CN102875410B - N,n-二甲基-n[3-(糖酰胺基)]丙基-n-烷基溴化铵及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵的结构通式如下:其中:R为C8-C14的长链烃基,糖基为单糖基或二糖基。本发明具有合成工艺简单,设备要求低,适合工业化,反应温度低、无需压力和催化剂,糖基上的反应位置确定,反应均衡,不会出现多取代产物,产率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种糖基酰胺季铵盐表面活性剂及其合成方法,具体地说涉及一种N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵及其合成方法。
背景技术
近年来,随着人们对环境问题的日益重视,制备环境友好型表面活性剂也越来越引起人们关注。用碳水化合物生产表面活性剂不仅原料价格低廉、资源丰富,而且所得产品温和、无毒、性能优良、环境兼容性好,是21世纪人们关注的热点之一。葡萄糖酸内酯和乳糖酸是由可再生资源淀粉制备而来的,具有价格便宜、绿色环保、易于与烷基胺进行胺酯反应等优点,且该反应无需对糖上的羟基进行繁琐、昂贵的保护,反应具有温度低,反应转化率高,无副反应发生等优点,很符合原子经济性反应的特点。因而,以葡萄糖酸内酯和乳糖酸为原料生产的糖基酰胺型表面活性剂,具有良好的发展空间。
糖基季铵盐表面活性剂结合了糖基表面活性剂的温和性与季铵盐型表面活性剂的高效性,使其具有非离子表面活性剂的温和性、低毒性、低刺激性,兼有阳离子表面活性剂的杀菌性、抗静电性和抗硬水性,还有一般阳离子表面活性剂所不具备的能和阴离子表面活性剂良好的配伍性能,是一种多功能型表面活性剂。
糖基季铵盐表面活性剂目前的合成方法主要是用葡萄糖或烷基糖苷为原料,先季铵化再糖苷化或先糖苷化再季铵化的方法来合成。Kenneth B. Moser等人用低级叔胺(三甲胺、三乙胺、三丙胺)与环氧氯丙烷反应生成阳离子化试剂,然后再与烷基糖苷反应生成糖苷基季铵盐。Manfred Weuthen等人开发出先将烷基糖苷与环氧氯丙烷反应,生成氯代糖苷中间体,然后再与叔胺反应生成糖苷基季铵盐。这两种方法的主要不足在于烷基糖苷中各羟基的活性差别不大,反应在什么位置不确定,反应不均衡,常出现多取代;John J. Tsai等人用葡萄糖先与氯代醇反应,得到氯代糖苷,再与高级叔胺进行季铵化反应,得到目标产物。此反应中不仅需要催化剂,而且季铵化反应过程中由于氯代糖苷和高级叔胺的相溶性不好,加之葡萄糖的位阻很大,反应速率很慢。且在目前报道的糖基季铵盐表面活性剂中大多都是以醚键相结合的产物,以酰胺键相结合的糖基季铵盐表面活性剂未见报道。酰胺键类似于蛋白质中的肽键,可以与皮肤具有更好的相容性,可赋予毛、皮肤自然光泽,并使之柔润。
用葡萄糖酸内酯或乳糖酸与N,N-二甲基-1,3-丙二胺反应,再与溴代烷发生季铵化反应生成N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵这类新型表面活性剂的合成方法和产物结构尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用葡萄糖酸内酯或乳糖酸先与N,N-二甲基-1,3-丙二胺反应生成N,N-二甲基-N′-糖酰基-1,3-丙二胺中间体,再与溴代烷发生季铵化反应制备的N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵及其合成方法。
本发明提供的N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵的结构通式如下:
其中:R为C8-C14的长链烃基,糖基为单糖基或二糖基。
反应路线如下(以葡萄糖酸内酯为例):
本发明的合成方法:
(1) 按糖和N,N-二甲基-1,3-丙二胺的摩尔配比为1.0:1.0-1.2,最好是1:1,,用甲醇做溶剂,将糖和N,N-二甲基-1,3-丙二胺混合,最好是甲醇回流的情况下反应,于反应温度为45-65 ℃,反应时间为6-10 h;反应完成后,蒸掉溶剂,用***洗涤,得到N,N-二甲基-N′-糖酰基-1,3-丙二胺中间体;
(2)将N,N-二甲基-N′-糖酰基-1,3-丙二胺中间体和溴代烷,用低碳醇作溶剂,反应温度为60-80 ℃,反应时间为15-20 h,其中N,N-二甲基-N′-糖酰基-1,3-丙二胺中间体和溴代烷的摩尔配比为1.0:1.0-1.3,最好为1.0: 1.1,反应完成后,蒸掉溶剂,用***洗涤,得到N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵。
如上所述的糖为葡萄糖酸内酯和乳糖酸。
如上所述的溴代烷为长链C8-C14直链烷基溴代烷。
如上所述的低碳醇溶剂为甲醇、无水乙醇或95%乙醇。
如上所述的N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵经改良的佛尔哈特法方法测定,纯度大于98%。用IR和1H NMR进行结构表征确认所分析的N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵是目标产物。
本发明所制备的产品为糖基酰胺季铵盐表面活性剂,在结构上不仅具有非离子型的糖基亲水基,而且具有阳离子型季铵盐的特性,还有酰胺键的特性。因此此产品性能温和、低毒、低刺激,兼有阳离子表面活性剂的杀菌性、抗静电性和抗硬水性,还和皮肤有更好的相容性,及其与阴离子表面活性剂的良好配伍性能,是一种多功能型表面活性剂。可广泛应用于纺织、造纸、化妆品、洗涤用品、采矿业和钻井液等行业,具有良好的应用前景。
本发明与现有的糖基季铵盐的技术相比具有如下优点:
1.本发明合成工艺简单,设备要求低,适合工业化。
2.反应温度低、无需压力和催化剂。
3.糖基上的反应位置确定,反应均衡,不会出现多取代产物,产率高。
附图说明
图 1 N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺的红外谱图;
图 2 N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺的1HNMR谱图;
图 3 N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-辛烷基溴化铵的1HNMR谱图;
图 4 N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-癸烷基溴化铵的1HNMR谱图;
