山蒼子核油基月桂酰二乙醇胺的合成

李湘洲 周 軍 楊國恩 胡 偉

（中南林業(yè)科技大學材料科學與工程學院1，長沙 410004）（南方林業(yè)生態(tài)應用技術國家工程實驗室2，長沙 410004）（湖南林之神生物科技有限公司3，長沙 410004）

山蒼子核油基月桂酰二乙醇胺的合成

李湘洲1，2周 軍1，3楊國恩1胡 偉1

（中南林業(yè)科技大學材料科學與工程學院1，長沙 410004）
（南方林業(yè)生態(tài)應用技術國家工程實驗室2，長沙 410004）
（湖南林之神生物科技有限公司3，長沙 410004）

為合理利用山蒼子核油，減少工業(yè)油脂對食用油的依賴，以提取于山蒼子核仁的月桂酸為原料，甲醇鈉為催化劑，2步法合成了月桂酰二乙醇胺，運用HPLC法快速測定合成產物中月桂酰二乙醇胺的含量。在單因素試驗的基礎上，正交試驗設計優(yōu)化了合成工藝，獲得了優(yōu)化工藝條件：第1步反應時間3 h、反應溫度140℃、料液摩爾比1∶1；第2步反應時間2 h、反應溫度90℃、原料與二乙醇胺摩爾比1∶0.6、催化劑用量1.0%。依據GB／T 15046—1994測定了合成產物的活性物含量、胺值等指標，符合國標的優(yōu)級品要求，紅外光譜（IR）檢測證實合成產物為月桂酰二乙醇胺。

山蒼子核油月桂酸 2步合成法 月桂酰二乙醇胺

山蒼子是我國特有的香料植物資源［1］，其果實主要用于提取山蒼子精油，剩余的核仁中富含油脂，其脂肪酸以癸酸、月桂酸為主［2］，目前并未得到充分利用。以山蒼子核仁為原料經提取、分離得到的月桂酸，可用于制備月桂醇酰胺等月桂酸衍生物，是解決山蒼子副產物綜合利用，減少工業(yè)油脂對食用油依賴的有益探索［3］。

月桂醇酰胺是一類重要的非離子表面活性劑，具有良好的增泡、穩(wěn)泡、增黏和提高復配洗滌劑去污性能的作用，且生物降解性能好、毒性低，廣泛用于日用化工、紡織，醫(yī)藥等領域［4］。月桂醇酰胺的合成方法主要有1步合成法、甲酯化法和2步合成法［5］，2步合成法條件相對溫和，反應物中活性物含量高，優(yōu)勢明顯。工業(yè)上合成月桂醇酰胺的脂肪酸通常來源于椰子油、棕櫚油等［6－9］天然食用油脂。而以山蒼子核油月桂酸為原料，2步法合成月桂酰二乙醇胺的報道較少。

本試驗研究了以山蒼子核油月桂酸為原料，甲醇鈉［10］為催化劑，采用正交試驗優(yōu)化了經2步法合成月桂酰二乙醇胺的工藝條件，運用高效液相色譜技術測定合成產物含量，參照 GB／T15046—1994［11］測定了產物的活性物含量、胺值等指標。

1 材料與方法

1.1 材料

椰子油脂肪酰二乙醇胺（6501）：分析純，上海陸忠化學試劑有限公司；山蒼子核油月桂酸（自制），純度≥98%；二乙醇胺、甲醇鈉、乙醚、石油醚（30～60℃）、三氯甲烷均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；甲醇：色譜純，天津市光復精細化工研究所；粗孔（zcx－Ⅱ）柱層析硅膠：試劑級，青島裕民源硅膠試劑廠。

高效液相色譜儀（HPLC）、IRAffinity－1傅里葉紅外光譜儀：日本島津公司；DZTW調溫電熱套：北京市永光明醫(yī)療儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 月桂酰二乙醇胺的合成

