专利名称：：一种双子烟酸酯类季铵盐及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种双子烟酸酯类季铵盐及其制备方法。
背景技术：
：表面活性剂在国民经济和人类日常生活中已经成为须臾不可缺少的化学品。在能源矿业、金属加工、轻纺、日用化工、食品制药等领域都有着广泛的用途。1935年Domagk发现了阳离子表面活性剂具有杀菌能力，其中的代表物是季铵盐型的表面活性剂，此外还有吡啶盐、咪唑啉盐、异喹啉盐等。双子季铵盐化合物以其低毒、高效、广谱抗菌及具有广泛的生物活性等优异性會旨(NagamuneHetal.EvaluationoftheCytotoxicEffectsofBis-quaternaryAmmoniumAntimicrobialReagentsonHumanCells[J].ToxicologyinVitro，2000，14:139-147)，已经广泛应用于医学、食品、化妆品、纺织及工业水处理等领域。这些阳离子表面活性剂具有广谱杀抑菌能力和无臭、水溶性大、刺激性小的优点，如1227的杀菌浓度低、水溶性好、毒性和刺激性小，但价格高，血清对其杀菌效果还有一定的影响。在实际应用中还发现在同一体系中长时间使用一种表面活性剂，微生物产生的抗药性使其使用效果明显下降(黄奇然，汤小燕，陈小丹.新型双季铵盐杀菌剂的合成和杀菌性能研究[J].广东化工，2007，34(3):9-10)，如1227对油田回注水中硫酸还原菌的杀灭用量由30mg/L到100mg/L，所以很有必要寻求新的杀菌剂。腐蚀的危害是非常巨大的，合理使用缓蚀剂是防止金属及合金在环境介质中发生腐蚀的有效方法。可用作金属缓蚀剂的表面活性剂种类很多,但应用研究最多的是阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及含多官能团的表面活性剂，特别是季铵盐型阳离子表面活性剂，在缓蚀方面应用十分广泛。由于双子季铵盐表面活性剂比传统的单子季铵盐表面活性剂具有更高的表面活性，具有更低的临界胶团浓度(cmc)，有更好的水溶性，在与其他物质混合时表现出更好的协同效应等，可望其在金属腐蚀和防腐领域发挥重要作用。
发明内容本发明的目的在于提供一种双子烟酸酯类季铵盐，即溴化二-N-烷基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯，该季铵盐具有很高的表面活性和很强的杀菌性能及缓蚀性能，本发明还提供其制备方法，该方法简便可行，易于操作，收率较高，且无环境污染。为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。一种双子烟酸酯类季铵盐，即溴化二-N-垸基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯，其结构式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>m=0,1,2;n=8，10，12,14,16该双子烟酸酯类季铵盐，简记为EQn-m-n。制备溴化二-N-烷基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯，是以天然产物烟酸为原料，经过酰化、醇解、季铵化三步反应得到目标产物，其反应式如下第一步酰化第三步季铵化<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>m=0,1,2;n=8，10,12,14，16制备溴化二-N-烷基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯，主要包括1)烟酸酯的制备将烟酸和氯化亚砜按1:3-1:6的摩尔比加入到反应瓶中，搅拌回流，NaOH溶液吸收尾气。反应2-4h后，冷却，减压旋干过量氯化亚砜，得白色针状晶体。