張海榮，韓生華，張桂枝，劉紅艷，屈文山，強(qiáng)丁丁，蔣 煜，郭 永

（1.山西大同大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山西 大同 037009；2.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003）

科研與開發(fā)

一種芳香族雙季銨鹽的合成*

張海榮1，韓生華1，張桂枝1，劉紅艷1，屈文山1，強(qiáng)丁丁1，蔣 煜2，郭 永1

（1.山西大同大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山西 大同 037009；2.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003）

本文以N,N-二甲基苯胺、1,4-二溴丁烷為原料制備出二溴代-N,N-雙（二甲基苯基）丁二胺。實(shí)驗(yàn)考察了該雙季銨鹽的合成工藝條件，從反應(yīng)時(shí)間、所用溶劑、反應(yīng)物之間物料比等因素對(duì)合成產(chǎn)物的影響，篩選出了較為適宜的反應(yīng)條件。

雙季銨鹽；N,N-二甲基苯胺；1,4-二溴丁烷；合成

雙季銨鹽（Bisquats）由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，特殊的物化性質(zhì)已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外廣大研究者的興趣[1-3]。該類化合物具有具有低毒、較好的表面活性和良好的水溶性等特點(diǎn)，在洗滌、紡織、醫(yī)藥、生物、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域已獲得了廣泛的應(yīng)用[4-7]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以N,N-二甲基苯胺、二溴烷烴類化合物為原料制備出雙季銨鹽，并考察出反應(yīng)的工藝操作條件。通過討論探索不同的合成條件對(duì)產(chǎn)率影響，并對(duì)其分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了光譜表征，考察出反應(yīng)的工藝操作方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（河南省予華儀器有限公司）；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵（鞏義市委華儀器有限責(zé)任公司）；R-201旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海申勝生物技術(shù)有限公司）；X-4數(shù)字顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀（北京傅凱儀器有限公司）；DFZ-6020真空干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；IR-960傅立葉變換紅外光譜（天津綜科科技有限公司）。

N,N-二甲基苯胺，1,4-二溴丁烷，二氯甲烷，無水乙醇，乙酸乙酯，異丙醇，甲醇，以上均為分析純。

1.2 N,N-二甲基苯胺與1,4-二溴丁烷的反應(yīng)

將 24.2g N,N- 二甲基苯胺（0.20mol），10.8g1,4-二溴丁烷（0.05mol）和一定量的無水乙醇置于圓底燒瓶中，攪拌，加熱回流，維持反應(yīng)時(shí)間30h，得到淡紫色溶液，停止反應(yīng)。待溶液冷卻，在負(fù)壓下脫去乙醇得到黑紫色濃溶液，抽濾，用二氯甲烷洗滌，一直到把固體洗到白灰色為止。將所得白灰色固體在真空干燥箱中減壓干燥數(shù)小時(shí)后，得到產(chǎn)物二溴代-N,N-雙（二甲基苯基）丁二胺，其熔點(diǎn)為146～148℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 目標(biāo)化合物結(jié)構(gòu)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。相應(yīng)的譜圖見圖1～3。

圖1 二溴代-N,N-雙（二甲基苯基）丁二胺的紅外光譜圖Fig.1 IR spectra of Bis（N,N-dimethylphenyl）-dibromobutanediamine

圖2 二溴代-N,N-雙（二甲基苯基）丁二胺的核磁共振氫譜圖Fig.2 1H NMR spectra of Bis（N,N-dimethylphenyl）-dibromobutanediamine

圖3 二溴代-N,N-雙（二甲基苯基）丁二胺的核磁共振碳譜圖Fig.3 13CNMR spectra of Bis（N,N-dimethylphenyl）-dibromobutanediamine

2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響

反應(yīng)時(shí)間對(duì)雙季銨鹽的產(chǎn)率的影響見表1。

表1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響Tab.1 Effectof the reaction time on yield

