李莉

（中盐安徽红四方股份有限公司，安徽合肥231602）

Gemini型双子活性剂又被称为双阳离子洗涤剂、双季铵盐表面活性剂和二聚表面活性剂[1]，其分子中的联接基通过化学键将两个正电性的亲水基联接起来，削弱了亲水基间及其水化层间的斥力，促进了双子表面活性剂分子在水溶液表面的吸附和在水溶液中的自聚，从而导致其具有很高的表面吸附能力和聚集体形成能力。阳离子型双子表面活性剂由于其特殊的结构使其表现出许多比传统表面活性剂更优良的性质[2-4]，如：具有生物降解性好、毒性小、较低的临界胶束浓度、较强的杀菌性能、能够更有效的降低水的表面张力、比普通表面活性剂更低的Krafft点、良好的皂化分散能力以及与其它表面活性剂混合时表现出来的良好协同效应等，因而被称为新一代表面活性剂[5-9]，广泛应用于制备新材料、杀菌剂、抑制金属腐蚀、织物染整、石油开采等领域。随着科技的发展，阳离子Gemini表面活性剂的合成与应用领域还会被进一步拓宽[10]。

本文以 N，N，N′，N′，－四甲基乙二胺和硫酸二甲酯为原料合成了季铵盐型阳离子Gemini表面活性剂，并对其结构和性能进行了测定。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

四甲基乙二胺，分析纯，上海元吉化工有限公司；硫酸二甲酯，分析纯，国药集团上海化学试剂公司；其它试剂均为分析纯市售品。

PE Spetraone B型傅立叶变换红外光谱仪；Varian UNITY-500核磁共振仪（CDCl3为溶剂，DSS为内标）；JZHY-180型界面张力仪（河北承德材料实验机厂）。

1.2 反应原理

1.3 实验方法

在装有搅拌器、温度计、冷凝管和滴液漏斗的四口烧瓶中加入N，N，N′，N′-四甲基乙二胺和硝基乙烷，常温下滴加硫酸二甲酯，反应控温45℃～50℃。滴毕，加热回流，通过测定阳离子表面活性物的含量来确定反应终点。反应结束后进行减压蒸馏，分离提纯，得白色易吸潮粉末。

1.4 产品表面活性的测定

在25℃下，用滴体积法测定了产物水溶液表面张力γ，求得临界胶束浓度CMC及γCMC[11]。

2 结果与讨论

2.1 实验条件的确定

2.1.1 不同溶剂对产物收率的影响

使用不同的溶剂作为反应介质时，反应物在其中的反应情况不同，对产物收率有很大的影响。当分别选择异丙醇、硝基乙烷和四氯化碳作为反应溶剂，发现使用硝基乙烷时反应进行的最好，产物的收率最高。因此，选择硝基乙烷作为反应溶剂。

2.1.2 原料配比对产物收率的影响

N，N，N′，N′-四甲基乙二胺和硫酸二甲酯的原料配比不同，产物收率也不同。我们考查了N，N，N′，N′-四甲基乙二胺和硫酸二甲酯的不同配比对反应收率的影响，结果见表1。

表1 不同原料配比对产物收率的影响

由表1可见，随着硫酸二甲酯用量的增加，产物收率也逐渐增加；但当 n（N，N，N′，N′-四甲基乙二胺）：n（硫酸二甲酯）=1∶2.2时，产物收率变化不大，考虑经济成本和效益，选取 n（N，N，N′，N′-四甲基乙二胺）∶n（硫酸二甲酯）=1∶2.2为宜。

2.1.3 滴加温度对产物收率的影响

硫酸二甲酯的滴加温度对产物收率的影响结果见表2。

表2 硫酸二甲酯的滴加温度对产物收率的影响

由表2可见，滴加温度过高时，由于N，N，N′，N′-四甲基乙二胺易挥发，反应不好；滴加温度过低时，反应不完全。所以，滴加温度以45℃～50℃为宜。

2.2 产物结构表征

合成产物的红外光谱如图1所示。

在 IR结果中，3479cm-1、1644cm-1、927cm-1为 C-N吸收峰，3041cm-1、2955cm-1、1493cm-1为 -CH3吸收峰，2841cm-1、1422cm-1为 -CH2-吸 收 峰 ，1222cm-1、1004 cm-1为S-O吸收峰，而1060cm-1为S-C吸收峰。

在1H NMR中，3.5×10-6处出现 -N-CH3的信号，4.7×10-6处出现-N-CH2-CH2-N-的信号，在1.2×10-6处出现-CH2-的信号。

2.3 产物表面活性的测定

在25℃下，测定了产物在各浓度时的表面张力值。由γ—Lgc曲线得出产物的CMC为1.92×10-3mol/L，γCMC为38.1mN/m。由此可见，所合成的双季铵盐表面活性剂具有较高的活性，这是由于双季铵盐表面活性剂具有两个亲油基，连接基团通过化学键将两个亲油分子连接在一起，致使两个表面活性剂单体连接得相当亲密，这样双季铵盐表面活性剂的碳氢键间更容易产生强的相互作用，即碳氢键的疏水作用得到加强，从而增强了表面活性。

3 结论

以 N，N，N′，N′-四甲基乙二胺和硫酸二甲酯为原料，硝基乙烷为溶剂，合成了N，N′-二甲基季铵盐型阳离子Gemini表面活性剂，研究其合成工艺优化反应条件为：n（N，N，N′，N′-四甲基乙二胺）∶n（硫酸二甲酯）=1∶2.2，反应温度为45℃～50℃。通过IR、1H NMR确证了目标产物的结构，并测定了CMC（1.92×10-3mol/L）和γCMC（38.1mN/m）。由此可见，所合成的Gemini型表面活性剂是一种较好的表面活性剂。

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[11]张亮生，王慎敏.精细化工实验[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1997.□