改进肖顿—鲍曼反应合成N-酰基甘氨酸钠的探索

发布时间：2017-10-31 17:32

  本文关键词：改进肖顿—鲍曼反应合成N-酰基甘氨酸钠的探索

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【摘要】：随着石油资源枯竭、绿色化学的发展以及对化学品安全性的重视,用源于天然原料的表面活性剂取代石油基原料合成的表面活性剂正在成为一种趋势。N-脂肪酰基氨基酸盐是一类已有工业化生产的阴离子表面活性剂,其合成原料主要来源于生物质如天然脂肪酸和基本氨基酸。N-脂肪酰基氨基酸盐不仅具有良好的表面活性和优秀的应用性能,而且其低刺激性、无毒性和优秀的生物降解性等优点使其在个人护理和清洁用品等方面显示巨大的应用前景。目前合成N-脂肪酰基氨基酸盐的方法主要采用经典的Schotten-Baumann(肖顿-鲍曼)反应,即在有机溶剂/水混合相中以脂肪酰氯与氨基酸经碱催化酰胺化反应合成。但由于该法使用环境非友好的脂肪酰氯以及低沸点有机溶剂,前者会导致生成氯化钠副产物,后者会增加VOC排放,而且水会增大产物中脂肪酸钠副产物含量。因此对传统肖顿-鲍曼反应进行改良,开发出更加符合绿色化学原则的新合成方法具有学术和应用双重意义。本文设计了一种改进肖顿-鲍曼方法,分别在甘油和无水甲醇相中以月桂酸甲酯(ML)和甘氨酸钠(SG)为原料合成N-月桂酰基甘氨酸钠(SLG),以期原料绿色化,不生成氯化钠副产物,并具有连续化生产的可能性。具体研究内容如下:(1)在多元醇相中以甲醇钠(SM)催化ML与SG进行缩合反应。通过考察反应溶剂种类、催化剂种类、副产物甲醇脱除方式、ML与SG的摩尔比、催化剂用量、反应时间以及反应温度对缩合反应的影响,并通过正交实验得到较优实验条件为n(SG):n(ML):n(SM)=2.5:1.0:0.018,甘油为溶剂,氮气鼓吹方式脱除甲醇,135 oC反应3.5 h。在优化条件下酯化副产物月桂酸单甘酯(GML)已基本转化为酰化产物SLG,SLG的产率达80.2%。(2)采用水热反应釜为反应器,在无水甲醇相中以SM催化ML与SG进行压热反应。采用水热反应釜压热提高反应温度和n(SG):n(ML)=5.0:1.0为反应物料比时,考察了反应溶剂种类、催化剂种类、反应温度、反应时间和催化剂用量对SLG的产率及ML的转化率的影响,结果表明在n(SG):n(ML):n(SM)=5.0:1.0:0.01,125 oC反应24 h的条件下,ML已基本转化完全,SLG的产率为62.4%。通过在压热反应条件下增大n(SG):n(ML),考察在填充床反应器中运行该改良反应的可行性。在n(ML):n(SM)=1.0:0.01,125oC下反应24 h的条件下,考察SG与ML的摩尔比对压热反应的影响,得到随着n(SG):n(ML)增大,SLG的产率逐渐增大,在n(SG):n(ML)=150:1.0时,SLG的产率高达93.6%;表明该改良反应具有在填充床反应器中运行的可行性,可以通过高比率n(SG):n(ML)有效提高SLG产率。(3)进一步改变亲核试剂氨基酸钠的种类,分别在甘油和无水甲醇相中以ML和丙氨酸钠、肌氨酸钠为原料制备了N-月桂酰基丙氨酸钠(SLA)和N-月桂酰基肌氨酸钠(SLS),证明了该改进方法对其它氨基酸钠原料的普适性。对SLG、SLS和SLA的表面张力、乳化力、起泡稳泡性和润湿力四种表面性能进行测定,通过对三种表面活性剂的几种性能比较,结果表明亲油基相同时,采用氨基酸钠改变表面活性剂的阴离子基团,对表面活性剂的性能无明显影响,且SLS的综合性能最好。综上所述,本文设计了一种改进肖顿-鲍曼方法,分别在甘油和无水甲醇相中以价格低廉和绿色环保的原料ML和SG,经SM碱催化合成N-月桂酰基甘氨酸钠(SLG),并初步探索了适宜反应条件。首先,该方法通过直接使用ML代替传统脂肪酰氯为原料,既增加了原料的绿色性,又避免生成氯化钠副产物从而提高了反应的原子经济性。其次,该方法中采用甘油替代纯介质性溶剂如丙酮,由于甘油可用作后续配方成分,既减少VOC及免除溶剂脱除,又增强了过程的绿色性并提高了产品品质。第三,在采用甲醇溶剂的压热反应工艺中,一方面通过压热提高温度而强化反应条件,另一方面通过增大物料模拟该改良反应在填充床反应器运行的可行性,证实压热条件与高比率n(SG):n(ML)可以极大提高ML替代脂肪酰氯后的平衡产率。