由表1可以發(fā)現(xiàn)，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，產(chǎn)物的產(chǎn)率也在增加。在前20h，其產(chǎn)率隨著時(shí)間增加較為明顯，當(dāng)達(dá)到30h后，產(chǎn)率已經(jīng)穩(wěn)定，隨著時(shí)間的變化，產(chǎn)率不再增加，為此確定適宜的反應(yīng)時(shí)間為30h。

2.3 反應(yīng)物之間的物料比對(duì)產(chǎn)率的影響

理論上，當(dāng) n（N,N-二甲基苯胺）:n（1,4-二溴丁烷）為 1∶1時(shí)，可以完全反應(yīng)，但實(shí)際操作中N,N-二甲基苯胺需過量。

表2 反應(yīng)物物料比的影響Tab．2 Effect of the reactantmaterial ratio

從表2中可看出，隨著反應(yīng)物物料比的增加，雙季銨鹽的收率增加；當(dāng)物料比超過4∶1后，產(chǎn)物收率增加不明顯。由此，實(shí)驗(yàn)選擇物料配比為4∶1。

2.4 溶劑對(duì)產(chǎn)率的影響

在制備過程中，溶劑是影響產(chǎn)率的主要因素。我們選擇了不同的溶劑，結(jié)果見表3。

當(dāng)用無水乙醇作溶劑時(shí)，保持回流狀態(tài)下，30h后反應(yīng)完全，產(chǎn)率可達(dá)73.1%，其它溶劑均按照此條件進(jìn)行，結(jié)果不是很理想。

3 結(jié)論

本文采用N,N-二甲基苯胺和1,4-二溴丁烷來制備二溴代-N,N-雙（二甲基苯基）丁二胺的方法很成功。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：以無水乙醇為溶劑，N,N-二甲基苯胺與1,4-二溴丁烷用量之比為4∶1（摩爾比），回流攪拌30h，雙季銨鹽的收率可達(dá)73.1%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)紅外光譜和核磁共振的確證，與理論結(jié)構(gòu)相符。

［1］ 徐群,曹明麗,邢鳳蘭.含酯基不對(duì)稱雙季銨鹽表面活性劑的合成［J］.精細(xì)化工,2004,21（12）:903-905.

［2］ 王惠,姚光源,魏清,等.新型雙季銨鹽殺菌劑的合成及殺菌性能研究［J］.安徽化工,2014,40（3）:73-74.

［3］ 羅建斌,李杰,李潔華,等.硬段側(cè)鏈含有雙季銨鹽的聚氨酯的合成及表征［J］.四川大學(xué)學(xué)報(bào),2007,39（6）:91-95.

［4］ 宋偉偉,張靜,杜敏.雙季銨鹽類緩蝕劑的研究進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展,2011,30（4）:842-847.

［5］ 李洪霞,王以元,施云海,等.新型雙季銨鹽二氯化N,N-雙（十二烷基二甲基）-3-氮雜-1,5-戊二胺殺菌劑的合成［J］.精細(xì)與專用化學(xué)品,2015,23（4）:21-24.

［6］ 高冰賢,趙艷謹(jǐn),魏文林,等.新型雙季銨鹽緩蝕殺菌劑的合成及其性能研究［J］.化學(xué)與生物工程,2009,26（3）:24-26.

［7］ 楊建洲,張龍,張銳.特殊結(jié)構(gòu)雙子表面活性劑的合成進(jìn)展［J］.日用化學(xué)工業(yè),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

表3 溶劑的影響Tab.3 Effectof the solvent

O624.6

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170401

2017-01-10

國(guó)家自然科學(xué)基金（51303098,21477069,21506120）、大同市科技攻關(guān)項(xiàng)目（2015021）；山西大同大學(xué)博士啟動(dòng)；基金項(xiàng)目（QD201049）

張海榮（1978年-），男，山西省朔州市，工學(xué)博士，副教授，主要從事多孔無機(jī)功能材料的開發(fā)及應(yīng)用研究。