烷基乙二胺三乙酸衍生物的制備與表征

汪小惠，陳紅杰

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楚天學(xué)院，湖北　武漢　430073)

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烷基乙二胺三乙酸衍生物的制備與表征

汪小惠，陳紅杰

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)楚天學(xué)院，湖北武漢430073)

以氯乙酸和烷基乙二胺為反應(yīng)物，在特定條件下合成一種新型的具有親油性和絡(luò)合基團的螯合型表面改性劑烷基乙二胺三乙酸衍生物(烷基ED3A)。研究反應(yīng)條件對合成產(chǎn)物的影響，結(jié)果表明：合成烷基乙二胺三乙酸衍生物(烷基ED3A)的較佳反應(yīng)條件是反應(yīng)時間10 h，反應(yīng)物氯乙酸為0.6 mol；產(chǎn)品烷基乙二胺三乙酸衍生物具有良好的親油性。

親油性；螯合型表面活性劑；烷基乙二胺三乙酸衍生物(烷基ED3A)

隨著人們環(huán)保意識逐漸增強，對產(chǎn)品的“綠色性”要求也越來越高，研究開發(fā)多功能，高質(zhì)量的環(huán)保型表面活性劑已成為表面活性劑工業(yè)的發(fā)展方向，而螯合型表面改性劑由于其良好的環(huán)境兼容性已經(jīng)越來越被關(guān)注，螯合型表面改性劑含有乙二胺三乙酸螯合基團，其能以化學(xué)方式固定在粒子表面，特別是能與金屬或者是金屬氧化物表面的粒子形成快速的穩(wěn)定的化學(xué)健合[1-2]，因此在目前對金屬粒子表面改性等方面有很大的貢獻。

本文合成了一種主鏈?zhǔn)且粭lSi-O-Si 鍵交替組成的穩(wěn)定骨架[3]，側(cè)基上含有乙二胺三乙酸螯合基團的親油性表面改性劑。該產(chǎn)品具有良好的螯合性及親油性，能用于包覆金屬粒子，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1　實　驗

1.1實驗儀器及試劑

DW-2型無級調(diào)速攪拌器，河南省鞏義市英峪予華儀器廠；DF-101集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，河南省鞏義市英峪予華儀器廠；ZK-82A型真空干燥箱，上海市實驗儀器總廠。

氫氧化鈉(AR)，天津市風(fēng)船化工試劑科技有限公司；氯乙酸(AR)，天津市光復(fù)精細(xì)化學(xué)試劑三廠；烷基乙二胺：天津化工廠

1.2實驗方法

在三口燒瓶中加入20 mL環(huán)己烷，加入一定物質(zhì)量的氯乙酸和過量的的氫氧化鈉，在60 ℃條件下預(yù)反應(yīng)1 h后滴加溶解10 g(0.005 mol)烷基乙二胺的環(huán)己烷溶液100 mL，通氮氣保護，升溫90 ℃反應(yīng)數(shù)小時，反應(yīng)結(jié)束后，用高速離心機在10000 rad/min下，多次離心分離去除固體不溶物，將上層液體倒入三口燒瓶中，減壓蒸餾去除環(huán)己烷得最終乳白色膠狀液體即為烷基ED3A。

反應(yīng)方程式如下：

2　結(jié)果與討論

2.1反應(yīng)時間

圖1為反應(yīng)不同時間得到的烷基ED3A的紅外光譜圖。由圖1中可以看出，未反應(yīng)(a)時，3419 cm-1處的峰為氨基上的N-H伸縮振動峰，800 cm-1的吸收峰為N-H伸縮振動特征頻率。在2980 cm-1處為-CH2或者是-CH3伸縮振動峰[4]。由圖中可以看出，隨著反應(yīng)時間的延長，從(b)，(c)到(d)隨著反應(yīng)時間從6 h延長到10 h，3419 cm-1處的峰為氨基上的N-H伸縮振動峰逐漸消失，同時在3404 cm-1出現(xiàn)寬峰可能是-OH群結(jié)構(gòu)或者是NH+的伸縮振動造成的吸收峰[5]，并且此峰隨著時間增加峰寬和峰深逐漸增加，同時在1396 cm-1和1615 cm-1也分別出現(xiàn)COO-的非對稱和對稱伸縮振動峰，此類峰也隨著反應(yīng)時間的延長峰寬和峰強增加，同時隨著反應(yīng)時間的延長，在800 cm-1處的N-H 彎曲振動特征峰也逐漸減弱。可見，由氨基烷基與氯乙酸鈉反應(yīng)生成了產(chǎn)物烷基ED3A，并且隨著反應(yīng)時間的延長，反應(yīng)趨于完全，當(dāng)反應(yīng)時間為10 h時，反應(yīng)基本完全，數(shù)據(jù)見表1。

