酯基季铵盐双子表面活性剂的合成研究进展

酯基季铵盐双子表面活性剂的合成研究进展

王渊;刘强;高文超;李兴;魏文珑;常宏宏

【摘要】Synthesis methods of symmetric and asymmetric Gemini quaternary ammonium salt surfactants with ester group (esterquats)as the spacer and as the hydrophobic group were summarized separately. Meanwhile, performance and applications of the synthesized Gemini esterquats were briefed. Future development of such category of surfactant was prospected.%综述了酯基分别为连接基和疏水基的对称型季铵盐双子（Gemini）表面活性剂以及不对称酯基季铵盐Gemini表面活性剂的合成方法，并对合成产物的性能及应用进行了简单介绍，最后对酯基季铵盐Gemini表面活性剂的发展进行了展望。

【期刊名称】《日用化学工业》

【年(卷),期】2015(000)010

【总页数】7页(P582-588)

【关键词】酯基季铵盐;双子表面活性剂;可分解性;合成

【作者】王渊;刘强;高文超;李兴;魏文珑;常宏宏

【作者单位】太原理工大学化学化工学院，山西太原 030024;太原理工大学化学化工学院，山西太原 030024;太原理工大学化学化工学院，山西太原 030024;太原理工大学化学化工学院，山西太原 030024;太原理工大学化学化工学院，山西太原 030024;太原理工大学化学化工学院，山西太原 030024; 中国日用化学工业研究院表面活性剂山西省重点实验室，山西太原 030001

【正文语种】中文

【中图分类】TQ423.12

表面活性剂是与人类日常生活密切相关的化学品，涉及食品、洗涤剂、化妆品、医药、能源、化工和印染等行业，因此表面活性剂的理论与应用研究是一个非常必要且十分活跃的领域。传统表面活性剂分子中只有1个极性头基和1条疏水链，其结构中疏水链与离子头基间的电荷斥力和水化作用使得其在界面或分子聚集体中不能更紧密排列，因此降低表面张力的能力有限，而在实际应用和理论研究过程中，人们总希望表面活性剂具有较低的临界胶束浓度(cmc)和最低表面张力(γcmc)。1991年Menger等[1]合成了以刚性基团连接离子头基的双烷烃链表面活性剂，并将其命名为Gemini表面活性剂。Gemini表面活性剂是由2个双亲分子通过连接基团在亲水基或靠近亲水基端以化学键连接而成的一类新型表面活性剂，可看作是2个传统单头单尾表面活性剂分子的聚合体，由于Gemini表面活性剂分子中2个亲水头基通过化学键连接得非常紧密，烷基链间更容易产生很强的疏水作用，Gemini表面活性剂的疏水作用增强且亲水头基间的斥力由于化学键的作用而大大减弱，这也是其与传统表面活性剂相比具有更优越物理化学性能的根本原因所在。鉴于此，可以根据需要改变Gemini表面活性剂亲水头基的性质、疏水链和连接基的长度及刚柔性或引入具有特殊功能的化学基团而得到不同类型的Gemini表面活性剂，上述各种可变因素使得Gemini表面活性剂具有更丰富的结构和更优异的性能[2-6]，从而在化学、生物学、纳米科技、超分子和合成化学的发展中受到广泛重视。Gemini表面活性剂的分类方法与传统表面活性剂相同，根据亲水基团的带电性质可分为以下几类：阴离子型(磷酸盐型、羧酸盐型、磺酸盐型和硫酸盐型)、阳离子型(铵盐型和季铵盐型)、两性离子型和非离子型(聚氧乙烯型和脂肪酸多元醇酯型)。季铵盐Gemini表面活性剂属于阳离子型，因此其对带有负电荷的纺织

品、玻璃、塑料、矿物、动物或人体组织等表面的吸附能力明显强于阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂[7]。目前国内外对季铵盐Gemini表面活性剂的结构、性质及合成研究已经取得很大进展，并在消毒杀菌[8]、金属缓蚀[9]、新材料制备[10]、基因载体[11]和助染性能[12]等方面进行了卓有成效的应用研究。

传统的季铵盐型Gemini表面活性剂是十分稳定的化合物，其生物或化学降解性较差，通常情况下降低表面活性剂对环境威胁的策略之一是在表面活性剂分子的疏水链和亲水头基之间引入可降解基团，而含有酯基的化合物在自然界中均有对应的生物酶可对其进行降解[13]，所以酯基的引入可大大提高表面活性剂的生物降解性，同时酯基季铵盐Gemini表面活性剂兼具普通季铵盐Gemini表面活性剂的高表面活性和酯类季铵盐的可分解性，是环境友好的Gemini型表面活性剂[14]。依据酯基的位置，酯基季铵盐Gemini表面活性剂可分成酯基为连接基和酯基为疏水基2种类型，笔者拟综述近年来酯基季铵盐Gemini表面活性剂的合成方法，旨在为此类表面活性剂合成方法的优化及探索其更广阔的应用提供参考。

连接基在Gemini表面活性剂的自组织过程中发挥着独特作用，可导致Gemini分子2条烷烃链协同作用、头基电荷密度改变、分子几何改变以及由此决定的多样化聚集体结构和形貌变化等[15]，将不同的基团、原子或杂环引入连接基可丰富Gemini型表面活性剂的结构类型及其在不同领域的功效[16]。2006年武汉大学高志农研究小组[17]以氯乙酰氯、乙二醇和长链叔胺为原料合成了一系列酯基季铵盐Gemini表面活性剂，合成路线如下：

该法具有反应时间短、反应温度低和后续处理简单等优点，因此这种合成方法被普遍采用[18-20]。该法合成产物易溶于水，cmc值比传统单季铵盐低2～3个数量级，分别为0.016 2，0.013 8和0.012 8 mmol/L，γcmc分别为36.4，38.5和41.2 mN/m。γcmc和cmc是表面活性剂性能的重要参数，它们分别指示表面活性剂溶液能够达到的最低表面张力值和此时所对应的浓度，也就是此表面活性剂降