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EDTA在发生螫合反应时,由于空间效应,只有3个羧甲基和2个N原子起作用,第4个羧甲基不起作用。恰恰是这个不起作用的位置提供了一个形成新的衍生物的好机会,如果将此羧甲基换成一个长链的憎水基,则可以成为既具有表面活性又具螯合功能的新型表面活性剂。这种新型表面活性剂可以由乙二胺三乙酸(ED3A)合成制得。ED3A的分子结构式如下:
从乙二胺三乙酸盐(ED3A)结构看,位于ED3A的4号位上有一个氢,这个氢(实际上它是一个质子)很活泼,极容易被其他的基团所取代。若在ED3A分子中引入一个脂肪酰基或烷基,亲油性的长碳链与亲水性的羧基形成一定的“亲水一亲油平衡”,使分子具有表面活性,形成一种性能优良的表面活性剂,这就是N一酰基ED3A和N一烷基ED3A,同时分子不失鳌合性。
其中R=CnH 2n+1为N一烷基ED3A;或CnH2nCO为N一酰基ED3A
目前合成的鳌合表面活性剂主要有N一月桂酰基ED3A、N一棕榈酰基ED3A、N一十二垸基ED3A8、N一十四烷基ED3A和N一十六烷基ED3A。
1.N一酰基ED3A的合成
N一月桂酰基ED3A螯合表面活性剂合成如下:
N一酰基一乙二胺三乙酸的商业化生产工艺分2步,首先合成乙二胺三乙酸(ED3A),然后根据Schotten—Baumann酰化反应得到N一酰基ED3A型表面活性剂。ED3A以乙二胺二乙酸钠为原料,其合成主要采用2种方法,一种是五元环法,另外一种是六元环法。五元环法的合成路线如下:
六元环法的合成路线如下:
这两种方法的医别在于前者是在碱性条件下先形成一个五元环而后者是在酸性条件下先形成一个六元环。但最后一步,也就是开环反应必须在碱性条件下进行,否则不易开环,而环状物不能螯合金属离子,也就不是螯合剂。
作为表面活性剂,必须向ED3A中引入亲油基,也就是ED3A的酰基化反应。一般采用长链脂肪酰氯与ED3A进行酰基化反应。以月桂N一酰基ED3A的合成为例,首先月桂酸和三氯化磷在无水条件下反应制得月桂酰氮,然后ED3A与月桂酰氯反应,生成的N一月桂酰基ED3A.在碱性条件下变成N一月桂酰基ED3A钠盐。这是一种高水溶性物质,在pH<5时,成为白色沉淀而从水溶液中析出,达到分离提纯,经水洗后纯度可达99%。酰基化反应如下:
改变酰基烷链的长度和反离子的种类,可以得到一系列Ⅳ一酰基ED3A型表面活性剂产品。酰基碳数在8~18时,这类物质同时具有表面活性和螯合性,碳数低于8时,仅显示螫合性。改变中和碱的种类,可调整这类物质的性能,如乙醇胺盐的HLB值低于相应的钠盐、油溶性较好。
N一酰基ED3A型表面活性剂具有以下特点:
①同时具有很强的表面活性和螯合性。
②与其他表面活性剂具有优异的配伍性,并能明显地提高混合体系的耐盐性和抗硬水性。
③与酶、漂白剂相容性好,具有一定的助溶能力。
④对人体温和,对眼睛刺激性小。
⑤对环境安全,生物降解速度快,对哺乳动物几乎无毒、无刺激性,对水生动物的毒性远低于传统的阴离子表面活性剂。
⑥在酸性条件下,N一酰基ED3A型表面活性剂可以降低低碳钢的腐蚀速度,在碱性条件下,可以使不锈钢表面钝化。由于N一酰基ED3A型具有上述特性,可适于配制无磷、超浓缩重垢液体洗涤剂。良好的温和性使其适于配制婴儿香波等温和性洗涤剂和其他个人保护用品。它对金属的缓蚀性能等也使其适于配制金属清洗剂、家具清洗剂等硬表面清洗剂,并可用于工业清洗过程。
来源:北京标准物质网www.biaowu.com
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