圖1　反應(yīng)時間對烷基ED3A的FTIR圖譜的影響

反應(yīng)時間/hN-H伸縮振動N-H伸縮振動峰COO-的非對稱和對稱伸縮振動峰800cm-13419cm-11396cm-1,1615cm-10有有無6有無有8有無有10有(弱)無有

2.2配料比

圖2　配料比對烷基ED3A的FTIR圖譜的影響

圖2為氯乙酸不同起始反應(yīng)量反應(yīng)得到的烷基ED3A的紅外光譜圖。由圖2中可以看出，未反應(yīng)(a)時，3419 cm-1處的峰為氨基上的N-H伸縮振動峰，800 cm-1的吸收峰為N-H彎曲振動特征頻率。在2980 cm-1處為-CH2-或者是—CH3伸縮振動峰。由圖2中可以看出，從(b)，(c)到(d)隨著氯乙酸起始物質(zhì)的量從0.06 mol減小到到0.04 mol，800 cm-1處的峰為氨基上的N-H伸縮振動峰消失的幅度減小，分析原因主要是由于氯乙酸物質(zhì)的量減小時，未反應(yīng)的N-H的量增加，導(dǎo)致其伸縮振動峰消失的程度減小。在3404 cm-1出現(xiàn)-OH群結(jié)構(gòu)或者是NH+的伸縮振動造成的吸收峰，同時在1396 cm-1和1615 cm-1也分別出現(xiàn)COO-的非對稱和對稱伸縮振動峰，可見，氨基烷基與氯乙酸鈉反應(yīng)生成了產(chǎn)物烷基ED3A，只是隨著起始加入的氯乙酸的量的減小，反應(yīng)生成的螯合基團的數(shù)目減少。具體結(jié)果見表2。

表2　不同反應(yīng)物質(zhì)量的的烷基ED3A的紅外比較

2.3復(fù)合磁性粒子表面的親油性

接觸角θ是反映物質(zhì)與液體潤濕性關(guān)系的重要尺度,θ= 90°作為潤濕與不潤濕的界限；即θ<90°時物質(zhì)可被液體潤濕；θ>90°時不潤濕。表面潤濕性的變化直接決定物質(zhì)在液體介質(zhì)中的分散與團聚行為。表面接觸角是物質(zhì)表面潤濕性的直接表征方式。接觸角小，潤濕性強；接觸角大，潤濕性差。

圖3　羰基鐵粉粒子(0)和復(fù)合磁性粒子(h，i，j)與水的接觸角圖片

在油壓機上保持一定壓力，將h,i,j 三種磁性復(fù)合粒子和羰基鐵粉粒子(0)壓成一定厚度表面光滑的圓片，用接觸角測試儀測定其于油水的接觸角[6-7]。圖3分別是羰基鐵粉粒子和三種復(fù)合磁性粒子與水的接觸角照片，從圖3中可以看出純羰基鐵粉與水的接觸角較小θ<90°，潤濕性較好，但是包覆后的粒子與水的潤濕性卻很差θ> 90°，對比h,i,j三種復(fù)合粒子發(fā)現(xiàn)h,i粒子與水完全不潤濕，j粒子部分潤濕，這說明h，i粒子表面包覆相對j粒子表面包覆完全，分析原因主要是由于包覆的高分子烷基ED3A是一種親油性物質(zhì)，因此根據(jù)相似相容原理得知表面包覆的高分子烷基ED3A確實能提高羰基鐵粉粒子與硅油的潤濕性。

3　結(jié)　論

以烷基乙二胺、氯乙酸為原料，合成烷基乙二胺三乙酸衍生物(烷基ED3A)螯合型表面改性劑。反應(yīng)條件為：反應(yīng)的時間為10 h, 反應(yīng)物氯乙酸為0.6 mol。合成的產(chǎn)物烷基ED3A包覆羰基鐵粉粒子后復(fù)合磁性粒子與水的潤濕性變差。

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Preparation and Characterization of Derivatives of EthylenediamineTriacetate Acid

WANGXiao-hui,CHENHong-jie

(Chutian College, Huazhong Agricultural University, Hubei Wuhan 430073, China)

The derivatives of ethylenediamine triacetate acid(SED3A), which had pro-oil groups and chelating groups, was prepared by chloroacetic acid and alkyl ethylenediamine under specific condition. Effects of reaction conditions on product were studied. Results showed that the preferred condition of preparing SED3A was as follows: the reaction time was 10 h and the content of chloroacetic acid was 0.6 mol, SED3A had good lipophilicity.

lipophilicity; chelating surfactant; SED3A

汪小惠(1983-)，女，實驗師，主要從事物理化學(xué)實驗準(zhǔn)備及管理工作。

O633.2

A

1001-9677(2016)010-0091-03