以干燥氯仿做溶剂，缓慢滴入与烟酸摩尔比为l:2的醇，NaOH溶液吸收尾气，回流4-10h。冷却后旋干溶剂，加入适量水溶解，用饱和%2(]03水溶液调节PH到中性或弱碱性，根据醇解所得产物的状态用不同的方法处理(固体则抽虑，烘干；液体过柱)。醇解产物的产率均在90%以上。2)溴化双-N-烷基烟酸酯的制备将醇解得到的酯和长链溴代垸按l:2-1:6的摩尔比加入到反应瓶中，无水乙腈做溶剂，加热回流30-40h。反应结束后，旋干溶剂，用无水丙酮洗涤，抽虑，若产物不纯则用乙醇和石油醚进一步做重结晶。所得产物均为白色固体，产率大部分在50%以上，甚至高达80%。经溴酚蓝法定性检测产物为季铵盐，产物结构也经过图谱证实。综上所述，一种双子烟酸酯类季铵盐的制备方法，依次包括以下步骤:(1)将烟酸和氯化亚砜按1:3-1:6的摩尔比加入到反应瓶中，搅拌回流，NaOH溶液吸收尾气，反应2-4h后，冷却，减压旋干过量氯化亚砜，得白色针状晶体烟酸酰氯；(2)将烟酸酰氯溶于干燥氯仿中，缓慢滴入与烟酸摩尔比为1:2的醇，醇为乙二醇、二甘醇或三甘醇，NaOH溶液吸收尾气，回流4-10h，冷却后旋干溶剂，加入适量水溶解，用饱和Na2C03水溶液调节PH到中性或弱碱性，将醇解产物烟酸酯抽虑烘干；(3)将烟酸酯和溴代烷按1:2-1:6的摩尔比加入到反应瓶中，溴代烷的碳原子数为8、10、12、14或16，无水乙腈做溶剂，加热回流30-40h，反应结束后旋千溶剂，用无水丙酮洗涤，抽虑，所得白色固体即为产物双子烟酸酯类季铵盐。本发明溴化二-N-烷基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯具有很高的表面活性和很强的广谱杀菌性能和缓蚀性能，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草杆菌黑色变种芽胞、白色念珠菌都有很强的杀灭作用，对金属具有很强的缓释能力。此外该类化合物起泡性弱，有的根本不起泡。因此该系列双子烟酸酯类季铵盐可望具有杀菌、防腐等多种功能，可广泛应用于石油化工、洗涤用品、轻纺、制药等领域。图l是EQ16-0-16的氢谱图图2是EQ16-1-16的氢谱图图3是EQ16-2-16的氢谱图图4是EQ双子表面活性剂溶液表面张力与其浓度的关系图具体实施方式实施例1溴化二-N-烷基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯(EQni-n)的制备EQ16-2-16的合成于反应瓶中加入摩尔比为1:5的烟酸和氯化亚砜，搅拌回流，NaOH溶液吸收尾气。反应4h后，冷却，减压旋干过量氯化亚砜，得白色针状晶体。以干燥氯仿做溶剂，缓慢滴入与烟酸摩尔比为12的三甘醇，NaOH溶液吸收尾气，回流10h。冷却后旋干溶剂，加入适量水溶解，用饱和Na2C03水溶液调节PH到弱碱性，分出有机相，水相用乙酸乙酯萃取2-3次，合并有机相，旋干后用乙酸乙酯过柱，所得产物为淡黄色液体，产率92%。将醇解得到的三甘醇酯和溴代十六烷按1:4的摩尔比加入到反应瓶中，无水乙腈做溶剂，加热回流40h。反应结束后，旋干溶剂，用乙醇和石油醚做重结晶至纯。所得产物为白色固体，产率39%。EQ12-1-12的合成于反应瓶中加入摩尔比为1:5的烟酸和氯化亚砜，搅拌回流，NaOH溶液吸收尾气。反应4h后，冷却，减压旋干过量氯化亚砜，得白色针状晶体。以干燥氯仿做溶剂，缓慢滴入与烟酸摩尔比为1:2的二甘醇，NaOH溶液吸收尾气，回流10h。冷却后旋干溶剂，加入适量水溶解，用饱和化2(:03水溶液调节PH到弱碱性，抽滤，抽滤时用蒸馏水洗涤，烘干。所得产物为白色固体，产率91%，熔点118-119。C。将醇解得到的乙二醇酯和溴代十二烷按1:4的摩尔比加入到反应瓶中，无水乙腈做溶剂，加热回流40h。反应结束后，旋干溶剂，加入无水丙酮洗涤，抽滤，抽滤时要用无水丙酮反复洗涤数次后所得产物经TLC检测基本上为一个点。