二甲基烯丙基胺/溴代烷烃系列季铵盐的合成与表征

赵文善，张 磊，崔元臣，茹 阳

（河南大学 化学化工学院，河南 开封475004）

二甲基烯丙基胺/溴代烷烃系列季铵盐的合成与表征

赵文善，张 磊，崔元臣，茹 阳

（河南大学 化学化工学院，河南 开封475004）

以溴代烷与二甲基烯丙基胺（DMAA）为原料合成了二甲基烯丙基类季铵盐；探讨了反应温度、原料配比、反应时间及溶剂对反应产率的影响，确定了最佳合成条件；并采用红外光谱仪、核磁共振谱仪（1H NMR）及质谱仪表征了产物的结构.

二甲基乙基烯丙基溴化铵；二甲基正丁基烯丙基溴化铵；季铵盐

季铵盐型阳离子是表面活性剂的一类.由于其具有两性基团，所以当它以较低浓度存在于某一体系中时，可以降低表面张力.故季铵盐型阳离子表面活性剂被广泛应用于石油、纺织、医药、采矿、食品、民用洗涤等领域[1].当季铵盐含有碳碳双键时，就可以与许多不饱和单体共聚.生成聚合物[2].这类聚合物可用作絮凝剂[3]、抗静电剂、导电纸涂层及油田化学助剂[4－5]等.另外季铵盐又属于离子液体[6]，在有机反应领域可作为绿色环保型溶剂使用[7－8].因此合成含有碳碳双键的季铵盐，也可以将其应用于Suzuki反应[9]及其他用离子液体作为反应介质的相关反应.作者合成了两种含有烯丙基的季铵盐.

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

ESQUIRE－LC型质谱仪（德国Bruker Daltonik GmbH公司）；Bruker－400型核磁共振仪（德国Bruker Daltonik GmbH公司）；Avater－360型傅立叶变换红外光谱仪（美国尼高力仪器股份有限公司）；DZF－6050型真空干燥箱 （上海新苗医疗器械制造公司）.溴乙烷、正溴丁烷、乙腈、无水乙醚（均为天津化学试剂一厂产品，分析纯）.二甲基烯丙基胺（DMAA）（山东鲁岳化工有限公司，工业级）.

1.2 合成方法

1.2.1 二甲基乙基烯丙基溴化铵（1）的合成

称取溴乙烷3.117g（0.028mol）于50mL三口烧瓶中，加入4mL乙腈.称取2.223g（0.026mol）DMAA，加入3mL乙腈混匀并置于恒压漏斗中，装上上端装有氯化钙干燥管的回流冷凝管[10]，在电动搅拌下控制反应温度35℃，8min内将DMAA溶液滴完.继续反应3h，然后蒸出溶剂乙腈，用3×10mL无水乙醚洗涤产物，常压蒸出少量无水乙醚，真空干燥4h.得到蜡状固体产物5.068g，产率85.69%.MS（ESI）：m/z＝114.0；IR（KBr，cm－1）v：2 972、2 877为烷基上的C－H 伸缩振动吸收峰，3 009、3 083为烯烃基上的C－H伸缩振动吸收峰，1 633.30为CC伸缩振动吸收峰.1 020为CHCH－H的面外摇摆振动吸收峰；1H NMR（400MHz，CDCl3）δ：3.4（s，6H，－N（CH3）2）；3.6（d，2H，－CH2－CC）；2.8（t，2H，－CH2－C）；5.5（m，1H，－ C－CHC）；4.3（d，2H，CCH2）；1.4（t，3H，－C－CH3）.

