烷基糖苷合成及其去污性能研究

孫健，謝寧，王聰，金朝輝，高華晶

(1.吉林化工學(xué)院 石油化工學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.吉林化工學(xué)院 研究生院，吉林 吉林 132022)

烷基糖苷是由天然脂肪醇和葡萄糖合成的一種性能較全面的新型非離子表面活性劑，兼具普通非離子和陰離子表面活性劑的特性，具有高表面活性、良好的生態(tài)安全性和相溶性，是國際公認(rèn)的首選“綠色”功能性表面活性劑[1-2]。合成烷基糖苷的方法主要有直接苷化法[3-5]、轉(zhuǎn)糖苷化法[6-8]、酶催化法等[9-11]。目前，工業(yè)上大多數(shù)使用間接苷化法(兩步法)來制備烷基糖苷，這種制備方法需要回收大量低碳鏈醇，而且設(shè)備投入大、工藝反應(yīng)流程長；雙醇間發(fā)生交換反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物純度低、副產(chǎn)物較多、產(chǎn)率較低[12-15]。而理論研究大多圍繞糖苷的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，在糖苷的應(yīng)用性能上少有報(bào)道[16-18]。本實(shí)驗(yàn)采用十二醇與葡萄糖作為原料在微波加熱下一步法合成烷基糖苷，反應(yīng)時(shí)間短，并且將APG-12作為主要成分配制成的去污劑，應(yīng)用于可樂、草汁、油污、咖啡等污漬的清潔效果測試中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，APG-12去污性能良好。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

葡萄糖、十二醇、十二烷基苯磺酸、斐林試劑、氫氧化鈉、過氧化氫(30%)、無水乙醇、檸檬酸鈉均為分析純。

XH-300UL型電腦微波超聲波紫外光組合催化合成儀;SHZ-D(III)型循環(huán)水式真空泵;RE-2000A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器;DZF-6090型真空干燥箱;DS300g型分析天平;NICOLET6700傅里葉紅外光譜儀。

1.2 合成方法

將十二醇和葡萄糖按照比例混合后，加入催化劑，再加入5 mL水溶劑(作為葡萄糖的溶劑)，混合均勻后放入三口燒瓶內(nèi)，將三口燒瓶放在微波催化合成儀中，設(shè)置相應(yīng)的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后，取出三口燒瓶，加入NaOH溶液中和至pH值在7左右，轉(zhuǎn)入分液漏斗中加入適量50～60 ℃水萃取分液，將下層液體進(jìn)行減壓蒸餾除去水分，得到產(chǎn)物。

1.3 殘?zhí)橇康臏y定

本實(shí)驗(yàn)通過直接滴定法測試反應(yīng)液中葡萄糖的殘留量，采用GB 5009.7—2016 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)-食品中還原糖的測定》的方法進(jìn)行測定。

1.4 去污劑配方組成

寶潔Tide to go去漬筆的配方見表1，使用烷基糖苷代替其中十二烷基硫酸鈉、二丙二醇丁醚有效成分，配制去污劑。

表1 去污劑配方組成Table 1 Composition of decontamination agent

使用配制的去污劑對草汁、辣椒油、可樂漬、咖啡漬等污漬的清洗測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

2.1.1 原料摩爾比的影響 在110 ℃下使用過量的十二醇與葡萄糖反應(yīng)3 h,結(jié)果見表2。

表2 醇糖比對產(chǎn)物收率的影響Table 2 Effect of ratio of alcohol to sugar on the yield of products

由于十二醇用量未達(dá)到一定值，葡萄糖與十二醇接觸面積低，反應(yīng)體系黏度變大，傳質(zhì)傳熱性能不好，葡萄糖容易因?yàn)楦邷囟茸陨戆l(fā)生聚合；當(dāng)醇糖比達(dá)到5∶1時(shí)，會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)率下降的情況，這是由于十二醇的用量多到一定值后，會(huì)稀釋催化劑的濃度，使催化劑不能維持體系中的催化功能。

2.1.2 反應(yīng)溫度的影響 選擇4∶1的醇糖比反應(yīng)3 h，改變反應(yīng)溫度，考察其對反應(yīng)結(jié)果的影響,見表3。

表3 反應(yīng)溫度對產(chǎn)物收率的影響Table 3 Effect of temperature on the yield of products

