表面活性劑月桂酰二乙醇胺的微波合成

姚 凱 袁 霖 胡 婷 袁先友 賈國凱 陶 柳 劉 佳

（湖南科技學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)工程系，湖南 永州 425100）

表面活性劑是一種重要的化工產(chǎn)品，在日化、食品、紡織、醫(yī)藥和石油等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1-6]。烷醇酰胺是重要的非離子型表面活性，這類表面活性劑不僅具有明顯的增泡穩(wěn)泡作用和增溶作用，而且還具有提高復(fù)配洗滌劑的去污力，對脫除動植油和礦物油的油污尤為有效。以山蒼籽核仁油為原料合成的直鏈烷基表面活性劑是利用天然再生生物資源加工生產(chǎn)的一種綠色表面活性劑。它具有無毒或低毒、刺激性低、易于生物降解等良好的環(huán)保特性，使其在洗滌、化妝品、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。由油脂合成烷醇酰胺通常有三條工藝路線。其一是油脂直接與二乙醇胺反應(yīng)（直接法），其二是油脂先與甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)生成脂肪酸甲酯，后者再與二乙醇胺反應(yīng)（甲酯法），其三是油脂先水解成脂肪酸后再與二乙醇胺反應(yīng)（脂肪酸法）。三種合成方法各有利弊。由于直接壓榨的山蒼籽核仁油品質(zhì)差，雜質(zhì)含量高，顏色深，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、山蒼籽核仁油中。永州市山蒼籽資源豐富，由山蒼籽表皮提取山蒼籽油，剩余的核可提取核仁油。為提高山蒼籽核仁油的利用價值，我們從山蒼籽核仁油中分離出了月桂酸，并用月桂酸與甲醇反應(yīng)，合成了月桂酸甲酯[8]，然后在KOH的催化和微波作用下，與二乙醇胺反應(yīng)合成月桂酰二乙醇胺。微波輻射促進(jìn)有機(jī)反應(yīng)是二十世紀(jì) 80年代后期興起的一項有機(jī)合成新技術(shù)[9-12]，隨著微波技術(shù)的發(fā)展，微波輻射已成為有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的一個熱點。本文在微波輻射下用KOH催化合成月桂酰二乙醇胺，研究結(jié)果表明，微波輻射對月桂酰二乙醇胺的合成有較高的促進(jìn)作用，反應(yīng)速率快、生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量好，無環(huán)境污染。

1 實驗部分

1.1 試劑

月桂酸（自制，由山蒼籽核仁油分離得到，含量大于98%)，甲醇（分析純試劑），參照文獻(xiàn)[8]方法由月桂酸與甲醇反應(yīng)合成月桂酸甲酯。二乙醇胺、氫氧化鈉、氫氧化鉀均為市售分析純試劑。

溴酚藍(lán)指示劑的配制: 100 mg 溴酚藍(lán)與3mL 0.05M 濃度的NaOH一起研勻, 用20%的乙醇稀釋至250 mL容量瓶中搖勻,靜置后使用。

1.2 儀器設(shè)備

Biotage微波合成儀（環(huán)球分析測試儀器有限公司）

1.3 實驗步驟

在8 mL反應(yīng)瓶內(nèi)加入一定量的月桂酸的甲酯、二乙醇胺和KOH，密封，放入微波爐中，在設(shè)定的溫度下反應(yīng)一段時間后，冷卻后取出，按文獻(xiàn)[13]中用鹽酸滴定法計算轉(zhuǎn)化率。

鹽酸滴定法：將反應(yīng)后的溶液轉(zhuǎn)移至錐形瓶中，加入50 mL無水乙醇及4滴溴酚藍(lán)指示劑，用0.1 M 鹽酸溶液滴定至溶液由藍(lán)色變?yōu)辄S綠色即為終點，按下式計算二乙醇胺轉(zhuǎn)化率。

式中：V前表示反應(yīng)前二乙醇胺和催化劑消耗鹽酸溶液的體積；

V后表示反應(yīng)后剩余的二乙醇胺和催化劑消耗鹽酸溶液的體積；

V表示反應(yīng)前二乙醇胺（未加催化劑）消耗的鹽酸溶液的體積。

1.4 產(chǎn)物分析

對月桂酰二乙醇胺進(jìn)行紅外光譜分析，結(jié)果如下。

在3350 cm-1處為羥基振動峰；2919 cm-1處為甲基不對稱伸縮振動；2854 cm-1處為亞甲基不對稱伸縮振動峰；在1500-1700 cm-1（峰1615 cm-1尤為明顯）附近為醇胺、酯基和酰胺伸縮振動峰；1463 cm-1處和1363 cm-1處分別出現(xiàn)甲基彎曲振動峰。由此證實了產(chǎn)物月桂酰二乙醇胺中主要官能團(tuán)，從而進(jìn)一步可證實產(chǎn)物月桂酰二乙醇胺的存在。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率的影響

