茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法及產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，包括：將催化劑、茶皂素以及癸酸酰氯加入到有機溶劑中，進行酯化反應，直至反應完全；后處理得到茶皂素癸酸酯表面活性劑。本發(fā)明還提供了一種由上述制備方法制備得到的表面活性劑。本發(fā)明的制備工藝簡單，環(huán)境友好，由該方法制備得到的茶皂素癸酸酯表面活性劑具有更好的表面活性，有較好的市場前景。
【專利說明】茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法及產(chǎn)品
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及表面活性劑制備【技術領域】，具體是涉及一種茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法及產(chǎn)品。
【背景技術】
[0002]表面活性劑具有分散、滲透、增溶、起泡等性能，廣泛應用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、日化、選礦、油田等領域，其種類和消耗量日益增加。但是長期以來人們一直使用人工合成的表面活性劑，對人體健康和環(huán)境存在較大的威脅。無毒、易降解的表面活性劑越來越受到人們重視。羧酸鹽表面活性劑可通過天然原料合成，易生物降解，一直受到人們青睞。但普通羧酸鹽陰離子表面活性劑存在酸性條件下不穩(wěn)定甚至失去表面活性等缺陷。
[0003]茶皂素又名茶皂苷，是一類齊墩果烷型五環(huán)三萜類皂苷化合物，由皂苷元、糖體和有機酸三部分組成，廣泛存在于山茶科植物的根、莖、葉、花、果中。茶皂素是一種性能良好的天然表面活性劑，它可廣泛應用于輕工、化工、農(nóng)藥、飼料、養(yǎng)殖、紡織、采油、采礦、建材與高速公路建設等領域，用于制造乳化劑、洗潔劑、農(nóng)藥助劑、飼料添加劑、蟹蝦養(yǎng)殖保護劑、紡織助劑、油田泡沫劑、采礦浮選劑以及加氣混凝土穩(wěn)泡劑與混凝土外加劑-防凍劑等。我國的油茶籽產(chǎn)量居世界首位，提取茶油后的副產(chǎn)物油茶籽柏中，茶皂素的含量可達10%左右，充分推進茶皂素的深度加工，對綜合利用油茶資源，具有十分重要的社會效益和經(jīng)濟價值。
[0004]茶皂素是性能良 好的天然非離子表面活性劑，它具有降低水的表面張力、乳化、分散、潤濕等性能，所形成的乳液粒子小，分布均勻，穩(wěn)定性好；另外，茶皂素具有較強的起泡能力，穩(wěn)泡性能好。茶皂素分子中有大量的羥基等可修飾基團，可通過化學改性擴大其應用范圍，克服茶皂素使用過程中的不足。目前對茶皂素化學改性的研究也越來越多。例如，申請公布號為CN102030806A的專利文獻中公開了一種茶皂苷高級脂肪酸酯的制備方法，在催化劑存在的情況下，將茶皂苷與高級脂肪醇混合、反應，分離催化劑后獲得茶皂苷高級脂肪酯。申請公布號為CN102030803A的專利文獻中公開了一種茶皂苷衍生物的制備方法，由以下步驟制備而成:(1)取三苯基氯甲烷與茶皂苷反應；然后，加入溴芐與茶皂苷反應；(2)取三溴化磷與糖反應；再與溴芐反應；(3)取步驟(1)制備得到的茶皂苷和步驟(2)制備得到的糖混合，再加入三苯甲基脫保護劑，反應；然后，在催化劑存在的情況下，加入芐基脫保護劑，反應，得到茶皂苷衍生物。
[0005]然而上述兩種針對茶皂素的改性方法，均具有各自的缺陷:例如CN102030806A中公開的方法中，采用的催化劑為N，N- 二環(huán)己基碳二亞胺與4- 二甲胺基吡啶的混合物，一方面N，N- 二環(huán)己基碳二亞胺對皮膚和眼睛具有刺激性，對現(xiàn)場人員的健康威脅較大；另一方面，N，N-二環(huán)己基碳二亞胺價格昂貴，制備茶皂苷高級脂肪酸酯的成本較高，不適于工業(yè)化大量生產(chǎn)。CN102030803A中公開方法中，不僅高刺激性和高毒性的溴芐、三溴化磷，而且工藝較為復雜，制備成本較高，工業(yè)化非常困難，且制備得到的改性表面活性劑無法滿足目前對表面活性劑的多種需求。因此，開發(fā)一種多功能、環(huán)境友好的表面活性劑，具有重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供了一種茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，該方法制備工藝簡單，環(huán)境友好，由該方法制備得到的茶皂素癸酸酯表面活性劑具有更高的表面活性，適于作為增溶劑和乳化劑使用，且反應條件易于控制，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007]一種茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，包括:將催化劑、茶皂素以及癸酸酰氯加入到有機溶劑中，進行酯化反應，反應完成后，后處理得到茶皂素癸酸酯表面活性劑。