1.2.2 二甲基正丁基烯丙基溴化铵（2）的合成

称取正溴丁烷3.836g（0.028mol）于50mL三口烧瓶中，加入4mL乙腈溶解.称取2.223g（0.026 mol）DMAA，加入3mL乙腈混匀并置于恒压漏斗中，装上上端装有氯化钙干燥管的回流冷凝管，电动搅拌，控制反应温度60℃，8min内将DMAA溶液滴完.继续反应3h，然后蒸出溶剂乙腈，用3×10mL无水乙醚洗涤产物，常压蒸出少量无水乙醚，真空干燥4h.得到蜡状固体产物4.822g，产率83.14%.MS（ESI）：m/z＝142.0；IR（KBr，cm－1）v：2 962、2 874为烷基上的C－H 伸缩振动吸收峰，3 009、3 082为烯烃基上的C－H伸缩振动吸收峰，1 623.96为CC伸缩振动吸收峰.993cm－1为CHCH－H基的面外摇摆振动吸收峰；1H NMR（400MHz，CDCl3）δ：3.4（s，6H，－N（CH3）2），2.7（t，2H，－CH2－C－C－C），1.71（m，2H，－C－CH2－C－C），1.38（m，2H），0.95（t，3H，－C－C－C－CH3），4.3（d，2H，CCH2），5.8（m，1H，－ C－CHC），3.5（d，2H，－CH2－CC）.

2 结果与讨论

2.1 反应时间对产率的影响

目标产物的合成路线见图1.

图1 目标产物的合成路线Fig.1 Synthetic route of the title product

按上述合成方法，考查了不同反应时间对反应产率的影响.结果见表1.

表1 反应时间对产率的影响Table 1 Effect of reaction time on the yields

从表1中可以看出，随着反应时间的延长，两产物的产率逐渐升高，当反应时间超过3h，收率增加都不明显.故选择最佳反应时间为3h.

2.2 反应温度对产率的影响

由于溴乙烷的沸点（38.5℃）与正溴丁烷的沸点（102℃）存在明显差异，所以我们测定了不同温度下两个合成反应3h的产率，结果见表2、表3.

由表2、表3可知，产率皆随温度的升高而逐渐增加，产物1在温度为35℃时，产率最高，再继续升高温度产率反而降低，故选择最佳反应温度为35℃；产物2在温度为60℃时，产率最高，再继续升高温度，收率也呈降低趋势，故选择最佳反应温度为60℃.

表2 温度对1的产率的影响Table 2 Effect of temperature on the yields of 1

表3 温度对2的产率的影响Table 3Effect of temperature on the yields of 2

2.3 原料配比对产率的影响

在各自的最佳反应温度下反应3h，探究了DMAA与溴代烷不同的配比对反应产率的影响.结果见表4.

表4 原料物质的量之比对产率的影响Table 4 Effect of the raw materials molar ratio on the yields

由表4可知，随着原料溴乙烷和正溴丁烷用量的增加，产率逐渐升高，但考虑到原料的成本，故选择原料的物质的量之比为1∶1.1

2.4 溶剂对产率的影响

在其他最佳条件下探究了不同溶剂对反应产率的影响.结果见表5.从表5可以看出用乙腈作溶剂较好.

表5 溶剂对产率的影响Table 5 Effect of solvents on the yields

3 结论

合成二甲基乙基烯丙基溴化铵的相对最佳反应条件为：以乙腈为溶剂，原料（DMAA：溴乙烷）的物质的量之比为1∶1.1，反应温度为35℃，时间为3h.合成二甲基正丁基烯丙基溴化铵的相对最佳反应条件为：以乙腈为溶剂，原料（DMAA与正溴丁烷）的物质的量之比为1∶1.1，反应温度为60℃，时间为3h.

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[3]田秉辉，葛小鹏.PDADMAC强化絮凝去除腐殖质类天然有机污染物的研究[J].环境科学，2007，28（1）：92－97.

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Synthesis and characterization of quaternary ammonium salts of dimethylallylamine/bromoalkane

ZHAO Wen－shan，ZHANG Lei，CUI Yuan－chen，RU Yang

（CollegeofChemistryandChemicalEngineering，HenanUniversity，Kaifeng475004，Henan，China）

Dimethylallylamine bromide quaternary ammonium salts were synthesized by using dimethylallylamine and bromoalkane as the starting materials.The effects of reaction temperature，ratio of reactants，reaction time and solvents on the yield of target products were investigated，and the optimum reaction conditions were established.In the meantime，the structure of as－synthesized products was characterized by means of infrared spectrometry，nuclear magnetic resonance spectroscopy（1H NMR）and mass spectrometry.

dimethylethylallylammonium bromide；dimethylbutylallylammonium bromide；quaternary ammonium salts

O 623.7

A

1008－1011（2011）06－0049－03

2011－08－13.

赵文善（1959－ ），男，副教授，研究方向：有机合成.