图 5 N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-十二烷基溴化铵的1HNMR谱图;
图 6 N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-十四烷基溴化铵的1HNMR谱图;
图 7 N,N-二甲基-N′-乳糖酰基-1,3-丙二胺的1HNMR谱图;
图 8 N,N-二甲基-N[3-(乳糖酰胺基)]丙基-N-十二烷基溴化铵的1HNMR谱图;
图 9 N,N-二甲基-N[3-(乳糖酰胺基)]丙基-N-十四烷基溴化铵的1HNMR谱图。
具体实施方式
实施例 1
1、N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入12.2 g (120 mmol) N,N-二甲基-1,3-丙二胺,葡萄糖酸内酯21.4 g (120 mmol),甲醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度55 ℃,反应8 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,对所得产品用***洗涤2次,去除残余的N,N-二甲基-1,3-丙二胺,得到白色粉末固体(N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺)32.2 g,产率95.8 %。
IR(KBr): 3368 cm-1 (ν(O–H)), 2941-2819 cm-1 (ν(C–H) in –CH2– or -CH3 ), ( 1651 cm-1 (ν(C=O) in amide), 1542 cm-1 (δ(N–H) in amide), 1461 cm-1(ν(C–H) in –CH2– ), 1091-1036 cm-1(ν(O–H)), 718 cm-1(δ(C-C) in >4CH2).
1H-NMR (CDCl3, ppm) δ: 1.618 (m, 2H, CH2 CH 2 CH2), 2.223 (s, 6H, N(CH 3 )2), 2.298 (t, 2H, NHCH2CH2 CH 2 ), 2.765 (t, 2H, NHCH 2 CH2CH2), 3.307-4.274 (6H, protons of sugar ), 7.794 (s, 1H, CONH).
2、N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-辛烷基溴化铵的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺15 g (53.6 mmol),溴代辛烷10.3 g (53.6 mmol), 无水乙醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度60℃,反应20 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,产品用***洗涤3次,得到棕色糖浆(N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-辛烷基溴化铵)。最后测得产品中季铵盐活性物含量为98.3%。
1H-NMR (CDCl3, ppm) δ: 0.890 (t, 3H, (CH2)5 CH 3 ), 1.268 (m, 10H, (CH 2 ) 5 CH3), 1.729 (m, 2H, CH 2 (CH2)5CH3), 2.108 (m, 2H, NHCH2 CH 2 CH2), 3.230 (s, 6H, N(CH 3 )2), 3.394 (t, 2H, NCH 2 CH2), 3.570 (t, 2H, NHCH2CH2 CH 2 ), 3.781 (t, 2H, NHCH 2 CH2CH2), 4.137-5.516 (6H, protons of sugar ), 8.089 (s, 1H, CONH).
实施例 2
N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入12.2 g (120 mmol) N,N-二甲基-1,3-丙二胺,葡萄糖酸内酯20.5 g (115 mmol),甲醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度60 ℃,反应7 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,对所得产品用***洗涤2次,去除残余的N,N-二甲基-1,3-丙二胺,得到白色粉末固体(N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺)30.2g,产率92.4 %。
N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-癸烷基溴化铵的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺15 g (53.6 mmol),溴代癸烷13 g (59 mmol), 无水乙醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度80℃,反应18 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,产品用***洗涤3次,得到白色粉末固体(N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-癸烷基溴化铵)。最后测得产品中季铵盐活性物含量为99%。
1H-NMR (CDCl3, ppm) δ: 0.890 (t, 3H, (CH2)7 CH 3 ), 1.267 (m, 14H, (CH 2 ) 7 CH3), 1.731 (m, 2H, CH 2 (CH2)7CH3), 2.112 (m, 2H, NHCH2 CH 2 CH2), 3.234 (s, 6H, N(CH 3 )2), 3.395 (t, 2H, NCH 2 CH2), 3.591 (t, 2H, NHCH2CH2 CH 2 ), 3.782 (t, 2H, NHCH 2 CH2CH2), 4.146-5.518 (6H, protons of sugar ), 8.091 (s, 1H, CONH).
