专利名称：一种n,n,n－三甲基－n－松香基硫酸单甲酯铵的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵的制备方法，属于表面活性剂技术领域。
N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵是一种以松香基作为亲油基与氮原子直接连接的季铵盐类阳离子表面活性剂。烷基作为亲油基与氮原子直接连接的直链烷基季铵盐是众所周知的早已商品化的阳离子表面活性剂，早在1935年就认定这类阳离子表面活性剂有抑菌性。然而，由于现有的单烷基、双烷基季铵盐类表面活性剂的生物降解性差，而且现有的各种杀菌剂经使用一定时期后，细菌会产生抗药性，需不断地开发具有新结构的杀菌剂。因此，本发明利用天然产物松香酸中的松香基作为季铵盐类表面活性剂的亲油基来制得N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵。因该亲油基来自天然产物，具有三环菲结构，与传统的季铵盐类表面活性剂中作为亲油基的直链烷基在结构上有明显的差别，因而具有良好的生物降解性，同时，本发明的N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵也具有杀菌性，可作为具有新结构的杀菌剂使用。
本发明方法的特征是用松香胺作原料，经两步反应制备N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵。第一步以甲醛-甲酸为甲基化试剂制备N，N-二甲基松香胺(A)；第二步以乙酸乙酯为溶剂，用硫酸二甲酯作烷基化试剂与(A)进行季铵化反应制备N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵。上述制备过程可用下列反应式[1]和[2]来表示
R为松香基如
等。
将脂肪伯胺用甲醛和甲酸进行还原性甲基化制备叔胺是一个经典的反应，称为Eschweiler-Clarke反应(H.T.CLARKE，JACS55，1933，P4571-4585)，但该反应用于松香胺的甲基化比较困难，因为松香胺的空间位阻比较大。本发明通过调整反应物料比，延长反应时间、改进后处理制备了N，N-二甲基松香胺。
本发明的一种N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵的制备方法主要是松香胺∶甲醛∶甲酸＝1∶25～3∶5～6(摩尔比)，最好为1∶3∶5(摩尔比)。回流反应8～24小时，最好为12～16小时。回流停止后加入适量盐酸酸化，溶液PH小于3，然后蒸馏，冷却，再加氢氧化钠溶液碱化，至水相PH大于9，分出油相。油相加水和二氯甲烷，静置分层，除去油相中的无机盐，将油相中的溶剂蒸除得粗产物，收率85～92％。在氮气氛保护下将粗产物减压蒸馏，收集190～205℃/4mmHg馏份，得到浅黄色液体，为N，N-二甲基松香胺。
二甲基松香胺与硫酸二甲酯以1∶1.1摩尔比在乙酸乙酯中进行季铵化反应，回流2小时，用布氏漏斗过滤，得粗产物，收率90.4％，用乙酸乙酯重结晶，得精制产品N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵，收率81％。
本发明的一种N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵的制备方法的优点是季铵化步骤用乙酸乙酯作溶剂，生成的产物是白色沉淀，反应终点易判别，易进行后处理，产品得率高，易纯化。
本发明制备的N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵是白色片状结晶，熔点189～192℃，活性物含量93％(用直接两相滴定法测定，亚甲兰作指示剂)。Krafft点低于20℃，极易溶于水、乙醇、二氯甲烷。具有表面活性，最低表面张力为33.7mN/米(1.0×10-2mol/L)，用罗氏泡沫仪测定起泡力和稳定性，泡沫高度154mm，3分钟后的泡沫高度5mm。
按卫生部消毒技术规范(1988.9)测定对金色葡萄球菌的消毒效果，最低抑菌浓度结果如表1所示，并与洁尔灭对比。
表1 N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸甲酯铵和洁尔灭的最低抑菌稀释度
实施例1在装有电动搅拌器、回流冷凝管、温度计和滴液漏斗的500ml四口烧瓶中加入72.9克松香胺，搅拌下慢慢加入85％的甲酸66.7克，加热，水浴冷却，控制反应温度50℃，由滴液漏斗加入37％甲醛溶液61.1克，滴加完毕后改用电热套加热，至回流温度反应12小时。蒸馏反应混合液，除去过量甲酸和甲醛等，于反应混合液中加20％的盐酸73.0克，再蒸馏除去甲酸，反应混合液静置，冷却至室温。在搅拌下缓慢加入25％氢氧化钠水溶液80.0克，搅拌30分种后，静置，水相PH大于9，分出油相。加30～40ml二氯甲烷和30ml水，搅拌后静置分层，将油相分出，水相用15ml二氯甲烷萃取二次，并入油相，油相蒸除溶剂得二甲基松香胺粗产物74.1克，收率92％。在氮气氛保护下减压蒸馏，收集190～205℃/4mmHg收率80.6％。