取10.00g山蒼子核油月桂酸與定量二乙醇胺置于100 mL三口燒瓶中，裝好溫度計及冷凝管，加熱攪拌進行第1步反應，待第1步反應結束，溫度降到第2步反應溫度時，立即加入甲醇鈉催化劑及過量二乙醇胺繼續(xù)攪拌，進行第2步反應直至反應停止，收集產品。

1.2.2 合成產物的HPLC檢測

稱取0.025 g合成產物，加入90%甲醇水溶液于25 mL容量瓶中定容，超聲2 min，搖勻備用。

HPLC色譜條件：Shimadzu高效液相色譜儀，SPD－20A紫外檢測器，ODS－C18反相色譜柱（250×4.6 mm，5μm）；流動相：90% 甲醇水溶液，流速1.0 mL／min，梯度洗脫模式；柱溫37℃，檢測波長 λ：210 nm；樣品溶液經0.20μm微孔膜過濾，進樣量10 μL，以保留時間定性，峰面積定量［12］。

1.2.3 月桂酰二乙醇胺活性物含量、胺值等性能的測定

月桂酰二乙醇胺活性物含量、胺值等性能測定參照 GB／T 15046—1994。

2 結果與分析

2.1 HPLC對不同脂肪酰二乙醇胺的分離效果

在1.2.2所述條件下，分別對椰子油脂肪酰二乙醇胺和自制山蒼子核油基月桂酰二乙醇胺進行HPLC分析，其結果見圖1和圖2。

圖1 椰子油脂肪酰二乙醇胺的HPLC分析

圖2 自制月桂酰二乙醇胺產品的HPLC分析

由圖1及圖2可知，HPLC對椰子油脂肪酰二乙醇胺和山蒼子核油基月桂酰二乙醇胺的分離效果良好，由于椰子油脂肪酰二乙醇胺的合成原料為混合脂肪酸，而后者的合成原料為單一脂肪酸月桂酸，出峰較少；在相同濃度和進樣量條件下，絕對峰面積越高，產品中月桂酰二乙醇胺的含量越高。

2.2 山蒼子核油月桂酸合成月桂酰二乙醇胺的單因素試驗

分別考察了第1步反應的反應時間、溫度、料液比及第2步反應的反應時間、溫度、二乙醇胺添加量、催化劑用量對合成終產物中月桂酰二乙醇胺含量的影響，并用高效液相色譜法跟蹤檢測了終產物中月桂酰二乙醇胺的峰面積。

2.2.1 第1步反應的反應時間對終產物峰面積的影響

考察了第1步反應中不同反應時間對合成產物中月桂酰二乙醇胺峰面積的影響，其他條件分別為：第1步反應溫度140℃、料液摩爾比（月桂酸∶二乙醇胺）1∶1、第2步反應時間2 h、反應溫度90℃、原料與二乙醇胺摩爾比1∶0.6、甲醇鈉1%，結果見圖3。

圖3 第1步反應中反應時間對峰面積的影響

如圖3所示，反應時間在3 h左右目標物的峰面積最大，超過4 h后峰面積快速減小。這是由于生成的胺單酯及雙酯的量相應增多［13］，而這類物質不易轉變成活性物，使活性物的含量降低，同時，反應時間過長易導致部分產物被氧化。由此，選擇第1步反應時間為3 h合適。

2.2.2 第1步反應的反應溫度對終產物峰面積的影響

在第1步反應時間3 h、料液摩爾比1∶1及第2步反應時間2 h、反應溫度90℃、原料與二乙醇胺摩爾比1∶0.6、甲醇鈉1%的條件下，研究了第1步反應溫度對合成產物中月桂酰二乙醇胺峰面積的影響，結果見圖4。

反應為吸熱反應，升高溫度，反應正向進行，反應速度加快，低于140℃時活性物含量迅速上升。140℃時活性物含量達到最大值；溫度繼續(xù)升高，峰面積顯著下降，這是由于溫度過高，易生成N，N－二（2－羧乙基）哌嗪［1］，導致活性物含量較低，同時，酯化反應等副反應的反應速度亦加快，生成更多難以轉化為活性物的胺單酯及胺雙酯。因此，第1步反應溫度以140℃較合理。

