苗宗成，王春兰，张永明，霍小平，张东霞，赵阳

摘要：水杨酸在农业和医药领域均有着重要的应用，将水杨酸制备可聚合成季铵盐型阳离子表面活性剂可以进一步提高水杨酸的应用效果。以甲基丙烯酸二甲氨乙酯和环氧氯丙烷酯化改性的水杨酸为反应原料，乙腈为反应溶剂，在70 ℃的条件下反应12 h，得到可聚合的水杨酸季铵盐。通过对反应条件的探讨，得到最佳反应条件，获得最高收率为62.7%的淡黄色液体产物，并使用傅里叶变换红外光谱对其结构进行表征。

关键词：水杨酸;可聚合;季铵盐;红外光谱

中图分类号：TQ423        文献标识码：A        文章编号：0439-8114（2014）23-5748-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.031

水杨酸在农业[1]和医药[2]领域都有着重要的应用，水杨酸能够诱导动、植物细胞中酚酸类次生代谢物的生物合成，进而提高植物种子的发芽率和动物细胞增殖能力[3，4]， 甚至在有毒害物质的迫害下，水杨酸的加入亦能够有效地缓解毒害物质对动、植物细胞的影响[5]。水杨酸存在两个缺点：一是在水中的溶解度不高，这是由于两分子水杨酸能够形成分子间的氢键，导致对细胞的生物合成效果受到影响;二是具有一定的生物毒性[6]。为此，水杨酸的改性研究成为这个方向的主要研究内容之一。中国矿业大学李金娜等[7]合成了6种水杨酸系列酯，着重考察了反应介质离子液对酯化性能的影响。华东理工大学方波等[8]研究了水杨酸钠与Gemini型季铵盐表面活性剂形成的胶束体系的流变和减阻性能。浙江大学吴庆喜等[9]以氨基水杨酸为原料，采用锐孔/聚合法制备了一种微胶囊，并研究了其载药效果。

针对上述水杨酸存在的两个缺点，参考其他人的研究成果，我们提出了一种新的方法改性水杨酸。这种方法是将水杨酸与叔胺反应生成季铵盐，这种季铵盐结构破坏了水杨酸分子间的氢键缔合作用，而且引入了季铵盐结构，进而能够提高水杨酸的水溶性。本研究水杨酸化的季铵盐也可以在弱酸的条件下释放出水杨酸分子，能够有效地降低水杨酸的生物毒性。本研究选取了一种具有双键结构的叔胺分子，为后续的聚合成高分子薄膜做准备，这种高分子薄膜能够有效地吸附于被作用物质表面，提高使用效率，而且在医学上还能够促进水杨酸的杀菌性能[2]。

1  材料与方法

1.1  试验材料

水杨酸：天津天力化学试剂有限公司;甲基丙烯酸二甲氨乙酯：宜兴市银诚化工有限公司;乙腈：国药集团化学试剂有限公司。试验所用溶剂为分析纯，使用前经分子筛干燥24 h，其他试剂未经进一步处理。傅立叶变换红外光谱（EQUINX 55型，德国布鲁克公司）被用于表征最终产物的特征基团。

1.2  制备方法

目标化合物c的合成反应路线如图1所示。

250 mL三口瓶中，加入水杨酸13.8 g，1， 2-二氯乙烷45 mL，室温条件下搅拌5 min后，缓慢加入环氧氯丙烷13.9 g，继续搅拌，反应体系缓慢升温至50 ℃后保持反应5 h。反应完成后，除去反应溶剂和过量的环氧氯丙烷，产物使用量为1.0 g∶3 mL丙酮重结晶[10]后于50 ℃真空干燥箱中干燥24 h，称重，得白色固体产物20.2 g，收率87.5 %。

将2.30 g 产物a加入250 mL三口烧瓶中，同时加入1.57 g产物 b和20 mL乙腈，在70℃的条件下搅拌反应12 h。反应完成后，减压蒸馏，获得粗产物c。将粗产物c加热溶于12 mL丙酮，冷却至室温后放置于-20 ℃冰箱中结晶，趁冷过滤，将滤饼迅速转移至容器中，于50 ℃真空烘箱中干燥24 h，得淡黄色液体产物2.41 g，收率62.7%。

化合物a的制备方法参照文献[10]，本研究着重探讨目标化合物c在合成过程中各种因素如反应温度、反应溶剂以及反应时间对收率的影响。

2  结果与分析

2.1  反应溶剂对目标化合物c收率的影响

季铵化反应是有机化学中制备季铵盐型阳离子表面活性剂的一种最主要的手段，通常采用的反应溶剂为丙酮、乙醇、四氢呋喃、二氧六环、乙腈、异丙醇、二甲基甲酰胺等具有一定极性的有机溶剂。在极性溶剂的环境中，有利于季铵盐的形成，针对于不同的反应原料，应选取不同的反应试剂才能保证最大的目标产物收率。在合成目标化合物c的过程中，考察不同反应溶剂对c收率的影响具有重要的意义。在反应温度为70 ℃，反应时间为12 h的条件下，分别考察丙酮、乙醇、二氧六环、乙腈对化合物c收率的影响，结果如图2所示。

