阅读说明：本技术 一种巯-烯点击制备的含氟偶氮表面活性剂及方法 (Fluorine-containing azo surfactant prepared by clicking mercapto-alkene and method ) 是由 宗传永 杨晓玉 翟丛丛 牛庆霞 张庆霜 周应东 张书香 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种巯-烯点击制备的含氟偶氮表面活性剂及方法,属于功能化表面活性剂合成技术领域。上述含氟偶氮表面活性剂结构式如下：<Image he="156" wi="700" file="DDA0002581114340000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>本发明以巯烯点击化学的方法得到了高纯度、可逆响应性的表面活性剂,以实现泡沫的可逆控制,引入含氟烷基作为疏水端,偶氮苯基团则赋予表面活性剂优异的光控性。(The invention discloses a sulfydryl-alkene click prepared fluorine-containing azo surfactant and a method, belonging to the technical field of synthesis of functionalized surfactants. The structural formula of the fluorine-containing azo surfactant is as follows: the invention obtains the surfactant with high purity and reversible responsiveness by a mercaptoalkene click chemistry method so as to realize reversible control of foam, introduces the fluoroalkyl as a hydrophobic end, and endows the surfactant with excellent light controllability by azobenzene groups.)

一种巯-烯点击制备的含氟偶氮表面活性剂及方法

技术领域

本发明涉及功能化表面活性剂合成技术领域，具体涉及一种巯-烯点击制备的含氟偶氮表面活性剂及方法。

背景技术

泡沫是一种常见的气、液分散热力学亚稳态体系，是彼此被液膜隔开的气泡聚集体，被广泛应用于石油化工、精细化工、消防、食品、纺织等生产实际中。一般来说，表面活性剂常被用来作发泡剂和泡沫稳定剂。它们覆盖了气液界面，提高了泡沫膜的稳定性或增加了粘度，从而减缓了泡沫的析出和粗化。但在某些情况下，比如在污水处理、泡沫驱油等过程中，则需要快速消泡。现在工业中主要是通过添加稳定剂和除泡剂来满足生产需求，但其中存在化学污染严重，不利于循环环保。因此能够对外界刺激作出起泡、消泡反应的功能化的表面活性剂对于工业生产具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种巯-烯点击制备的含氟偶氮表面活性剂及方法，通过巯-烯点击化学技术得到可逆响应性的表面活性剂，以实现对泡沫的可逆控制，环保安全。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，本发明提供一种巯-烯点击制备的含氟偶氮表面活性剂，结构式如下：

另一方面，本发明还提供一种巯-烯点击制备含氟偶氮表面活性剂的方法，包括：

步骤1：三氟甲氧基偶氮苯酚的制备；

步骤2：三氟甲氧基偶氮烷氧基醇的制备；

步骤3：含氟偶氮苯基丙烯酸酯的制备；

步骤4：巯烯点击制备含氟偶氮表面活性剂。

进一步的，所述步骤1在0℃以下进行反应，具体包括：

(11)将三氟甲氧基苯胺溶于浓硫酸20ml和蒸馏水20ml的混合物中；

(12)向上述混合物中，缓慢加入包含水56mL和亚硝酸钠的溶液中，搅拌30min；

(13)将苯酚滴加至2mol/L氢氧化钠溶液中，混合均匀，然后添加到上述混合物中，加入49g无水碳酸钠，在pH 9-10下搅拌2h；

(14)用HCl中和至中性，将所得混合物过滤并用水洗涤；干燥粗产物，并通过从乙醇中重结晶来纯化，以获得为红棕色固体的化合物。

优选的，所述三氟甲氧基苯胺、亚硝酸钠、苯酚摩尔比为1：1：1。

进一步的，所述步骤2包括：

(21)将K₂CO₃加入到三氟甲氧基偶氮苯酚的DMF溶液中，室温下搅拌30min；

(22)将KI和6-氯-1-己醇添加至上述溶液中，110℃下剧烈搅拌24h；

(23)将得到的混合物冷却至室温，并倒入碎冰中，并将得到的红棕色沉淀物滤出；将粗产物干燥并通过从乙醇中重结晶进行纯化，产生呈红棕色固体的化合物。

优选的，所述K₂CO₃、三氟甲氧基偶氮苯酚、KI、6-氯-1-己醇的摩尔比为1：1：2-3：1-1.2。

进一步的，所述步骤3包括：

(31)0-5℃下，将丙烯酰氯滴加至10mL无水CH₂Cl₂中，混合均匀，然后滴加到含三氟甲氧基偶氮烷氧基醇、三乙胺和50mL无水CH₂Cl₂溶液中，室温下保持20h；

(32)用旋转蒸发仪浓缩反应混合物，然后依次用稀盐酸、NaHCO₃溶液和NaCl溶液洗涤，收集有机层，进行纯化，得到含氟偶氮苯丙烯酸酯。

优选的，所述三氟甲氧基偶氮烷氧基醇、丙烯酰氯与三乙胺的摩尔比为1：1-1.2：1。

进一步的，所述步骤4包括：

(41)在烧瓶中加入制备的含氟偶氮苯丙烯酸酯、巯基乙酸、三乙胺和45mL四氢呋喃，开启磁力搅拌室温搅拌20h；

(42)反应结束后，反应体系在冰水浴中沉淀，有黄色沉淀产生，过滤，真空干燥得到黄色固体粉末，将黄色粉末在水中加入碳酸氢钠调节pH为弱碱性，最终得到含氟偶氮表面活性剂。

