本發(fā)明涉及一種季銨鹽Gemini表面活性劑，具體地說，涉及一種可同時提供氫鍵和π鍵的季銨鹽Gemini表面活性劑。

背景技術(shù)：

Gemini表面活性劑即雙子表面活性劑，是指兩個雙親組分在親水頭基處或距親水頭基很近的烷基鏈上由連接基團將它們連接在一起而形成的雙頭雙尾表面活性劑，其結(jié)構(gòu)示意如下所示。1a表示連接基團連接在兩個親水頭基處的gemini表面活性劑，1b則表示連接基團連接在距親水頭基很近的烷基鏈上的gemini表面活性劑。由于gemini表面活性劑的兩個親水頭基及連接基團是可變的，因此它的結(jié)構(gòu)具有很大的靈活性。人們可以通過改變頭基、尾鏈、連接基團和反離子的種類和性質(zhì)等來設計自己需要的表面活性劑。

大量的研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)表面活性劑相比，Gemini表面活性劑具有更低的臨界膠束濃度，更高的表面活性，更好的潤濕性、可溶性、發(fā)泡性及鈣-皂 分散性，更低的C₂₀值(降低20mN/m表面張力處的濃度)和γ_CMC(在CMC處的表面張力)。Gemini表面活性劑在材料、石油、涂料、紡織、日化等領(lǐng)域均具有潛在的應用價值。由于Gemini表面活性劑獨特的分子結(jié)構(gòu)及其優(yōu)異的物理化學性質(zhì)，進年來Gemini表面活性劑逐漸成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前Gemini表面活性劑分子中可提供的弱相互作用較為單一的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種可同時提供氫鍵和π鍵等弱相互作用的季銨鹽Gemini表面活性劑，以拓展Gemini表面活性劑在抗菌、染整、洗滌等方面的應用范圍。

一種可同時提供氫鍵和π-π作用的季銨鹽Gemini表面活性劑的結(jié)構(gòu)式如下所示。

其中，R為C₄-C₂₀的烷基；具體地，R可根據(jù)使用溶劑的不同來選擇，如使用溶劑為水，則R可選C₄-C₈的烷基；；如使用溶劑為有機溶劑，則R可選擇C₁₀-C₂₀的烷基；

R₁為CH₃或者CH₂CH₂OH；

R₂為苯環(huán)或者聯(lián)苯；

A為F，Cl，Br，I等陰離子；

本發(fā)明所述的Gemini表面活性劑的制備方法簡單，具體如下：將一定摩爾比的含有不同數(shù)量羥基的仲胺和鹵代烷烴溶于乙醇中，在35-70℃反應8-72小時；反應結(jié)束，減壓蒸餾。用乙醚或者石油醚對產(chǎn)物進行提純處理，得到含有不同羥基數(shù)量的叔胺中間體；將該中間體與含有苯環(huán)和聯(lián)苯的二溴取代物溶于乙醇中，在一定溫度下反應48-96小時，反應結(jié)束，減壓蒸餾，用體積比為1:1-1：10的乙醇/乙酸乙酯溶液對產(chǎn)物進行重結(jié)晶，得到連接基團為苯環(huán)或者聯(lián)苯的Gemini表面活性劑，其合成路線如下所示：

其進一步的技術(shù)方案為：

不同數(shù)量羥基的仲胺和鹵代烷烴的摩爾比為1:1-5:1；

對中間產(chǎn)物的提純方法，對于R₁為CH₃，R為C₄-C₁₄時采用石油醚和水進行分液，保留石油醚相；當R₁為CH₂CH₂OH，R為C₄-C₁₄時,采用乙醚和水進行分液，保留乙醚相；R為C₁₆-C₂₀時，采用石油醚對粗產(chǎn)物進行重結(jié)晶。

合成Gemini表面活性劑時，為了達到實驗所需的反應溫度，溶劑乙醇的用量較少，當叔胺中間體為液體時，乙醇的質(zhì)量和書胺中間體的質(zhì)量為1:1-3:1；當叔胺中間體為固體時，乙醇的用量以完全溶解固體原料為準。

合成Gemini表面活性劑時，當R₁為CH₃時，反應溫度為90-110℃，當R₁為CH₂CH₂OH時，反應溫度為115-135℃。

附圖說明

附圖為Gemini表面活性劑的合成示意圖

具體實施方法

實施例1

Gemini表面活性劑[R＝C₁₂H₂₅,R₁＝CH₃,R₂為苯環(huán)，A＝Br]的制備

(1)稱取0.2mol 2-甲氨基乙醇和0.1mol十二烷基溴置于250mL圓底燒瓶中，加入無水乙醇作溶劑。40℃下磁力攪拌反應48h.反應結(jié)束后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑。加入石油醚和水進行分液，保留石油醚相，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，減壓蒸餾得到產(chǎn)品，產(chǎn)率為85％。