【关键词】：肖顿-鲍曼反应 月桂酸甲酯 压热反应 N-月桂酰基甘氨酸钠 N-酰基甘氨酸钠 甘油 无水甲醇
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O627.11
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 氨基酸表面活性剂的分类9-10
• 1.1.1 按氨基酸类型分类9-10
• 1.1.2 按结构不同分类10
• 1.2 N-脂肪酰基氨基酸盐的合成方法10-15
• 1.2.1 化学合成法11-14
• 1.2.2 酶合成法14-15
• 1.2.3 化学-酶合成法15
• 1.3 N-脂肪酰基氨基酸盐的应用15-16
• 1.3.1 日用化学品方面的应用15
• 1.3.2 食品方面的应用15
• 1.3.3 生物医药方面的应用15-16
• 1.3.4 农业方面的应用16
• 1.3.5 工业方面的应用16
• 1.4 立题依据和主要研究内容16-19
• 1.4.1 立题依据16-17
• 1.4.2 主要研究内容17-19
• 第二章 月桂酸甲酯与甘氨酸钠缩合反应的探索19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 实验试剂及仪器19-20
• 2.2.1 实验试剂19-20
• 2.2.2 实验仪器20
• 2.3 实验方法20-22
• 2.3.1 SG的制备20-21
• 2.3.2 SLG的合成21-22
• 2.3.3 表征方法22
• 2.4 结果与讨论22-35
• 2.4.1 产物结构表征22-26
• 2.4.2 LG定量分析方法的建立26-27
• 2.4.3 SLG的合成工艺条件优化27-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 月桂酸甲酯与甘氨酸钠压热反应的探索36-50
• 3.1 引言36-37
• 3.2 实验试剂及仪器37-38
• 3.2.1 实验试剂37-38
• 3.2.2 实验仪器38
• 3.3 实验方法38-39
• 3.3.1 SLG的合成38-39
• 3.3.2 SLG的表征方法39
• 3.4 结果与讨论39-49
• 3.4.1 N-月桂酰基甘氨酸的结构表征40-42
• 3.4.2 ML与LG定量分析方法的建立42
• 3.4.3 压热条件下反应条件对压热反应的影响42-47
• 3.4.5 SG与ML的摩尔比对SLG产率的影响47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 不同种类氨基酸钠与月桂酸甲酯的反应以及表面性能研究50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 实验试剂及仪器50-51
• 4.2.1 实验试剂50-51
• 4.2.2 实验仪器51
• 4.3 实验方法51-54
• 4.3.1 丙氨酸钠和肌氨酸钠的制备51-52
• 4.3.2 SLA和SLS的合成52-53
• 4.3.3 表征方法53
• 4.3.4 SLG、SLA和SLS表面性能的测定53-54
• 4.4 结果与讨论54-61
• 4.4.1 产物结构表征54-58
• 4.4.2 SLG、SLA和SLS的表面性能58-61
• 4.5 本章小结61-62
• 主要结论与展望62-64
• 主要结论62-63
• 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-71
• 附录 1：相关测试图谱71-75
• 附录 2：作者在攻读硕士学位期间发表的论文75

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本文编号：1123023