双季铵盐化合物、合成方法及其用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新型的双季铵盐化合物、合成方法及其用途。
【背景技术】
[0002] 双季铵盐化合物由于其独特的结构特性具有离子基团，也具有疏水基团，通常可 以作为表面活性剂，是一种新型的表面活性剂。
[0003] 1951年，Fuoss合成一种新型的表面活性剂，该表面活性剂分子中的疏水链两端 各连一个离子基团，该表面活性剂分子被称为Bolaform electrolyte，简写为bolyte或 bolion。从此，"Bola"成为这种特殊结构两亲分子的代称。Bola型表面活性剂在水中通常 具有较好的溶解度。同样链长的Bola型表面活性剂由于具有两个极性头，亲水性更强，因 此与疏水基碳原子数相同、亲水基碳原子数也相同的一般表面活性剂相比，常温下具有较 好的溶解性。Bola型表面活性剂具有聚集和自组装行为，引起越来越多科研工作者的关注， 对Bola型化合物的进一步开发应用将带来界面科学和交叉学科的发展新阶段。
[0004] 因此，将双季铵盐化合物的结构特性与Bola型表面活性剂的结构特征结合起来， 研究一种新型的具有Bola型结构的双季铵盐化合物值得人注目。
【发明内容】
[0005] 由鉴于此，确有必要提供一种新型的双季铵盐化合物、合成方法及用途，该双季铵 盐化合物具有Bola型结构，可以作为表面活性剂、除垢剂、吸附剂、驱油剂等。
[0006] 一种双季铵盐化合物，为烷基六甲基二溴化铵，其结构通式如下式1所示：
[0007] 其中，"正偶数"为能被2整除的正整数；"烷基六甲基二溴化铵"是指正烷基六甲 基二溴化铵。所述烷基六甲基二溴化铵分子具有对称结构。
[0008] 基于上述双季铵盐化合物，所述烷基六甲基二溴化铵的结构通式中的η为2、4、6、 8或10。那么，所述双季铵盐化合物则可以为乙基六甲基二溴化铵；丁基六甲基二溴化铵， 其结构式如式2所示；己基六甲基二溴化铵；辛基六甲基二溴化铵，其结构式如式3所示； 或癸基六甲基二溴化铵，其结构式如式4所示：
[0009] -种双季铵盐化合物的合成方法，包括以下步骤： 步骤一：将三甲胺溶液与l，n-二溴X烷混合并发生反应，形成烷基六甲基二溴化铵混 合液，其中η与X表示相同的数值，且η为正偶数； 步骤二：分离、纯化所述烷基六甲基二溴化铵混合液，得到烷基六甲基二溴化铵成品， 其结构式如上述式1所示。
[0010] 其中，1，η-二溴X烧中的X代表的数值意思与η相等，1，η-二溴X烧是由溴原子 取代正X烷两端的甲基上的一个氢原子而形成的。
[0011] 三甲胺溶液与1，η-二溴X烷的反应分两步进行，且主要按照双分子亲核取代 (SN2)反应历程进行，具体如下：
基于上述合成方法，当所述1，η-二溴X烷为1，4-二溴丁烷时，所述步骤一包括：向三 甲胺溶液中加入1，4-二溴丁烷，并加热至75~85°C使所述三甲胺溶液和1，4-二溴丁烷反 应，形成丁基六甲基二溴化铵混合液。
[0012] 基于上述合成方法，所述步骤一包括：将三甲胺溶液置于反应容器中，搅拌，并向 所述反应容器中滴入1，4-二溴丁烷。其中，优选地，1，4-二溴丁烷以5~35滴/分钟的速 度滴入到所述三甲胺溶液中，更优地，1，4-二溴丁烷的滴入速度为10~30滴/分钟；所述 反应溶液为三口烧瓶。所述三甲胺溶液中的溶剂为水、乙醇等。
[0013] 基于上述合成方法，所述步骤二包括：冷却静置所述丁基六甲基二溴化铵混合液， 使其分层、分离，得到丁基六甲基二溴化铵水相混合液；采用乙醚萃取所述丁基六甲基二溴 化铵水相混合液，收集乙醚相混合液层；蒸发纯化乙醚相混合液，得到丁基六甲基二溴化铵 成品。
[0014] 基于上述合成方法，所述步骤二包括：冷却静置所述丁基六甲基二溴化铵混合液， 使该丁基六甲基二溴化铵混合液分成油相和水相两层，去除所述油相，得到所述丁基六甲 基二溴化铵水相混合液；多次采用乙醚萃取所述丁基六甲基二溴化铵水相混合液，收集所 述乙醚相混合液层；用旋转蒸发器在45~55°C旋转蒸发所述乙醚相混合液，除去所述乙醚 相混合液中的乙醚和部分杂质，得到丁基六甲基二溴化铵粗品，依次用少量水洗，干燥所述 丁基六甲基二溴化铵粗品，得到所述丁基六甲基二溴化铵成品。
