一种芳香族双季铵盐的合成*

2017-10-21张海荣韩生华张桂枝刘红艳屈文山强丁丁

化学工程师 2017年4期

关键词：二胺丁烷铵盐

张海荣，韩生华，张桂枝，刘红艳，屈文山，强丁丁，蒋煜，郭永

（1.山西大同大学化学与环境工程学院，山西大同 037009；2.大同煤矿集团有限责任公司，山西大同 037003）

科研与开发

一种芳香族双季铵盐的合成*

张海荣1，韩生华1，张桂枝1，刘红艳1，屈文山1，强丁丁1，蒋煜2，郭永1

（1.山西大同大学化学与环境工程学院，山西大同 037009；2.大同煤矿集团有限责任公司，山西大同 037003）

本文以N,N-二甲基苯胺、1,4-二溴丁烷为原料制备出二溴代-N,N-双（二甲基苯基）丁二胺。实验考察了该双季铵盐的合成工艺条件，从反应时间、所用溶剂、反应物之间物料比等因素对合成产物的影响，筛选出了较为适宜的反应条件。

双季铵盐；N,N-二甲基苯胺；1,4-二溴丁烷；合成

双季铵盐（Bisquats）由于其独特的结构，特殊的物化性质已经引起了国内外广大研究者的兴趣[1-3]。该类化合物具有具有低毒、较好的表面活性和良好的水溶性等特点，在洗涤、纺织、医药、生物、环境保护等领域已获得了广泛的应用[4-7]。本文在前人研究的基础上，以N,N-二甲基苯胺、二溴烷烃类化合物为原料制备出双季铵盐，并考察出反应的工艺操作条件。通过讨论探索不同的合成条件对产率影响，并对其分子结构进行了光谱表征，考察出反应的工艺操作方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（河南省予华仪器有限公司）；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵（巩义市委华仪器有限责任公司）；R-201旋转蒸发仪（上海申胜生物技术有限公司）；X-4数字显微熔点测定仪（北京傅凯仪器有限公司）；DFZ-6020真空干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；IR-960傅立叶变换红外光谱（天津综科科技有限公司）。

N,N-二甲基苯胺，1,4-二溴丁烷，二氯甲烷，无水乙醇，乙酸乙酯，异丙醇，甲醇，以上均为分析纯。

1.2 N,N-二甲基苯胺与1,4-二溴丁烷的反应

将 24.2g N,N- 二甲基苯胺（0.20mol），10.8g1,4-二溴丁烷（0.05mol）和一定量的无水乙醇置于圆底烧瓶中，搅拌，加热回流，维持反应时间30h，得到淡紫色溶液，停止反应。待溶液冷却，在负压下脱去乙醇得到黑紫色浓溶液，抽滤，用二氯甲烷洗涤，一直到把固体洗到白灰色为止。将所得白灰色固体在真空干燥箱中减压干燥数小时后，得到产物二溴代-N,N-双（二甲基苯基）丁二胺，其熔点为146～148℃。

2 结果与讨论

2.1 目标化合物结构表征

IR （ KBr）δ /cm-1：3419,2058,1637,1492,1397,1122,1044,858,695,584。1H NMRδ:7.499-7.892（10H,d,2Ph）,3.898-3.927（4H,s,2CH2），3.363-3.608 （18H,d,6CH3），1.243-1.347（4H,s,2CH2）。13C NMRδ:20.13,39.42,39.84,40.25,40.67,54.39,56.88,67.37,121.72,130.55,130.73.144.91。相应的谱图见图1～3。

图1 二溴代-N,N-双（二甲基苯基）丁二胺的红外光谱图Fig.1 IR spectra of Bis（N,N-dimethylphenyl）-dibromobutanediamine

图2 二溴代-N,N-双（二甲基苯基）丁二胺的核磁共振氢谱图Fig.2 1H NMR spectra of Bis（N,N-dimethylphenyl）-dibromobutanediamine