圖4 第1步反應中反應溫度對峰面積的影響

2.2.3 第1步反應的料液（月桂酸與二乙醇胺）摩爾比對終產物峰面積的影響

在第1步反應時間3 h、反應溫度140℃及第2步反應時間2 h，反應溫度90℃、原料與二乙醇胺摩爾比1∶0.6、甲醇鈉1%的條件下，研究了第1步反應中不同料液摩爾比對合成產物中月桂酰二乙醇胺峰面積的影響，結果見圖5。

圖5 第1步反應中反應料液摩爾比對峰面積的影響

由于酰胺化反應和酯化反應均為可逆反應，增大反應料液摩爾比，有利于正反應的進行，當投料配比過高時，生成的大量胺基酯副產物在第2步反應中難以轉化為活性物。由圖5可知，宜選擇料液摩爾比為 1∶1。

2.2.4 第2步反應的不同反應時間對終產物峰面積的影響

在第1步反應時間3 h、反應溫度140℃、料液摩爾比1∶1及第2步反應溫度90℃、原料與二乙醇胺摩爾比1∶0.6、甲醇鈉1%的條件下，研究了第2步反應中不同反應時間對合成產物中月桂酰二乙醇胺峰面積的影響結果見圖6。

圖6 第2步反應中反應時間對峰面積的影響

酰胺單酯及酰胺雙酯在催化劑的作用下能較快的轉變成活性產物，而胺單酯及胺雙酯的轉化速度非常緩慢，反應剛開始時，活性物含量明顯增加，到反應2 h活性物含量達到最大，隨后活性物含量迅速降低，因此，反應時間宜選擇2 h。

2.2.5 第2步反應的反應溫度對終產物峰面積的影響

在第1步反應時間3 h、反應溫度140℃、料液摩爾比1∶1及第2步反應時間2 h、原料與二乙醇胺摩爾比1∶0.6、甲醇鈉1%的條件下，研究了第2步反應中不同反應溫度對合成產物中月桂酰二乙醇胺峰面積的影響結果見圖7。

圖7 第2步反應中反應溫度對峰面積的影響

酰胺單酯及酰胺雙酯在較低的溫度下就能轉化為活性物，當溫度達到90℃時，活性物的含量最高，此時酰胺的生成與分解達到動態(tài)平衡，當反應溫度繼續(xù)升高反而不利于酰胺的生成。因此，反應溫度宜為90℃。

2.2.6 第2步反應的二乙醇胺量對終產物峰面積的影響

在第1步反應時間3 h、反應溫度140℃、料液摩爾比1∶1及第2步反應時間2 h、反應溫度90℃、甲醇鈉1%的條件下，研究了第2步反應中不同原料與二乙醇胺摩爾比對合成產物中月桂酰二乙醇胺峰面積的影響，結果見圖8。

圖8 第2步反應中二乙醇胺添加配比對峰面積的影響

由于酰胺單酯及酰胺雙酯的氨解反應是可逆反應，二乙醇胺添加量不足，酰胺酯的轉化不完全，當二乙醇胺的添加量與原料月桂酸摩爾比為0.6∶1時，月桂酰二乙醇胺峰面積最大，繼續(xù)添加二乙醇胺峰面積反而減小，這是因為體系中留有過量未反應的二乙醇胺，因此宜選擇原料與二乙醇胺摩爾比1∶0.6。

2.2.7 第2步反應的催化劑用量對終產物峰面積的影響

在第1步反應時間3 h、反應溫度140℃、料液摩爾比1∶1及第2步反應時間2 h、反應溫度90℃、原料與二乙醇胺摩爾比1∶0.6的條件下，研究了第2步反應中催化劑甲醇鈉的用量對合成產物中月桂酰二乙醇胺峰面積的影響，結果見圖9。

