脂肪酰胺型季铵盐的合成研究

脂肪酰胺型季铵盐的合成研究

目前，脂肪酰胺丙基型胺盐阳离子和季铵盐阳离子表面活性剂在国内外日化产品中已经得到广泛应用。其产品种类繁多，但是相关的研究报道却较少[1]。近年来，我国在胺盐和季铵盐阳离子表面活性剂方面的研究工作虽然有长足发展，但是部分产品仍依赖进口。因此，研究开发满足环境保护要求和具有性能特点的阳离子表面活性剂产品显得十分必要。

脂肪酰胺型季铵盐表面活性剂合成的主要步骤为：以月桂酸为原料与N,N-二甲基-1,3-丙二胺反应，合成提纯出脂肪酰胺丙基-N,N-二甲基叔胺，再与3-氯-1,2-丙二醇进行季铵化反应，得到脂肪酰胺型季铵盐阳离子表面活性剂（图1）。

1. 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

月桂酸，CP，国药集团化学试剂有限公司；乙醇（95%），AR，国药集团化学试剂有限公司；甲苯，AR，国药集团化学试剂有限公司；N,N-二甲基-1,3-丙二胺，工业级，飞翔化工（张家港）有限公司；3-氯-1,2-丙二醇，CP，国药集团化学试剂有限公司。

FTLA2000-104红外光谱仪，加拿大ABB Bomem公司。1.2 实验方法

1.2.1 脂肪酰胺丙基-N,N-二甲基叔胺的合成

在250mL四口烧瓶加入一定量的脂肪酸，通入氮气排净瓶内空气后，油浴加热溶解，在氮气保护下缓慢滴加远

李 丹1，徐 浩1，陈 雪2，许虎君1

（1. 江南大学 化学与材料工程学院，江苏 无锡 214122；

2. 宁波市乐嘉化工有限公司，浙江 宁波 315040）

【摘 要】以月桂酸、N,N-二甲基-1,3-丙二胺、3-氯-1,2-丙二醇为原料合成了脂肪酰胺丙基二甲基叔胺及其季铵盐，

并对其制备工艺进行条件优化。研究表明：在叔胺合成过程中，投料摩尔比为n（脂肪酸）∶n（N,N-二甲基-1,3-丙二胺）＝1∶1.8，在无溶剂条件下，140℃密闭反应9h，脂肪酸的转化率可达到94.2%；季铵盐合成过程中，投料摩尔比为n（脂肪酰胺丙基-N,N-二甲基叔胺）∶n（3-氯-1,2-丙二醇）＝1∶1.1，85℃下，持续反应5h，季铵盐产率可达90%以上。

【关键词】脂肪酰胺型季铵盐；脂肪酰胺丙基二甲基叔胺；N,N-二甲基-1,3-丙二胺；合成

图1 脂肪酰胺型季铵盐的合成路线

RCOOH + NH 2CH 2CH 2CH 2N(CH 3)2 RCONH(CH 2)3N + H 2O

CH 3

CH 3

RCNH(CH 2)3N + ClCH 2CHCH 2OH

RCNH(CH 2)3+N—CH 2—CHCH 2OH Cl -O

CH 3

CH 3

OH

O

CH 3

CH 3

OH

R=C 11H 23

远过量的N,N-二甲基-1,3-丙二胺，实验过程中加入4A分子筛吸水，使反应向正向进行。密闭反应容器，在磁力搅拌下，升温至135～145℃下反应8～10h，测定酸值[2]以及叔胺值[3]，当酸值随反应时间不再发生变化时停止反应。减压蒸馏30min，蒸出过量的N,N-二甲基-1,3-丙二胺，得到粗产品。然后用正己烷反复重结晶提纯，真空干燥后得到浅黄色固体状产品。脂肪酸的转化率计算见式1：

式中：AV —所测产品的酸值，mgKOH/g；56.1—KOH的摩尔质量，g/mol；M 0—总质量，g；N 0—脂肪酸物质的量，mol。

1.2.2 脂肪酰胺丙基-N,N-二甲基季铵盐的合成

参照郭祥峰等[1]的合成方法，将脂肪酰胺丙基-N,N-二甲基叔胺溶于水中，在80～90℃条件下，按照摩尔比n （脂肪酰胺二甲基叔胺）∶n（3-氯-1,2-丙二醇）＝1∶1.1投料，持续反应4～6h，每隔一段时间测定叔胺值[3]。当叔胺值不再变化时，停止反应，减压蒸馏出过量的水，用正己烷-乙酸乙酯混合溶剂重结晶提纯，真空干燥得到最终产品。

脂肪酰胺丙基-N,N-二甲基叔胺的转化率2的计算见式2：

式中：T—所测产品的叔胺值，mg KOH/g；M 1—总质量，g；N 1—叔胺总物质的量，mol。

所得最终产品的转化率为两步反应转化率之积。

2. 结果与讨论

2.1 红外表征

以月桂酸为原料合成的中间产物脂肪酰胺丙基-N,N-二甲基叔胺和最终季铵盐产物的红外图谱如图2、图3所示。

由图3可知，3300～3460cm -1处的宽峰为-CONH-中N-H伸缩振动吸收峰；1645 cm -1和1549cm -1处为仲酰胺特征吸收峰，其中1645cm -1强吸收峰为C＝O伸缩振动吸收峰；1466cm -1处吸收峰为C-H弯曲振动吸收峰；1460～1260cm -1处为C-O-H的弯曲振动吸收峰；1260～1000m -1为C-N伸缩振动吸收峰；721m -1处为N-H 的OOP振动。2.2 实验条件优化

2.2.1 脂肪酰胺丙基-N,N-二甲基叔胺的合成

转化率1=1-

(1)

AV ×10-3×M 0

N 0×56.1

转化率2 = 1-

(2)T ×10-3×M 1

N 1

×56.1

图2 酰胺丙基-N,N-二甲基叔胺的IR图

图3 脂肪酰胺丙基-N,N-二甲基季铵盐IR图

叔胺合成反应中，脂肪酸的转化率直接影响到最终季铵盐产物的产率高低。影响叔胺合成反应的因素较多，主要有反应温度、反应时间、反应的溶剂以及脂肪酸和N,N-二甲基-1,3-丙二胺的投料摩尔比。本文重点就这四个方面对脂肪酸转化率的影响进行研究。

1） 反应加入的溶剂对叔胺合成反应的影响

在实验中考察了反应温度和反应时间对脂肪酸转化率的影响，并与传统添加甲苯作溶剂的合成方法进行了对比（结果如表1所示）。

从表1可以看出，以甲苯做溶剂时，脂肪酸的转化率最高为95.3%；采用无溶剂氮气保护下合成时，脂肪酸的最高转化率为94.2%。两种条件下酸的转化率相差不大。但无溶

表1 一定反应时间和温度下溶剂对叔胺合成反应影响 反应条件

脂肪酸转化率（%）

甲苯做溶剂

无溶剂

140℃/9h

95.3

94.2