實驗3　Gemini型表面活性劑的合成與性質研究

實驗目的

（1）了解Gemini型表面活性劑的基本概念和相關性能。

（2）掌握季銨鹽Gemini型表面活性劑的合成方法。

（3）掌握電導法測定表面活性劑臨界膠束濃度的方法。

實驗原理

普通的表面活性劑一般都是線型分子，同時含有親水性的極性基團和親油性的非極性疏水基團，這種雙親結構使表面活性劑能在溶液界面吸附，并在溶液中生成膠束，產生潤濕或反潤濕、乳化或破乳、分散或凝集、起泡或消泡、增溶、保濕、殺菌、柔軟、拒水、抗靜電、防腐蝕等一系列作用。

Gemini型表面活性劑是一類創新結構的表面活性劑，它由兩個傳統的表面活性劑分子通過特殊的連接基團將它們的親水端連接形成一個二聚的表面活性劑，包含兩個親水基和兩個疏水基，連接基團可以是聚亞甲基、聚氧乙烯基等柔性基團，也可以是亞甲苯基、對乙烯基等剛性基團。

最早合成的Gemini型表面活性劑是陽離子型的，目前研究最多的也是Gemini型陽離子表面活性劑。與普通的陽離子表面活性劑相比，此類表面活性劑更易吸附在氣液界面上，更容易形成膠團，從而更能降低水溶液的表面張力。Gemini型陽離子表面活性劑具有良好的鈣皂分散性，是優良的潤濕劑，有更好的發泡和穩泡性能?？捎米骺椢锶彳泟?、抗靜電劑、化妝品中的乳化劑、頭發調理劑、膠體穩定劑等。

本實驗合成季銨鹽型Gemini表面活性劑——二溴化雙（二甲基十二烷基）乙二胺，并測定其臨界膠束濃度。合成反應如下：

試劑與儀器

試劑：1-溴代十二烷，N，N，N'，N'-四甲基乙二胺，無水乙醇，乙酸乙酯。

儀器：圓底燒瓶，冷凝管，電動攪拌裝置，油浴，循環水真空泵，電導率儀。

實驗內容

1.合成

在250mL圓底燒瓶中加入13.7g 1-溴代十二烷、2.91gN，N，N'，N'-四甲基乙二胺和25mL無水乙醇，裝上冷凝管與電動攪拌裝置后，油浴緩慢升溫，加熱回流48h，穩定回流溫度為80℃。回流結束后進行常壓蒸餾，在78℃下蒸餾收集乙醇，直至全部蒸出溶劑乙醇，得到白色固體；將產物在乙醇-乙酸乙酯中重結晶。

重結晶是將二溴化雙（二甲基十二烷基）乙二胺粗品加入乙醇，使之溶解，再逐漸加入乙酸乙酯，直到出現渾濁，加熱渾濁溶液使之澄清透明，再加入乙酸乙酯至渾濁后再加熱澄清，最后，即使加熱溶液仍呈渾濁狀，這時再加入很少量乙醇中，至其剛好變透明為止。將溶液在攪動下自然冷卻至室溫，然后用冰水冷卻，使晶體完全析出，得到白色結晶產物。循環水真空泵減壓抽濾，按此法重結晶6次。

2.臨界膠束濃度（CMC）的測定

（1）配制一系列不同濃度的二溴化雙（二甲基十二烷基）乙二胺溶液。表面活性劑濃度為5.0×10^-4mol·L^-1、1.0×10^-3mol·L^-1、2.0×10^-3mol·L^-1、3.0×10^-3mol·L^-1、4.0×10^-3mol·L^-1、5.0×10^-3mol·L^-1，用電導率儀測定上述溶液的電導率。

（2）以表面活性劑濃度為橫坐標、電導率為縱坐標繪圖。電導率曲線上會出現一個拐點，由該拐點處表面活性劑的濃度，即可得到表面活性劑二溴化雙（二甲基十二烷基）乙二胺的CMC值。

注意事項

（1）重結晶的濾液可以蒸餾回收乙酸乙酯。

（2）電導率測定需要重復3次，取平均值，以確保測定結果準確。

思考題

（1）季銨鹽型表面活性劑的合成還可以采用什么方法？

（2）為什么選用乙醇-乙酸乙酯重結晶？

參考文獻

［1］揚州大學，徐州師范大學，鹽城師范學院，等.新編大學化學實驗（四）——綜合與探究［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［2］葉志文.Gemini表面活性劑C₁₂-3-C₁₂·2Br及C₁₂-3（OH）-C₁₂·2Cl的合成及表面活性［J］.化學試劑，2007，29（9）：513-516.