[发明专利]CO2/N2‑H2O2双重刺激响应型表面活性剂及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一类CO₂/N₂-光双重刺激响应型表面活性剂及其制备方法，属于胶体与界面化学领域。

(二)背景技术

表面活性剂分子及其聚集体的结构、性质和功能的调控是当前研究的热点之一。传统的调控方法一般是通过改变温度或者添加化学剂如酸、碱、盐以及助表面活性剂等，后者不可避免地增加了化学物质的排放和污染，并且难以实现可逆调控和表面活性剂的简便分离。因此开发新型、高效、简便、环境友好的绿色调控方法具有重要的意义。因此，环境刺激响应型表面活性剂便应运而生。

所谓环境刺激相应型表面活性剂，就是通过一定的化学或电化学的方法，诱导水溶液中表面活性剂分子的结构变化，从而使溶液的表面张力发生大幅度变化；相应地，体系的某些宏观表面性质也随之发生转变。环境刺激相应型表面活性剂可以在激发态形式和非激发态形式之间能经历可逆变换，其外部刺激主要是通过CO₂/空气、电化学作用、光化学作用、温度、酸碱等手段来实现的。由于该特点，调节开关表面活性剂的“开”与“关”，使得表面活性剂的再生变得容易，从而使得降低表面活性剂在环境修复和工业生产中的应用成本变得可能。

然而要满足现在高新技术领域对表面活性剂应用的精确可控性，目前的研究还存在一定局限性，比如目前最具应用前景的CO₂/N₂开关型表面活性剂，虽然其具有CO₂/N₂调控方法温和、廉价且对环境友好，并使得表面活性剂易于从水相中分离、回收等一系列优点，但是其在药物传输中的应用受到限制。而在CO₂/N₂开关型表面活性剂中引入第二种敏感基团可以使得表面活性剂分子的结构和性能也能在一定程度上获得二级调控，从而实现对表面活性剂更为精确的调控。这种新型的调控方法在药物输送、自组装等方面具有潜在的研究前景。含Se表面活性剂可以在低浓度的H₂O₂条件下发生结构的改变，因此其能够对多种刺激信号产生响应，不仅赋予表面活性剂更多的功能，也能适应在高技术领域中的更广泛的应用。

(三)发明内容

本发明涉及一种CO₂/N₂‐H₂O₂双重刺激响应型表面活性剂，其结构式如下：

其中，R₁是碳原子数为1～6的任意一种烷基；R₂是碳原子数为6-18的任意一种烷基；R₃是碳原子数为1～3的任意一种烷基。

如图1，该表面活性剂在通入CO₂时形成碳酸氢盐阳离子型表面活性剂，通入N₂时表面活性剂分解生成烷基胺，失去表面活性；如图2，该表面活性剂加入H₂O₂时被氧化成硒氧化合物，加入维他命C时该硒氧化合物能被还原为表面活性剂初始状态，即该表面活性剂具有CO₂/N₂-H₂O₂双重刺激响应性。

上述CO₂/N₂-H₂O₂双重刺激响应型表面活性剂制备方法包括以下步骤：

(1)取代反应：将N-单取代烷基醇胺溶解到乙醇中，加入碱，在磁力搅拌的情况下升温至50～78℃，缓慢滴加溴代烷烃，过夜反应，反应结束后，除去溶剂，水洗后减压蒸馏得到取代产物，其中N-单取代烷基醇胺为N-单甲基乙醇胺，N-单乙基乙醇胺，N-单丙基乙醇胺，N-单丁基基乙醇胺，N-单己基基乙醇胺，N-单甲基丙醇胺，N-单甲基丁醇胺中的一种或两种混合物，碱为碳酸钠，碳酸钾，氢氧化钠，氢氧化钾中的一种或两种混合物；

(2)氯代反应：将取代产物溶解到二氯甲烷中，在室温搅拌的条件下缓慢滴加氯化亚砜，反应结束后减压蒸馏，得氯代产物；

(3)联硒反应：将还原剂加入到去离子水中，在惰性气体保护，室温条件下缓慢滴加到硒粉的水溶液中，得到红棕色的硒化钠溶液，逐渐加入氯代产物的N,N-二甲基甲酰胺溶液，惰性气体保护下在20～100℃反应8～48小时，反应结束后，将反应液倒入去离子水中，用二氯甲烷萃取产物，除去二氯甲烷后得到目标产物，其中还原剂为硼氢化钠，硼氢化钾，锌粉，镁中的一种或两种混合物，惰性气体为氮气，氩气一种或两种混合气体。