N-月桂酰基乙二胺二乙酸钠的合成及性能研究*

徐 冰，贾丽华，郭祥峰

（1.齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院,黑龙江 齐齐哈尔161006；2.黑龙江省高校精细化工重点实验室,黑龙江 齐齐哈尔161006）

N-酰（烷）基ED3A（乙二胺三乙酸）类表面活性剂是集表面活性与螯合功能于一身的新型表面活性剂[1]，不仅具有优良的泡沫、乳化、螯合、去污、防腐、配伍等性能[1-3]，且具有对人体无刺激、环境友好、易生物降解[2]等优点。90年代，Parker[2]等开发了N-酰基ED3A螯合型表面活性剂。近年来N-酰（烷）基ED3A螯合型表面活性剂的合成受到研究者的广泛关注[1,2]。提高该类表面活性剂在硬水中的稳定性，可改善其性能[3]。

本文以月桂酸和乙二胺为原料合成了中间体N-月桂酰基乙二胺（LED），再与氯乙酸钠反应，得到N-月桂酰基乙二胺二乙酸钠（LEDC），利用IR和1HNMR表征了结构，研究了其水溶液的表面活性，泡沫、乳化及硬水中的稳定性，为该类表面活性剂的应用奠定了一定的理论基础。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

实验所用试剂均为市售化学试剂。

X-6型显微熔点测定仪（北京泰克仪器有限公司）；DZF-6021型真空干燥器（上海一恒科技有限公司）；K10型表面张力仪（德国Krüss公司）；Nicolet Avatar-370傅立叶红外光谱仪（美国尼高力公司）；AV-400核磁共振仪（德国Bruker公司）。

1.2 合成

类似化合物的合成反应条件，合成了中间体[4]和目标产物。反应方程式如下：

向装有冷凝管和温度计的三口烧瓶中加入19.9g（0.33mol）乙二胺，将溶于 18.2g（0.20mol）甲苯中16.5g（0.082mol）月桂酸，缓慢滴至三口烧瓶中，N2保护下回流，通过酸值滴定监控反应，10h时转化率达84.4%，停止反应，减压蒸去甲苯及过量乙二胺，经乙醇重结晶，得白色固体13.3g。收率：66.7%，熔点：78.1～79.6℃（文献熔点为 80～81℃），记为LED。

向装有冷凝管和温度计的三口烧瓶中加入4.711g（0.019mol）LED和10mL乙醇，加热至LED完全溶解，快速滴加NaOH溶液4.980g（0.043mol），加热至回流，通过氢氧化钠饱和溶液控制体系的pH值为8～9之间，TLC监控反应，pH值不变后，停止反应，烘干后得浅黄色固体4.72g。收率：60.5%，熔点＞240℃，记为 LEDC。

1.3 性能测定

采用吊环法测定LEDC水溶液的表面张力（γ），以γ对浓度对数作图得γ-lgc曲线，由该曲线得出临界胶束浓度（CMC）及临界胶束浓度下的表面张力（γCMC）。采用振荡法[4]测定泡沫性能。采用分水时间法[5]测定乳化性能。按照GB/T7381-93的标准[6]测定表面活性剂在硬水中稳定性等级。

2 结果与讨论

2.1 LED和LEDC的结构表征

LED:1H-NMR（400 MHz,CDCl3）,δ（*10-6）:0.86～0.94（m,3 H,CH3-）,1.26～1.40 （t,16 H,CH3-（CH2）8-）,1.56～1.61（m,2H,-CH2-CH2-CO-）,2.15～2.20 （m,2H,-CH2-NH2）,2.24～2.28 （t,2H,-CH2-CH2-CO-）,2.90～2.93 （t,2 H,-CH2-NH2）,3.37～3.41（m,2H,-CO-NH-CH2-）,6.597（s,1H,-CO-NH-）.IR（KBr）v:3080,2913,2843,1634,1446,943～624 cm-1。

