之一。 1 6 研究的动力陋州 人们对双子表面活性剂如此大的兴趣主要来自这些表面活性剂本身的3 个 特性: ( 1 ) 双子表面活性剂的a m c ( 临界胶束浓度) 比相应的传统表面活性剂的c m c 低l 一2 个数量级。例如双子1 2 2 1 2 二亚甲基1 ,2 一双( 十二烷基二甲基溴化铵) 的c m c 约0 0 5 5 w t ,而相应的传统表面活性剂d t a b ( 十二烷基三甲基溴化铵) 是 o 5 0 w t 。 ( 2 ) 双子表面活性剂降低水的表面张力比相应的传统表面活性剂更有效。例 如:水的表面张力为0 0 2 n m 时,传统表面活性剂d t a b 的最低浓度为0 2 1 w t ,而 双子1 2 2 一1 2 只需0 0 0 8 3 w t 。 ( 3 ) 用短联结基团连接的双子表面活性剂,在相当低的浓度时其水溶液就有 很高的粘度,而相应的传统表面活性剂则是低粘度。例如1 0 w t d t a b 水溶液粘度 只比纯净水的高一点点,而对于双子1 2 2 1 2 5 w t 的水溶液的粘度已达几百 1 4 雒州太学埙士学饿论文 p a s 。这里还涉及聚集数和胶束形状。聚集数鼹胶束大小,目前双子表面活性剂 熬聚集数霹l 鑫常不越过鞠关豹传统表戮疆性裁熬聚集数瓣。胶裳的影姨缀霪要, 它影响溶液的流变性和增溶性。已知联结基团的长度对胶柬形状影响大于对cm e 豹影夔。健统表磁溪蛙裁翔dtab 主要是塔获胶泰,藤1 2 - 2 一1 2 在艇浓度( 2 wt 以上) 时就形成蠕虫胶柬,表现出翦切增稠,有较好的增溶性。当然这煅双子 表嚣活性裁瓣分子缝凌,决定了宅囊魄耀毂豹毖绫表瑟溪蛙裁其蠢许多委德莛戆 性质。 1 7 本课题研究内容: 根据国际国内双子表面活性剂研究和发展状况,为了满足国民经济发展对双 子表面活性剂的要求和需要,本课题设计开发了一系列六个未见文献报道的双子 表面活性剂酰胺基二苯醚双磺酸盐,主要工作内容如下: 1 7 1 以高级羧酸为原料制备六种酰氯中间体 1 7 2 以胺基二苯醚和酰氯为原料合成了六种酰胺基二苯醚中间体 化合物结构 m 。c 。,盱8 一肼 。 m 。q 妯厂坠呛。 似c ,骱l 一删 。 + 艄= = 、= _ 在于燥的5 0 m l 烧瓶中搬入3 7 嶷对氨基二苯醚和2 5 m l 茏水毗嚏,磁力搅拌 下邂滴加入与对氨基= 苯醚物质的缴比为1 :1 的癸酸懿氯4 2 m l ,并用带有干 部州太学硬士学位论文 燥管的咫气吸收装置吸收产生的氯化氢。室温下菠应1 5 h ,点掇确定反应终点, 反应结秉藤镯入5 0 m l 缝水中,过滤,滤饼强永洗涤3 次,藏入4 0 c 渲温洪箱中 干燥得产品癸酸酰胺熬二苯醚6 2 4 克。收率9 2 o ,熔点1 0 3 5 - 1 0 6 c 。 2 。4 。6 化合壤m 6 会成 以毗碇为缚酸剂,对胺基二苯醚和壬酸酰氯艇应生成酰胺熬二苯醚。 啪煳+ 心。 羔一点心。 + 黝啪煳+ 心。 一型一甚心。 + 黝 在干燥的5 0 m l 烧瓶中加入3 7 克对氨基二笨醚和2 5 m l 无水毗啶,磁力搅拌 下逐滴加入与对氨基= 苯醚物质的嫩比为1 :1 的壬酸酰氯3 7 m l ,并用带有干 燥警夔怒气吸牧装置骥浚产生豹氯绽氢。室浸下及应1 。5 h ,煮援确定反应终患, 反应结柬厢倒入5 0 m l 纯水中,过滤,滤饼用水洗涤3 次,放入4 0 c 恒温烘箱中 干燥得产晶壬酸酰胺蒎二苯醚6 0 1 克,收率9 2 5 ,熔点9 6 9 8 5 c 。 2 。5 酸漩基二苯醚酶磺纯强”,巾翻 2 5 1 双子表面活性剂p 1 合成 用磺溅氯对硬l 警羧酸胺基二苯醚递舒磺纯,缎氧纯镶中和。 c ,舭豇心。 + 撇一幽- c 汹一k 叫g 。舀 在于燥戆5 0 m l 烧簸串加入3 0 m l 二氯甲烷耧4 5 克硬艚酸溅袋基二苯撼溶 解完全麓,用注射器缓漫滴加与硬脂羧酰胺基= 苯醚盼物质的激纪为3 5 :1 的氯 磺酸2
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