雙季銨鹽化合物、合成方法及其用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型的雙季銨鹽化合物、合成方法及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙季銨鹽化合物由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性具有離子基團(tuán)，也具有疏水基團(tuán)，通?？?以作為表面活性劑，是一種新型的表面活性劑。
[0003] 1951年，F(xiàn)uoss合成一種新型的表面活性劑，該表面活性劑分子中的疏水鏈兩端 各連一個(gè)離子基團(tuán)，該表面活性劑分子被稱為Bolaform electrolyte，簡(jiǎn)寫為bolyte或 bolion。從此，"Bola"成為這種特殊結(jié)構(gòu)兩親分子的代稱。Bola型表面活性劑在水中通常 具有較好的溶解度。同樣鏈長(zhǎng)的Bola型表面活性劑由于具有兩個(gè)極性頭，親水性更強(qiáng)，因 此與疏水基碳原子數(shù)相同、親水基碳原子數(shù)也相同的一般表面活性劑相比，常溫下具有較 好的溶解性。Bola型表面活性劑具有聚集和自組裝行為，引起越來(lái)越多科研工作者的關(guān)注， 對(duì)Bola型化合物的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)應(yīng)用將帶來(lái)界面科學(xué)和交叉學(xué)科的發(fā)展新階段。
[0004] 因此，將雙季銨鹽化合物的結(jié)構(gòu)特性與Bola型表面活性劑的結(jié)構(gòu)特征結(jié)合起來(lái)， 研究一種新型的具有Bola型結(jié)構(gòu)的雙季銨鹽化合物值得人注目。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 由鑒于此，確有必要提供一種新型的雙季銨鹽化合物、合成方法及用途，該雙季銨 鹽化合物具有Bola型結(jié)構(gòu)，可以作為表面活性劑、除垢劑、吸附劑、驅(qū)油劑等。
[0006] 一種雙季銨鹽化合物，為烷基六甲基二溴化銨，其結(jié)構(gòu)通式如下式1所示：
[0007] 其中，"正偶數(shù)"為能被2整除的正整數(shù)；"烷基六甲基二溴化銨"是指正烷基六甲 基二溴化銨。所述烷基六甲基二溴化銨分子具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
[0008] 基于上述雙季銨鹽化合物，所述烷基六甲基二溴化銨的結(jié)構(gòu)通式中的η為2、4、6、 8或10。那么，所述雙季銨鹽化合物則可以為乙基六甲基二溴化銨；丁基六甲基二溴化銨， 其結(jié)構(gòu)式如式2所示；己基六甲基二溴化銨；辛基六甲基二溴化銨，其結(jié)構(gòu)式如式3所示； 或癸基六甲基二溴化銨，其結(jié)構(gòu)式如式4所示：

[0009] -種雙季銨鹽化合物的合成方法，包括以下步驟： 步驟一：將三甲胺溶液與l，n-二溴X烷混合并發(fā)生反應(yīng)，形成烷基六甲基二溴化銨混 合液，其中η與X表示相同的數(shù)值，且η為正偶數(shù)； 步驟二：分離、純化所述烷基六甲基二溴化銨混合液，得到烷基六甲基二溴化銨成品， 其結(jié)構(gòu)式如上述式1所示。
[0010] 其中，1，η-二溴X燒中的X代表的數(shù)值意思與η相等，1，η-二溴X燒是由溴原子 取代正X烷兩端的甲基上的一個(gè)氫原子而形成的。
[0011] 三甲胺溶液與1，η-二溴X烷的反應(yīng)分兩步進(jìn)行，且主要按照雙分子親核取代 (SN2)反應(yīng)歷程進(jìn)行，具體如下：
