CN107442038B - 紫外响应氨基酸表面活性剂及其制备方法 - Google Patents

紫外响应氨基酸表面活性剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有如下式I结构的紫外响应氨基酸表面活性剂及其制备方法。

Description

紫外响应氨基酸表面活性剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及化合物及化学合成技术领域，特别是涉及一种紫外响应氨基酸表面活性剂及其制备方法。
背景技术
近年来，在日用化学品领域，消费者越来越关注各类日化产品的安全性、温和性以及环境友好性；越来越多高质量、多功能的环境友好型表面活性剂被开发出来，并逐渐成为表面活性剂工业的主要发展方向。氨基酸类表面活性剂属于以生物物质为基础的表面活性剂，与传统表面活性剂相比不仅具有良好的水溶性、起泡性、去污性、乳化性及增稠性等；而且具有低刺激性、无毒性、高质量、多功能、缓腐蚀性、良好生物降解性和环境友好性等优点。
传统氨基酸表面活性剂以脂肪酰氨基酸盐为主，其自组装行为较简单，很难实现聚集体结构、性质和功能的精确、可逆调控。从而很大程度上限制了氨基酸表面活性剂在刺激响应型纳米自组装材料方领域的应用。目前关注最多的刺激响应源主要集中在电化学、温度、pH、磁场、氧化还原、气体以及光照刺激等方面。其中光(紫外光、可见光)作为一种无污染、清洁可控的外界刺激因素，具有无需外来添加剂、操作简单、实验进程可控以及应用范围广等优点。
基于此，开发一种紫外响应型氨基酸表面活性剂，使之具备传统氨基酸表面活性剂优良应用性能的同时兼具智能特质(紫外响应)，意义重大。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种紫外响应氨基酸表面活性剂。
具体的技术方案如下：
一种紫外响应氨基酸表面活性剂，具有如下式I结构：
其中，M选自Na或K。
本发明的另一目的是提供上述紫外响应氨基酸表面活性剂的制备方法。
具体的技术方案如下：
式I结构的紫外响应氨基酸表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)以4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酸为原料制备4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯；
(2)4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯与谷氨酸钠于反应溶剂中进行缩合反应，生成4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸钠；
(3)将步骤(2)得到的反应液调pH至酸性，沉淀出粗产品，过滤、洗涤、干燥后得到4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸；
(4)将4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸中和，即得4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸盐。
在其中一些实施例中，步骤(1)中，制备4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯的具体工艺为：称取4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酸，加入过量二氯亚砜，回流反应10-14h后将过量二氯亚砜蒸馏除去，即得4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯。
在其中一些实施例中，步骤(2)中，4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯与谷氨酸钠的摩尔投料比为1：2.0-5.0；反应温度为15-25℃；反应pH维持在11.0-13.0；反应时间为12-24h。
在其中一些实施例中，所述反应溶剂为水于亲水有机溶剂的混合溶剂，其中水与亲水有机溶剂的体积比为1：0.4-1.0。
在其中一些实施例中，所述亲水有机溶剂选自乙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮或二氧六环。
在其中一些实施例中，步骤(3)中，将步骤(2)得到的反应液pH调至1.0-2.0，使粗产品充分析出，过滤，用有机溶剂洗涤滤饼，然后水洗，真空干燥后得到4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸。
在其中一些实施例中，所述有机溶剂为体积比1:8-10的乙酸乙酯和正己烷。
在其中一些实施例中，所述反应液采用盐酸或硫酸调节pH值。
在其中一些实施例中，步骤(4)中，先将4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸分散在去离子水中，控温60-70℃，用碱将溶液pH调至9.0-10.0，得到棕红色溶液，干燥后即得4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸盐。
在其中一些实施例中，所述碱选自氢氧化钠或氢氧化钾。
本发明的有益效果：
上述紫外响应氨基酸表面活性剂具有如下结构：
其中，M选自Na或K。
该种氨基酸表面活性剂的功能特点在于：
1、在365nm紫外辐射下，可迅速发生反式(trans)到顺式(cis)的转变，转化率可达95％，具体如下：
2、在可见光辐射下，可迅速发生顺势(cis)到反式(trans)的转变，转化率可达95％，具体如下：
3、4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸盐溶液(0.1-0.5mg/mL)在365nm紫外辐射下，可迅速发生凝胶化；将此凝胶置于可见光下，则可恢复为溶液；此溶液-凝胶转变现象完全可逆。
制备方法的优点在于：
1、4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯的制备过程中，二氯亚砜同时承担酰氯化试剂及溶剂的作用；
2、4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯的活性较高，可迅速与谷氨酸钠一水合物中的氨基反应；
3、以水/亲水有机溶剂为反应溶剂，抑制了4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯的水解，提高了转化率；
4、得到固体产品，便于储存、运输与使用。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1：
本实施例一种紫外响应氨基酸表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取10.0g 4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酸，加入100.0g二氯亚砜，回流过夜后将过量二氯亚砜蒸馏除去，便可得到4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯，可直接用于下一步反应。
4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酸可以采用以下方式制备：
4-[[4-(羟基)苯基]偶氮]苯甲酸，称取4.0g，溶于100mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入30.0g碳酸钾及43.0g碘癸烷，控温160℃下回流16h结束反应。减压蒸馏除去DMF，通过柱层析分离得到4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]，收率64％。
