表面活性剂月桂酰二乙醇胺的微波合成

姚 凯 袁 霖 胡 婷 袁先友 贾国凯 陶 柳 刘 佳

（湖南科技学院 生命科学与化学工程系，湖南 永州 425100）

表面活性剂是一种重要的化工产品，在日化、食品、纺织、医药和石油等许多领域有着广泛的应用[1-6]。烷醇酰胺是重要的非离子型表面活性，这类表面活性剂不仅具有明显的增泡稳泡作用和增溶作用，而且还具有提高复配洗涤剂的去污力，对脱除动植油和矿物油的油污尤为有效。以山苍籽核仁油为原料合成的直链烷基表面活性剂是利用天然再生生物资源加工生产的一种绿色表面活性剂。它具有无毒或低毒、刺激性低、易于生物降解等良好的环保特性，使其在洗涤、化妆品、食品、医药等领域的应用日益广泛。由油脂合成烷醇酰胺通常有三条工艺路线。其一是油脂直接与二乙醇胺反应（直接法），其二是油脂先与甲醇进行酯交换反应生成脂肪酸甲酯，后者再与二乙醇胺反应（甲酯法），其三是油脂先水解成脂肪酸后再与二乙醇胺反应（脂肪酸法）。三种合成方法各有利弊。由于直接压榨的山苍籽核仁油品质差，杂质含量高，颜色深，不宜用直接法合成烷醇酰胺。主要是采用甲酯法和脂肪酸法[7]。月桂酸普遍存在于椰子油、山苍籽核仁油中。永州市山苍籽资源丰富，由山苍籽表皮提取山苍籽油，剩余的核可提取核仁油。为提高山苍籽核仁油的利用价值，我们从山苍籽核仁油中分离出了月桂酸，并用月桂酸与甲醇反应，合成了月桂酸甲酯[8]，然后在KOH的催化和微波作用下，与二乙醇胺反应合成月桂酰二乙醇胺。微波辐射促进有机反应是二十世纪 80年代后期兴起的一项有机合成新技术[9-12]，随着微波技术的发展，微波辐射已成为有机化学领域的一个热点。本文在微波辐射下用KOH催化合成月桂酰二乙醇胺，研究结果表明，微波辐射对月桂酰二乙醇胺的合成有较高的促进作用，反应速率快、生产工艺简单，产品质量好，无环境污染。

1 实验部分

1.1 试剂

月桂酸（自制，由山苍籽核仁油分离得到，含量大于98%)，甲醇（分析纯试剂），参照文献[8]方法由月桂酸与甲醇反应合成月桂酸甲酯。二乙醇胺、氢氧化钠、氢氧化钾均为市售分析纯试剂。

溴酚蓝指示剂的配制: 100 mg 溴酚蓝与3mL 0.05M 浓度的NaOH一起研匀, 用20%的乙醇稀释至250 mL容量瓶中摇匀,静置后使用。

1.2 仪器设备

Biotage微波合成仪（环球分析测试仪器有限公司）

1.3 实验步骤

在8 mL反应瓶内加入一定量的月桂酸的甲酯、二乙醇胺和KOH，密封，放入微波炉中，在设定的温度下反应一段时间后，冷却后取出，按文献[13]中用盐酸滴定法计算转化率。

盐酸滴定法：将反应后的溶液转移至锥形瓶中，加入50 mL无水乙醇及4滴溴酚蓝指示剂，用0.1 M 盐酸溶液滴定至溶液由蓝色变为黄绿色即为终点，按下式计算二乙醇胺转化率。

式中：V前表示反应前二乙醇胺和催化剂消耗盐酸溶液的体积；

V后表示反应后剩余的二乙醇胺和催化剂消耗盐酸溶液的体积；

V表示反应前二乙醇胺（未加催化剂）消耗的盐酸溶液的体积。

1.4 产物分析

对月桂酰二乙醇胺进行红外光谱分析，结果如下。

在3350 cm-1处为羟基振动峰；2919 cm-1处为甲基不对称伸缩振动；2854 cm-1处为亚甲基不对称伸缩振动峰；在1500-1700 cm-1（峰1615 cm-1尤为明显）附近为醇胺、酯基和酰胺伸缩振动峰；1463 cm-1处和1363 cm-1处分别出现甲基弯曲振动峰。由此证实了产物月桂酰二乙醇胺中主要官能团，从而进一步可证实产物月桂酰二乙醇胺的存在。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对转化率的影响

