2结果与讨论

2.1氟醚磷酸胆碱的合成

我们合成了一种短链氟醚磷酸胆碱C72-MPB（图2），结果如下。

图2 C72-MPB磷酸胆碱的合成

我们将原料1和C72-OH等物质的量比混合，以超干四氢呋喃（THF）为溶剂，在0℃下进行反应，2 h后通过核磁氢谱（1H NMR）观测到有产物生成。但原料C72-OH的转化率仅为50%（表1,Entry 1）。因此，我们对反应物的比例、反应时间做进一步优化。结果显示：在原料1与原料C72-OH物质的量比为2∶1,反应时间为2 h的条件下，原料C72-OH可完全转化（表1,Entry 3）。接下来，我们将中间体C72-P与3 equiv.三甲胺（2 mol/L in THF）溶解在乙腈中，在70℃下反应48 h,高产率得到目标产物C72-MPB.用类似方法合成了结构相似的氟碳表面活性剂6:2-MPB（表2），并对比了C72-MPB与6:2-MPB的表面活性性能。

表1第一步反应条件筛选

表2文献中报道的磷酸胆碱表面活性剂

2.2表面张力测试

分别配制C72-MPB和6:2-MPB水溶液，测试不同浓度下的表面张力，如图3和表3所示，C72-MPB和6:2-MPB的临界胶束浓度均为1.1 g/L。然而，两种表面活性剂在临界胶束下的表面张力（γcmc）有明显差距，C72-MPB和6:2-MPB的γcmc分别为17.1 mN/m和22.6 mN/m（图3）。

图36:2-MPB和C72-MPB的γ-lg c曲线

表3磷酸胆碱氟表面活性剂的表面活性数据

我们将文献中的氟磷酸胆碱进行对比，如表2所示，6:2-MPB与化合物2、3、4对比，疏水链段含氟量越高（2<6:2-MPB<3<4），降低表面张力的能力越强，即γcmc越低。然而，对比化合物4与带有氟醚疏水链段的C72-MPB,发现化合物4的含氟量大于C72-MPB,但4（γcmc=18.1 mN/m）的γcmc却大于C72-MPB（γcmc=17.1 mN/m）。含有氟醚链段的C72-MPB降低表面张力的能力更强，我们认为氧原子的插入使胶束结构排布发生改变，是影响表面张力的主要因素。

2.3表面性能的探究

我们进一步探究了C72-MPB与化合物6:2-MPB表面性能的差异，使用Gibbs方程对rcmc的值进行计算，由rcmc进一步计算在cmc处每个分子在空气~水界面的表面活性剂所占面积，即Amin:

氟磷酸胆碱为两性表面活性剂，其n值为1,R为气体常数（8.314 J•mol-1•K-1），T为绝对温度，γ和c分别为表面活性剂的表面张力和水溶液浓度。NA是阿伏加德罗常数（6.022×1023 mol-1）。

结果表明：两个化合物虽然疏水碳链长度相似，但rmax和Amin差异很大。6:2-MPB的Amin与rmax（0.4 nm2,4.5×10-10 mol/cm2）与C72-MPB（1.1 nm2,1.6×10-10 mol/cm2）变化一倍左右，进一步说明氧原子的插入改变了分子在水~空气界面上的排列方式。因此，两种含氟链段的磷酸胆碱呈现出截然不同的表面活性，因此它们在实际应用中也会各有所长。C72-MPB表现出更强的降低表面张力的能力，因此我们进一步对C72-MPB的泡沫性能进行探究。

2.4泡沫性能的探究

泡沫发泡性和稳定性是表征泡沫性能的重要参数。我们配制了不同质量分数的C72-MPB水溶液，对其泡沫性能进行测试。

2.4.1泡沫发泡倍数的测定

泡沫的发泡倍数、泡沫高度、泡沫体积是评价泡沫性能的重要指标。发泡倍数α的计算公式为：

其中V1为表面活性剂溶液的最大发泡体积，V0为表面活性剂溶液的初始体积。

实验结果表明，1 g/L的C72-MPB和2 g/L的C72-MPB的表面活性剂溶液发泡倍数分别为3.3和3.5（见表4），属于低倍泡沫液，不同浓度下泡沫高度与泡沫体积随时间变化见图4a,4b.

表4 C72-MPB的泡沫性能参数

图4表面活性剂水溶液中泡沫性能的表征。（a）泡沫高度的比较。（b）泡沫体积比较。（c）表面活性剂中液体含量的比较。（d）平均气泡面积的比较