基于上述合成方法，當(dāng)所述1，η-二溴X烷為1，4-二溴丁烷時(shí)，所述步驟一包括：向三 甲胺溶液中加入1，4-二溴丁烷，并加熱至75~85°C使所述三甲胺溶液和1，4-二溴丁烷反 應(yīng)，形成丁基六甲基二溴化銨混合液。
[0012] 基于上述合成方法，所述步驟一包括：將三甲胺溶液置于反應(yīng)容器中，攪拌，并向 所述反應(yīng)容器中滴入1，4-二溴丁烷。其中，優(yōu)選地，1，4-二溴丁烷以5~35滴/分鐘的速 度滴入到所述三甲胺溶液中，更優(yōu)地，1，4-二溴丁烷的滴入速度為10~30滴/分鐘；所述 反應(yīng)溶液為三口燒瓶。所述三甲胺溶液中的溶劑為水、乙醇等。
[0013] 基于上述合成方法，所述步驟二包括：冷卻靜置所述丁基六甲基二溴化銨混合液， 使其分層、分離，得到丁基六甲基二溴化銨水相混合液；采用乙醚萃取所述丁基六甲基二溴 化銨水相混合液，收集乙醚相混合液層；蒸發(fā)純化乙醚相混合液，得到丁基六甲基二溴化銨 成品。
[0014] 基于上述合成方法，所述步驟二包括：冷卻靜置所述丁基六甲基二溴化銨混合液， 使該丁基六甲基二溴化銨混合液分成油相和水相兩層，去除所述油相，得到所述丁基六甲 基二溴化銨水相混合液；多次采用乙醚萃取所述丁基六甲基二溴化銨水相混合液，收集所 述乙醚相混合液層；用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在45~55°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)所述乙醚相混合液，除去所述乙醚 相混合液中的乙醚和部分雜質(zhì)，得到丁基六甲基二溴化銨粗品，依次用少量水洗，干燥所述 丁基六甲基二溴化銨粗品，得到所述丁基六甲基二溴化銨成品。
[0015] 基于上述合成方法，當(dāng)所述1，η-二溴X烷為1，2-二溴乙烷時(shí)，將1，2-二溴乙烷 與四氫呋喃混合，形成二溴乙烷溶液，并將該二溴乙烷溶液置于反應(yīng)容器中，且冰浴冷卻至 低于等于〇°C，攪拌下分批向所述反應(yīng)容器中滴加三甲胺水溶液和甲醇，在0~5°C反應(yīng) 2~4 h后逐漸升溫至室溫，攪拌反應(yīng)時(shí)間20 h以上，得到乙基六甲基二溴化銨混合液；在 50°C~70°C水浴加熱所述乙基六甲基二溴化銨混合液，減壓蒸餾并使其余液分離成上層溶 液和下層溶液；多次采用乙醚萃取所述上層溶液使其分成水相混合液和油相混合液，合并 多次所得的所述油相混合液并回收乙醚；所述水相混合液與所述下層溶液合并，并減壓回 收1，2-二溴乙烷；乙醚萃取后的水相減壓蒸出水，使乙醚萃取余液凝結(jié)成固體，加入丙醇 后加熱使固體溶解，靜置冷卻析出結(jié)晶，過(guò)濾，依次采用冷丙醇、乙醚洗滌，得乙基六甲基二 溴化銨結(jié)晶粗品；減壓干燥所述乙基六甲基二溴化銨結(jié)晶粗品，得到乙基六甲基二溴化銨 成品。
[0016] 基于上述合成方法，當(dāng)所述1，η-二溴X烷為1，6-二溴己烷時(shí)，將所述三甲胺溶液 置于反應(yīng)容器中，并將該三甲胺溶液加熱至35~45°C ;連續(xù)攪拌，并將1，6-二溴己烷滴加 至所述反應(yīng)容器中，使甲胺溶液和1，6-二溴己烷反應(yīng)3~5h，得到己基六甲基二溴化銨混 合液；靜置冷卻，將冷卻后的己基六甲基二溴化銨混合液倒入分液漏斗中，分成有機(jī)相和水 相，保留所述有機(jī)相；對(duì)所述有機(jī)相進(jìn)行減壓分餾處理，得到粉末狀的己基六甲基二溴化銨 粗品；然后用乙醚進(jìn)行洗滌，重結(jié)晶，純化，得到己基六甲基二溴化銨結(jié)晶；干燥所述己基 六甲基二溴化銨結(jié)晶，得到白色結(jié)晶狀己基六甲基二溴化銨成品。
[0017] 本發(fā)明提供一種上述雙季銨鹽化合物的用途，所述烷基六甲基二溴化銨用于表面 活性劑、除垢劑、吸附劑或驅(qū)油劑，其中，所述除垢劑為無(wú)機(jī)除垢劑或有機(jī)除垢劑。
