CN102432477B - 一种双长链双酯基季铵盐的合成工艺 - Google Patents

一种双长链双酯基季铵盐的合成工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双长链双酯基季铵盐，其分子结构中引入了双酯基，可降解性大大增强，环境友好。本发明还提供了上述双长链双酯基季铵盐的合成工艺，包括如下步骤：N-甲基二乙醇胺与短链卤代烷混合，加入适量溶剂，在一定反应条件下得到反应中间体双羟乙基卤化铵；双羟乙基卤化铵与长链烷基酰氯混合，加入适量溶剂，在一定条件下进行反应。反应完毕，旋蒸除去溶剂，多次重结晶得到最终固体产物。该合成工艺采用了先季铵化，再酯化的非传统季铵盐合成路线，原料转化率高，中间产物易分离提纯，反应条件温和，最终产品色泽浅、活性物含量高，溶剂可回收利用，无三废产生，从合成工艺上避免了硫酸二甲酯、卤甲烷等传统的有毒烷基化试剂的使用。

Description

一种双长链双酯基季铵盐的合成工艺
技术领域
本发明涉及一种双长链双酯基季铵盐的合成工艺，属于表面活性剂技术领域。
背景技术
季铵盐型阳离子表面活性剂是产量高、应用广的一类表面活性剂，具有较强的去污能力与杀菌作用，可以作为纤维处理的防水柔软剂、浸润剂、防缩剂、抗静电剂、固色剂、匀染剂等，此外，在制药、造纸、金属表面处理、浮选矿、化纤油剂、化妆品及油田开发等方面也有广泛的应用。
随着表面活性剂工业的发展及民众环保意识的增强，探索合成性能优良、环境友好的新型表面活性剂愈来愈成为研究的热点。酯基季铵盐是一种新型阳离子表面活性剂，具有优异的柔软、抗静电性能，是20世纪90年代在环境保护浪潮中脱颖而出的表面活性剂新秀，它除了具有通常烷基季铵盐的阳离子表面活性剂共性外，因其含有酯结构而很容易水解成非表面活性片段，是可降解型表面活性剂，酯季铵盐的生物降解也远比相应烷基季铵盐迅速，被认为是当前广泛使用的双十八烷基二甲基氯化铵(D1821)的理想替代品。双长链酯基季铵盐的合成工艺一般采用长链烷基脂肪酸与三乙醇胺(或N-甲基二乙醇胺)反应制得酯胺，所得酯胺再进一步与烷基化试剂(硫酸二甲酯、卤甲烷等)进行季铵化反应得到双长链酯基季铵盐。但是上述合成工艺存在诸多不足，例如：所得酯胺混合物中双长链酯胺含量较低；硫酸二甲酯、卤甲烷等烷基化试剂的毒性很大或有致癌的可能性等。
为了解决上述问题，本发明提供了一种新颖的双长链双酯基季铵盐的合成工艺路线。利用短链卤代烷先与N-甲基二乙醇胺反应生成中间体双羟乙基卤化铵，再与长链烷基酰氯进行酯化反应生成含有双酯键的季铵盐产品。这是一种先季铵化，再酯化的非传统季铵盐合成路线，从合成工艺上避免了硫酸二甲酯、卤甲烷等有毒烷基化试剂的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分子结构中含有双酯基的双长链季铵盐。
本发明的另一个目的在于提供所述双长链双酯基季铵盐的合成工艺。
为了实现本发明的目的，本发明的双长链双酯基季铵盐为具有如下式结构的化合物：
Figure GSB0000115990590000021
式中n＝2或3；
m＝11、13、15或17；
X-为Cl-或Br-。
本发明的双长链双酯基季铵盐的合成工艺，包括如下步骤：
1)N-甲基二乙醇胺的季铵化反应。将N-甲基二乙醇胺与短链卤代烷以一定比例混合，加入适量溶剂，在一定反应条件下进行反应，得到淡黄色透明液体，冷却析出白色固体物质，经重结晶纯化得到反应中间体双羟乙基卤化铵，反应方程式如下：
Figure GSB0000115990590000031
其中，N-甲基二乙醇胺与短链卤代烷投料摩尔比为1∶1～1∶2，溶剂为酯类(如乙酸乙酯)、酮类(如丙酮、甲乙酮)、醇类(如甲醇、乙醇)、或者酮、醇混合物，反应温度为20℃～85℃，反应时间为2h～8h。
2)双羟乙基卤化铵与长链烷基酰氯的酯化反应。将前面得到的反应中间体双羟乙基卤化铵与长链烷基酰氯以一定比例混合，向反应体系中加入适量溶剂，在一定反应条件下进行反应。反应完毕，旋蒸除去溶剂，多次重结晶得到最终固体产物，反应方程式如下：
其中，反应中间体双羟乙基卤化铵与长链烷基酰氯投料摩尔比为1∶2～1∶2.5，溶剂为酮类(如丙酮、甲乙酮)、三氯甲烷等，反应温度为10℃～50℃，反应时间为4h～16h。
本发明的优点在于，本发明的双长链双酯基季铵盐在分子结构中引入了双酯基，可降解性大大增强，环境友好，符合绿色化学的要求；本发明采用了先季铵化，再酯化的非传统季铵盐合成工艺，原料转化率高，中间产物易分离提纯，反应条件温和，目标产品色泽浅、活性物含量高，溶剂可回收利用，无三废产生；从合成工艺上避免了硫酸二甲酯、卤甲烷等传统的有毒烷基化试剂的使用。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，但不以任何形式限制本发明。
实施例1：称取11.92g(0.1mol)N-甲基二乙醇胺和14.17g(0.13mol)溴乙烷，加入到250mL的三口烧瓶中，加入30mL甲醇作溶剂，水浴加热到35℃恒温反应4h停止，旋蒸除去甲醇，利用乙酸乙酯-甲醇混合溶剂重结晶得到白色晶体物质N-甲基乙基二羟乙基溴化铵；称取N-甲基乙基二羟乙基溴化铵11.41g(0.05mol)加入到250mL三口烧瓶中，加入适量溶剂三氯甲烷与附酸剂三乙胺，在冰水浴中缓慢滴加30.30g(0.10mol)硬脂酰氯，滴加完毕自然升温到室温反应8h，停止反应。旋蒸除去溶剂，利用丙酮-乙醇重结晶三次得到白色固体产物N-甲基乙基二硬脂酸乙酯基溴化铵，测得收率95.5％。