由图2可以看出，虽然同为具有一定极性的溶剂，但是乙醇为反应溶剂时收率仅为34.8%，这是由于乙醇分子中的醇羟基可以与化合物a和b形成分子间的氢键作用力，虽然增加了反应原料的溶剂化作用，但是同时也相对降低了两种反应原料的反应活性，增加了反应活化能，进而降低了反应收率。而二氧六环只能与化合物a形成分子间的氢键关系，所以收率有所提高，为56.2%。丙酮由于极性较低，对反应原料的溶解能力和溶剂化能力都不强，在化合物a和b均具有较大的空间位阻的情况下，反应效果也不好，收率为52.8%。乙腈具有较大的极性，由于氰基的极化作用，可以使反应原料产生瞬时偶极，而且对原料的溶解性也较强，所以具有最大的反应收率为62.7%。

2.2  反应温度对化合物c的影响

由于反应原料的分子结构中含有双键，过高的反应温度会引起双键的聚合，甚至会引起暴聚反应，毁坏反应容器。但是反应温度过低，由于反应原料a和b的空间位阻较大，使得反应在较长的时间内也无法完成。因此，适宜的反应温度对于化合物c的生成以及收率具有重要的影响。反应溶剂为乙腈时，反应时间为12 h的条件下，分别考察30、40、50、60、70、80 ℃条件下对化合物c收率的影响，结果如图3所示。

由图3可知，在较低的反应温度条件下，反应进度非常缓慢。在30 ℃条件下反应12 h，化合物c的收率仅为9.8%。随着反应温度的提高，化合物c的收率逐渐增加，当反应温度达到70 ℃时，收率为62.7%。继续增加反应温度，当温度达到80 ℃时，再搅拌反应2 h后出现了不溶于乙腈的聚合物生成，可能是由于原料b或者目标产物的不期望的聚合反应。所以最佳的反应温度为70 ℃。

2.3  反应时间对化合物c的影响

氯代烷与叔胺的季铵化属于亲电取代反应，一般不使用催化剂，所以时间对反应产生了重要的影响。在溶剂为乙腈，反应温度为70 ℃的条件下，分别讨论反应时间3、6、9、12、15、18 h对目标化合物c收率的影响。反应时间对化合物c收率的影响如图4所示。

由图4可知，随着反应时间的延长，目标化合物的收率逐渐提高，当反应时间达到12 h的时候，继续延长反应时间，收率几乎不变，所以最佳反应时间为12 h。

2.4  化合物c的红外光谱

化合物c采用傅立叶变换红外光谱测试分子结构中特征官能团的吸收红外峰，结果如图5所示。在图5中，3 054 cm-1处为醇羟基伸缩振动吸收峰;3 000～3 100 cm-1为苯环C-H伸缩振动吸收峰，2 929 cm-1、1 482 cm-1为苯环骨架振动吸收峰，1 594 cm-1、1 029 cm-1、761 cm-1为苯环邻位双取代C-H弯曲振动吸收峰;2 971 cm-1为亚甲基伸缩振动吸收峰，1 380 cm-1为亚甲基弯曲振动吸收峰;2 850 cm-1为甲基伸缩振动吸收峰，1 460 cm-1为亚甲基弯曲振动吸收峰;2 358 cm-1为羧基中C-O吸收峰，1 725 cm-1为羧基中C=O伸缩振动吸收峰，1 297 cm-1羧基中C-O-C的伸缩振动吸收峰;1 214 cm-1为酚羟基中C-O伸缩振动吸收峰，1 157 cm-1为仲醇中C-O伸缩振动吸收峰;1 246 cm-1为季铵盐的特征红外吸收峰。从图5可知，红外光谱的特征基团吸收峰与化合物c相对应。

3  结论

以环氧氯丙烷酯化改性的水杨酸和甲基丙烯酸二甲氨乙酯为反应原料制备了一种新型的可聚合水杨酸酯化季铵盐阳离子表面活性剂，探讨了反应过程中各种条件对目标化合物收率的影响。获得最佳工艺条件如下：反应溶剂为乙腈，反应温度为70 ℃，反应时间为12 h。使用傅立叶变换红外光谱进行表征，确定产物结构与目标化合物一致。获得目标化合物为淡黄色液体，收率为62.7%。本研究提出了一种新型的水杨酸改性材料，这种材料既可以作为一种新型的季铵盐阳离子表面活性剂单独使用，也可以经过进一步的聚合反应获得阳离子薄膜，这种聚合物薄膜的制备、性能及应用将是下一步研究的重点内容。

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