优选的，所述氟偶氮苯丙烯酸酯、巯基乙酸与三乙胺的摩尔比为1：3：1。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

光作为一种清洁的外界刺激，能够简便、及时、准确的进行远程操控，避免对表面活性剂体系的污染破坏。偶氮苯作为一种典型的光敏性分子基团，其存在顺反两种构型的转变，在紫外光照射下，从热力学稳定的反式构态到热力学亚稳态的顺式转变，以及从顺式通过可见光照射快速回复到反式构态。分子碳氟键具有极强疏水性及较低的分子内聚力，它能在较低浓度下就使水的表面张力降到很低的数值。在偶氮表面活性剂的基础上加上长链含氟基团，将大大提高表面活性剂疏水端的性能。含氟偶氮苯中的双键是一种反应性基团，易于发生巯-烯点击反应。本发明采用了新颖的巯-烯点击的制备方法，后处理简单，制备的含氟偶氮表面活性剂一方面引入了含氟基团，大大提高了表面活性剂疏水端的性能，提高泡沫稳定性；另一方面能够有效地调控起泡消泡性能，实现泡沫的动态快速调控，环保无污染。

附图说明

图1为本发明巯-烯点击制备的含氟偶氮表面活性剂的合成示意图；

图2为本发明实施例1中间体含氟偶氮苯丙烯酸酯的核磁氢谱图；

图3为本发明实施例1含氟偶氮表面活性剂成盐前的核磁氢谱图；

图4为本发明实施例1光响应性的含氟偶氮表面活性剂的紫外可见谱图；

图5为本发明实施例1含氟偶氮表面活性剂的紫外可见循环图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例及对比例中所用试剂及材料，如无特殊说明，均可经过商业途径得到。

本发明提供一种巯-烯点击制备的含氟偶氮表面活性剂及方法，具体实施例如下。

实施例1

一种巯-烯点击制备含氟偶氮表面活性剂的方法，合成示意图见图1，包括以下步骤：

步骤1：三氟甲氧基偶氮苯酚的制备；

(11)在-5℃左右，将三氟甲氧基苯胺溶于浓硫酸20ml和蒸馏水20ml的混合物中，搅拌均匀；

(12)向上述混合物中，缓慢加入包含水(56mL)和亚硝酸钠(5.020g，0.075mol)的溶液中，搅拌30min；

(13)将苯酚(0.075mol)滴加至2mol/L氢氧化钠溶液中，混合均匀，然后添加到上述混合物中，加入无水碳酸钠(47g)，并在pH 9-10下搅拌2h；

(14)用HCl中和至中性，将所得混合物过滤并用水洗涤。干燥粗产物，并通过从乙醇中重结晶来纯化，以获得为红棕色固体的化合物；

步骤2：三氟甲氧基偶氮烷氧基醇的制备；

(21)将K₂CO₃(0.036mol)加入到上一步产物(0.036mol)的DMF(40mL)溶液中，室温下搅拌30min。

(22)将KI(0.090mmol)和6-氯-1-己醇(0.039mol)添加至该溶液，110℃下剧烈搅拌24h。

(23)将得到的混合物冷却至室温，并倒入900g碎冰中，并将得到的红棕色沉淀物滤出；将粗产物干燥并通过从乙醇中重结晶进行纯化，以产生呈红棕色固体的化合物。

步骤3：含氟偶氮苯基丙烯酸酯的制备；

(31)0-5℃下，将丙烯酰氯(0.019mol)在10mL无水CH₂Cl₂中的溶液滴加到含上一步产物(0.016mol)，三乙胺(0.016mol)和无水CH₂Cl₂(50mL)溶液中；之后，将反应混合物在室温下保持20h。

(32)用旋转蒸发仪浓缩反应混合物，用稀盐酸，NaHCO₃溶液和NaCl溶液洗涤。收集有机层，进行纯化，得到含氟偶氮苯丙烯酸酯。

步骤4：巯烯点击制备含氟偶氮表面活性剂

(41)在烧瓶中加入所述步骤1的产物含氟偶氮苯丙烯酸酯(5mmol)、巯基乙酸(15mmol)、三乙胺(5mmol)、四氢呋喃(45mL)，开启磁力搅拌室温搅拌20h。

(42)反应结束后，反应体系在冰水浴中沉淀，有黄色沉淀产生，过滤，真空干燥得到黄色固体粉末，将黄色粉末在水中加入碳酸氢钠调节pH为弱碱性，最终得到含氟偶氮表面活性剂。

