非離子表面活性劑腰果基葡糖酰胺的合成

王晨晨，劉松濤，雒廷亮*，張 娟

（1.鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南省天擇實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450001）

0 引言

表面活性劑是一類(lèi)具有明顯改變?nèi)芤后w系界面特性的化學(xué)物質(zhì)，是重要的精細(xì)化學(xué)品，其應(yīng)用十分廣泛，幾乎滲透到所有的工業(yè)領(lǐng)域［1］。在工業(yè)中，表面活性劑的用途主要分為工業(yè)清洗使用和工業(yè)助劑使用兩大類(lèi)［2］。非離子表面活性劑在各類(lèi)工業(yè)和民用領(lǐng)域均被大量使用，在產(chǎn)量上是僅次于陰離子表面活性劑的重要性能添加劑品種。隨著環(huán)氧乙烷等用于合成非離子表面活性劑的重要原料成本的降低，工藝的改進(jìn)，其消費(fèi)量正在迅速增長(zhǎng)，產(chǎn)量有超過(guò)其他類(lèi)型表面活性劑的趨勢(shì)［3］。

由于煤炭、石油資源的過(guò)量開(kāi)采，傳統(tǒng)表面活性劑的主體原料日益緊缺，這在一定程度上制約了表面活性劑工業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，傳統(tǒng)的石油化工產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的污染過(guò)于嚴(yán)重，三廢處理困難，不符合可持續(xù)發(fā)展的要求。因此，研發(fā)以天然可再生產(chǎn)物為原料，制備綠色環(huán)保、對(duì)人體無(wú)刺激、易生物降解的綠色表面活性劑具有重要意義［4～5］。本文通過(guò)利用腰果酚這類(lèi)天然酚類(lèi)化合物，安全環(huán)保，綠色無(wú)毒，廉價(jià)易得，作為替代壬基酚合成非離子表面活性劑，開(kāi)拓了新的研究領(lǐng)域和研究途徑［6］。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)施及工藝

1．1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)所用的主要藥品與試劑有：腰果基環(huán)氧丙烷（CEI），自制，無(wú)色透明固體粉末；二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺，自制，白色固體粉末；二甲基亞砜，分析純，天津科密歐試劑有限公司生產(chǎn)。

實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備包括：HH-WO型恒溫水浴鍋，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn)；SENCO-R型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海申生科技有限公司生產(chǎn)；FTIR-8400S傅里葉紅外光譜儀，美國(guó)Thermo Nicolet公司生產(chǎn)；AV400核磁共振譜儀，德國(guó)Bruker公司生產(chǎn)。

1．2 合成方法

合成工藝路線(xiàn)如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物合成路線(xiàn)圖Fig.1 Combination flow of the test product

在裝有回流冷凝管、溫度計(jì)、攪拌棒的三口瓶中，按一定比例加入一定量的腰果基環(huán)氧丙烷和二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺，100 mL 的二甲基亞砜，80℃下攪拌。反應(yīng)完畢后，除去溶劑，用石油醚重結(jié)晶3次，得到黃色膏狀固體［7～8］。該產(chǎn)品純度在99%以上。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2．1 腰果基葡糖酰胺的結(jié)構(gòu)表征

2．1．1 腰果基葡糖酰胺的紅外圖譜分析

腰果基葡糖酰胺紅外光譜圖如圖2。

由圖2可知，波數(shù)3 349.03 cm-1處為羥基吸收峰，2 853.32 cm-1處、2 923.58 cm-1處分別為脂肪長(zhǎng)鏈上的甲基亞甲基C-H飽和鍵的特征吸收峰，1 616.38~1 427.09 cm-1處為苯環(huán)骨架震動(dòng)特征峰，1 159.27 cm-1處為-C-O-C醚鍵特征峰，873.5 cm-1處、694.78cm-1處為苯環(huán)的間位取代吸收峰。

圖2 產(chǎn)物的IR譜圖Fig.2 IR spectrum of the product

2．1．2 腰果基葡糖酰胺的核磁氫譜分析

腰果基葡糖酰胺核磁氫譜圖如圖3所示。

由圖 3 可知，δ6.700～7.153 ppm（4H）為苯環(huán)上的氫原子，δ4.370～4.466 ppm（13H）為酚羥基和醚鍵中與氧原子相連的氫原子，δ3.401～3.953 ppm（15H）為與酰胺基和酚酰胺基相連的亞甲基上的氫原子，δ2.483～2.563 ppm（12H）為與苯環(huán)相鄰亞甲基和氮原子相連的亞甲基的氫原子，δ1.05～1.21 ppm（26H）為苯環(huán)側(cè)鏈上亞甲基-CH2-的氫原子，δ1.024～1.05 ppm（3H）為甲基-CH3-的氫原子。

