一种新型水杨酸阳离子表面活性剂的制备

收稿日期:2014-06-30
基金项目:陕西省自然科学基础研究计划项目(2013JQ8043);陕西省教育厅科研项目(12JK1074);西京学院科研基金项目(XJ13B01)作者简介:苗宗成(1979-),男,山东胶南人,副教授,主要从事新材料的制备及改性研究,(电话)189********(电子信箱)
miaozongcheng@。

季铵盐型阳离子表面活性剂带正电荷部分可
以吸附在界面上,改变界面的组成和结构,增加界面的可润湿性,降低固-液界面表面张力[1]。

阳离子表面活性剂在农业上有着重要的应用[2-4],可提高农药利用效率,促进药液在稻叶表面的润湿展布[5]。

在较为复杂的条件下,表面活性剂能牢固吸附在杀虫剂表面上,几乎不发生脱落和交换现象,能提高杀虫剂的分散效果[6]。

配制含有表面活性剂的硼酸溶液,喷洒到大豆和花生的叶面,能够有效地增加大
豆和花生对硼元素的吸收[7]。

水杨酸在育苗中主要是用于促进种子萌发、幼
苗的细胞生长。

用水杨酸溶液浸泡种子或者幼苗根部,能提高植物抗外界胁迫能力[8],这也是水杨酸的
主要农业用途。

但在实际应用中,只有部分水杨酸分子能够接触到种子或者幼苗根部,被有效利用,大部分水杨酸被废弃,造成浪费的同时也污染环境。

在水杨酸中引入季铵盐结构,通过季铵盐能够促使水杨酸与植物界面的结合,更好地吸附到种子或者幼苗根部,在提高水杨酸利用率的同时也降低了环境污染。

1材料与方法
1.1试验材料
水杨酸,AR,天津市天力化学试剂有限公司;环氧氯丙烷,AR,成都市科龙化工试剂厂;1,2-二氯乙烷,AR,国药集团化学试剂有限公司;二乙基乙醇胺,AR,上海南翔试剂有限公司;乙腈,AR,国药集团化学试剂有限公司;乙醇,AR,国药集团化学试剂有限公司;二氧六环,AR,国药集团化学试剂有限公司;四氢呋喃,AR,国药集团化学试剂有限公司。

所有溶剂在使用前均经分子筛干燥处理24h,其他材料直接使用。

最终产物的特征基团使用傅立
一种新型水杨酸阳离子表面活性剂的制备
苗宗成,王春兰,徐启培,张
蕾
(西京学院基础部,西安710123)
摘要:在农业上,基于水杨酸的阳离子表面活性剂可以利用季铵盐结构吸附于种子或幼苗根部,促进水杨酸发挥作用。

以水杨酸、环氧氯丙烷和二乙基乙醇胺为原料,研究了一种新型阳离子表面活性剂的制备工艺。

结果表明,制备这种基于水杨酸的阳离子表面活性剂的路线为,在乙腈为反应溶剂的条件下,
75℃反应24h ,获得淡黄色液体目标产物,产物的特征基团采用傅里叶变换红外光谱进行了表征。

关键词:水杨酸;阳离子表面活性剂;二乙基乙醇胺;红外光谱中图分类号:TQ452.1
文献标识码:A
文章编号:0439-8114(2014)22-5416-03
DOI :10.14088/ki.issn0439-8114.2014.22.020
Preparation of Novel Cationic Surfactant Based on Salicylic Acid Using in Agriculture
MIAO Zong-cheng ,WANG Chun-lan ,XU Qi-pei ,ZHANG Lei
(Department of Foundation,Xijing University,Xi’an 710123,China)
Abstract :Salicylic acid,epichlorohydrin and N,N-diethyl ethanolamine were used as raw materials to synthesized a novel
cationic surfactant.In agriculture,this surfactant could be adsorbed on seeds or the roots of seedlings using quaternary
ammonium salt structure to play a role in promoting the growth of plants.The results in the paper showed that,the optimal reaction conditions were obtained at 75℃for 24h in acetonitrile,and the product was light yellow liquid.Moreover,FT-IR
was used to characterize the characteristic groups in the product.
Key words :salicylic acid;cationic surfactant;N,N-diethyl ethanolamine;FTIR
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第22期叶变换红外光谱分析仪(EQUINX 55型,德国布鲁克公司)进行表征。