[0008]為實現(xiàn)最終產(chǎn)物茶皂素癸酸酯的分離，可選用多種后處理方法，為便于操作，作為一種優(yōu)選的技術方案，所述的后處理方法包括:
[0009](I)將大孔樹脂加入到酯化反應完成后的反應體系中，利用大孔樹脂吸附其中的茶皂素癸酸酯，吸附完成后，過濾得到吸附有茶皂素癸酸酯的大孔樹脂；
[0010](2)將吸附有茶皂素癸酸酯的大孔樹脂溶解到解析劑中，進行解析反應，過濾，去除解析液中的溶劑，得到茶皂素癸酸酯表面活性劑。
[0011]為去除未反應癸酸酰氯，提高最終得到的茶皂素癸酸酯表面活性劑的純度，可選用通過調節(jié)體系中的PH值，對體系中的產(chǎn)物進行分離；作為優(yōu)選，在加入大孔樹脂前，可采用將酯化反應完成后的反應液酸化，調整反應液的PH值為4或4以下，用石油醚和乙酸乙酯混合溶劑萃取以癸酸的形式除去未反應的癸酸酰氯，然后再用大孔樹脂進行上述處理。
[0012]所述的催化劑可選用酯化反應常用的酸性催化劑或者堿性催化劑中的至少一種；常用的酸性催化劑可選用無機酸或有機酸，例如可選擇稀鹽酸、稀硫酸、醋酸等，常用的堿性催化劑可選用無機堿或者有機堿，例如無機堿可選用碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉、醇鈉等，有機堿可選用三乙胺、吡啶或者二乙胺等。
[0013]所述的有機溶劑可選用多種對反應底物具有較好溶解性的溶劑，為便于反應的快速進行，優(yōu)選的有機溶劑包括N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMS0)、丙酮等中的至少一種。
[0014]所述的酯化反應的溫度可在常溫下進行，也可適當加熱。為便于控制，所述的酯化反應的溫度優(yōu)選為20-30攝氏度，溫度過高容易導致發(fā)生副反應，且高溫條件會增加制備成本和控制難度。酯化反應的反應時間根據(jù)實際反應底物的不同而有所不同，可根據(jù)實際
需要確定。
[0015]加入的癸酰氯以及催化劑的摩爾量可根據(jù)實際需要確定，可通過控制上述兩者的加入量，改變茶皂素上羧基的取代度，得到部分酯化或者全部酯化的改性茶皂素酯化產(chǎn)物，以滿足不同的使用場合需求。為避免原料浪費，降低茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備成本，所述的茶皂素、癸酰氯以及催化劑加入的摩爾比優(yōu)選為1:0.5-50:0.5-50。為進一步節(jié)省原料，作為進一步優(yōu)選，所述的茶皂素、癸酰氯以及催化劑加入的摩爾比優(yōu)選為1:1-15:1-15，在常溫狀態(tài)下，茶皂素和癸酰氯摩爾比達到1:20左右時，茶皂素上的活性較高的羥基基本反應完畢，所以再進一步優(yōu)選為1:5-8:10-20。
[0016]大孔樹脂又稱全多孔樹脂，是由聚合單體和交聯(lián)劑、致孔劑、分散劑等添加劑經(jīng)聚合反應制備而成，聚合物形成后，致孔劑被除去，在樹脂中留下了大大小小、形狀各異、互相貫通的孔穴。因此大孔樹脂在 干燥狀態(tài)下其內部具有較高的孔隙率，且孔徑較大，在100~1000nm之間。為提高大孔樹脂對目標產(chǎn)物的吸附效率，后處理過程中，大孔樹脂一般選用非極性大孔樹酯。優(yōu)選的非極性大孔樹酯包括AB-8型大孔吸附樹酯，AB-8型大孔吸附樹酯可選擇性吸附反應得到的茶皂素癸酸酯，且后續(xù)解析過程效率高，容易控制。加入的大孔樹酯的質量需要根據(jù)實際吸附效果確定，一般以將體系中的茶皂素癸酸酯吸附完全為準，吸附過程中可通過TLC實時監(jiān)測，直至吸附完成。當酯化反應的反應液的濃度較高時，在加入大孔樹酯前，可通過加入水將酯化反應得到的反應液的濃度作適當稀釋，以便于大孔樹酯的均勻吸附，防止由于濃度過高，導致雜質同步被吸附。后處理過程中中，所述的吸附溫度一般為20-35攝氏度，可根據(jù)實際條件進行調整。