产物为白色固体，产率50%。EQ8-0-8的合成于反应瓶中加入摩尔比为1:3的烟酸和氯化亚砜，搅拌回流，NaOH溶液吸收尾气。反应4h后，冷却，减压旋干过量氯化亚砜，得白色针状晶体。以干燥氯仿做溶剂，缓慢滴入与烟酸摩尔比为1:2的乙二醇，NaOH溶液吸收尾气，回流10h。冷却后旋干溶剂，加入适量水溶解，用饱和Na2C03水溶液调节PH到弱碱性，抽滤，抽滤时用蒸馏水洗涤，烘干。所得产物为白色固体，产率90%。将醇解得到的乙二醇酯和溴代辛垸按1:4的摩尔比加入到反应瓶中，无水乙腈做溶剂，加热回流40h。反应结束后，旋干溶剂，加入无水丙酮洗漆，抽滤，抽滤时要用无水丙酮反复洗涤数次后所得产物经.TLC检测基本上为一个点。产物为白色粉末，产率45%。熔点52-54°C。实施例2溴化二-N-垸基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯(EQn-m-n)的结构表征EQ16-0-16的结构表征参看图1，图1是EQ16-0-16的氢谱图，根据谱图将EQ16-0-16的化学位移及相关参数列于下表l:表1EQ16-0-16的^丽R参数<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从表l可知1、2、3、4组为吡啶环上的氢，5组为与氮直接相连的亚甲基氢，6组为与酯基上氧直接相连的亚甲基氢，7、8组为长链烷烃上的亚甲基氢，9组为长链烷烃末端的甲基氢。氢原子总数为目标产物分子氢原子数的一半，由此推断，分子结构对称，与目标产物结构相符。EQ16-1-16的结构表征<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage8</formula>参看图2，图2是EQ16-1-16的氢谱图，根据谱图将EQ16-1-16的化;位移及相关参数列于下表2:表2EQ16-1-16的^丽R参数吸收峰5(rmm)小峰教峰而和気,原子9.93s1.0009.52d1.01418.94d1.03718.321.02115.16t2.03424.59d2.05724.03d2.06622.40s4.02942.00d2.14921.31d4.43141.23d22.85230.87t3.2043I2'345678承910II12吸收峰小峰教峰而积気.原孑教比9.82S1.0089*:该组氢为溶剂峰从表2可知1、2、3、4组为吡啶环上的氢，5组为与氮直接相连的亚甲基氢，6、7组为E0上的亚甲基氢，8组为溶剂峰，9、10、ll组为长链烷烃上的亚甲基氢，12组为长链垸烃末端的甲基氢。除去溶剂峰，氢原子总数为目标产物分子氢原子数的一半，由此推断，分子结构对称，与目标产物结构相符。EQ16-2-16的结构表征参看图3，图3是EQ16-2-16的氢谱图，根据谱图将EQ16-2-16的化学位移及相关参数列于下表3:表3EQ16-2-16的力固R参数29.77D1.015139.00D1.018148.40Q1.000155.18T2.006264.55M2.02423.90m2.039283.74S2.02229承2.16S1.2561102.05T2.0962111.28-1.34M5.1265121.21-1.23D22.13622130.87T3.1003*:该组氢为溶剂峰由表3可知1、2、3、4组为吡啶环上的氢，5组为与氮直接相连的亚甲基氢，6、7、8组为E0上的亚甲基氢，9组为溶剂峰，10、11、12组为长链烷烃上的亚甲基氢，13组为长链垸烃末端的甲基氢。除去溶剂影响产生的峰，氢原子总数为目标分子数的一半，由此可知，分子结构对称，与目标物分子结构相符。实施例3溴化二-N-烷基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯(EQn-m-n)的表面活性研究将所需测定的表面活性剂用二次蒸馏水配制成一定浓度的系列水溶液，在2(TC下，采用吊环法测定表面活性剂水溶液的表面张力。