实施例 3
N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入12.2 g (120 mmol) N,N-二甲基-1,3-丙二胺,葡萄糖酸内酯19.6 g (110 mmol),甲醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度65 ℃,反应6 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,对所得产品用***洗涤2次,去除残余的N,N-二甲基-1,3-丙二胺,得到白色粉末固体(N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺)30 g,产率94.3 %。
N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-十二烷基溴化铵的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺15 g (53.6 mmol),溴代十二烷15.9 g (64 mmol), 95%乙醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度70℃,反应17 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,产品用***洗涤3次,得到白色粉末固体(N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-十二烷基溴化铵)。最后测得产品中季铵盐活性物含量为98.8%。
1H-NMR(CDCl3, ppm) δ: 0.893(t, 3H, (CH2)9 CH 3 ), 1.268 (m, 18H, (CH 2 ) 9 CH3), 1.733 (m, 2H, CH 2 (CH2)9CH3), 2.088 (m, 2H, NHCH2 CH 2 CH2), 3.237 (s, 6H, N(CH 3 )2), 3.420 (t, 2H, NCH 2 CH2), 3.605 (t, 2H, NHCH2CH2 CH 2 ), 3.787 (t, 2H, NHCH 2 CH2CH2), 4.154-5.598 (6H, protons of sugar ), 8.093 (s, 1H, CONH)
实施例 4
N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入12.2 g (120 mmol) N,N-二甲基-1,3-丙二胺,葡萄糖酸内酯17.8 g (100 mmol),甲醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度45 ℃,反应10 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,对所得产品用***洗涤2次,去除残余的N,N-二甲基-1,3-丙二胺,得到白色粉末固体(N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺)27.5 g,产率91.7 %。
N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-十四烷基溴化铵的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入N,N-二甲基-N′-葡萄糖酰基-1,3-丙二胺15 g (53.6 mmol),溴代十四烷19.3 g (69.7 mmol), 95%乙醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度77℃,反应15 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,产品用***洗涤3次,得到白色粉末固体(N,N-二甲基-N[3-(葡萄糖酰胺基)]丙基-N-十四烷基溴化铵)。最后测得产品中季铵盐活性物含量为98.6%。
1H-NMR(CDCl3, ppm) δ: 0.883(t, 3H, (CH2)11 CH 3 ), 1.268 (m, 22H, (CH 2 ) 11 CH3), 1.726 (m, 2H, CH 2 (CH2)11CH3), 2.088 (m, 2H, NHCH2 CH 2 CH2), 3.235 (s, 6H, N(CH 3 )2), 3.393 (t, 2H, NCH 2 CH2), 3.583 (t, 2H, NHCH2CH2 CH 2 ), 3.786 (t, 2H, NHCH 2 CH2CH2), 4.154-5.537 (6H, protons of sugar ), 8.065 (s, 1H, CONH)
实施例 5
N,N-二甲基-N′-乳糖酰基-1,3-丙二胺的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入6.1 g (60 mmol) N,N-二甲基-1,3-丙二胺,乳糖酸21.5 g (60 mmol),甲醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度65 ℃,反应8 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,对所得产品用***洗涤2次,去除残余的N,N-二甲基-1,3-丙二胺,得到浅棕色粉末固体(N,N-二甲基-N′-乳糖酰基-1,3-丙二胺)26 g,产率94.2 %。
IR(KBr): 3384 cm-1 (ν(O–H)), 2938-2828 cm-1 (ν(C–H) in –CH2– or -CH3 ), ( 1653 cm-1 (ν(C=O) in amide), 1541 cm-1 (δ(N–H) in amide), 1457 cm-1(ν(C–H) in –CH2– ), 1078-1048 cm-1(ν(O–H)), 705 cm-1(δ(C-C) in >4CH2)