[0017]后處理過程中，所述的解析溫度可選用常溫，也可適當加熱，為便于控制，優(yōu)選的解析溫度為20-40攝氏度。解析時間可根據(jù)實際情況確定，以改性茶皂素完全解析為準。后處理過程中，解析劑需要選擇對茶皂素酯化產(chǎn)物具有較好溶解性的純溶劑或者混合溶劑，根據(jù)茶皂素酯化產(chǎn)物本身的特性，例如可采用醇類溶劑或者丙酮以及他們的水溶液等，優(yōu)選的解析劑為乙醇水溶液、甲醇水溶液或丙酮水溶液中的至少一種，乙醇水溶液、甲醇水溶液、丙酮水溶液對極性基團和非極性基團均具有較高的親和力，作為進一步的優(yōu)選，所述的解析劑中溶質的濃度為50-95%，選擇該濃度的解析劑時，改性茶皂素的解析效率較高，同時與采用純解析劑相比，降低了解析劑的使用成本和對環(huán)境的污染。解析劑的用量一般為吸附有茶皂素癸酸酯的大孔樹脂體積的2-4倍，以便于茶皂素酯化產(chǎn)物的徹底解析。
[0018]本發(fā)明還提供了一種由上述方法制備得到的茶皂素癸酸酯表面活性劑，該表面活性劑無毒易降解，通過對茶皂素進行結構改造，將茶皂素分子糖基中的部分或全部羥基改為酯基，使得本發(fā)明的茶皂素癸酸酯表面活性劑兼具非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑的特性，克服了普通羧酸鹽陰離子表面活性劑在酸性條件下表面活性差的缺陷，還可通過改變溶液的PH值達到起泡或消泡的效果滿足不同行業(yè)的要求。
[0019]本發(fā)明所采用的原料或者試劑等均可采用市購產(chǎn)品。反應過程或者后處理過程在沒有特殊說明時，均可采用在室溫下進行。
[0020]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點及效果:`[0021](I)本發(fā)明的茶皂素癸酸酯表面活性劑，具有比茶皂素更好的表面活性，有較好的增溶和乳化效果。
[0022]( 2 )本發(fā)明的茶皂素癸酸酯表面活性劑表面活性劑，來自天然原料，無毒，易降解。
[0023](3)本發(fā)明的制備工藝簡單，反應條件易于控制，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0025]實施例1
[0026]將茶阜素Immol,癸酸酰氯6mmol,無水碳酸鉀12mmol加入到IOml N, N-二甲基甲酰胺中，25攝氏度下攪拌反應12小時。反應結束后，向反應液中加IOml水稀釋，加入
0.1N稀鹽酸，將反應液的pH值調節(jié)至4-5，利用IOml石油醚和乙酸乙酯混合溶劑(體積比為1:2)萃取三次，除去癸酸；加入AB-8型大孔吸附樹酯吸附茶皂素癸酸酯，室溫下吸附時間為5小時，TLC檢測直至吸附完全。抽濾除去吸附液，向吸附有茶皂素癸酸酯的AB-8型大孔吸附樹脂中加入2倍體積的80%的乙醇水溶液解析茶皂素酯化產(chǎn)物，過濾除去解析后的AB-8型大孔吸附樹酯，旋轉蒸發(fā)濃縮解析液，再經(jīng)真空冷凍干燥得到固體茶皂素癸酸酯表面活性劑。
[0027]產(chǎn)物紅外圖譜顯示，1725-1659CHT1處的吸收峰明顯變強，說明引入了 C=O基，1300-1000cm^范圍內的吸收峰為C-O鍵的伸縮振動引起，950-900cm_l為羧基上的-OH面外變形振動形成。綜上所述，可以判定癸酸基團已經(jīng)接到茶皂素分子上，產(chǎn)物為癸酸基團取代的茶皂素癸酸酯表面活性劑。
[0028]實施例2
[0029]將茶阜素Immol,癸酸酰氯5mmol,無水碳酸鈉IOmmol加入到IOml 二甲基亞砜中，30攝氏度下攪拌反應12小時。反應結束后，向反應液中加IOml水稀釋，加入0.1N稀鹽酸，將反應液的PH值調節(jié)至4-5，利用IOml石油醚和乙酸乙酯混合溶劑(體積比為1:2)萃取三次，除去癸酸；加入AB-8型大孔吸附樹酯吸附茶皂素癸酸酯，室溫下吸附時間為5小時，TLC檢測直至吸附完全。抽濾除去吸附液，向吸附有茶皂素癸酸酯的AB-8型大孔吸附樹脂中加入2倍體積的90%的丙酮水溶液解析茶皂素酯化產(chǎn)物，過濾除去解析后的AB-8型大孔吸附樹酯，旋轉蒸發(fā)濃縮解析液，再經(jīng)真空冷凍干燥得到固體茶皂素癸酸酯表面活性劑。紅外檢測數(shù)據(jù)同實施例1。
[0030]實施例3
[0031]將茶皂素lmmol，癸酸酰氯6mmol，無水氫氧化鈉12mmol加入到IOml丙酮中，20攝氏度下攪拌反應12小時。反應結束后，向反應液中加IOml水稀釋，加入0.1N稀鹽酸，將反應液的PH值調節(jié)至4-5，利用IOml石油醚和乙酸乙酯混合溶劑(體積比為1:1)萃取三次，除去癸酸；加入AB-8型大孔吸附樹酯吸附茶皂素癸酸酯，室溫下吸附時間為5小時，TLC檢測直至吸附完全。抽濾除去吸附液，向吸附有茶皂素癸酸酯的AB-8型大孔吸附樹脂中加入