图3 二溴代-N,N-双（二甲基苯基）丁二胺的核磁共振碳谱图Fig.3 13CNMR spectra of Bis（N,N-dimethylphenyl）-dibromobutanediamine

2.2 反应时间对产率的影响

反应时间对双季铵盐的产率的影响见表1。

表1 反应时间对产率的影响Tab.1 Effectof the reaction time on yield

由表1可以发现，随着反应时间的增加，产物的产率也在增加。在前20h，其产率随着时间增加较为明显，当达到30h后，产率已经稳定，随着时间的变化，产率不再增加，为此确定适宜的反应时间为30h。

2.3 反应物之间的物料比对产率的影响

理论上，当 n（N,N-二甲基苯胺）:n（1,4-二溴丁烷）为 1∶1时，可以完全反应，但实际操作中N,N-二甲基苯胺需过量。

表2 反应物物料比的影响Tab．2 Effect of the reactantmaterial ratio

从表2中可看出，随着反应物物料比的增加，双季铵盐的收率增加；当物料比超过4∶1后，产物收率增加不明显。由此，实验选择物料配比为4∶1。

2.4 溶剂对产率的影响

在制备过程中，溶剂是影响产率的主要因素。我们选择了不同的溶剂，结果见表3。

当用无水乙醇作溶剂时，保持回流状态下，30h后反应完全，产率可达73.1%，其它溶剂均按照此条件进行，结果不是很理想。

3 结论

本文采用N,N-二甲基苯胺和1,4-二溴丁烷来制备二溴代-N,N-双（二甲基苯基）丁二胺的方法很成功。实验结果表明：以无水乙醇为溶剂，N,N-二甲基苯胺与1,4-二溴丁烷用量之比为4∶1（摩尔比），回流搅拌30h，双季铵盐的收率可达73.1%，其结构经红外光谱和核磁共振的确证，与理论结构相符。

［1］徐群,曹明丽,邢凤兰.含酯基不对称双季铵盐表面活性剂的合成［J］.精细化工,2004,21（12）:903-905.

［2］王惠,姚光源,魏清,等.新型双季铵盐杀菌剂的合成及杀菌性能研究［J］.安徽化工,2014,40（3）:73-74.

［3］罗建斌,李杰,李洁华,等.硬段侧链含有双季铵盐的聚氨酯的合成及表征［J］.四川大学学报,2007,39（6）:91-95.

［4］宋伟伟,张静,杜敏.双季铵盐类缓蚀剂的研究进展［J］.化工进展,2011,30（4）:842-847.

［5］李洪霞,王以元,施云海,等.新型双季铵盐二氯化N,N-双（十二烷基二甲基）-3-氮杂-1,5-戊二胺杀菌剂的合成［J］.精细与专用化学品,2015,23（4）:21-24.

［6］高冰贤,赵艳谨,魏文林,等.新型双季铵盐缓蚀杀菌剂的合成及其性能研究［J］.化学与生物工程,2009,26（3）:24-26.

［7］杨建洲,张龙,张锐.特殊结构双子表面活性剂的合成进展［J］.日用化学工业,2007,37（3）:182-188.

Synthesis of a type of aromatic bisquats*

ZHANG Hai-rong1,HAN Sheng-hua1,ZHANGGui-zhi1,LIU Hong-yan1,QUWen-shan1,QIANG Ding-ding1,JIANG Yu2,GUO Yong1
（1.School of Chemistry and Chemical Engineering,ShanxiDatong University,Datong 037009，China;2.Datong Coal Mine Group Co.,Ltd，Datong 037003，China）

In the paper,dibromo N,N-bis（dimethylphenyl）butanediamine was prepared from N,N-dimethylaniline and 1,4-dibromobutane asmaterials.The synthesis conditions of bisquats compound were inverstigated experimentally.And the method of factor was used for studying the influences of reaction time,the solvent and the molar ratio of reactanton the yield of target compound.The appropriate reaction conditions have been obtained.

bisquats；N,N-dimethylaniline；1,4-dibromobutane；synthesis