测定结果如图4和表4所示。从图4中所见，随着该系列表面活性剂加入,水表面张力急剧下降，浓度增加，表面张力下降变缓，最后趋于稳定。烷基链增长，表面活性增加。表4几种表面活性剂的CmC、Yeme和C<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>EQ10-0-102.3343.70.131EQ12-0-120.3939.80.081E(J14-0-140.1241.50.019EQ16-0-160.02851.60.005EQ12-1-120.61441.40.141EQ14-1-140.34542.70.019EQ16-1-160.32442.50.003E(J14-2-140.21942.50.028EQ16-2-160.10342.50細8CTAB0.82537.30.275CPB0.65038.70.156注C2Q代表降低水表面张力20mN/m时所需表面活性剂的浓度。CTAB和CPB分别为两种常见阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵和溴代十六烷基吡啶由表4可以看出，我们所合成的10种化合物除了EQ08-0-08和.EQ10-0-IO，其他化合物的cmc均比常见的两种阳离子表面活性剂的cmc低。C2。要比CTAB和CPB的U低一到两个数量级(除EQ08-0-08夕卜)，说明所合成的EQ系列季铵盐降低表面张力的效率要比CTAB和CPB高得多。可见所合成的EQ系列季铵盐表面活性剂具有很好的开发前景。实施例4溴化二-N-烷基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯(EQn-m-n)的杀菌性能研究指示菌金黄色葡萄球菌(ATCC6538)、大肠杆菌(8099)、枯草杆菌黑色变种芽胞(ATCC9732)、白色念珠菌(ATCC10231)。培养基配制方法按细菌培养基配方100g水中，加入0.3%-0.5%的牛肉浸膏，1%的蛋白胨，0.5。/。的NaCl，1.3%的琼脂粉，进行称量，加热溶化，调节PH值至7-7.5，分装于试管中，加塞，湿热法灭菌，备用。.灭菌方法1)、把各种仪器、培养基、蒸馏水放进电热手提式蒸汽消毒器中，灭菌30分钟；2)、接种工具，用灼烧的方法进行灭菌；3)、实验操作均在超净工作台进行。杀菌剂杀菌活性的测定1)、将杀菌剂配成30ppm浓度的溶液。2)、将菌液进行活菌计数，并用无菌蒸馏水稀释成含菌量为5X105—6X106cfu/ml的菌悬液，设为原菌液，作10倍递增稀释为10—3，l(T4，l(T53种浓度的稀释液，分别用吸量管吸取0.5ml于不同的灭菌平皿中，每个各稀释度作两个平皿，然后及时将凉至45。C左右肉汤蛋白胨培养基倒入平皿约7ml，并转到平皿使之混合均匀。待琼脂凝固后，翻转平皿，置37"C下培养24h后，计算平板内菌落数目，乘以稀释倍数，再乘以2，即得每ml中的菌落总数，用N,e、表示。3)、取4ml已配好的杀菌剂溶液于试管中，加入lml原菌液，混合均匀，作用至规定时间(lh)后，取出适量菌药液，作适当稀释，取0.5ml于无菌平皿中，按上述(2)中的方法，加入培养基，培养后计数，平板内菌落数目，乘以稀释倍数，再乘以IO，即得每ml菌药液中存活的菌落数，用Njg表示。