金刚烷多元醇和新型金刚烷表面活性剂的合成研究

论文摘要

作为一类新型的、具有特殊性能的表面活性剂,Bola化合物在近十多年来引起了科研人员的广泛关注。研究表明,与疏水基碳原子数相同、亲水基也相同的Gemini表面活性剂相比,Bola表面活性剂降低水表面张力的能力不是很强,但是,Bola表面活性剂在常温下具有较好的水溶解性,其突出优点是由其所形成的单分子类脂膜及单分子层囊泡具有优异的热稳定性和独特的物化性能。金刚烷是一种具有刚性环系,高度对称的笼状饱和烃,是已知化合物中最接近立体球形的烃类分子,它具有高亲脂性、热稳定性、润滑性等特点。本文以具有立体结构的金刚烷作为表面活性剂的疏水链联接核心,以亲油性好的苯基并辅以柔性的直链烷基作为疏水链,以表面活性强的磺酸钠作为亲水头基,设计合成了新的Bola表面活性剂,主要的研究内容及结论如下：以金刚烷为原料,使用铬（Ⅵ）试剂经氧化反应一步得到1,3-金刚烷二醇、1,3,5-金刚烷三醇和1,3,5,7-金刚烷四醇,优化了三种产物的合成工艺。1,3-金刚烷二醇：乙酸作溶剂,少量硫酸催化,使用4倍摩尔用量铬酸在80℃下反应2小时,产物收率为71%；1,3,5-金刚烷三醇：乙酸作溶剂,少量硫酸催化,使用8倍摩尔用量铬酸在80℃下反应3小时,产物收率为42%；1,3,5,7-金刚烷四醇：乙酸-乙酸酐作溶剂,少量硫酸催化,使用12倍摩尔用量三氧化铬在80℃下反应2小时,产物收率为35%。此工艺具有反应步骤少、操作简便、反应条件温和等优点。以金刚烷为原料,经过溴代、烷基化反应合成了1,3-（4-羟苯基）金刚烷,再以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,将1,3-二（4-羟苯基）金刚烷与卤代磺烷基化试剂在碱性条件下进行Williamson缩合反应合成1,3-二（4-（2-乙氧基磺酸钠）-苯基）金刚烷,最高收率可达90%。使用熔点、红外、核磁等手段表征了产物结构,并测试了其不同浓度水溶液的表面张力。以金刚烷为原料,经氧化反应得到1,3,5-金刚烷三醇,再在对甲基苯磺酸催化下与苯酚进行烷基化反应72小时,得到1,3,5-三（4-羟苯基）金刚烷；探索了以金刚烷为起始原料,经溴化反应得到1,3,5-三溴金刚烷,再在三氯化铝催化下进行烷基化反应制备1,3,5-三（4-羟苯基）金刚烷的方法,产物收率为70%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• Contents
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 Bola表面活性剂概述
• 1.1.2 Bola分子及其结构特点
• 1.1.3 Bola表面活性剂的合成
• 1.1.4 Bola表面活性剂的性能
• 1.1.5 Bola表面活性剂的应用
• 1.2 金刚烷化学概述
• 1.2.1 金刚烷物理性质
• 1.2.2 金刚烷化学性质
• 1.2.3 金刚烷及其衍生物的应用
• 1.2.4 结语
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 研究课题的来源及主要研究内容
• 第二章 金刚烷多元醇的合成
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂和仪器
• 2.1.2 金刚烷多元醇的合成路线
• 2.1.3 金刚烷亲电氧化反应原理
• 2.1.4 金刚烷多元醇的合成方法
• 2.2 产物结构分析
• 2.2.1 1,3-金刚烷二醇的结构分析
• 2.2.2 1,3,5-金刚烷三醇的结构分析
• 2.2.3 1,3,5,7-金刚烷四醇的结构分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 金刚烷多元醇的合成工艺优化
• 2.4 本章小结
• 第三章 1,3-二（4-（2-乙氧基磺酸钠）-苯基）金刚烷的合成
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验试剂和仪器
• 3.1.2 1,3-二（4-（2-乙氧基磺酸钠）-苯基）金刚烷的合成路线
• 3.1.3 Williamson反应的原理
• 3.1.4 1,3-二（4-（2-乙氧基磺酸钠）-苯基）金刚烷的合成方法
• 3.2 产物结构分析
• 3.2.1 1,3-二（4-羟苯基）金刚烷的结构分析
• 3.2.2 1,3-二（4-（2-乙氧基磺酸）-苯基）金刚烷的结构分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 1,3-二（4-（2-乙氧基磺酸）-苯基）金刚烷的合成工艺优化
• 3.3.2 表面活性测试
• 3.4 本章小结
• 第四章 1,3,5-三（4-羟苯基）金刚烷的合成
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验试剂和仪器
• 4.1.2 1,3,5-三（4-羟苯基）金刚烷的合成路线
• 4.1.3 1,3,5-三（4-羟苯基）金刚烷的合成方法
• 4.1.4 金刚烷三子Bola表面活性剂的合成
• 4.1.5 1,3,5-三（4-羟苯基）金刚烷的新合成法
• 4.2 产物结构分析
• 4.2.1 1,3,5-三溴金刚烷的结构分析
• 4.2.2 1,3,5-三（4-羟苯基）金刚烷的结构分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 1,3,5-三（4-羟苯基）金刚烷的合成工艺优化（1）
• 4.3.2 探索金刚烷三子Bola表面活性剂的合成
• 4.3.3 1,3,5-三溴金刚烷的合成工艺优化
• 4.3.4 1,3,5-三（4-羟苯基）金刚烷的合成工艺优化（2）
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及专利
• 致谢