实施例2：称取11.92g(0.1mol)N-甲基二乙醇胺和14.17g(0.13mol)溴乙烷，加入到250mL的三口烧瓶中，加入35mL乙醇作溶剂，水浴加热到45℃恒温反应5h停止，旋蒸除去乙醇，利用乙酸乙酯-甲醇混合溶剂重结晶得到白色晶体物质N-甲基乙基二羟乙基溴化铵；称取N-甲基乙基二羟乙基溴化铵11.4lg(0.05mol)加入到250mL三口烧瓶中，加入适量溶剂三氯甲烷与附酸剂三乙胺，在冰水浴中缓慢滴加33.33g(0.11mol)硬脂酰氯，滴加完毕自然升温到室温反应10h，停止反应。旋蒸除去溶剂，利用丙酮-乙醇重结晶三次得到白色固体产物N-甲基乙基二硬脂酸乙酯基溴化铵，测得收率96.1％。
实施例3：称取11.92g(0.1mol)N-甲基二乙醇胺和15.26g(0.14mol)溴乙烷，加入到250mL的三口烧瓶中，加入40mL丙酮作溶剂，水浴加热到50℃恒温反应4h停止，旋蒸除去丙酮，利用乙酸乙酯-甲醇混合溶剂重结晶得到白色晶体物质N-甲基乙基二羟乙基溴化铵；称取N-甲基乙基二羟乙基溴化铵11.4lg(0.05mol)加入到250mL三口烧瓶中，加入适量溶剂三氯甲烷与附酸剂三乙胺，在冰水浴中缓慢滴加30.30g(0.10mol)硬脂酰氯，滴加完毕自然升温到室温反应10h，停止反应。旋蒸除去溶剂，利用丙酮-乙醇重结晶三次得到白色固体产物N-甲基乙基二硬脂酸乙酯基溴化铵，测得收率95.8％。
实施例4：称取11.92g(0.1mol)N-甲基二乙醇胺和16.34g(0.15mol)溴乙烷，加入到250mL的三口烧瓶中，加入40mL丙酮作溶剂，水浴加热到60℃恒温反应5h停止，旋蒸除去丙酮，利用乙酸乙酯-甲醇混合溶剂重结晶得到白色晶体物质N-甲基乙基二羟乙基溴化铵；称取N-甲基乙基二羟乙基溴化铵11.41g(0.05mol)加入到250mL三口烧瓶中，加入适量溶剂三氯甲烷与附酸剂三乙胺，在冰水浴中缓慢滴加33.33g(0.11mol)硬脂酰氯，滴加完毕自然升温到室温反应8h，停止反应。旋蒸除去溶剂，利用丙酮-乙醇重结晶三次得到白色固体产物N-甲基乙基二硬脂酸乙酯基溴化铵，测得收率96.3％。
实施例5：称取11.92g(0.1mol)N-甲基二乙醇胺和15.99g(0.13mol)溴丙烷，加入到250mL的三口烧瓶中，加入40mL甲醇作溶剂，水浴加热到60℃恒温反应4h停止，旋蒸除去甲醇，利用乙酸乙酯-甲醇混合溶剂重结晶得到白色晶体物质N-甲基丙基二羟乙基溴化铵；称取N-甲基丙基二羟乙基溴化铵12.11g(0.05mol)加入到250mL三口烧瓶中，加入适量溶剂三氯甲烷与附酸剂三乙胺，在冰水浴中缓慢滴加27.48g(0.10mol)棕榈酰氯，滴加完毕自然升温到室温反应8h，停止反应。旋蒸除去溶剂，利用丙酮-乙醇重结晶三次得到白色固体产物N-甲基丙基二棕榈酸乙酯基溴化铵，测得收率92.3％。
实施例6：称取11.92g(0.1mol)N-甲基二乙醇胺和15.99g(0.13mol)溴丙烷，加入到250mL的三口烧瓶中，加入45mL乙醇作溶剂，水浴加热到70℃恒温反应5h停止，旋蒸除去乙醇，利用乙酸乙酯-甲醇混合溶剂重结晶得到白色晶体物质N-甲基丙基二羟乙基溴化铵；称取N-甲基丙基二羟乙基溴化铵12.11g(0.05mol)加入到250mL三口烧瓶中，加入适量溶剂三氯甲烷与附酸剂三乙胺，在冰水浴中缓慢滴加27.15g(0.11mol)肉豆蔻酰氯，滴加完毕自然升温到室温反应10h，停止反应。旋蒸除去溶剂，利用丙酮-乙醇重结晶三次得到白色固体产物N-甲基丙基二肉豆蔻酸乙酯基溴化铵，测得收率92.0％。
实施例7：称取11.92g(0.1mol)N-甲基二乙醇胺和17.22g(0.14mol)溴丙烷，加入到250mL的三口烧瓶中，加入40mL丙酮作溶剂，水浴加热到70℃恒温反应4h停止，旋蒸除去丙酮，利用乙酸乙酯-甲醇混合溶剂重结晶得到白色晶体物质N-甲基丙基二羟乙基溴化铵；称取N-甲基丙基二羟乙基溴化铵12.11g(0.05mol)加入到250mL三口烧瓶中，加入适量溶剂三氯甲烷与附酸剂三乙胺，在冰水浴中缓慢滴加21.88g(0.10mol)月桂酰氯，滴加完毕自然升温到室温反应8h，停止反应。旋蒸除去溶剂，利用丙酮-乙醇重结晶三次得到白色固体产物N-甲基丙基二月桂酸乙酯基溴化铵，测得收率90.3％。
实施例8：称取11.92g(0.1mol)N-甲基二乙醇胺和11.78g(0.15mol)氯代正丙烷，加入到25omL的三口烧瓶中，加入40mL丙酮作溶剂，水浴加热到75℃恒温反应5h停止，旋蒸除去丙酮，利用乙酸乙酯-甲醇混合溶剂重结晶得到白色晶体物质N-甲基丙基二羟乙基氯化铵；称取N-甲基丙基二羟乙基氯化铵12.11g(0.05mol)加入到250mL三口烧瓶中，加入适量溶剂三氯甲烷与附酸剂三乙胺，在冰水浴中缓慢滴加33.33g(0.11mol)硬脂酰氯，滴加完毕自然升温到室温反应10h，停止反应。旋蒸除去溶剂，利用丙酮-乙醇重结晶三次得到白色固体产物N-甲基丙基二硬脂酸乙酯基氯化铵，测得收率90.9％。