[0015] 基于上述合成方法，当所述1，η-二溴X烷为1，2-二溴乙烷时，将1，2-二溴乙烷 与四氢呋喃混合，形成二溴乙烷溶液，并将该二溴乙烷溶液置于反应容器中，且冰浴冷却至 低于等于〇°C，搅拌下分批向所述反应容器中滴加三甲胺水溶液和甲醇，在0~5°C反应 2~4 h后逐渐升温至室温，搅拌反应时间20 h以上，得到乙基六甲基二溴化铵混合液；在 50°C~70°C水浴加热所述乙基六甲基二溴化铵混合液，减压蒸馏并使其余液分离成上层溶 液和下层溶液；多次采用乙醚萃取所述上层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；所述水相混合液与所述下层溶液合并，并减压回 收1，2-二溴乙烷；乙醚萃取后的水相减压蒸出水，使乙醚萃取余液凝结成固体，加入丙醇 后加热使固体溶解，静置冷却析出结晶，过滤，依次采用冷丙醇、乙醚洗涤，得乙基六甲基二 溴化铵结晶粗品；减压干燥所述乙基六甲基二溴化铵结晶粗品，得到乙基六甲基二溴化铵 成品。
[0016] 基于上述合成方法，当所述1，η-二溴X烷为1，6-二溴己烷时，将所述三甲胺溶液 置于反应容器中，并将该三甲胺溶液加热至35~45°C ;连续搅拌，并将1，6-二溴己烷滴加 至所述反应容器中，使甲胺溶液和1，6-二溴己烷反应3~5h，得到己基六甲基二溴化铵混 合液；静置冷却，将冷却后的己基六甲基二溴化铵混合液倒入分液漏斗中，分成有机相和水 相，保留所述有机相；对所述有机相进行减压分馏处理，得到粉末状的己基六甲基二溴化铵 粗品；然后用乙醚进行洗涤，重结晶，纯化，得到己基六甲基二溴化铵结晶；干燥所述己基 六甲基二溴化铵结晶，得到白色结晶状己基六甲基二溴化铵成品。
[0017] 本发明提供一种上述双季铵盐化合物的用途，所述烷基六甲基二溴化铵用于表面 活性剂、除垢剂、吸附剂或驱油剂，其中，所述除垢剂为无机除垢剂或有机除垢剂。
[0018] 相对于现有技术，本发明提供的双季铵盐化合物-烷基六甲基二溴化铵是一种新 型的双季铵盐化合物，具有Bola型结构，比较好的溶解性，而且毒性小、生物降解性好等优 点，可以作为表面活性剂；烷基六甲基二溴化铵分子中既具有溴离子，可以吸附无机类物 质，又具有极性较强的氮原子，可以吸附有机类物质，比如，天然高分子、生物高分子材料 等，所以，本发明提供的烷基六甲基二溴化铵可以作为吸附剂；所述烷基六甲基二溴化铵同 时兼有无机除垢剂和有机除垢剂的双重作用，尤其对钙镁离子、胶体粒子等形成的污垢具 有很强的抑制和消除作用；而且，在相同条件下，其除垢率大于氟表面活性剂和十六烷基三 甲基溴化铵(英文缩写CTAB)的防垢除垢率。所以，本发明提供的烷基六甲基二溴化铵不仅 可以用作日常生活用的防垢除垢剂，还可以用作工业用的防垢除垢剂。
[0019] 当所述烷基六甲基二溴化铵作为防垢除垢剂注入储藏有原油的地层后，由于烷基 六甲基二溴化铵与地层油藏及油藏流体的相互作用，可以形成较稳定的油水乳状液，同时 还可减小油对地层表面的粘附力，提高了洗油能力。另外，随着从地层表面洗下来的油越来 越多，向前移动时可发生相互碰撞并形成油带，油带在向前移动时又不断将遇到的分散的 油聚并进来，使油带不断扩大，最后从油井采出，所以，烷基六甲基二溴化铵还具有驱油功 能，可以作为驱油剂。
[0020] 相对于现有技术，本发明提供的双季铵盐化合物的合成方法是以三甲胺水溶液和 1，η-二溴X烷为原料合成目标产物的，反应条件易控制，操作简单易行；而且本发明主要 采用可以回收的乙醚作为萃取剂分离纯化目标产物得到所述烷基六甲基二溴化铵成品，所 以，本发明提供的合成方法无环境污染，无废物排放。
[0021] 本发明提供的方法是将1，4-二溴丁烷原料慢慢滴入三甲胺溶液中，增加了反应 物的接触面积，使反应顺利进行生成丁基六甲基二溴化铵，大大降低了生产成本，反应时间 缩短1. 5~2. 5小时，提高产率，使产率从67%~78%提高到80%~90%。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明实施例1提供的乙基六甲基二溴化铵成品的红外光谱图。
[0023] 图2是本发明实施例2提供的丁基六甲基二溴化铵成品的红外光谱图。
[0024] 图3是本发明实施例2提供的丁基六甲基二溴化铵成品的核磁共振氢谱图。
[0025] 图4是本发明实施例3提供的己基六甲基二溴化铵成品的红外光谱图。
[0026] 图5是本发明实施例3提供的己基六甲基二溴化铵成品的核磁共振氢谱图。
[0027] 图6是碳原子数不同的烷基六甲基二溴化铵与吸附量的变化图。