在醇糖比、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量一定時(shí)，反應(yīng)溫度為110 ℃時(shí)APG-12產(chǎn)率最高。溫度在105 ℃時(shí)，由于葡萄糖和十二醇反應(yīng)是可逆反應(yīng)，生成的水分并沒有及時(shí)排出，因此存在向逆反應(yīng)進(jìn)行的情況，降低了APG-12的產(chǎn)率。而當(dāng)溫度在115 ℃時(shí)，溫度稍高會(huì)使葡萄糖一部分自身發(fā)生聚合，影響產(chǎn)率。當(dāng)溫度到達(dá)120 ℃時(shí)，葡萄糖因溫度太高而炭化變成糊狀固體。

2.1.3 反應(yīng)時(shí)間的影響 選擇4∶1的醇糖比在110 ℃的溫度下，考察反應(yīng)時(shí)間對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，見表4。

表4 反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)物收率的影響Table 4 Effect of time on the yield of products

在醇糖比、反應(yīng)溫度以及催化劑用量一定時(shí)，反應(yīng)時(shí)間在3.5 h時(shí)APG-12產(chǎn)率最高。此反應(yīng)是一個(gè)緩慢的半縮醛反應(yīng)過程，反應(yīng)時(shí)間過短會(huì)導(dǎo)致部分十二醇無法進(jìn)攻帶正電核的異頭碳，產(chǎn)物收率低。而當(dāng)時(shí)間太久雖然對產(chǎn)率影響的波動(dòng)不太明顯，但長時(shí)間的加熱會(huì)加深A(yù)PG-12的色澤。

2.2 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征

用KBr壓片測得APG-12的紅外線光譜圖(IR)見圖1。3 366.8 cm-1為氫鍵締合烴基O—H伸縮振動(dòng)峰；2 926.0，2 126.7 cm-1為亞甲基C—H伸縮振動(dòng)峰；1 644.4 cm-1為C—O—C骨架振動(dòng)峰；1 360.7 cm-1為甲基C—H平面搖擺彎曲振動(dòng)峰；1 028.5 cm-1為C—O—C鍵的C—O振動(dòng)峰；915.6 cm-1為伯醇C—O伸縮振動(dòng)峰；773.2 cm-1為(CH2)n(n>4)的骨架振動(dòng)峰。

圖1 產(chǎn)物的IR譜圖Fig.1 IR spectra of products

2.3 糖苷去污性能測試

用實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品APG-12表面活性劑代替去污劑中的脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯基醚、烷醇酰胺3種表面活性劑，制成了這種烷基糖苷去污劑，并進(jìn)行了對草汁、辣椒油、可樂漬、咖啡漬等污漬的清洗測試，具體效果見圖2～圖5。

圖2 APG-12對衣物上草汁的去污效果Fig.2 Decontamination effect of APG-12 for grass stains on clothing

圖3 APG-12對衣物上油污的去污效果Fig.3 Decontamination effect of APG-12 for oil stains on clothing

圖4 APG-12對衣物上可樂漬的去污效果Fig.4 Decontamination effect of APG-12 for coke stains on clothing

圖5 APG-12對衣物上咖啡漬的去污效果Fig.5 Decontamination effect of APG-12 for coffee stains on clothing

測試結(jié)果表明，由APG-12表面活性劑為主要成分配制的洗滌劑對草汁、辣椒油、可樂漬、咖啡漬有明顯的去污效果，此外APG-12表面活性劑性質(zhì)溫和，不傷衣物，對皮膚無刺激，配伍性強(qiáng)，綠色環(huán)保，因此優(yōu)于市面上大部分去污劑產(chǎn)品。

3 結(jié)論

以水為溶劑，十二烷基苯磺酸作為催化劑，利用葡萄糖與十二醇反應(yīng)制備得到APG-12，最佳工藝條件為：醇糖比為4∶1，反應(yīng)溫度為110 ℃,反應(yīng)時(shí)間為3.5 h。在此條件下，APG-12收率為61.17%、殘?zhí)锹?0.05%。使用IR光譜分析確定了產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。通過使用以APG-12作為主要成分的去污劑對白色布制品上的污漬進(jìn)行洗滌，結(jié)果表明APG-12經(jīng)過復(fù)配后，對草汁、辣椒油、可樂漬、咖啡漬有良好的清潔效果。