一种新型季铵碱的合成方法研究*

马鹏飞，韩生华，张海荣，刘红艳，许　琳（山西大同大学化学与环境工程学院，山西大同037009）



一种新型季铵碱的合成方法研究*

马鹏飞，韩生华，张海荣，刘红艳，许琳
（山西大同大学化学与环境工程学院，山西大同037009）

摘要：以Mg（OH）2、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为原料，使用沉淀转化的方法,制备出十六烷基三甲基氢氧化铵，并对其结构进行了红外光谱和核磁共振氢谱表征。研究了采用固体不溶性的氢氧化物和季铵盐来合成季铵碱的工艺条件，得到了最佳的反应条件，发现了一条合理的制备方法。

关键词：十六烷基三甲基溴化铵；氢氧化镁；季铵碱；合成

季铵碱（quaternaryammonium hydroxide）是一种碱性很强的化合物。在化工领域中，其作用重大。季铵碱可以作为偶联反应的原料，也经常被用作发生烷基化反应和去质子化反应的相转移催化剂［1］。在合成分子筛时，一些季铵碱可以作为模板剂，能够大大降低生产成本。具有C12以上烷基的季铵碱，可以作为一种表面活性剂，具有杀菌，柔软等功能［2］。某些低级碳链的季铵碱具有生理活性，可以被用作治疗一些疾病的药物，还被用作饲料添加剂［3,4］。

因此，季铵碱的制备已经成为一项很有实际意义而且非常重要的工作，受到许多人的关注。在制备方法上主要有以下几种：氧化银法、电解法、离子交换法等［5-7］。这几种方法各有利弊，氧化银法目前是国内生产季铵碱的主要方法，但其生产成本较高。采用电解法来制备季铵碱反应比价复杂，实用性较差。离子交换法中季铵型阴离子交换树脂对盐的结合力要远大于对碱的结合力，因此，使用起来比较困难。本文尝试用一种固体不溶性的氢氧化物和季铵盐来制备季铵碱。以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为原料，与Mg（OH）2反应，以希望合成高纯度的季铵碱。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

X-4型数字显微熔点测定仪；IR-960傅立叶变换红外光谱仪；SHB-3型循环水多用真空泵，Bruker-500核磁共振谱仪；DF-101S恒温加热磁力搅拌器；TGL21M台式高速冷冻离心机；R-201旋转蒸发器。

十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），Mg（OH）2，三氯甲烷，以上均为分析纯。

1.2十六烷基三甲基氢氧化铵（CTOH）的合成

十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）与Mg（OH）2的反应式如下：

在装有搅拌器的圆底烧瓶中，加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）3.64g，溶解到三氯甲烷中，将研细的Mg（OH）2固体17.4g加入到上述溶液中，搅拌，加热回流。反应过程中，取少量上层液体，离心，将上层清液与AgNO3溶液作用，如出现黄色沉淀，则表明反应未完全；如沉淀为白色并逐渐变灰，则初步表明反应完全。应停止反应，约需24h，然后趁热抽滤，将滤液离心，收集上层清液，减压蒸馏，得到固体，干燥，称重。

2　结果与讨论

2.1产物的合成

在十六烷基三甲基氢氧化铵（CTOH）的合成实验中，分别考察了十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、氢氧化镁的摩尔比，反应时间、反应温度和溶剂的选择对产物产率的影响。根据实验结果表明，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）与Mg（OH）2的摩尔比为1∶3、反应时间为24h，溶剂为三氯甲烷的条件下，季铵碱的产率为84.8%。

2.2产物的红外光谱分析

图1为产物十六烷基三甲基氢氧化铵的红外光谱图。

图1　十六烷基三甲基氢氧化铵（CTOH）的红外光谱图Fig.1 IR spectra of CTOH

由图1可知，产物季铵碱的红外光谱，在3014、2868cm-1处的峰值为甲基、亚甲基的伸缩振动吸收峰，其振动吸收带在820～950cm-1的范围内。在1485cm-1出现CH3-N-CH3的特征吸收峰，3215cm-1为OH的伸缩振动峰。

2.3产物的核磁共振光谱分析

目标化合物十六烷基三甲基氢氧化铵（CTOH）的核磁共振氢谱见图2。

图2　十六烷基三甲基氢氧化铵（CTOH）的核磁共振氢谱谱图Fig.21H NMR spectra of CTOH

由图2中可见，在1.30、1.32、1.33和1.82处的化学位移为4个甲基上的氢原子所产生的。3.33-3.78范围内的位移为亚甲基中的氢原子所产生的。由于其结构相似，表现为多重峰。4.8位置处的单峰为OH上的氢原子所表现出来。由于受到脂肪基的影响，位移向低场移动，出现在4.8处。

3　结论

采用Mg（OH）2和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）来制备十六烷基三甲基氢氧化铵（CTOH）的方法很成功。实验结果表明：以三氯甲烷为溶剂，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）与Mg（OH）2用量之比为1∶3（摩尔比），回流搅拌24h，可获得高产率的产物，其结构经红外光谱和核磁共振氢谱确证，与理论结构相符。该方法工艺简单，反应副产物少，产率较高，对季铵碱的工业化生产具有重要的意义。

参考文献

［1］杨冬花,管维维,葛超，等. Mg-APO-31磷酸铝分子筛合成［J］.工业催化，2011, 19（4）:26-31.

［2］唐伟月,耿涛,姜亚洁，等.十二烷基三甲基氢氧化铵与烷基糖苷复配体系的表面活性和应用性能［J］.精细化工，2015, 32 （11）:1208-1211.

［3］李秋月,程星烨,王金芳，等.延胡索季铵碱成分在Caco-2细胞模型中的吸收转运［J］.中国医院药学杂志，2013,33（2）:89-92.

［4］孙默然,张秋荣,杨华.烯胺型四氢异喹啉季铵碱化合物的合成［J］.化学研究与用，2011, 23（10）:1359-1363.

［5］高彦春,杨座国.四丁基氢氧化铵制备方法及应用［J］.石油化工技术与经济，2011, 27（1）:33-37.

［6］边艳芳,王建友,董恒，等.双极膜电去离子过程制备四甲基氢氧化铵［J］.水处理技术，2011, 37（2）:35-38.

［7］杨恺,安茂忠,杨春晖，等.季铵碱树脂催化三甲氧基硅烷制备甲硅烷［J］.材料科学与工艺，2012, 20（1）: 1-5.

Study on synthesis a new type of quaternary ammonium hydroxide*

MA Peng-fei，HAN Sheng-hua，ZHANG Hai-rong，LIU Hong-yan，XU Lin
（School of Chemistry and Chemical Engineering, Shanxi Datong University,Datong 037009, China）

Abstract：The target compound cetyltrimethylammonium hydroxide（CTOH）had been synthesized from magnesium hydroxide and hexadecyl trimethyl ammonium Bromide（CTAB）. Their structures were charactered with IR and H NMR. The process conditions that prepared quaternary ammonium hydroxide from solid insoluble hydroxide and quaternary-N were studied. We got the best reaction conditions and found the good way of synthesis quaternary ammonium hydroxide.

Key words：CTAB；magnesium hydroxide；CTOH；synthesis

中图分类号：O624.6

文献标识码：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160404

收稿日期：2016-01-06

基金项目：国家自然科学基金（21506120）；山西大同大学博士启动基金项目（QD201049）；大同市科技攻关项目（2015021）

作者简介：马鹏飞（1978-），男，山西应县，工学学士，实验师，主要从事应用化学与教学工作。