非离子表面活性剂腰果基葡糖酰胺的合成

王晨晨，刘松涛，雒廷亮*，张 娟

（1.郑州大学 化工与能源学院，河南 郑州 450001；2.河南省天择实业有限责任公司，河南 郑州 450001）

0 引言

表面活性剂是一类具有明显改变溶液体系界面特性的化学物质，是重要的精细化学品，其应用十分广泛，几乎渗透到所有的工业领域［1］。在工业中，表面活性剂的用途主要分为工业清洗使用和工业助剂使用两大类［2］。非离子表面活性剂在各类工业和民用领域均被大量使用，在产量上是仅次于阴离子表面活性剂的重要性能添加剂品种。随着环氧乙烷等用于合成非离子表面活性剂的重要原料成本的降低，工艺的改进，其消费量正在迅速增长，产量有超过其他类型表面活性剂的趋势［3］。

由于煤炭、石油资源的过量开采，传统表面活性剂的主体原料日益紧缺，这在一定程度上制约了表面活性剂工业的发展。同时，传统的石油化工产品对环境的污染过于严重，三废处理困难，不符合可持续发展的要求。因此，研发以天然可再生产物为原料，制备绿色环保、对人体无刺激、易生物降解的绿色表面活性剂具有重要意义［4～5］。本文通过利用腰果酚这类天然酚类化合物，安全环保，绿色无毒，廉价易得，作为替代壬基酚合成非离子表面活性剂，开拓了新的研究领域和研究途径［6］。

1 实验设施及工艺

1．1 实验试剂及仪器

实验所用的主要药品与试剂有：腰果基环氧丙烷（CEI），自制，无色透明固体粉末；二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺，自制，白色固体粉末；二甲基亚砜，分析纯，天津科密欧试剂有限公司生产。

实验仪器设备包括：HH-WO型恒温水浴锅，巩义市予华仪器有限责任公司生产；SENCO-R型旋转蒸发器，上海申生科技有限公司生产；FTIR-8400S傅里叶红外光谱仪，美国Thermo Nicolet公司生产；AV400核磁共振谱仪，德国Bruker公司生产。

1．2 合成方法

合成工艺路线如图1所示。

图1 实验产物合成路线图Fig.1 Combination flow of the test product

在装有回流冷凝管、温度计、搅拌棒的三口瓶中，按一定比例加入一定量的腰果基环氧丙烷和二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺，100 mL 的二甲基亚砜，80℃下搅拌。反应完毕后，除去溶剂，用石油醚重结晶3次，得到黄色膏状固体［7～8］。该产品纯度在99%以上。

2 实验结果分析

2．1 腰果基葡糖酰胺的结构表征

2．1．1 腰果基葡糖酰胺的红外图谱分析

腰果基葡糖酰胺红外光谱图如图2。

由图2可知，波数3 349.03 cm-1处为羟基吸收峰，2 853.32 cm-1处、2 923.58 cm-1处分别为脂肪长链上的甲基亚甲基C-H饱和键的特征吸收峰，1 616.38~1 427.09 cm-1处为苯环骨架震动特征峰，1 159.27 cm-1处为-C-O-C醚键特征峰，873.5 cm-1处、694.78cm-1处为苯环的间位取代吸收峰。

图2 产物的IR谱图Fig.2 IR spectrum of the product

2．1．2 腰果基葡糖酰胺的核磁氢谱分析

腰果基葡糖酰胺核磁氢谱图如图3所示。

由图 3 可知，δ6.700～7.153 ppm（4H）为苯环上的氢原子，δ4.370～4.466 ppm（13H）为酚羟基和醚键中与氧原子相连的氢原子，δ3.401～3.953 ppm（15H）为与酰胺基和酚酰胺基相连的亚甲基上的氢原子，δ2.483～2.563 ppm（12H）为与苯环相邻亚甲基和氮原子相连的亚甲基的氢原子，δ1.05～1.21 ppm（26H）为苯环侧链上亚甲基-CH2-的氢原子，δ1.024～1.05 ppm（3H）为甲基-CH3-的氢原子。