1H-NMR (D2O, ppm) δ: 1.17 (m, 2H, CH2 CH 2 CH2), 1.73 (t, 2H, NHCH2CH2 CH 2 ), 2.27 (s, 6H, N(CH 3 )2), 2.43 (t, 2H, NHCH 2 CH2CH2), 3.27-4.57 (13H, protons of sugar )
N,N-二甲基-N[3-(乳糖酰胺基)]丙基-N-十二烷基溴化铵的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入N,N-二甲基-N′-乳糖酰基-1,3-丙二胺6.9 g (15 mmol),溴代十二烷4 g (16 mmol), 甲醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度65℃,反应20 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,产品用***洗涤3次,得到棕黄色固体(N,N-二甲基-N[3-(乳糖酰胺基)]丙基-N-十二烷基溴化铵)。最后测得产品中季铵盐活性物含量为98.3%。
1H-NMR(D2O, ppm) δ: 0.82(t, 3H, (CH2)9 CH 3 ), 1.23 (m, 18H, (CH 2 ) 9 CH3), 1.69 (m, 2H, CH 2 (CH2)9CH3), 1.98 (m, 2H, NHCH2 CH 2 CH2), 2.78 (t, 2H, NCH 2 CH2), 3.01 (s, 6H, N(CH 3 )2), 3.27 (m, 4H, NHCH 2 CH2 CH 2 ), 3.53-4.52 (13H, protons of sugar )
实施例 6
N,N-二甲基-N′-乳糖酰基-1,3-丙二胺的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入6.1 g (60 mmol) N,N-二甲基-1,3-丙二胺,乳糖酸21.5 g (60 mmol),甲醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度60 ℃,反应8 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,对所得产品用***洗涤2次,去除残余的N,N-二甲基-1,3-丙二胺,得到浅棕色粉末固体(N,N-二甲基-N′-乳糖酰基-1,3-丙二胺)26 g,产率93.2 %。
N,N-二甲基-N[3-(乳糖酰胺基)]丙基-N-十四烷基溴化铵的合成
在装有温度计和球形冷凝管的250 mL三颈圆底烧瓶中,加入N,N-二甲基-N′-乳糖酰基-1,3-丙二胺6.9 g (15 mmol),溴代十四烷4 g (17 mmol), 甲醇80 mL。在搅拌的条件下,保持温度60℃,反应20 h。停止加热,静置冷却。用旋转蒸发仪蒸掉溶剂,产品用***洗涤3次,得到棕黄色固体(N,N-二甲基-N[3-(乳糖酰胺基)]丙基-N-十四烷基溴化铵)。最后测得产品中季铵盐活性物含量为98.4%。
1H-NMR(D2O, ppm) δ: 0.81(t, 3H, (CH2)11 CH 3 ), 1.24 (m, 22H, (CH 2 ) 11 CH3), 1.70 (m, 2H, CH 2 (CH2)11CH3), 1.98 (m, 2H, NHCH2 CH 2 CH2), 2.81 (t, 2H, NCH 2 CH2), 3.04 (s, 6H, N(CH 3 )2), 3.30 (m, 4H, NHCH 2 CH 2 CH 2 ), 3.48-4.50 (13H, protons of sugar)。
Claims (6)
1.一种N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵的合成方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)按糖和N,N-二甲基-1,3-丙二胺的摩尔配比为1.0:1.0-1.2,用甲醇做溶剂,将糖和N,N-二甲基-1,3-丙二胺混合,于反应温度为45-65℃,反应时间为6-10h;反应完成后,蒸掉溶剂,用***洗涤,得到N,N-二甲基-N′-糖酰基-1,3-丙二胺中间体;
(2)将N,N-二甲基-N′-糖酰基-1,3-丙二胺中间体和溴代烷,用低碳醇作溶剂,反应温度为60-80℃,反应时间为15-20h,其中N,N-二甲基-N′-糖酰基-1,3-丙二胺中间体和溴代烷的摩尔配比为1.0:1.0-1.3,反应完成后,蒸掉溶剂,用***洗涤,得到N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵;
所述的糖为葡萄糖酸内酯和乳糖酸;
所述的N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵的结构通式如下:
其中:R为C8-C14的长链烃基,糖基为单糖基或二糖基。
2.如权利要求1所述的一种N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵的合成方法,其特征在于所述的溴代烷为长链C8-C14直链烷基溴代烷。
3.如权利要求1所述的一种N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵的合成方法,其特征在于所述的低碳醇溶剂为甲醇、无水乙醇或95%乙醇。
4.如权利要求1所述的一种N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵的合成方法,其特征在于糖和N,N-二甲基-1,3-丙二胺的摩尔配比为1:1。
5.如权利要求1所述的一种N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵的合成方法,其特征在于N,N-二甲基-N′-糖酰基-1,3-丙二胺中间体和溴代烷的摩尔配比为1.0:1.1。
6.如权利要求1所述的一种N,N-二甲基-N[3-(糖酰胺基)]丙基-N-烷基溴化铵的合成方法,其特征在于按糖和N,N-二甲基-1,3-丙二胺的摩尔配比为1.0:1.0-1.2,用甲醇做溶剂,将糖和N,N-二甲基-1,3-丙二胺混合,是在甲醇回流的情况下反应。
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