在8 mL反應(yīng)瓶內(nèi)加入0.6371 月桂酸的甲酯、0.5000 g二乙醇胺和0.0060 g KOH，密封，放入微波爐中，在設(shè)定的溫度下反應(yīng)60 min，測定轉(zhuǎn)化率，結(jié)果見表1。

表1 反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率的影響Table 1 Effect of reaction temperature on the conversion rate of diethanolamine

從表1可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高轉(zhuǎn)化率逐漸增大。當(dāng)反應(yīng)溫度從150℃升高到160℃時，轉(zhuǎn)化率增加了7.72%；當(dāng)反應(yīng)溫度從160℃升高到170℃時，轉(zhuǎn)化率增加了6.78%，當(dāng)反應(yīng)溫度從170℃升高到180℃時，轉(zhuǎn)化率反而下降了1.18%。所以反應(yīng)溫度選擇170℃為好。

2.2 反應(yīng)時間對轉(zhuǎn)化率的影響

在8 mL反應(yīng)瓶內(nèi)加入0.6371 月桂酸的甲酯、0.5000 g二乙醇胺和0.0060 g KOH，密封，放入微波爐中，在170℃溫度下反應(yīng)一段時間，測定轉(zhuǎn)化率，結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)時間對轉(zhuǎn)化率的影響Table 2 Effect of reaction time on the conversion rate of diethanolamine

從表2可以看出，隨著反應(yīng)時間的延長，轉(zhuǎn)化率逐漸增大。當(dāng)反應(yīng)時間從50 min增加到60 min時，轉(zhuǎn)化率上升7.4%；而當(dāng)反應(yīng)時間從60 min增加到70 min時，轉(zhuǎn)化率僅增加0.59%；再增加反應(yīng)時間，對轉(zhuǎn)化率的影響不大，所以反應(yīng)時間選擇60min為好。

2.3 催化劑用量對轉(zhuǎn)化率的影響

在8 mL反應(yīng)瓶內(nèi)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，放入微波爐中，在170℃溫度下反應(yīng)60 min，測定轉(zhuǎn)化率，結(jié)果見表3。

表3 催化劑用量對轉(zhuǎn)化率的影響Table 3 Effect of the amount of catalyst t on the conversion rate of diethanolamine

從表3可以看出，隨著催化劑用量的增加，轉(zhuǎn)化率逐漸增大。當(dāng)催化劑用量從0.8%升到1%時，轉(zhuǎn)化率增加了3.48%，從催化劑用量從1%升到1.2%時，轉(zhuǎn)化率反而下降，所以催化劑用量選擇1%為好。

2.4 反應(yīng)配料比對轉(zhuǎn)化率的影響

在8 mL反應(yīng)瓶內(nèi)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，放入微波爐中，在170℃溫度下反應(yīng)60 min，測定轉(zhuǎn)化率，結(jié)果見表4。

從表4可以看出，隨著胺酯比的增大，轉(zhuǎn)化率逐漸增加。當(dāng)酯胺比從1.4:1增大到1.6:1時，轉(zhuǎn)化率增加了8.62%，而酯胺比從1.6:1增大到1.8:1進(jìn)，轉(zhuǎn)化率僅增加了1.73%，所以酯胺比選擇1.6:1為好。

表4 配料比對轉(zhuǎn)化率的影響Table 4 Effect of the molar ratio of reactant on the conversion rate of diethanolamine

2.5 微波法與常規(guī)法的比較

制備月桂酰二乙醇胺的傳統(tǒng)方法（常規(guī)法）是以月桂酸甲酯和二乙醇胺為原料，在常壓下加熱回流進(jìn)行反應(yīng)。我們使用微波法合成月桂酰二乙醇胺，合成的條件及轉(zhuǎn)化率見表5。

表5 微波法與常規(guī)加熱法的比較Table 5 Comparison of microwave irradiation and conventional heating

反應(yīng)條件：月桂酸甲酯0.6371g ，二乙醇胺0.5000 g， KOH 0.0060 g。

從表5可以看出，微波法比常規(guī)法合成月桂酰二乙醇胺，達(dá)到相似的轉(zhuǎn)化率，前者比后者要快6倍。

3 結(jié) 論

（1）在微波作用下，以KOH為催化劑催化月桂酰二乙醇胺的優(yōu)化條件是：反應(yīng)溫度170 ℃，反應(yīng)時間60 min，催化劑用量為月桂酸甲酯質(zhì)量的1%，酯胺摩爾比為1.6∶1。在此優(yōu)化條件下，二乙醇胺轉(zhuǎn)化率為85.12%。

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

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