專利名稱：一種碳酸酯基陽離子雙子表面活性劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種精細化學品及其制備方法，確切地說是一種碳酸酯基陽離子雙子表面活 性劑及其制備方法。
二背景技術：
表面活性劑是一類精細化學品，已廣泛應用工業(yè)生產(chǎn)、洗滌化妝品、農藥、醫(yī)藥、印染、 三次采油、殺菌消毒、污水處理等各個領域，目前隨著表面活性劑工業(yè)的發(fā)展，雙子表面活 性劑倍受關注。這類表面活性劑的結構特點是分子結構中同時含有兩個(或多個)親水基 和兩個(或多個)親油基。和傳統(tǒng)的表面活性劑相比，其降低界面張力的能力大大提高，使 用量可以大大降低，是一類高效表面活性劑。
酯基雙子表面活性劑不僅具有雙子表面活性劑高效的特點，同時由于分子中酯基存在， 使用后在環(huán)境中容易被自然界微生物降解，是環(huán)境友好的表面活性劑，將是今后表面活性劑 發(fā)展的方向。
合成這種含有碳酸酯基結構特征的陽離子雙子表面活性劑首先需要合成中間體二(二甲 基氨基乙基)碳酸酯。
US 5686643公開了用碳酸二甲酯和N, N-二甲基氨基乙醇在氫氧化鉀催化下發(fā)生酯交換 合成二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯，收率僅為34% 。
US 5563288公開了其他的酯交換反應合成二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯的工藝，但收 率均較低(收率22 73.8%)。 US 5563288中公開了采用碳酸二甲酯直接和N,N-二甲基氨基 乙醇進行酯交換合成產(chǎn)品二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯，收率僅19% 。而采用碳酸二乙酯 為原料和N，N-二甲基氨基乙醇進行酯交換反應，二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯的收率可達 90.5% 。為克服碳酸二甲酯直接和N，N-二甲基氨基乙醇進行酯交換合成產(chǎn)品收率低的缺點， 如果首先將碳酸二甲酯和三碳醇如正丙醇或異丙醇進行酯交換反應，得到中間體碳酸丙醇 酯，再將得到的中間體和N，N-二甲基氨基乙醇進行酯交換反應合成二 (二甲基氨基乙基) 碳酸酯，最高收率僅為88.7% 。
US 5264425公開的工藝之一是采用N， N-二甲基氨基乙醇與過量的光氣反應，經(jīng)碳酸 鉀中和、蒸餾除去溶劑，二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯的收率為90% 。該專利公開的另一 個工藝是采用N, N-二甲基氨基乙醇在加入金屬鈉催化劑再與過量的N， N-羰基-二咪唑反應， 收率可得95% 。CN101239921A公開了采用N， N-二甲基氨基乙醇在溶劑中與二 (三氯甲基)碳酸酯反應 來合成二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯，二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯的收率高(95%)，其工 藝適合規(guī)?；a(chǎn)采用。
三
發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種碳酸酯基陽離子雙子表面活性劑，所要解決的技術問題是選擇合適 的制備工藝。
本發(fā)明所稱的碳酸酯基陽離子雙子表面活性劑有以下化學結構式
O
+ II +
n-C16H33(CH3)2NCH2CH20—C—OCH2CH2N(CH3)2C16H33- n. 2Br-
本發(fā)明中采用的中間體二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯使用申請人在先申請的 CN101239921A中公開的工藝合成，反應式如下
O O
II II
6(CH3)2NCH2CH2OH +CC13—C—CCI3——-3 (CH3)2NCH2CH20—C—OCH2CH2N(CH3)2 +6HC1
季銨鹽化反應是將二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯與正溴代十六烷反應得到最終產(chǎn)品碳酸
酯基陽離子雙子表面活性劑，方程式如下
O II
(CH3)2NCH2CH20—C—OCH2CH2N(CH3)2 + 2 BrC16H33-n-^
O
+ II +
n-C16H33(CH3)2NCH2CH20—C—OCH2CH2N(CH3)2C16H33- n. 2Br-
反應通常在溶劑中進行，常選擇的溶劑有酮類如丙酮或甲乙酮；酯類如乙酸乙酯或乙 酸丁酯等易揮發(fā)的有機溶劑等。高沸點的溶劑由于在后續(xù)的產(chǎn)品處理中會帶來可能的困難， 一般不宜使用，產(chǎn)品中含溶劑不影響其使用的除外。
反應可以常溫或加熱下進行，加熱可以縮短反應時間。
