十六烷基二苯醚雙磺酸鈉的合成

鄭國國，余憲虎，張 劍

十六烷基二苯醚雙磺酸鈉的合成

鄭國國，余憲虎*，張 劍

（武漢紡織大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 武漢 430200）

以α-十六烯、二苯醚在催化劑的作用下合成十六烷基二苯醚，再采用氨基磺酸作為磺化劑，尿素為助溶劑成功合成了十六烷基二苯醚雙磺酸鈉，對合成過程中烷基化與磺化反應(yīng)的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。烷基化的最佳反應(yīng)條件為：n(α-十六烯):n(二苯醚)=1:1，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時間為6h，烷基化的產(chǎn)率可達(dá)85.42%?；腔淖罴逊磻?yīng)條件為：n(烷基二苯醚):n(氨基磺酸)=1:4，反應(yīng)溫度為95℃，反應(yīng)時間為2h，磺酸基數(shù)目為1.84。

烷基二苯醚雙磺酸鹽；烷基化；磺化；合成

烷基二苯醚雙磺酸鹽是一種新型的陰離子表面活性劑，具有廣泛的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)性[1]。該產(chǎn)品與傳統(tǒng)的表面活性劑相比，具有優(yōu)良的水溶性、偶聯(lián)性和表面活性，在強酸、強堿及濃鹽溶液中都有良好的穩(wěn)定性，且具有良好的整合鈣鎂離子的能力，優(yōu)良的低溫洗滌性能和在硬水中的洗滌性能，以及良好的生物降解性能等[2]。另外，本著綠色環(huán)保的原則，在烷基二苯醚雙磺酸鹽磺化過程中采用氨基磺酸作為磺化劑。氨基磺酸是一種無毒無臭、穩(wěn)定性好的白色晶體，化學(xué)式為H2NSO3H。其性能優(yōu)良，具有反應(yīng)緩和，對設(shè)備腐蝕性小的特點，在控制工藝和生產(chǎn)設(shè)備方面具有優(yōu)勢，產(chǎn)品性能好，特別是不產(chǎn)生“三廢”，具有清潔性，符合環(huán)保要求。

1 實驗

1.1 實驗藥品與儀器

α-十六烯，天津海納國際貿(mào)易公司；二苯醚，分析純，阿拉??；無水氯化鋁，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無水碳酸鈉，分析純，上海實驗試劑有限公司；無水硫酸鈉，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；尿素，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氨基磺酸；氫氧化鈉，分析純，上海振興化工一廠；石油醚，分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠。

電熱套，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；SHB-B95型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；電子天平，上海有聲衡器有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司；DW-2型多功能電動攪拌器，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

1.2 合成路線

十六烷基二苯醚磺酸鈉的合成分兩步進(jìn)行反應(yīng)。（其中R表示α-十六烯、R1表示十六烷基）

二苯醚的烷基化：

烷基二苯醚的磺化、中和：

1.3 合成方法

1.3.1 十六烷基二苯醚的制備

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，把二苯醚加入干燥的三口燒瓶，加入催化劑無水AlCl3，加熱并攪拌，使之溶解，并升溫至反應(yīng)溫度；把計量的-十六烯烴裝入恒溫滴液漏斗，并在一定時間內(nèi)滴加到反應(yīng)瓶中，攪拌，控制溫度，恒溫反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，依次用等體積的去離子水、飽和Na2CO3溶液和去離子水洗滌和分離，棄去水層，用無水NaSO4干燥油層，過濾，在400Pa下減壓蒸餾，將未反應(yīng)的原料全部蒸出，繼續(xù)蒸餾，得到目標(biāo)產(chǎn)物烷基二苯醚。

1.3.2 十六烷基二苯醚雙磺酸鈉的制備

將一定量的烷基二苯醚、氨基磺酸和尿素加入到三口燒瓶中，攪拌并升溫至反應(yīng)溫度，反應(yīng)一定時間。反應(yīng)結(jié)束后，將等體積的水緩慢加入到反應(yīng)混合物中，然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH溶液中和至pH=9-10，然后蒸出水分即得粗產(chǎn)品。將粗產(chǎn)品溶于熱的無水乙醇中，趁熱過濾，去除無機鹽。在濾液中加入適量水，用石油醚萃取3次，除去未磺化的烷基二苯醚。水相萃取液蒸出水分后，將產(chǎn)物再次溶于熱的無水乙醇中，過濾，蒸除無水乙醇，即得精致的烷基二苯醚磺酸鈉，所得產(chǎn)品用高壓液相色譜和質(zhì)譜進(jìn)行分析[4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 烷基化條件優(yōu)化