LEDC:1H-NMR（400 MHz,D2O）,δ（*10-6）:0.82～0.86（t,3 H,CH3-）,1.256（s,16 H,CH3-（CH2）8-）,1.55～1.56 （d,2 H,-CH2-CH2-CO-）,2.25～2.29（t,2H,-CH2-CH2-CO-）,2.81～2.93（t,2 H,-CO-NH2-CH2-CH2-）,3.61～3.73（m,2 H,-CO-NH-CH2-）,3.915（s,4H,-（CH2COONa）2）,4.43 ～ 4.47（d,1H,-CO-NH-）.IR （KBr）v:3298,3080,2921,2847,1625,1384,890～600 cm-1。

2.2 溶液性能

分别在 25、35、45℃，测定 LEDC水溶液的γ-lgc曲线（图1）。

图1 LEDC的γ-lgC曲线Fig.1 γ-lgC plots of LEDC

从图1可知，曲线中无表面张力极小值出现，说明产品纯度较好。随溶液温度升高，LEDC水溶液的γ下降。其CMC及γCMC见表1。25℃下，LEDC的CMC值为1.9mmol·L-1，比N-月桂酰基乙二胺三乙酸钠（CMC=8mmol·L-1）的 CMC 小[7]。溶液的温度升高，LEDC水溶液的γCMC下降，CMC随着温度的升高先减小后增大。

表1 不同温度下LEDC的CMC和γCMCTab.1 CMC and γCMC of LEDC at different temperatures

在相同条件下测定了LAS和OP-10水溶液泡沫性能，结果见表2。

表2 表面活性剂的泡沫性能（25℃）Tab.2 Foam properties of surfactants at 25℃

由表2可知，LEDC的泡沫性能介于LAS和OP-10之间，具有一定的发泡性及稳泡性。

LEDC的乳化性能见表3。

表3 LEDC的乳化性能（25℃）Tab.3 Emulsifying properties of LEDC at 25℃

由表3可知，LEDC的乳化性能优于LAS和OP-10，乳化性能较好。

按GB/T 7381-93方法测定LEDC和LAS在硬水中的稳定性，结果见表4。

表4 在硬水中的稳定性Tab.4 Stability in hard water

表面活性剂在硬水中的稳定性可用平均稳定性的评分值总和来衡量，分值越高，稳定性越好。由表4可知，LEDC在硬水中的稳定性优于LAS，抗硬水能力较强，且随水硬度的变化较小。

3 结论

本文以月桂酸、乙二胺和氯乙酸钠为原料，合成了一种新的螯合型表面活性剂LEDC。25℃下，该表面活性剂的CMC为1.9mmol·L-1，与N-月桂酰基乙二胺三乙酸钠（CMC=8.0mmol·L-1）相比[8]，具有更低的临界胶束浓度。LEDC的泡沫性能介于LAS和OP-10之间，乳化能力强于两者，在硬水中的差示稳定性为，优于LAS，抗硬水能力较强，值得深入研究。

参考文献

［1］牛金平,韩亚明.螯合性表面活性剂的制备工艺与应用性能（Ⅳ）N-酰基ED3A的应用性能［J］.日用化学工业,2008,38（1）:59-61.

［2］约瑟夫J克鲁登,布赖恩A帕克.刘骥（译）.N-酰基乙二胺三乙酸——一种具有螯合性能的表面活性剂［J］.日用化学品科学,1998,20（3）:91-96.

［3］王西新,侯坤章,行文茹.N-十六烷基乙二胺二乙酸钠的合成及性能［J］.日用化学工业,2004,34（4）:268-269.

［4］刘亚妮,杨建洲,曹鹤,等.一种硬脂酸酯季铵盐表面活性剂的合成及性能［J］.日用化学工业,2010,40（1）:10-13.

［5］翟文杰,马腾,等.苯并咪唑阳离子缩醛型表面活性剂的合成及性能［J］.精细化工,2010,27（11）:1060-1063.

［6］GB/T7381-1993表面活性剂在硬水中稳定性的测定方法［S］.

［7］SukkaryMM,Soliman E A,Ismail D A.Synthesis and Properties of some N-acyl ethylenediamine triacetic acid Chelating Surfactants［C］,14th International Electronic Conference on Synthetic Organic Chemistry,2010,（11）:1-9.