在8 mL反应瓶内加入0.6371 月桂酸的甲酯、0.5000 g二乙醇胺和0.0060 g KOH，密封，放入微波炉中，在设定的温度下反应60 min，测定转化率，结果见表1。

表1 反应温度对转化率的影响Table 1 Effect of reaction temperature on the conversion rate of diethanolamine

从表1可以看出，随着反应温度的升高转化率逐渐增大。当反应温度从150℃升高到160℃时，转化率增加了7.72%；当反应温度从160℃升高到170℃时，转化率增加了6.78%，当反应温度从170℃升高到180℃时，转化率反而下降了1.18%。所以反应温度选择170℃为好。

2.2 反应时间对转化率的影响

在8 mL反应瓶内加入0.6371 月桂酸的甲酯、0.5000 g二乙醇胺和0.0060 g KOH，密封，放入微波炉中，在170℃温度下反应一段时间，测定转化率，结果见表2。

表2 反应时间对转化率的影响Table 2 Effect of reaction time on the conversion rate of diethanolamine

从表2可以看出，随着反应时间的延长，转化率逐渐增大。当反应时间从50 min增加到60 min时，转化率上升7.4%；而当反应时间从60 min增加到70 min时，转化率仅增加0.59%；再增加反应时间，对转化率的影响不大，所以反应时间选择60min为好。

2.3 催化剂用量对转化率的影响

在8 mL反应瓶内加入0.6371 月桂酸的甲酯、0.5000 g二乙醇胺和一定量的KOH，密封，放入微波炉中，在170℃温度下反应60 min，测定转化率，结果见表3。

表3 催化剂用量对转化率的影响Table 3 Effect of the amount of catalyst t on the conversion rate of diethanolamine

从表3可以看出，随着催化剂用量的增加，转化率逐渐增大。当催化剂用量从0.8%升到1%时，转化率增加了3.48%，从催化剂用量从1%升到1.2%时，转化率反而下降，所以催化剂用量选择1%为好。

2.4 反应配料比对转化率的影响

在8 mL反应瓶内加入一定量的月桂酸甲酯、0.5000 g二乙醇胺和 0.0060 g KOH，密封，放入微波炉中，在170℃温度下反应60 min，测定转化率，结果见表4。

从表4可以看出，随着胺酯比的增大，转化率逐渐增加。当酯胺比从1.4:1增大到1.6:1时，转化率增加了8.62%，而酯胺比从1.6:1增大到1.8:1进，转化率仅增加了1.73%，所以酯胺比选择1.6:1为好。

表4 配料比对转化率的影响Table 4 Effect of the molar ratio of reactant on the conversion rate of diethanolamine

2.5 微波法与常规法的比较

制备月桂酰二乙醇胺的传统方法（常规法）是以月桂酸甲酯和二乙醇胺为原料，在常压下加热回流进行反应。我们使用微波法合成月桂酰二乙醇胺，合成的条件及转化率见表5。

表5 微波法与常规加热法的比较Table 5 Comparison of microwave irradiation and conventional heating

反应条件：月桂酸甲酯0.6371g ，二乙醇胺0.5000 g， KOH 0.0060 g。

从表5可以看出，微波法比常规法合成月桂酰二乙醇胺，达到相似的转化率，前者比后者要快6倍。

3 结 论

（1）在微波作用下，以KOH为催化剂催化月桂酰二乙醇胺的优化条件是：反应温度170 ℃，反应时间60 min，催化剂用量为月桂酸甲酯质量的1%，酯胺摩尔比为1.6∶1。在此优化条件下，二乙醇胺转化率为85.12%。

（2）微波法比常规法合成月桂酰二乙醇胺，达到相同的酯化率，前者比后者要快6倍。

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