2倍體積的60%的甲醇水溶液解析茶皂素酯化產(chǎn)物，過濾除去解析后的AB-8型大孔吸附樹酯，旋轉蒸發(fā)濃縮解析液， 再經(jīng)真空冷凍干燥得到固體茶皂素癸酸酯表面活性劑。紅外檢測數(shù)據(jù)同實施例1。
[0032]實施例4
[0033]將茶阜素lmmol,癸酸酰氯8mmol,無水碳酸鉀16mmol加入到IOml N, N-二甲基甲酰胺中，25攝氏度下攪拌反應12小時。反應結束后，向反應液中加IOml水稀釋，向體系中加入0.1N的稀鹽酸，調節(jié)體系液的pH值為4-5，利用IOml石油醚和乙酸乙酯混合溶劑(體積比為1:2)萃取三次，除去未反應癸酸；然后向體系液中加入AB-8型大孔吸附樹酯吸附茶皂素癸酸酯，40攝氏度下吸附時間為3小時，TLC檢測直至吸附完全。抽濾除去吸附液，向吸附有茶皂素癸酸酯的AB-8型大孔吸附樹脂中加入2倍體積的80%的乙醇水溶液解析茶皂素酯化產(chǎn)物，過濾除去解析后的AB-8型大孔吸附樹酯，旋轉蒸發(fā)濃縮解析液，再經(jīng)真空冷凍干燥得到固體茶皂素癸酸酯表面活性劑。紅外檢測數(shù)據(jù)同實施例1。
[0034]表面活性測試:
[0035]20°C下采用白金板法測定利用實施例1~4制備得到的目標產(chǎn)物的臨界膠束濃度(cmc)，結果見表1所示。
[0036]表1
[0037]
【權利要求】
1.一種茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，包括:將催化劑、茶皂素以及癸酸酰氯加入到有機溶劑中，進行酯化反應，反應完成后，后處理得到茶皂素癸酸酯表面活性劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述的后處理方法包括: (1)將大孔樹脂加入到酯化反應完成后的反應體系中，利用大孔樹脂吸附其中的茶皂素癸酸酯，吸附完成后，過濾得到吸附有茶皂素癸酸酯的大孔樹脂； (2)將吸附有茶皂素癸酸酯的大孔樹脂溶解到解析劑中，進行解析反應，過濾，去除解析液中的溶劑，得到茶皂素癸酸酯表面活性劑。
3.根據(jù)權利要求2所述的茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述的解析劑為乙醇水溶液、甲醇水溶液、丙酮水溶液中的至少一種。
4.根據(jù)權利要求2所述的茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述的解析劑中溶質的濃度為50-95%，所述的解析劑的用量為吸附有茶皂素癸酸酯的大孔樹脂體積的2-4倍。
5.根據(jù)權利要求1所述的茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述的催化劑為碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉中的至少一種。
6.根據(jù)權利要求1所述的茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述的有機溶劑包括N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、丙酮中的至少一種。
7.根據(jù)權利要 求1所述的茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述的酯化反應的溫度為20-30攝氏度。
8.根據(jù)權利要求1所述的茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述的茶皂素、癸酸酰氯以及催化劑的摩爾比為1:0.5-50:0.5-50。
9.根據(jù)權利要求8所述的茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法，其特征在于，所述的茶皂素、癸酸酰氯以及催化劑的摩爾比為1:1-15:1-15。
10.一種茶皂素癸酸酯表面活性劑，其特征在于，由權利要求1-9任一權項所述的茶皂素癸酸酯表面活性劑的制備方法制備得到。
【文檔編號】C07H15/256GK103819527SQ201410053604
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權日:2014年2月17日
【發(fā)明者】劉松柏, 馮進, 陳盈 申請人:浙江大學

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