二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯與溴代正十六烷季銨鹽化反應的摩爾比為l: 1.5 3，優(yōu) 選1: 2，以確保二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯充分反應。反應結束后脫溶回收溶劑得到固 體產(chǎn)品，用苯或甲苯洗滌，以除去過量的溴代正十六烷。
本表面活性劑對碳鋼的仿佛效率測定采用掛片失重法。其水溶液在5X 10—5mol/L低濃度 下使用，對碳鋼的防腐效率達95. 12%。
四具體實施例方式
實施例l (參照專利CN101239921A中的工藝)二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯的合成
4將90 g (1.00 mol) 99呢N，N—二甲基氨基乙醇加入200mL甲苯中，室溫攪拌下滴加 50g99% (0.167 mol) 二 (三氯甲基)碳酸酯溶于lOOmL的甲苯溶液，約2小時加完，再攪 拌反應lh后，5 10'C下加入10%的碳酸鉀水溶液中和至水相pH-ll。分出有機相，水相 用50mLX2甲苯萃取后，合并甲苯相。無水硫酸鎂干燥后，蒸餾除去甲苯，得淺黃色油狀液 體二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯97.8g (收率95%)，氣相色譜分析純度為99%。 實施例2:含碳酸酯基的陽離子雙子表面活性劑的制備
在裝有冷凝器的反應瓶中，加入二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯2g (0.0098mol)，正溴 代十六烷8. 97g(0. 0294mol)和丙酮20mL,攪拌下加熱回流反應36h以上。冷卻、除去丙酮后， 加入甲苯10tnL，洗滌、過濾，烘干得到微黃色固體粉末6. 55g，熔點189—191°C。乙腈重 結晶得到白色晶體，熔點194-195。C。 IR (cm—1) : 3003、 2919、 2851 、 1761、 1623、 1467、 1383、 1273。'HNMR化學位移ppm: 0. 8-0.9 (6H)、 1. 2-1. 4 (52H)、 1.7-1. 9 (4H)、 3. 5(12H)、 3.8 (4H)、 4.3 (4H)、 4.9 (4H)。 實施例3:
按實施例2同樣操作，僅將其中溶劑丙酮改為乙酸乙酯，其他不變，得微黃色固體粉 末6. 72g，熔點189 —191。C。 實施例4:
按實施例2同樣操作，僅將其中溴代十六垸8.97g改為5.9g (0.019mol)，其他不變， 得微黃色固體粉末5. lg，熔點189 — 19rC。 實施例5碳鋼防腐性能測試
采用試片為3cmX3cin的A3碳鋼，依次用36(W砂紙打磨，600S砂紙，1500#砂紙逐級 拋光，放入無水乙醇中浸泡脫脂，再用蒸餾水洗，丙酮洗，取出后用吹風機冷風吹干，稱重， 置入200mL含有不同的濃度碳酸酯基陽離子雙子表面活性劑的1M鹽酸溶液中，溫度恒定為 35。C， 4h后取出，依次用自來水沖洗，蒸餾水洗、丙酮洗，吹干，稱重，每個濃度做兩次平 行實驗，根據(jù)鐵片失重計算腐蝕速度和緩蝕效率E。/。
E0/0 = (l-I)xlOO wo
其中W和W°，分別為不同濃度表面活性劑鹽酸溶液中和無表面活性劑鹽酸溶液中鐵片 的腐蝕速度。其不同濃度下，1M鹽酸溶液中鐵片的緩蝕效率如下表使用濃度，mol/L防腐效率，E%
00.00
1X1(T75. 73
5X1(T745.34
1X10—663.81
5X10—676.61
1 X 10—591.43
5X10""595. 12
1 X l(T495. 17
5X10—495.21
1X1(T395. 2權利要求
1、一種碳酸酯基陽離子雙子表面活性劑，其特征在于是以下化學式所示的化合物
2、 由權利要求1所述的碳酸酯基陽離子雙子表面活性劑的制備方法，包括季銨鹽化反 應以及分離和純化，其特征在于所述的季銨鹽化反應是二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯與溴 代正十六烷在有機溶劑中的季銨鹽化反應，二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯與溴代正十六垸的摩爾比為h 1.5 3。
3、 根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的有機溶劑選自丙酮或甲乙酮或乙酸乙酯或乙酸丁酯。
4、 根據(jù)權利要求2或3所述的制備方法，其特征在于二 (二甲基氨基乙基)碳酸酯與溴代正十六垸季銨鹽化反應的摩爾比為1: 2。
全文摘要
一種碳酸酯基陽離子雙子表面活性劑是以上化學式所示的化合物。其制備方法是將二(二甲基氨基乙基)碳酸酯在有機溶劑中與溴代正十六烷進行季銨鹽化反應得到產(chǎn)品碳酸酯基陽離子雙子表面活性劑。該表面活性劑對碳鋼的鹽酸腐蝕有優(yōu)良防護效果。
文檔編號B01F17/18GK101537324SQ20091011654
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權日2009年4月16日
發(fā)明者嬌 夏, 徐冬青, 朱曉雯, 潘忠穩(wěn), 陳慶楠 申請人:安徽大學