圖9 第2步反應中催化劑用量對峰面積的影響

催化劑能顯著加快反應速率，縮短反應到達平衡時間，當催化劑的量達1.00%后，反應基本達到平衡，加大催化劑的量對反應產物含量影響很小，且催化劑的量過大會使體系的pH升高，因此，甲醇鈉的加入量為1%時，產物中月桂酰二乙醇胺的含量最大。

2.3 以山蒼子核油月桂酸合成月桂酰二乙醇胺的正交試驗

在單因素試驗的基礎上，設計了L18（73）正交試驗，其設計表及試驗結果見表1～表3。

表1 因素水平表

表2 正交試驗結果

表3 方差分析表

由正交試驗得優(yōu)化工藝為第1步反應時間4 h、反應溫度140℃、料液比1∶1.2及第2步反應時間2 h、反應溫度100℃、原料與二乙醇胺摩爾比1∶0.6、甲醇鈉用量1.25%。在正交試驗優(yōu)化工藝下進行3次驗證試驗，并測得平均峰面積為5 100 695，比正交試驗第8號試驗結果的峰面積小，故正交試驗優(yōu)化工藝條件確定為：第1步反應時間3 h、反應溫度140℃、料液比1∶1及第2步反應時間2 h、反應溫度90℃、原料與二乙醇胺摩爾比1∶0.6、甲醇鈉用量1.0%。各因素對峰面積大小的影響順序依次為：第1步反應溫度＞料液比＞第2步反應溫度＞第2步反應時間＞第1步反應時間＞二乙醇胺添加量＞催化劑用量。

2.4 活性物、胺值及pH的測定

參照脂肪酰二乙醇胺GB／T 15046—1994柱層析純化法，測定了優(yōu)化工藝條件下制備產物的相關技術指標，結果見表4。

表4 自制產品的技術指標

由表4數據知，活性物含量、胺值及pH值各項指標均達到GB／T 15046—1994中優(yōu)級品的要求。

與文獻報道中1步法制備的月桂酰二乙醇胺產物（活性物質量分數僅為60%左右，反應溫度160℃）相比［13－14］，2步合成法制備的月桂酰二乙醇胺產品活性物含量高，可達82.71%，且具有反應更溫和，二乙醇胺用量小等優(yōu)點。

2.5 紅外光譜表征結果

山蒼子核油基月桂酰二乙醇胺產品的紅外光譜表征如圖10所示，醇胺、酰胺及胺酯的特征吸收峰分別出現在1 460、1 610及1 730 cm－1附近，羥基的特征峰出現在3 360 cm－1附近，甲基（－C－H）不對稱伸縮振動的特征峰出現在2 930 cm－1附近，亞甲基（－C－H）不對稱伸縮振動的特征峰出現在2 860 cm－1附近，這些均為產物月桂酰二乙醇胺的主要官能團，且產物中存在一定比例的醇胺、酰胺及胺酯。產品在1 460 cm－1及1 610cm－1均有較強吸收，證明產物中含大量目標產物月桂酰二乙醇胺。

圖10 自制產品的紅外光譜

3 結論

以山蒼子核油月桂酸為原料2步法合成了月桂酰二乙醇胺，運用單因素及正交試驗優(yōu)化了合成工藝，獲得了合成產物，并測定了產物的活性物質量分數為82.71%，紅外光譜結果表明合成產物為月桂酰二乙醇胺，且產物活性物含量、胺值等指標明顯優(yōu)于GB／T 15046—1994中優(yōu)級品的要求。