Claims (1)

1.一种双长链双酯基季铵盐的合成工艺，其特征在于，包括如下步骤，
1)N-甲基二乙醇胺的季铵化反应：将N-甲基二乙醇胺与短链卤代烷以一定比例混合，加入适量溶剂，在一定反应条件下进行反应，得到淡黄色透明液体，冷却析出白色固体物质，经重结晶纯化得到反应中间体双羟乙基卤化铵，反应方程式如下，
式中n＝2或3，X-为Cl-或Br-，其中，N-甲基二乙醇胺与短链卤代烷投料摩尔比为1∶1～1∶2，溶剂为乙酸乙酯、丙酮、甲乙酮、甲醇、乙醇，反应温度为20℃～85℃，反应时间为2h～8h；
2)双羟乙基卤化铵与长链烷基酰氯的酯化反应：将前面得到的反应中间体双羟乙基卤化铵与长链烷基酰氯以一定比例混合，向反应体系中加入适量溶剂，在一定反应条件下进行反应，反应完毕，旋蒸除去溶剂，多次重结晶得到最终固体产物，反应方程式如下，
Figure FSB0000115990570000012
式中m＝11、13、15或17，其中，反应中间体双羟乙基卤化铵与长链烷基酰氯投料摩尔比为1∶2～1∶2.5，溶剂为丙酮、甲乙酮、三氯甲烷，反应温度为10℃～50℃，反应时间为4h～16h。
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