4)、杀菌率计算公式杀菌率=表5EQ系列杀菌剂对枯草杆菌的杀菌效果杀菌剂参数结果浓度(mg/L)30405080100EQ08-0-08杀菌率(％)81.589.294.497.6100浓度(mg/L)2025304050EQIO-O-IO杀菌率(％)87.589.293.898.8100浓度(mg/L)20253050100EQ12-0-12杀菌率(％)87.891.397.499.1100浓度(mg/L)20304050EQ14-0-14杀菌率(％)8997.498.599.1浓度(mg/L)20305080E(316-0-16杀菌率(°/<089.794.299.1100浓度(mg/L)20305080EQ12-1-12杀菌率(％)89.698.798.7100浓度(mg/L)203050EQ14-1-14杀菌率(％)90.998.7100浓度(mg/L)20304050EQ16-1-16杀菌率(％)90.997.498.7100<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表6EQ系列杀菌剂对大肠杆菌的杀菌效果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表7EQ系列杀菌剂对金黄色葡萄球菌的杀菌效果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表8EQ系列杀菌剂对白色念珠菌的杀菌效果<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>综合表5-表8可以看出，随着杀菌剂浓度增大，杀菌率都呈上升趋势。联接基相同时，随着烷基链长度增加，杀菌活性增加；烷基链长度相同时，随着联接基EO基数目增加，杀菌活性有所降低。表9EQ系列杀菌剂的最小抑菌浓度(MIC)(mg/1)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>从表9和10可以看出联接基相同时，MIC和MBC随着烷基链长度的增加有不同程度的降低；烷基链长度相同时，随着联接基EO数目的增加，除了部分MIC和MBC数据有所降低，其他数据变化不大。对枯草杆菌，除了EQ08-0-08的MIC为40mg/l，MBC为100mg/l，其他杀菌剂的MIC均在25mg/l以下，MBC在80mg/1以下；对大肠杆菌，EQ系列杀菌剂的MIC都不超过15mg/1，MBC也不超过50mg/l;对于金黄色葡萄球菌和白色念珠菌，除了EQ08-0-08和个别杀菌剂的MIC和MBC较高以外，其他杀菌剂的MIC均小于10mg/l，MBC均小于20mg/l。综上所述，EQ系列化合物作为杀菌剂整体上表现出了良好的杀菌活性，特别是对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌，在很低的浓度下即可以达到较高的杀菌率。实施例5溴化二-N-垸基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯(EQn-m-n)的缓释性能测定溴化二-N-十六垸基烟酸乙二醇酯(EQ16-0-16)的缓释性能测定A3长方体碳钢片，其尺寸为30mmX15mmX2mm。其化学组成为98.53Q/QFe，0.27%C，0.10%Cr，0.05%Ni，0.02%Mo，0.05%Cu，0.22%Si，0.61%Mn，0.15%S。腐蚀介质为20%的盐酸溶液。1)挂片前处理A3钢片试样用金相砂纸200tt，600tt，800#逐级打磨至各表面和棱角呈镜面光滑，然后用蒸馏水冲洗，丙酮和无水乙醇除油，最后用滤纸包好在室温下于干燥器中干燥备用。2)挂片实验将100mL20。/。的盐酸溶液置于lOOmL磨口三角烧瓶中，并分别在瓶中加入不同浓度的季铵盐，然后用游标卡尺量出A3长方体碳钢片的尺寸，计算其面积。电子天平称出其重量。用做好标记的细绳将A3钢片悬挂于100mL磨口三角烧瓶中，碳钢片悬挂于溶液的中部，同时做空白实验(未加有缓蚀剂的空白20%盐酸溶液)。将磨口三角烧瓶置于恒温水浴中，于一定温度下浸泡3h。3)挂片后处理实验结束后从溶液中取出碳钢片，，蒸馏水冲洗，然后用无水乙醇浸泡5分钟进行脱水清洗。将脱水后的碳钢片放入丙酮中除油，然后用冷风吹干，室温下干燥并称重。由As长方体碳钢片在溶液中浸泡前后的失重量来计算其在盐酸中的腐蚀速度V(g/cm2h)和缓蚀效率IE。/。。