本方法的工藝條件相對較溫和，二乙醇胺用量小，產物活性物含量高，適宜于山蒼子核油月桂酸的開發(fā)利用。

［1］陳湛娟，劉秀萍，畢和平.山蒼子枝的化學成分研究［J］.林產化學與工業(yè)，2013，33（5）：97－100

［2］趙婷，陳國華，張鼎華.我國山蒼子的研究現狀及展望［J］.福建林業(yè)科技，2010，2（37）：158－161

［3］劉光斌，趙曉霞，胡冬南，等.無患子油脂的提取、理化性質及其制備生物柴油的研究［J］.中國糧油學報，2013，28（3）：59－64

［4］馮樹波，楊配賢，李鴻雁，等.脂肪酸單乙醇酰胺合成工藝研究［J］.化學反應工程與工藝，2010，26（1）：83－87

［5］Indra Surya，Ismail H，Azura A Z，et al.Alkanolamide as an accelerator，filler－dispersant and a plasticizer in silicafilled natural rubber compounds［J］.Polymer Testing，2013，32（8）：1313－1321

［6］葛贊，黃亞茹，方靈丹，等.高安全性椰油脂肪酸單乙醇酰胺的制備及應用研究［J］.日用化學品科學，2009，32（2）：21－24

［7］Adewale Adewuyi，Rotimi A，Oderinde，et al.Synthesis of alkanolamide：a nonionic surfactant from the oil Gliricidia sepium［J］.Journal of Surfactants and Detergents，2012，15（1）：89－96

［8］劉喃喃，夏詠梅，顧正明.棕櫚基乙醇酰胺表面活性劑的合成與性能［J］.精細化工，2012，29（1）：6－9

［9］C S Lee，T L Ooi，Cheng Hock Chuah，et al.Synthesis of palm oil－based diethanolamides［J］.Journal of Oil and Fat Industries，2007，84：945－952

［10］Hakan Kolancilar.Preparation of laurel oil alkanolamide from laurel oil［J］.Journal of the American Oil Chemists’Society，2004，81（6）：597－598

［11］GB／T 15046—1994，脂肪酰二乙醇胺［S］

［12］黃亞茹，黃少嫦，陳青俊，等.應用高效液相色譜法快速測定椰油二乙醇酰胺的含量［J］.日用化學工業(yè)，2000，（6）：44－46

［13］周雅文，韓富，徐寶財，等.月桂酰二乙醇胺的合成及性能研究［J］.北京工商大學學報：自然科學版，2010，28（2）：30－33

［14］陳蔚燕.月桂酰醇胺的合成及性能研究［J］.化工技術與開發(fā)，2013，42（8）：14－16.

Synthetic Process of Litsea cubeba Kernel Oil－Based Lauric Acid Diethanolamide

Li Xiangzhou1，2Zhou Jun1，3Yang Guoen1Hu Wei1

（College of Materials Science＆Engineering，Central South University of Forestry and Technology1，Changsha 410004）
（State Engineering Laboratory of Ecological Applied Technology in Forest Area of South China2，Changsha 410004）
（Hunan Linzhishen Biotechnology.co，.Ltd3，Changsha 410004）

In order to use effectivelyLitseacubebakernel oil and reduce the dosage of the edible oil，the lauric acid has been utilized to produce diethanolamide by two－step synthetic method with sodium methoxide catalyst.The material of lauric acid were extracted fromLitseacubebakernel and the products was detected by HPLC.The optimal process was confirmed based on single factor and orthogonal test on the conditions as following：reaction time of first step 3 hours，temperature of 140℃，material－liquid ratio of 1∶1（mol∶mol），time of the second step 2 hours，temperature 90℃，addition of diethanolamine 0.6∶1（mol∶mol）compared to material，catalyst of 1.0%.The technical indexes of products as actives and amine value according to the standard of top－grade product have been tested and researched by GB／T 15046—1994 method；the IR detection showed that the product was lauric acid diethanolamide.

lauric acid ofLitseacubebakernel oil，two－step synthetic method，lauric acid diethanolamide

TQ645

A

1003－0174（2015）09－0061－06

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項（201204811）

2014－03－20

李湘洲，女，1965年出生，教授、博士生導師，天然產物化學與利用、環(huán)境化工、生物質材料