在装有搅拌器，温度计，回流冷凝管，加热套的250ml四口烧瓶中加入由上述制得的二甲基松香胺26.5克，加乙酸乙酯40ml，搅拌下加入12.0克硫酸二甲酯，加热至回流温度，十分钟后有白色固体析出，回流反应2小时后冷却至室温，用布氏漏斗把反应混合物过滤，用乙酸乙酯洗涤，得粗产物30.9克，粗产物收率90.4％。用乙酸乙酯重结晶两次得精制产品27.2克，收率80.9％。用直接两相滴定法，亚甲兰作指示剂测定活性物含量93.3％。
实施例2在装有电动搅拌器，回流冷凝管，温度计和滴液漏斗的1000ml四口烧瓶中加入218.7克松香胺，搅拌下慢慢地加入85％甲酸220.1克，加热，水浴冷却，控制反应温度45℃，由滴液漏斗加入37％甲醛溶液201.6克。滴加完毕后改用电热套加热至回流温度反应16小时。蒸馏反应混合液，除去过量的甲酸和甲醛等，于反应混合液中加入20％盐酸219克，再蒸馏除去甲酸，然后静置反应混合液，冷却至室温。在搅拌下缓慢加入25％氢氧化钠水溶液240克，搅拌30分钟后，静置，水相PH大于9，分出油相。加入90～110ml的二氯甲烷和90ml的水，搅拌后静置分层，分出油相，水相用50ml的二氯甲烷萃取两次，并入油相，蒸除油相溶液得二甲基松香胺粗产物222.6克，收率92.2％。在氮气氛保护下减压蒸馏，收集190～205℃/4mmHg馏份，收率为80.3％。
在装有搅拌器，温度计，回流冷凝管，加热套的1000ml四口烧瓶中，加入由上述制备的二甲基松香胺160克，乙酸乙酯280克，搅拌下加入硫酸二甲酯80克，加热至回流温度，10分钟后有白色固体析出，继续回流反应3小时，然后冷却至室温。用布氏漏斗过滤，用80ml乙酸乙酯洗涤滤饼三次，得粗产物185.8克，粗产物收率90.5％。用乙酸乙酯重结晶两次，得精制产物163克，收率79.4％。用直接两相滴定法，亚甲兰作指示剂测定活性物含量93.1％。熔点189～192℃。
实施例3在装有电动搅拌器、回流冷凝管、温度计和滴液漏斗的1000ml四口烧瓶中，加入182克松香胺，搅拌下慢慢加入85％甲酸146.7克，加热，水浴冷却，控制反应温度55℃。由滴液漏斗加入37％甲醛溶液134.4克。滴加完毕后改用电热套加热，至回流温度反应10小时。蒸馏反应混合液，除去过量的甲酸和甲醛等，于反应混合液中加20％盐酸182克，再蒸馏除去甲酸，然后静置反应混合液，冷却至室温。在搅拌下缓慢加入25％氢氧化钠水溶液200克，搅拌30分钟后，静置，水相PH大于9，分出油相。加入70～90ml二氯甲烷和60ml水，搅拌后静置分层，分出油相，水相用40ml二氯甲烷萃取两次，并入油相，蒸除油相溶剂得二甲基松香胺粗产物184克，收率91.6％，在氮气氛保护下减压蒸馏，收集190～205℃/4mmHg馏份，收率80.2％。
在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管、加热套的1000ml四口烧瓶中，加入由上述制备的二甲基松香胺106克，加入乙酸乙酯200ml，搅拌下加入硫酸二甲酯48.0克，加热至回流温度，10分钟后有白色固体析出，随着反应时间的增加，析出的白色固体增加，继续回流反应2.5小时，然后冷却至室温。用布氏漏斗过滤，用50ml乙酸乙酯洗涤滤饼三次，得粗产物124克，粗产物收率91％。用乙酸乙酯重结晶两次，得精制产物108克，产率80％。用直接两相滴定法，亚甲兰作指示剂测定活性物含量93.2％。熔点189～192℃。1％水溶液Krafft点低于20℃。对金色葡萄球菌测定最低抑菌稀释度，作用时间10分钟时为1∶1600，其杀菌力与洁尔灭(十二烷基二甲基苄基氯化铵)相当。
权利要求
1.一种N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵的制备方法其特征在于以松香胺为原料经甲基化和季铵化两步反应来制备。第一步甲基化反应的特征在于松香胺∶甲醛∶甲酸＝1∶2.5～3∶5～6，最好为1∶3∶5(摩尔比)，回流反应8～24小时，最好为12～16小时，得到N，N-二甲基松香胺(A)。第二步季铵化反应的特征在于，用硫酸二甲酯作烷基化试剂，(A)与硫酸二甲酯的摩尔比为1∶1.1。以乙酸乙酯为溶剂，回流温度下反应0.5～2小时。过滤得到粗产物，用乙酸乙酯重结晶得精制产品N，N，N-三甲基-N-松香基硫酸单甲酯铵，它对金色葡萄球菌的杀菌力不低于十二烷基二甲基苄基氯化铵。
全文摘要
本发明提供了一种以松香胺为原料制备N,N,N－三甲基－N－松香基硫酸单甲酯铵的方法。该方法包括松香胺以甲醛—甲酸作甲基化试剂制备N,N－二甲基松香胺(A),(A)再与硫酸二甲酯在溶剂中进行季铵化反应,所得产物具有良好的杀菌力。
文档编号C07C305/00GK1180072SQ97111998
公开日1998年4月29日 申请日期1997年7月11日 优先权日1997年7月11日
发明者梁梦兰, 孙宝国, 宋湛谦, 李寅蔚, 安碧城 申请人:北京轻工业学院