季铵盐双子表面活性剂的合成进展

季铵盐双子表面活性剂的合成进展

摘要：1971年，一类季铵盐双子表面活性剂首次合成，但当时并未在社会内

部引起太大波澜，随着研究不断深入，直到1999年，福州大学学者向外界系统

介绍了季铵盐双子表面活性剂在国外的发展进程，此后逐渐引起社会各界的重视，并实现了广泛应用。季铵盐双子表面活性剂是由两个普通单季铵盐表面活性剂，

通过化学键将两个头基连接而成，根据疏水链和连接基的不同，可将季铵盐双子

表面活性剂分为六种类型，即直链型、羟基型、酯基型、含复杂基型、醚基型和

含氟型，它的性能十分优良，在多个领域有着广泛应用。

关键词：季铵盐；双子表面活性剂；合成进展

季铵盐双子表面活性剂，是通过化学键，将两个普通的单头基单烷烃链表面

活性剂，在离子头基处，用联接基团联接起来的新一代表面活性剂。有效攻克了

传统单离子型表面活性剂分离倾向。季铵盐双子表面活性剂的性能十分优异，可

以在痱子聚集体或界面上紧密排列，是现阶段胶体与界面化学领域的研究热点。

一、直链型

有学者通过对合成的季铵盐双子表面活性剂进行了研究，着重考察了它的表

面性质及其在水溶液中的聚集行为，结果显示，连接基越短，季铵盐双子表面活

性剂的ycmc越小，同时cmc也越小，其表面活性越高。通过采用SEM进一步分

析发现，12-2-12型双子表面活性剂更易形成直径在20-30nm的拉长胶束而不易

形成小囊泡，与连接基较短有着直接关系。也有学者以二甲基长链烷基叔胺和1，5-二溴戊烷为原料合成了系列疏水链长度不同的季铵盐双子表面活性剂

（m-5-m），并对其表面活性进行了研究，讨论了疏水烷基链对表面活性的

影响。研究表明，随着疏水烷基链长度的增加，表面活性剂的ycmc逐渐降低，

当m=12时，ycmc达到最低。另外，还有学者以溴代烷和N，N，N'，N'-四甲基

乙二胺为原料，经两步季铵化反应合成了一种新型的不对称季铵盐双子表面活性

剂，二亚甲基-1-正己基二甲基溴化铵-2-十八烷基二甲基溴化铵，通过研究其表面活性发现，产物具有较低的Krafft点和较强的聚集能力。

二、羟基型

有学者合成了一种不对称的含羟基季铵盐双子表面活性剂（简称HPUDC），但反应收率只有62.8%。通过对比研究HPUDC与相应对称型双季铵盐乙撑基双（十二烷基二甲基）氯化铵（简称 EDMC）的杀菌性发现，当杀菌剂的质量浓度高于25 mg/L时，两者杀菌效果相当，而质量浓度小于25mg/L时，不对称HPUDC 的杀菌效果明显优于对称的 EDMC，由此可见不对称的分子结构更有利于提高季铵盐双子表面活性剂的杀菌性能；也有学者以二甲基十二烷基叔胺、二甲基十二烷基叔胺盐酸盐和环氧氯丙烷为原料制得了含羟基季铵盐双子表面活性剂12-3（OH）-12-2Cl，反应收率可达94.5%以上。12-3（OH）-12·2CI的cmc为

0.28mmol/L，比不带羟基的季铵盐双子表面活性剂12-3-12-2Br（0.89mmol/L）略低。还有学者研究发现：12 -3（OH）-12·2Br的cmc（0.41 mmol/L）仅为12-3-12·2Br的cmc（0.92 mmol/L）的一半。而对比12-3（OH）-12·2Br与12-3（OH）-12·2CI的cmc发现，阴离子不同对季铵盐双子表面活性剂的cmc有一定影响。

三、酯基型

酯基型季铵盐双子表面活性剂因具有良好的表面活性和生物降解性而备受关注。有学者以环氧氯丙烷、十二烷基二甲基叔胺和己二酸酯为原料，合成了含酯基季铵盐双子表面活性剂，反应收率达65.3%。通过测定表面活性发现该产物表面张力的降低速度较快，但与传统单季铵盐表面活性剂相比ycmc变化并不大，该产物以柔性的酯基为连接基，具有很好的柔软性和生物降解性，可作为织物柔软剂；也有学者以N，N - 二甲基乙醇胺、光气、碳酸钾、1-溴代正十二烷、1溴代正十六烷等为原料，合成了一种含酯基的不对称季铵盐双子表面活性剂，反应收率为50%，采用电导率法测定其 cmc为1.93×10-4mol/L，具有良好的表面活性。另外还有学者以氯乙酸、醇类及四甲基乙二胺为原料，合成了4种酯基季铵盐双子表面活性剂，收率均在 85%以上，最高的达到96%。进一步研究其表面

性质及与偶氮染料的作用发现，季铵盐双子表面活性剂与偶氮染料发生聚合的浓

度远低于其cmc，且随着烷基链的增加偶氮染料在表面活性剂中的溶解度增大。

四、含复杂基型

有学者以葡萄糖和果糖为原料，合成了一种季铵盐双子表面活性剂，进一步

测定了其表面张力、cmc、有效性、效率、最大表面过剩和最小表面面积等特性，同时研究发现其对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌的抗菌活性与市售杀菌剂

相当；也有学者利用微波法合成了一种季铵盐双子表面活性剂，并且发现微波法

与传统合成方法相比具有反应快，收率高的优点，反应总收率能达到91.1%，产

物的cmc为3.19×10-5mol/L，ycmc为26.3 mN/m。近年来，有学者合成了一种

同时含有苯基和酯基的季铵盐双子表面活性剂，其杀菌活性可通过降低氧化还原

电势和抑制硫化物在体相和金属表面的生成来抑制环境中的硫酸盐还原菌进行表征，该产物抑制金属腐蚀的速率可达 95%，并且有很好的杀菌性。还有学者以二（3-二甲氨基丙基）丙二酰胺、溴代十六烷、溴代十四烷为原料合成了含丙二酰

胺基的不对称季铵盐双子表面活性剂（16-9-14），反应收率为45.9%，采用红外

光谱、核磁共振波谱确定了产物结构，通过电导率法、滴体积法测定其表面性质，初步探讨了发泡性能和乳化性能。研究发现，此不对称双子表面活性剂的cmc为1.57×10-4mol/L，ycmc为38.45 mN/m，发泡性能和乳化性能均优于相应的单季

铵盐表面活性剂，但合成收率较低。另外还有学者合成2种新的非对称双子表面

活性剂py-3-12和py-6-12，使用表面张力、电导率、动态光散射、等温滴定量

热法和荧光光谱等技术，对2种表面活性剂在水溶液中形成自组装聚集体的物理

化学性质和形态进行了研究，并用紫外-可见光谱和荧光光谱对其与DNA之间的

相互作用进行了研究。结果发现，与直链双子表面活性剂12-3-12和12-6-12相比，疏水链芘基的加入使其具有更低的cmc，芘基双子表面活性剂的光物理性质

在本质上与肽取代的芘化合物相似，在DNA-脂质双子表面活性剂中作为发光元件

和探索DNA转染中表现出良好的潜力。

五、醚基型

2019年，有学者合成了系列壬基酚聚氧乙烯醚型季铵盐双子表面活性剂（简

称 GNPQA），并考察了其表面性能与胶束聚集数的变化规律。研究发现，当