(2)称取16.7g谷氨酸钠一水合物溶于100g去离子水中，用32％氢氧化钠将pH调至12.1，加入60mL乙醇；控温15-25℃，加入前步得到的4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯，搅拌反应16h(维持pH 11.5-12.5)后结束，生成4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸钠。
(3)用31％盐酸将反应液pH调至1.52，得到大量棕黄色沉淀，过滤，依次用乙酸乙酯/正己烷(体积比1：9)、去离子水多次洗涤滤饼，干燥后得到12.2g 4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸。
(4)将前步得到的4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸分散在250g去离子中，控温65℃，用31％氢氧化钠中和至pH 9.81，干燥后得到13.2g 4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸钠，收率82.0％。
将4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸钠溶于去离子水中(0.1mg/mL)，置于365nm紫外灯(100w)下照射，溶液在1min内便转变为凝胶；如果将此凝胶置于可见光下，10min内可完全转变为溶液。
实施例2：
本实施例一种紫外响应氨基酸表面活性剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酸，称取10.0g，加入100.0g二氯亚砜，过夜回流后将过量二氯亚砜蒸馏除去，便可得到4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯，可直接用于下一步反应。
4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酸可以采用以下方式制备：
4-[[4-(羟基)苯基]偶氮]苯甲酸，称取4.0g，溶于100mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入30.0g碳酸钾及43.0g碘癸烷，控温160℃下回流16h结束反应。减压蒸馏除去DMF，通过柱层析分离得到4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]，收率64％。
(2)称取16.7g谷氨酸钠一水合物溶于100g去离子水中，用32％氢氧化钠将pH调至11.7，加入75mL丙酮；控温15-25℃，加入前步得到的4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯，搅拌反应16h(维持pH 11.5-12.5)后结束，生成4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸钠。
(3)用31％盐酸将反应液pH调至1.75，得到大量棕黄色沉淀，过滤，依次用乙酸乙酯/正己烷(体积比1：9)、去离子水多次洗涤滤饼，干燥后得到12.0g 4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸。
(4)将前步得到的4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸分散在250g去离子中，控温65℃，用48％氢氧化钾中和至pH 9.62，干燥后得到13.8g 4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸钾，收率85.5％。
将4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸钾溶于去离子水中(0.2mg/mL)，置于365nm紫外灯(100w)下照射，溶液在1min内便转变为凝胶；如果将此凝胶置于可见光下，10min内可完全转变为溶液。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种紫外响应氨基酸表面活性剂，其特征在于，具有如下式I结构：
其中，M选自Na或K。
2.权利要求1所述紫外响应氨基酸表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酸为原料制备4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯；
(2)4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯与谷氨酸钠于反应溶剂中进行缩合反应，生成4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸钠；
(3)将步骤(2)得到的反应液调pH至酸性，沉淀出粗产品，过滤、洗涤、干燥后得到4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸；
(4)将4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸中和，即得4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸盐。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，制备4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯的具体工艺为：称取4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酸，加入过量二氯亚砜，回流反应10-14h后将过量二氯亚砜蒸馏除去，即得4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰氯与谷氨酸钠的摩尔投料比为1：2.0-5.0；反应温度为15-25℃；反应pH维持在11.0-13.0；反应时间为12-24h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述反应溶剂为水和亲水有机溶剂的混合溶剂，其中水与亲水有机溶剂的体积比为1：0.4-1.0。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述亲水有机溶剂选自乙醇、异丙醇、叔丁醇、丙酮或二氧六环。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将步骤(2)得到的反应液pH调至1.0-2.0，使粗产品充分析出，过滤，用有机溶剂洗涤滤饼，然后水洗，干燥，得到4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为体积比1:8-10的乙酸乙酯和正己烷；所述反应液采用盐酸或硫酸调节pH值。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，先将4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸分散在去离子水中，控温60-70℃，用碱将溶液中和至pH 9.0-10.0，得到棕红色溶液，干燥后即得4-[[4-(癸氧基)苯基]偶氮]苯甲酰谷氨酸盐。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述碱选自氢氧化钠或氢氧化钾。
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