¹H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me₄Si)：δ4.23(s,1H),3.43(s,2H),2.35(m,2H),2.27(m,2H),1.37(s,2H),1.24(m,18H),0.86(t,3H)

MS(70eV)m/z(％):242(M⁺，0.53),212(95),88(72),58(100)。

(2)稱取0.025mol反應步驟(1)所得的產(chǎn)物和0.01mol對二芐基溴于500ml原地燒瓶中，加入無水乙醇20ml作為溶劑，100℃下反應72h，反應完成后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，然后用乙醇/乙酸乙酯混合溶液(v：v＝1:5)重結(jié)晶至少3次，得到最終產(chǎn)物，收率為35.4％。

¹H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me₄Si)：δ7.70(s,4H),5.34(t,2H),4.66(m,4H),3.91(m,4H),3.35(m,4H),3.29(m,4H),2.98(s,6H),1.80(s,4H),1.30(m,36H),0.87(t,6H)。

實施例2

Gemini表面活性劑[R＝C₁₈H₃₇,R₁＝CH₃,R₂為苯環(huán)，A＝Br]的制備

(1)稱取0.2mol 2-甲氨基乙醇和0.1mol十八烷基溴置于250mL圓底燒瓶中，加入無水乙醇作溶劑。40℃下磁力攪拌反應48h.反應結(jié)束后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，然后用石油醚重結(jié)晶三次得到產(chǎn)品，產(chǎn)率為82％。

¹H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me₄Si)：δ4.56(s,1H),3.58(s,2H),2.56(m,2H),2.30(m,2H),1.41(s,2H),1.27(m,36H),0.86(t,3H)。

(2)方法同實施例1中的第二步，收率為38.6％。

¹H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me₄Si)：δ7.78(s,4H),5.47(t,2H),4.65(m,4H),3.97(m,4H),3.47(m,4H),3.30(m,4H),2.86(s,6H),1.87(s,4H),1.33(m,72H),0.87(t,6H)。

實施例3

Gemini表面活性劑[R＝C₁₂H₂₅,R₁＝CH₂CH₂OH,R₂為聯(lián)苯，A＝Br]的制備

(1)稱取0.2mol二乙醇胺和0.1mol十二烷基溴置于250mL圓底燒瓶中，加入無水乙醇作溶劑。55℃磁力攪拌反應48h.反應結(jié)束后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑。加入乙醚和水進行分液，保留乙醚相，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，減壓蒸餾得到產(chǎn)品，產(chǎn)率為87％。

¹H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me₄Si)：δ4.25(s,2H),3.41(m,4H),2.48(m,4H),2.40(m,2H),1.37(s,2H),1.27(m,18H),0.85(t,3H)

MS(70eV)m/z(％):272(M⁺，0.45),242(5.3),160(100),116(32),73(8.6)。

(2)稱取0.025mol反應步驟(1)所得的產(chǎn)物和0.01mol 4,4’-二溴甲基聯(lián)苯于500ml原地燒瓶中，加入15ml無水乙醇作為溶劑，125℃下反應72h，反應完成后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，然后用乙醇/乙酸乙酯混合溶液(v：v＝1:10)重結(jié)晶至少3次，得到最終產(chǎn)物，收率為53.4％。

¹H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me₄Si)：δ7.70(s,4H),5.38(t,4H),4.74(s,4H),3.92(m,8H),3.41(m,8H),3.37(m,4H),1.81(s,4H),1.25(m,36H),0.87(t,6H)。

實施例4

Gemini表面活性劑[R＝C₁₈H₃₇,R₁＝CH₂CH₂OH,R₂為聯(lián)苯，A＝Br]的制備

(1)稱取0.2mol二乙醇胺和0.1mol十八烷基溴置于250mL圓底燒瓶中，加入無水乙醇作溶劑。55℃磁力攪拌反應48h.反應結(jié)束后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，然后用石油醚重結(jié)晶得到產(chǎn)品，產(chǎn)率為80％。

¹H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me₄Si)：δ4.31(s,2H),3.43(m,4H),2.43(m,4H),2.37(m,2H),1.41(s,2H),1.25(m,36H),0.86(t,3H)

(2)方法同實施例3中的第二步，收率為50.1％。

¹H NMR(400Hz，氘代DMSO，Me₄Si)：δ7.70(s,4H),5.32(t,4H),4.70(s,4H),3.91(m,8H),3.45(m,8H),3.33(m,4H),1.89(s,4H),1.28(m,72H),0.87(t,6H)。