[0018] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的雙季銨鹽化合物-烷基六甲基二溴化銨是一種新 型的雙季銨鹽化合物，具有Bola型結(jié)構(gòu)，比較好的溶解性，而且毒性小、生物降解性好等優(yōu) 點(diǎn)，可以作為表面活性劑；烷基六甲基二溴化銨分子中既具有溴離子，可以吸附無(wú)機(jī)類物 質(zhì)，又具有極性較強(qiáng)的氮原子，可以吸附有機(jī)類物質(zhì)，比如，天然高分子、生物高分子材料 等，所以，本發(fā)明提供的烷基六甲基二溴化銨可以作為吸附劑；所述烷基六甲基二溴化銨同 時(shí)兼有無(wú)機(jī)除垢劑和有機(jī)除垢劑的雙重作用，尤其對(duì)鈣鎂離子、膠體粒子等形成的污垢具 有很強(qiáng)的抑制和消除作用；而且，在相同條件下，其除垢率大于氟表面活性劑和十六烷基三 甲基溴化銨(英文縮寫CTAB)的防垢除垢率。所以，本發(fā)明提供的烷基六甲基二溴化銨不僅 可以用作日常生活用的防垢除垢劑，還可以用作工業(yè)用的防垢除垢劑。
[0019] 當(dāng)所述烷基六甲基二溴化銨作為防垢除垢劑注入儲(chǔ)藏有原油的地層后，由于烷基 六甲基二溴化銨與地層油藏及油藏流體的相互作用，可以形成較穩(wěn)定的油水乳狀液，同時(shí) 還可減小油對(duì)地層表面的粘附力，提高了洗油能力。另外，隨著從地層表面洗下來(lái)的油越來(lái) 越多，向前移動(dòng)時(shí)可發(fā)生相互碰撞并形成油帶，油帶在向前移動(dòng)時(shí)又不斷將遇到的分散的 油聚并進(jìn)來(lái)，使油帶不斷擴(kuò)大，最后從油井采出，所以，烷基六甲基二溴化銨還具有驅(qū)油功 能，可以作為驅(qū)油劑。
[0020] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的雙季銨鹽化合物的合成方法是以三甲胺水溶液和 1，η-二溴X烷為原料合成目標(biāo)產(chǎn)物的，反應(yīng)條件易控制，操作簡(jiǎn)單易行；而且本發(fā)明主要 采用可以回收的乙醚作為萃取劑分離純化目標(biāo)產(chǎn)物得到所述烷基六甲基二溴化銨成品，所 以，本發(fā)明提供的合成方法無(wú)環(huán)境污染，無(wú)廢物排放。
[0021] 本發(fā)明提供的方法是將1，4-二溴丁烷原料慢慢滴入三甲胺溶液中，增加了反應(yīng) 物的接觸面積，使反應(yīng)順利進(jìn)行生成丁基六甲基二溴化銨，大大降低了生產(chǎn)成本，反應(yīng)時(shí)間 縮短1. 5~2. 5小時(shí)，提高產(chǎn)率，使產(chǎn)率從67%~78%提高到80%~90%。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的乙基六甲基二溴化銨成品的紅外光譜圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2提供的丁基六甲基二溴化銨成品的紅外光譜圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例2提供的丁基六甲基二溴化銨成品的核磁共振氫譜圖。
[0025] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例3提供的己基六甲基二溴化銨成品的紅外光譜圖。
[0026] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例3提供的己基六甲基二溴化銨成品的核磁共振氫譜圖。
[0027] 圖6是碳原子數(shù)不同的烷基六甲基二溴化銨與吸附量的變化圖。