經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，出國(guó)旅游也變得越來(lái)越普遍，代購(gòu)行業(yè)也越來(lái)越繁榮。在此背景下，提高英語(yǔ)能力尤其是口語(yǔ)能力口語(yǔ)更好地滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的需求，因此，在高職院校的英語(yǔ)教學(xué)中，需要正視自己與本科院校學(xué)生英語(yǔ)水平的差距，高職院校英語(yǔ)綜合能力較弱，在表達(dá)能力上更是有所不足，因此，在這個(gè)大背景下，高職院校學(xué)生英語(yǔ)能力無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)日益發(fā)展的需求矛盾，傳統(tǒng)的教學(xué)模式重視教師的主導(dǎo)作用側(cè)重于教，現(xiàn)代化教學(xué)模式側(cè)重學(xué)生的主體地位，而混合式教學(xué)的新鮮元素的應(yīng)用在課堂上，可以打破限制英語(yǔ)口語(yǔ)能力的發(fā)展的因素，積極引導(dǎo)學(xué)生英語(yǔ)課堂的參與積極性，促進(jìn)英語(yǔ)口語(yǔ)交流的可能性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)英語(yǔ)的自主性與積極性。

圖3 產(chǎn)物核磁共振1H NMR譜圖Fig.3 1H NMR spectrum of the product

2．1．3 腰果基葡糖酰胺的核磁碳譜分析

腰果基葡糖酰胺核磁氫譜圖如圖4所示。

由圖4可知，δ14.1為脂肪長(zhǎng)鏈末端的甲基上的碳原子，δ22.9 ppm為脂肪長(zhǎng)鏈與末端甲基相連的亞甲基上的碳原子，δ25～35 ppm為脂肪長(zhǎng)鏈中間的亞甲基的碳原子，δ40～45 ppm為環(huán)氧基上碳原子，δ48 ppm為NH-CH2-的碳原子，δ63 ppm為-CH2-OH的碳原子，δ60～70 ppm 為與醚鍵相連的碳原子，δ70～74 ppm為-CH-OH的碳原子，δ110～115 ppm為苯環(huán)上-O-ph-臨位的兩個(gè)碳原子，在δ130 ppm為-O-ph-以及脂肪鏈對(duì)位的碳原子，δ140 ppm為與脂肪鏈相連的苯環(huán)上的碳原子，δ155～160 ppm為與醚鍵相連的苯環(huán)上的碳原子。

圖4 產(chǎn)物核磁共振13C NMR譜圖Fig.4 13C NMR spectrum of the product

2．2 合成工藝研究

2．2．1 溶劑的選擇

對(duì)原料腰果基環(huán)氧丙烷和 ［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺分別在不同有機(jī)溶劑中的溶解度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腰果基環(huán)氧丙烷在大部分有機(jī)溶劑中都有良好的溶解性。但是，二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺僅僅在水中和二甲基亞砜中具有良好的溶解性，而在常規(guī)的有機(jī)溶劑中溶解度非常小?？紤]采用兩種體系作為反應(yīng)溶液：水和醇（甲醇或者乙醇）的混合體系、二甲基亞砜體系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在二甲基亞砜中反應(yīng)效果更好，產(chǎn)物收率更高。因此，采用二甲基亞砜作為反應(yīng)溶劑。

2．2．2 原料配比的影響

以二甲基亞砜為溶劑，在反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間相同的情況下，考察原料配比n（腰果基環(huán)氧丙烷）∶n（二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺）的不同對(duì)產(chǎn)物收率的影響，其結(jié)果如表1所示。

表1 原料配比對(duì)反應(yīng)收率的影Table 1 Influence of raw materials ratio to the yield ofreaction

2．2．3 反應(yīng)溫度的影響

以二甲基亞砜為反應(yīng)溶劑，在原料配比、反應(yīng)時(shí)間相同的情況下，考察恒溫反應(yīng)溫度的不同對(duì)產(chǎn)物的收率的影響，其結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，當(dāng)原料配比、反應(yīng)時(shí)間相同時(shí)，隨著反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)物收率越來(lái)越高。當(dāng)溫度增加到80℃時(shí)，產(chǎn)物收率達(dá)到最高，之后再增加溫度收率呈減小趨勢(shì)。因此，較佳的反應(yīng)溫度為80℃。

圖5 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物收率的影響Fig.5 Influence of reaction temperature to the yield of the product

2．2．4 反應(yīng)時(shí)間的影響

以二甲基亞砜為溶劑，在原料配比、反應(yīng)溫度相同的情況下，考察反應(yīng)時(shí)間的不同對(duì)產(chǎn)物收率的影響，其結(jié)果如圖6所示。

由圖6可以看出，在原料配比、反應(yīng)溫度相同的情況下，在較短的恒溫反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)物收率較低，增大恒溫反應(yīng)時(shí)間后，收率增加。當(dāng)t＝10h時(shí)，產(chǎn)物收率最高，而進(jìn)一步增加反應(yīng)時(shí)間，產(chǎn)物收率降低。分析原因可能是，反應(yīng)時(shí)間較短時(shí)，主反應(yīng)不完全而收率較低。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，酰胺進(jìn)一步發(fā)生了副反應(yīng)，使得收率降低。

圖6 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響Fig.6 Influence of reaction time to the yield of the product

3 結(jié)論

以腰果基環(huán)氧丙烷和二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺為原料合成了腰果基葡萄糖酰胺?？疾炝嗽吓浔取⒎磻?yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)反應(yīng)收率的影響。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，獲得了適宜的工藝條件：二甲基亞砜 100mL，n（腰果基環(huán)氧丙烷）∶n（二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺）＝1∶1.5，反應(yīng)溫度 80℃，反應(yīng)時(shí)間 10h。最終產(chǎn)率可達(dá)92.5%，產(chǎn)品純度在99%以上。

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