Gemini表面活性剂[1-2]，通过化学键将两个常规单链表面活性剂联接在一起，降低离子头基间的静电斥力，使得表面活性剂在溶液中形成气/液界面吸附层和在体相中聚集体分子的有序组织更加紧密的排列。因此比常规表面活性剂具有更高的表/界面活性、低的临界胶束浓度、良好的水溶性及独特的流变性等[2-4]，故广泛用于油气开采、化学化工、纳米材料、生物技术、日用化学等各个方面[5-7]。近年来Gemini表面活性剂发展迅速，已引起研究者的广泛兴趣和研究[8-10]，同时如何实现表面活性剂的多功能化更是其发展的重要方向之一[11-14]。本文采用甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DM）、环氧氯丙烷（ECH）和3种长链烷基叔胺为主要原料，合成了3种反应型阳离子Gemini表面活性剂，即将羟基和碳碳双键同时引入到不对称Gemini表面活性剂分子结构中使其带有反应基团，可在乳液聚合、表面吸附、相转移催化等领域具有潜在的优势和应用前景。

1实验部分

1.1主要试剂和仪器

十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺，上海金山经纬化工有限公司，工业品（含量＞98%）；甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DM）、环氧氯丙烷（ECH），化学纯；浓盐酸（36.5%）、异丙醇，化学纯，国药集团化学试剂有限公司。

傅里叶变换红外光谱仪，VECTOR-22型，德国Bruker公司；核磁共振仪，ADVANCEIII 400MHz型，德国Bruker公司；元素分析仪，Vario ELⅢ型，德国Elemeraor公司；表面界面张力仪，芬兰Kibron公司。

1.2反应原理（以合成C12-3(OH)-DM为例）

（1）环氧丙基季铵盐（1）的合成

（2）叔胺盐酸盐（2）的合成

（3）反应型阳离子Gemini表面活性剂的合成

1.3合成步骤

1.3.1环氧丙基季铵盐（1）的合成

在装有电动搅拌装置、恒压滴液漏斗和回流冷凝器的三口烧瓶中加入0.05mol DM和15mL异丙醇溶剂，放入60℃恒温水浴锅中，搅拌均匀后，开始滴加0.065mol ECH，约30min滴完，继续反应4h，用莫尔法测其反应转化率，反应结束后立即减压旋转蒸馏除去溶剂和过量环氧氯丙烷，用乙酸乙酯和乙醇以体积比7∶3的混合液进行重结晶，重复3次，真空干燥，得淡黄色膏状环氧丙基季铵盐中间体（1）9.28g，供第三步使用[15-16]。

1.3.2叔胺盐酸盐（2）的合成

在三口烧瓶中加入0.05mol长链烷基叔胺（分别为十二叔胺、十四叔胺、十六叔胺），室温搅拌下，开始滴加0.054mol的18%盐酸溶液，约30min滴完，继续反应30min，反应结束后立即减压抽滤，用丙酮冲洗产物，洗涤3～5次，真空干燥，得白色叔胺盐酸盐固状中间体（2）质量分别为12.08g、13.56g、14.90g，供第3步使用。

1.3.3反应型阳离子Gemini表面活性剂的合成

将上步产物中间体（1）和中间体（2）各取0.05mol一起加入三口烧瓶中，用去离子水作溶剂，温度控制在75℃，反应时间4h。产物经减压旋转蒸馏，粗产物用乙酸乙酯进行重结晶，重复3～5次，真空干燥，分别得到淡黄色反应型阳离子Gemini表面活性剂C12-3(OH)-DM、C14-3(OH)-DM和C16-3(OH)-DM，质量分别为20.92g、22.32g、23.71g。

1.4表征和性能测试

1.4.1目标产物的结构表征

使用德国Bruker公司VECTOR-22型傅里叶变换红外光谱仪测定红外光谱，用KBr压片法制样，扫描范围为4000～400cm-1。

使用德国Elemeraor公司Vario ELⅢ型元素分析仪测定化合物中C、H和N的含量，样品量为2.0～3.0mg（天平精度为l/100000）。

使用德国Bruker公司ADVANCEIII 400MHz型核磁共振波谱仪测定核磁共振氢谱，内标为四甲基硅烷（TMS），溶剂为重水。

1.4.2表面性能

采用芬兰Kibron公司全自动高通量表面张力仪，测试温度20℃±0.5℃，使用吊片法测定3种合成产物在不同浓度下的表面性能[17-19]。

1.4.3泡沫性能

采用试管振荡法[20-23]测定表面活性剂的泡沫性能：20℃下，在250mL具塞刻度试管中加入50mL已配好的0.5%的表面活性剂溶液，用力振荡25次，静置，记录不同时间点泡沫和液体在试管中的体积高度。

1.4.4乳化性能

采用量筒法[19，24-27]进行乳化力的测定：用移液管准确量取40mL 0.5%的表面活性剂溶液放入有玻璃塞子的量筒内，再移取40mL氯仿，用力捏紧玻璃塞，上下猛烈振动10下，静置1min；如此重复3次。立即用秒表记录时间，此时水油两相逐渐分开，水相慢慢出现，至水相分出5mL和10mL时，记录分出水的时间。重复操作3次，取平均值。