影響反應(yīng)的因素很多，實驗采用正交試驗考察其反應(yīng)的最佳工藝。根據(jù)所查的文獻(xiàn)[5]，試驗中將催化劑的量定為：n(催化劑):n(二苯醚)=1:4，烷基化的因素水平見表1，烷基化正交實驗數(shù)據(jù)處理見表2：

表1 烷基化的因素水平表

表2 烷基化正交實驗數(shù)據(jù)處理表

由表2可知，烷基化最佳工藝條件為：A2、B2、C3，即n(-十六烯):n(二苯醚)=1:1.0，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時間為6h。采用上述的優(yōu)化條件反應(yīng)后的烷基化產(chǎn)率為85.42%。

2.2 磺化反應(yīng)條件優(yōu)化

影響反應(yīng)的因素很多，實驗采用氨基磺酸作為磺化劑，采用正交試驗考察其反應(yīng)的最佳工藝，以磺酸基數(shù)目為實驗指標(biāo)，烷基二苯醚與氨基磺酸投料比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間為試驗因素，每個實驗因素選三個水平?；腔囊蛩厮揭姳?，磺化正交試驗數(shù)據(jù)處理見表4：

表3 磺化的因素水平表

表4 磺化正交試驗數(shù)據(jù)處理表

由表4可知，磺化反應(yīng)最佳工藝條件為：A3、B3、C2，即n(烷基二苯醚):n(氨基磺酸)(A)=1:4，反應(yīng)溫度為95℃，反應(yīng)時間為2h。采用上述優(yōu)化條件后的磺化產(chǎn)物的磺酸基數(shù)目為1.84。

3 結(jié)論

合成十六烷基二苯醚雙磺酸鈉的最佳工藝條件為：烷基化的最佳反應(yīng)條件為：n(-十六烯):n(二苯醚)=1:1，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時間為6h，烷基化的產(chǎn)率達(dá)85.42%?；腔淖罴逊磻?yīng)條件為：n(烷基二苯醚):n(氨基磺酸)=1:4，反應(yīng)溫度為95℃，反應(yīng)時間為2h，磺酸基數(shù)目為1.84。

[1] 許虎君,呂春緒,葉志文.烷基二苯醚二磺酸鹽的制備與性能表征[J]. 精細(xì)化工,2005,22(1):19-22.

[2] TJ Loughne,LB Quencer.Surfactants for high-performance cleaning[J]. SCCS.1992,68(1):24-30.

[3] 李君.十六烷基二苯醚二磺酸鈉的合成及其在三次采油中的應(yīng)用研究[J]. 日用化學(xué)品科學(xué)，2010，33(9):51-54.

[4] 金燕.用APCI/ESI LC/MS跟蹤烷基二苯醚磺化反應(yīng)[J]. 質(zhì)譜學(xué)報，2001，22(1):15-20．

[5] 桂玉梅.癸烷基二苯醚雙磺酸鈉的合成[J]. 廣州化工，2009, 7(36)：44-45.

Synthesis of Sodium Hexadecyl Diphenyl Ether Disulfonate

ZHENG Guo-guo, YU Xian-hu, ZHANG Jian

(School of Chemistry and Chemical Engineering，Wuhan Textile University，Wuhan Hubei 430200, China)

Hexadecyl diphenyl ether was synthesized by the alkylation reaction of alpha-hexadecene and diphenyl oxide. Furthermore, hexadecyl diphenyl ether disulfonate was obtained by the sulfonation of hexadecyl diphenyl ether with amino sulfonic acide as sulfonation agent and urea as cosolvent.The synthetic conditions of alkylation and sulfonation were optimized.From the experiment the optimal reaction conditions were found as:Alkylation was carried out with n(alpha-hexadecene):n(diphenyl)=1:1 at 80℃ for 6 h to attain 85.42% yield. Sulfonation was with n(Hexadecyl diphenyl ether):n(amino sulfonic acide)=1:4 at 95℃ for 2 h, and the number of sulfonic acid group per molecule was 1.84.

Alkyl Diphenyl Ether Disulfonate; Alkylation; Sulfonation; Synthesis

TQ247.51

A

1009－5160(2012)03－0040－03

*通訊作者：余憲虎（1956-），男，教授，研究方向：造紙化學(xué)品、高水基潤滑劑的研究與開發(fā)以及紡織助劑的研究與應(yīng)用.