一种对甲苯磺酸酯基双子季铵盐及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种双子季铵盐的制备方法，具体涉及一种对甲苯磺酸酯基双子季铵 盐及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 双子表面活性剂(Gemini surfactant)是通过特殊的联接基团在其头基或靠近头 基处以化学键方式将两个传统的表面活性剂分子连接而成的一种新型表面活性剂。
[0003] 酯基双子表面活性剂因疏水链中含有酯基结构很容易水解成非表面活性片段，其 生物降解性能好，且具有卓越的表面活性。因而是良好的化工中间体及性能良好的表面活 性剂。
[0004] 中国专利CN 104262182 A将卤代羧酸或卤代乙酰卤和长碳链醇按一定比例混合 在无溶剂条件下，反应得到卤代羧酸酯。再将上述得到的所述α_卤代羧酸酯反应中间体 与四甲基二胺以一定比例混合，适量溶剂作用下，反应得到谈黄色透明液体，冷却析出白色 固体物质，经过滤真空干燥得到新型双长链酯基"双子座"季铵盐成品。该化合物具有生物 降解性强、亲水性良好的优点。然而在水解之后，该分子链中断裂的长碳链链醇在水中的溶 解度较差，可最终造成水体的部分乳化，造成二次污染。
[0005] 中国专利CN 101537324Α通过在有机溶剂中将二(二甲基氨基乙基)碳酸酯与溴代 正十六烷基进行季铵化反应，而得到产品碳酸酯基阳离子表面活性剂。结果表明其具有良 好的缓蚀性能。该碳酸酯基双子季铵盐在水解后，依然呈现两个单季铵盐分子结构，既降低 了分子量，又不致产生水体进一步污染。然而作为一种缓蚀剂，其分子量的骤降，导致金属 表面分子膜的排列受阻，虽提高了其降解性能，但对缓蚀性能却有所降低。
[0006] 困扰酯基双子季铵盐发展的问题是，降解只能小范围内分解，不能真正达到环保 的要求。
【发明内容】
[0007] 为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种对甲苯磺酸酯基双子季铵盐 及其制备方法，其改善了普通酯基双子季铵盐反应基团少的缺点，利用对甲苯磺酸酯基易 离去的特点，制备出一种应用范围广的化工中间体，且其本身可用于废水中对钢材管道的 缓蚀作用，并且对水体不会造成进一步的污染。
[0008] 为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
[0009] -种对甲苯磺酸酯基双子季铵盐，该双子季铵盐的结构如下：
[0010:
[0011] 其中 11 = 7、9、11、13、15或17。
[0012] -种对甲苯磺酸酯基双子季铵盐的制备方法，包括以下步骤：
[0013] 1)将长链烷基叔胺、异丙醇加入到容器中，加热到40~60°C后，向容器中滴入盐 酸，滴毕后，搅拌均匀，再向容器中滴加环氧氯丙烷，并升温至80~130°C，滴加完毕后反应9 ~15h，得粗产物，纯化后，得到羟丙基双子季铵盐;其中，盐酸、长链烷基叔胺、环氧氯丙烷 的摩尔比为(0.95~1.1) :(2.0~2.15) :(0.95~1.1);
[0014] 2)将羟丙基双子季铵盐和对甲苯磺酰氯加入到溶剂中，搅拌均匀后，搅拌下于50 ~80 °C下，滴加 NaOH溶液至反应体系的pH值至8-9,反应完全后，停止搅拌和加热，得粗产 物，纯化后，得到对甲苯磺酸酯基双子季铵盐;其中，羟丙基双子季铵盐和对甲苯磺酰氯的 摩尔比为(0.95~1.05) :(1.2~1.5)。
[0015]所述步骤1)中长链烷基叔胺为八烷基二甲基叔胺、十烷基二甲基叔胺、十二烷基 二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺或十八烷基二甲基叔胺。