4)腐蚀速率的计算根据试片的失重，可以计算出绝对腐蚀速率和季铵盐的缓蚀效率V二(W「W)/St式中W。，W—试片实验前后的重量(g);S—试片的表面积(m2);t一缓蚀实验时间(h);V—腐蚀速率(g/m2h)缓蚀率的计算式中V。一未加季铵盐的A3碳钢的绝对腐蚀速率(g/m2h)V—加有季铵盐的A3碳钢的绝对腐蚀速率(g/m2h)1￡%—季铵盐的缓蚀效率IE9KVo—V)/VoX100%表ll缓蚀性能测试<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>随着EQ16-0-16的浓度增加，对A3钢的缓蚀率增加，在其浓度达到50mg/l时，缓蚀率达到97%，说明该缓蚀剂的缓释性能很好。实施例6溴化二-N-烷基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯(EQn-m-n)的泡沫性能研究在规格相同的100ml具塞量筒中分别装入浓度为cmc的待测溶液10ml，同时在摇床的最大摇速下振荡l分钟，在以刚停下来时的泡沫高度作为初始高度，测定5min时的泡沫高度与初始泡沫高度之比作为其稳定性的量度。泡沬高度为原始高度一半的时间作为泡沫的半衰期。每种溶液重复3次，取平均值，实验温度为2(TC。实验结果见表12。表12EQ系列部分化合物的起泡性sample.初始高度(mm)5分钟后高度(mm)泡沫稳定性(%)半衰期(s)EQO8-0-O81000%=2"EQ10-0-101800%3"EQ12-0-123300%9"EQ14-0-14382873.6%48'EQ16-0-16200%0EQ16-1-16322784.3%40，CTAB706$92.9%4小时以上CBP787393.6%4小时以上从表12中的攀据可以看出，EQ双子表面活性剂的起泡性很差，因此该类表面活性剂可能作为消泡剂使用。权利要求1一种双子烟酸酯类季铵盐，即溴化二-N-烷基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯，其结构式如下m＝0，1，2；n＝8，10，12，14，162如权利要求1所述的双子烟酸酯类季铵盐的制备方法，依次包括以下步骤(1)将烟酸和氯化亚砜按1:3-1:6的摩尔比加入到反应瓶中，搅拌回流，NaOH溶液吸收尾气，反应2-4h后，冷却，减压旋干过量氯化亚砜，得白色针状晶体烟酸酰氯；(2)将烟酸酰氯溶于干燥氯仿中，缓慢滴入与烟酸摩尔比为1:2的醇，醇为乙二醇、二甘醇或三甘醇，NaOH溶液吸收尾气，回流4-10h，冷却后旋干溶剂，加入适量水溶解，用饱和Na2C03水溶液调节PH到中性或弱碱性，将醇解产物烟酸酯抽虑烘干；(3)将烟酸酯和溴代垸按1:2-1:6的摩尔比加入到反应瓶中，溴代烷的碳原子数为8、10、12、14或16，无水乙腈做溶剂，加热回流30-40h，反应结束后旋干溶剂，用无水丙酮洗涤，抽虑，所得白色固体即为产物双子烟酸酯类季铵盐。全文摘要本发明涉及一种双子烟酸酯类季铵盐，即溴化二-N-烷基烟酸乙二醇/二甘醇/三甘醇酯，其制备方法如下(1)将烟酸和氯化亚砜按1∶3-1∶6的摩尔比加入到反应瓶中，反应2-4h后，得白色针状晶体烟酸酰氯；(2)将烟酸酰氯溶于干燥氯仿中，缓慢滴入与烟酸摩尔比为1∶2的醇，醇为乙二醇、二甘醇或三甘醇，加入适量水溶解，将醇解产物烟酸酯抽虑烘干；(3)将烟酸酯和溴代烷按1∶2-1∶6的摩尔比加入到反应瓶中，溴代烷的碳原子数为8、10、12、14或16，无水乙腈做溶剂，加热回流30-40h，洗涤抽虑后即得产物双子烟酸酯类季铵盐。该季铵盐具有很高的表面活性和很强的杀菌性能及缓蚀性能，其制备方法简便可行，易于操作，收率较高，且无环境污染。文档编号C07D213/80GK101205212SQ20071005030公开日2008年6月25日申请日期2007年10月22日优先权日2007年10月22日发明者刘红星,蒋晓慧申请人:西华师范大学