雙季銨鹽化合物、合成方法及其用圖
【技術領域】
[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】
[0002] 雙季銨鹽化合物由于其獨特的結(jié)構(gòu)特性具有離子基團，也具有疏水基團，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 各連一個離子基團，該表面活性劑分子被稱為Bolaform electrolyte，簡寫為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。同樣鏈長的Bola型表面活性劑由于具有兩個極性頭，親水性更強，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，引起越來越多科研工作者的關注， 對Bola型化合物的進一步開發(fā)應用將帶來界面科學和交叉學科的發(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， 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，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氫原子而形成的。
[0011] 三甲胺溶液與1，η-二溴X烷的反應分兩步進行，且主要按照雙分子親核取代 (SN2)反應歷程進行，具體如下：
基于上述合成方法，當所述1，η-二溴X烷為1，4-二溴丁烷時，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，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容器中，攪拌，并向 所述反應容器中滴入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，當所述1，η-二溴X烷為1，2-二溴乙烷時，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容器中滴加三甲胺水溶液和甲醇，在0~5°C反應 2~4 h后逐漸升溫至室溫，攪拌反應時間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，當所述1，η-二溴X烷為1，6-二溴己烷時，將所述三甲胺溶液 置于反應容器中，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 至所述反應容器中，使甲胺溶液和1，6-二溴己烷反應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，分成有機相和水 相，保留所述有機相；對所述有機相進行減壓分餾處理，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，所述除垢劑為無機除垢劑或有機除垢劑。
[0018] 相對于現(xiàn)有技術，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，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，可以吸附無機類物 質(zhì)，又具有極性較強的氮原子，可以吸附有機類物質(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 時兼有無機除垢劑和有機除垢劑的雙重作用，尤其對鈣鎂離子、膠體粒子等形成的污垢具 有很強的抑制和消除作用；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] 當所述烷基六甲基二溴化銨作為防垢除垢劑注入儲藏有原油的地層后，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 還可減小油對地層表面的粘附力，提高了洗油能力。另外，隨著從地層表面洗下來的油越來 越多，向前移動時可發(fā)生相互碰撞并形成油帶，油帶在向前移動時又不斷將遇到的分散的 油聚并進來，使油帶不斷擴大，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] 相對于現(xiàn)有技術，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烷為原料合成目標產(chǎn)物的，反應條件易控制，操作簡單易行；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環(huán)境污染，無廢物排放。
[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 物的接觸面積，使反應順利進行生成丁基六甲基二溴化銨，大大降低了生產(chǎn)成本，反應時間 縮短1. 5~2. 5小時，提高產(chǎn)率，使產(chǎn)率從67%~78%提高到80%~90%。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實施例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。