[00?6] 所述步骤1)中异丙醇与长链叔胺的比为（1~20)mL: 0 · Olmol。
[0017] 所述步骤1)中盐酸的浓度为1 · 5~3mol/L。
[0018] 所述步骤1)中搅拌速度为450~750r/min。
[0019] 所述步骤1)中滴加环氧氯丙烷时，滴加开始时温度为50°C，然后程序升温，滴加完 毕时加热至80~130°C ;滴加环氧氯丙烷的时间为30分钟。
[0020] 所述步骤1)中纯化的具体过程如下：将粗产物在85°C、0.09MPa下减压旋蒸除溶 剂，再在6(TC下溶解于丙酮中，并在室温下进行重结晶，抽滤，复溶，重复三次后，干燥，得到 羟丙基双子季铵盐。
[0021] 所述步骤2)中NaOH溶液的质量分数为25 % ;所述步骤2)中溶剂为三氯甲烷，且三 氯甲烷与羟丙基双子季铵盐的比为（10~20)mL:0.0 lmol。
[0022] 所述步骤2)中纯化的具体过为：调节粗产物的pH值至7,然后进行分液，并将氯仿 层收集，旋蒸后除掉多余氯仿，用丙酮进行溶解，静置，出现白色粉末状沉淀后，过滤，烘干， 得到白色粉末，即为对甲苯磺酸酯基双子季铵盐。
[0023] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果:本发明的对甲苯磺酸酯基双子季铵盐 中同时具有两个亲水性季铵盐基团，且联结基中对甲苯磺酸酯基苯环的平面结构，以及磺 酸酯基中杂原子的孤对电子与金属表面易形成配位键，使分子在铁管壁形成薄膜，对钢材 管道的缓蚀作用有一定优势。而分子中对甲苯磺酸酯基在一定条件下易于离去，因此其还 可以作为一个反应中间体继续进行有机化合反应，进而在同一个分子中引入多个亲水性基 团。本发明中的磺酸酯基在水中水解较难，不易分解，因而对水体不会造成进一步的污染。
[0024] 本发明在对甲苯磺酸酯基双子季铵盐的制备过程前期，采用一步法先将环氧基团 在酸性条件下开环，从而进行双分子亲核反应，得到2-羟丙基-3-氯-二甲基长链烷基氯化 铵，再延长反应时间发生长链叔胺进攻碳-氯键的Sn2反应，从而得到羟丙基为联结基的双 子季铵盐。在环氧化合物的开环反应中，H+与环氧基团结合容易，使得叔胺作为亲核试剂在 进攻碳正离子时更为迅速;而且，在第二步反应中，体系中已有季铵盐表面活性剂的存在， 其作为一种表面活性剂极大地促进了季铵化的进行，总体上提高了反应速率。而在后期的 酯化反应中，醇羟基与酰氯基团反应迅速，仅需合理控制缚酸剂的加入，反应则很容易进 行。因而此发明制备过程简单，目标产物明确，副产物少，提纯工艺简洁。
[0025]进一步的，本发明中盐酸的浓度为1.5~3mol/L。若是小于1.5mol/L，则需要的盐 酸量比较大，除溶剂时不易除净，不利于反应的进行。
[0026] 进一步的，对甲苯磺酸酯基双子季铵盐的两个疏水长链分别是八烷基、十烷基、十 ^烷基、十^烷基、十四烷基、十八烷基、十八烷基。
【附图说明】
[0027] 图1为甲苯磺酸酯基双子季铵盐的合成路线。
[0028] 图2为甲苯磺酸酯基双子季铵盐和原料的红外谱图。图中，1表示TsCl，2表示羟丙 基双子季铵盐，3表示TM。
[0029] 图3为甲苯磺酸酯基双子季铵盐核磁谱图。
【具体实施方式】
[0030] 本发明提供的对甲苯磺酸酯基双子季铵盐，是通过环氧氯丙烷的环氧基团酸性条 件下进行开环，对甲苯磺酸酯基作为联结基，两端以连接长链烷基二甲基叔胺作为疏水链， 成为双子季铵盐，其结构如下：
[0031]
[0032] 式中，11 = 7、9、11、13、15或17。
[0033] 实施例1
[0034] 参见图1，1)将称量好的0.02mol十二烷基二甲基叔胺加入盛有10mL异丙醇的 100mL三口烧瓶中，加热至50°C，然后向其中滴入4. OmL 2.5mol/L的盐酸溶液，450r/min下 搅拌至均匀。30分