将本实施例制备的中间体含氟偶氮丙烯酸酯及成盐前的含氟偶氮表面活性剂进行结构表征，结果如图2、图3所示。

如图2所示为含氟偶氮丙烯酸酯的核磁氢谱图，具体分析为：¹HNMR(600MHz,CDCl3)δ7.87(d,2H,Ar-H),7.76(d,2H,Ar-H),7.39(d,2H,Ar-H),7.12(d,2H,Ar-H),4.13(t,2H,Ar-O-CH2-),3.95(t,2H,-CH2-O-),1.47-1.77(m,8H,-CH2-CH2-CH2-CH2-)。

如图3所示为含氟偶氮表面活性剂成盐前的核磁氢谱图，具体分析为：¹HNMR(600MHz,CDCl3)δ7.96(d,2H,Ar-H),7.91(d,2H,Ar-H),7.58(d,2H,Ar-H),7.15(d,2H,Ar-H),4.09(t,2H,Ar-O-CH2-),4.05(t,2H,-CH2-O-),2.79(t,2H,CH₂),2.64(t,2H,CH₂),1.31-1.84(m,8H,-CH2-CH2-CH2-CH2-)。

对本发明制备的含氟偶氮表面活性剂在紫外可见光下进行吸光度测试，如图4所示，在紫外光照射下，表面活性剂在350nm处的吸光度迅速降低，在430nm处的吸光度上升，直至达到饱和。这是因为偶氮苯基团在紫外光照射下由热力学稳定的反式构型转变为顺式，偶极矩也随之发生变化。

而以可见光为光源，对制备的可逆光控的含氟偶氮表面活性剂的光响应性进行表征，在可见光照射下，在350nm处吸光度会迅速增加，在430nm处的吸光度降低。这是因为表面活性剂由顺式回复为稳定的反式构型。由此实现了表面活性剂的动态可调控，实现泡沫的可逆循环。

对本发明制备的含氟偶氮表面活性剂在紫外可见光下循环性能的测试，如图5所示，经过20次循环照射，表面活性剂仍保持优良的光响应性。

为突出本发明制备的含氟偶氮表面活性剂的有益效果，发明人设计对比例如下。

对比例1

制备专利CN108640853A公开的含氟偶氮表面活性剂。

对比例2

一种含氟偶氮表面活性剂的方法，包括：

步骤1：三氟甲氧基偶氮苯酚的制备；

(11)在-5℃左右，将三氟甲氧基苯胺溶于浓硫酸20ml和蒸馏水20ml的混合物中，搅拌均匀；

(12)向上述混合物中，缓慢加入包含水(56mL)和亚硝酸钠(5.020g，0.075mol)的溶液中，搅拌30min；

(13)将苯酚(0.075mol)滴加至2mol/L氢氧化钠溶液中，混合均匀，然后添加到上述混合物中，加入无水碳酸钠，并在pH 9-10下搅拌2h；

(14)用HCl中和后，将所得混合物过滤并用水洗涤。干燥粗产物，并通过从乙醇中重结晶来纯化，以获得为红棕色固体的化合物；

步骤2：含氟无长链偶氮苯基丙烯酸酯的制备；

(21)0-5℃下，将丙烯酰氯(0.019mol)在10mL无水CH₂Cl₂中的溶液滴加到含上一步产物(0.016mol)，三乙胺(0.016mol)和无水CH₂Cl₂(50mL)溶液中；之后，将反应混合物在室温下保持20h。

(22)用旋转蒸发仪浓缩反应混合物，用稀盐酸，NaHCO3溶液和NaCl溶液洗涤。收集有机层，进行纯化，得到含氟无长链偶氮苯丙烯酸酯。

步骤3：巯烯点击制备含氟偶氮表面活性剂

(31)在烧瓶中加入所述步骤2的产物(5mmol)、巯基乙酸(15mmol)、吡啶(5mmol)、四氢呋喃(45mL)，开启磁力搅拌室温搅拌20h。

(32)反应结束后，反应体系在冰水浴中沉淀，有黄色沉淀产生，过滤，真空干燥得到黄色固体粉末，将黄色粉末在水中加入碳酸氢钠调节pH为弱碱性，最终得到含氟偶氮表面活性剂。

将实施例1、对比例1-2的表面活性剂分别制备成0.025mol/L的水溶液，以相同的频率摇晃1min，起泡。发现：实施例1的表面活性剂水溶液在自然环境下消泡需要72小时以上，而在紫外光照射下仅需要35分钟左右；对比例1的表面活性剂水溶液在自然环境下消泡需要56小时以上，在紫外光照射下需要82分钟左右；对比例2的表面活性剂水溶液在自然环境下消泡需要2小时以上，而在紫外光照射下仅需要6分钟左右。

即实施例1和对比例1的表面活性剂形成的泡沫稳定性较好，紫外光照射下能够实现快速消泡；对比本发明实施例1和对比例1制备的表面活性剂，本发明实施例1制备的表面活性剂疏水连段为含氟基团，且烷基链较长，所形成的泡沫稳定性较对比例1更好，且在紫外光照下能够更快速的消泡。而对比例2的表面活性剂形成的泡沫稳定性较差。

综上可知，本发明以巯烯点击化学的方法得到了高纯度、可逆响应性的表面活性剂，以实现泡沫的可逆控制，引入含氟烷基作为疏水端，偶氮苯基团则赋予表面活性剂优异的光控性。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。