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图3 产物核磁共振1H NMR谱图Fig.3 1H NMR spectrum of the product

2．1．3 腰果基葡糖酰胺的核磁碳谱分析

腰果基葡糖酰胺核磁氢谱图如图4所示。

由图4可知，δ14.1为脂肪长链末端的甲基上的碳原子，δ22.9 ppm为脂肪长链与末端甲基相连的亚甲基上的碳原子，δ25～35 ppm为脂肪长链中间的亚甲基的碳原子，δ40～45 ppm为环氧基上碳原子，δ48 ppm为NH-CH2-的碳原子，δ63 ppm为-CH2-OH的碳原子，δ60～70 ppm 为与醚键相连的碳原子，δ70～74 ppm为-CH-OH的碳原子，δ110～115 ppm为苯环上-O-ph-临位的两个碳原子，在δ130 ppm为-O-ph-以及脂肪链对位的碳原子，δ140 ppm为与脂肪链相连的苯环上的碳原子，δ155～160 ppm为与醚键相连的苯环上的碳原子。

图4 产物核磁共振13C NMR谱图Fig.4 13C NMR spectrum of the product

2．2 合成工艺研究

2．2．1 溶剂的选择

对原料腰果基环氧丙烷和 ［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺分别在不同有机溶剂中的溶解度进行测定，结果发现，腰果基环氧丙烷在大部分有机溶剂中都有良好的溶解性。但是，二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺仅仅在水中和二甲基亚砜中具有良好的溶解性，而在常规的有机溶剂中溶解度非常小。考虑采用两种体系作为反应溶液：水和醇（甲醇或者乙醇）的混合体系、二甲基亚砜体系。通过实验发现，在二甲基亚砜中反应效果更好，产物收率更高。因此，采用二甲基亚砜作为反应溶剂。

2．2．2 原料配比的影响

以二甲基亚砜为溶剂，在反应温度、反应时间相同的情况下，考察原料配比n（腰果基环氧丙烷）∶n（二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺）的不同对产物收率的影响，其结果如表1所示。

表1 原料配比对反应收率的影Table 1 Influence of raw materials ratio to the yield ofreaction

2．2．3 反应温度的影响

以二甲基亚砜为反应溶剂，在原料配比、反应时间相同的情况下，考察恒温反应温度的不同对产物的收率的影响，其结果如图5所示。

由图5可以看出，当原料配比、反应时间相同时，随着反应温度的升高，产物收率越来越高。当温度增加到80℃时，产物收率达到最高，之后再增加温度收率呈减小趋势。因此，较佳的反应温度为80℃。

图5 反应温度对产物收率的影响Fig.5 Influence of reaction temperature to the yield of the product

2．2．4 反应时间的影响

以二甲基亚砜为溶剂，在原料配比、反应温度相同的情况下，考察反应时间的不同对产物收率的影响，其结果如图6所示。

由图6可以看出，在原料配比、反应温度相同的情况下，在较短的恒温反应时间内，产物收率较低，增大恒温反应时间后，收率增加。当t＝10h时，产物收率最高，而进一步增加反应时间，产物收率降低。分析原因可能是，反应时间较短时，主反应不完全而收率较低。随着反应时间的增加，反应继续进行。当反应时间过长时，酰胺进一步发生了副反应，使得收率降低。

图6 反应时间对产物收率的影响Fig.6 Influence of reaction time to the yield of the product

3 结论

以腰果基环氧丙烷和二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺为原料合成了腰果基葡萄糖酰胺。考察了原料配比、反应温度和反应时间等因素对反应收率的影响。在单因素实验基础上，获得了适宜的工艺条件：二甲基亚砜 100mL，n（腰果基环氧丙烷）∶n（二［2-（D-葡萄糖酰胺基）乙基］胺）＝1∶1.5，反应温度 80℃，反应时间 10h。最终产率可达92.5%，产品纯度在99%以上。

［1］王世荣，李祥高，刘东志等．表面活性剂化学［M］．北京:化学工业出版社，2005．

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