1.2氯化水杨酸丙二醇酯二乙基乙醇铵的制备
产物氯化水杨酸丙二醇酯二乙基乙醇铵的合成路线见图1。

在250mL 三口瓶中加入13.8g 水杨酸、13.9g 环氧氯丙烷和50mL 1,2-二氯乙烷,搅拌,缓慢升温至60℃后保持反应5h。

反应完成后,蒸除反应溶剂,残余物使用丙酮重结晶后置于50℃真空干燥箱中干燥24h,得白色固体中间产物a
20.2g,收率87.5%。

在250mL 三口瓶中加入23.1g 中间产物a、11.7g 二乙基乙醇胺和60mL 乙腈,搅拌,缓慢升温至75℃(出现轻微回流)保持反应24h。

反应完成后,蒸除反应溶剂,残余物使用乙醇重结晶后置于50℃真空干燥箱中干燥24h,得淡黄色液体产物(b)27.2g,收率78.2%。

产物特征基团采用傅里叶变换红外光谱进行测定。

2结果与分析
2.1反应溶剂对产物收率的影响
在合成过程中,反应原料二乙基乙醇胺和中间体化合物a 分子结构中均含有羟基,具有一定的极性。

因此,反应溶剂的选择对于此季铵化反应来说具有至关重要的作用。

溶剂与原料应该具有一定的作用力来促进原料的溶剂化作用,但是如果作用力太强也会对反应造成不利的影响。

为此,着重考察乙醇(Ⅰ)、二氧六环(Ⅱ)、四氢呋喃(Ⅲ)和乙腈
(Ⅳ)反应溶剂在75℃的条件下反应24h 对产物收率的影响,结果见图2。

从图2可见,乙醇为反应溶剂时产物收率最低,为59.6%。

这可能是由于反应原料的分子结构中均含有羟基,与溶剂乙醇具有较大的分子作用力,导致在反应过程中原料与溶剂的作用力太强,使得原料不能够在有限的时间内发生反应。

而乙腈为溶剂具有最大反应产物收率,为78.2%,确定最佳的反应溶剂为乙腈。

2.2反应温度对产物收率的影响
对于此反应来说,反应温度的增加有利于正反应的进行,过低的反应温度不能有效地促进分子运动,反应进行缓慢,在一定的反应时间内产物收率低。

在乙腈为反应溶剂的条件下,反应24h,考察45、55、65、75、85℃反应温度时产物的收率,结果见图3。

从图3可见,随着反应温度的增加,产物的收率逐渐增加。

在45℃的条件下反应24h 的收率仅为36.5%,这可能是由于两种反应原料均具有较大的位阻,较低的反应温度提供克服原料位阻的能量有限,造成反应进度慢。

当反应温度达到75℃时,收率达到78.2%,继续提高反应温度至85℃,此时反应体系出现了强烈的回流,但是收率却没有增加,与75℃条件下基本一致,所以确定最佳的反应温度为75℃。

2.3产物特征基团红外吸收
用德国布鲁克公司EQUINX 55型红外光谱分析仪对产物的特征基团进行表征,采用涂膜法,结果见图4。

图4中,3358cm -1为醇羟基伸缩振动吸收峰;
2977、2874cm -1为甲基、亚甲基的伸缩振动吸收峰,1459、1386cm -1为亚甲基、甲基的弯曲振动吸收峰;1675cm -1为酯基中C=O 红外吸收峰,1300、
1032cm -1为酯基中C-O 红外吸收峰;1627、1557、1485cm -1为苯环骨架伸缩振动吸收峰;1253cm -1为季铵盐的特征红外吸收峰;1137cm -1为仲醇中C-O 伸缩振动吸收峰;764cm -1为1,2-二取代苯的
图1产物的合成路线
图2反应溶剂对产物收率的影响
80706050403020100
Ⅰ
ⅡⅢ
Ⅳ
反应溶剂
图3反应温度对产物收率的影响
80706050403040
50
60
70
80
90
反应温度//℃
苗宗成等:一种新型水杨酸阳离子表面活性剂的制备5417
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湖北农业科学2014年
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(责任编辑屠晶)
(上接第5403页)
特征红外吸收峰。

由图4可知,特征基团的红外吸收峰与目标化合物一致。

3结论
以水杨酸、环氧氯丙烷和二乙基乙醇胺为反应原料制备了一种新型的阳离子表面活性剂,试验考
察了反应温度、反应溶剂对反应的影响,获得最佳反应条件为:乙腈为反应溶剂,在75℃的条件下反应24h,收率为78.2%。

产物的特征基团采用傅里叶变换红外光谱检测,与目标化合物一致。

利用季铵盐型阳离子表面活性剂可以吸附在液-固界面上的性质,在水杨酸的分子上引入季铵盐结构,能够提高植物对水杨酸的利用。

这种新型水杨酸阳离子表面活性剂对种子发芽、幼苗生长的促进作用,有待进一步研究。

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图源产物的红外光谱
(责任编辑陈焰)
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