[发明专利]一类双子型氟碳表面活性剂及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面活性剂，特别是一类双子型氟碳表面活性剂的合成方法。

背景技术

双子表面活性剂（Gemini Surfactant）是指将两个常规单链表面活性剂在靠近其亲水头基处由联接集团（spacer）通过化学键（共价键）联接而成的一类新型表面活性剂。现有技术中，大多数双子型阳离子表面活性剂中的疏水链都是采用传统的碳氢表面活性剂，虽然易于提纯，但此类传统的双子表面活性剂的CMC较大，γ_cmc较大，并且克拉夫点较高，稳定性较差等缺点。

氟碳型表面活性剂是指传统表面活性剂的碳氢链中的氢原子全部或部分被氟原子取代的一类特种表面活性剂。此外，因氟元素的独特性质，相对于其他表面活性剂来说，氟碳表面活性剂具有独特“三高”性能，即：高表面活性，高热稳定性以及高化学稳定性。相比于碳氢键，碳氟键由于氟原子的原子半径较大，因此紧紧地将碳链包裹在内部，以防碳链的断裂，这也是碳氟型表面活性剂具有较好的稳定性的一个原因；其次，由于氟原子半径比氢原子大，因此碳氟链呈Z形排列，因此相比于碳氢表面活性剂，碳氟型表面活性剂的疏水链更易缠绕，因此可增高其表面活性。

如何将氟碳型和双子型的结合起来，使其优点得到更好的发挥，正日渐成为业内研究的重点。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种新型的氟碳型双子表面活性剂，将氟碳型和双子型的优点结合起来，并探究其结构对其性能的影响。

本发明的第二个目的在于提供这种氟碳型双子表面活性剂的合成方法，使人们可以方便快捷地得到这种氟碳型双子表面活性剂。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一类双子型氟碳表面活性剂，有如下化学结构式：。在分子中引入的两个酰胺基团，由于酰胺基团是一种亲水性基团，因此酰胺基团的引入能够增加整个表面活性剂分子的亲水性。

进一步的，上述双子型氟碳表面活性剂，由有如下化学结构式的中间体合成：。

进一步的，上述双子型氟碳表面活性剂， n=5～11。在同系物中，碳链有限的增长或缩短对化合物本身性质的变化极为微小，可推测在n=5～11内，此类双子型氟碳表面活性剂均具有相似的性质。

进一步的，当n=9时，上述双子型氟碳表面活性剂，有如下化学结构式：，由如下中间体合成，化学名称为N-(3-(二甲氨基)丙基)-2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十九氟癸酰胺，用化合物（A）表示，有如下化学结构式：，

化合物（A）的合成反应化学方程式如下：。

优选的，上述双子型氟碳表面活性剂，化学名称为2-羟基-N1,N1,N3,N3-四甲基-N1,N3-二(3-(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十九氟癸酰胺)丙基)丙烷，用化合物（B）表示，有如下化学结构式：，

化合物（B）的合成反应化学方程式如下：。

带有羟基基团的丙基是一种良好的柔性基团，因此作为联接体，可以给单体提供一种柔性的联接。另外，在分子中引入羟基基团，由于羟基基团能够与系统中的水分子形成氢键的，因此羟基的引入也能一定程度提高整个表面活性剂分子的亲水性。

优选的，上述双子型氟碳表面活性剂，化学名称为N,N'-(1,4-苯基二(亚甲基))二(N,N-二甲基-3-(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十九氟癸酰胺)丙烷，用化合物（C）表示，有如下化学结构式：。

化合物（B）的合成反应化学方程式如下：。

苯环由于其6个碳原子共面的性质，做为连接体可以给单体间提供一种刚性的连接。

一种合成上述双子型氟碳表面活性剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）中间体的合成：在三口烧瓶中，以甲苯为溶剂，按照1:1～1.5 的摩尔比加入全氟酸N,N-二甲基-1,3,-丙二胺，升高到反应温度，反应12h，反应通氮气 ；反应完毕后，静置冷却至室温之后将其减压蒸馏，去除溶剂，重结晶，即可得到中间体，中间体呈白色蜡状固体；

（b）最终产物的合成：在三口烧瓶中，以无水乙醇为溶剂，按照1:1～2.5 的摩尔比加入二溴代物和中间体 ，升高到反应温度，反应48 h；反应完毕后，静置冷却至室温，将其减压蒸馏，去除溶剂，重结晶，即可得相应双子型氟碳表面活性剂。