癸酸酰基甘氨酸钠的合成4500字
癸酸酰基甘氨酸钠的合成4500字 氨基酸系列表面活性剂是一种类蛋白质、以生物质为基础的一类表面活性剂。由于其对毛发和皮肤温和，不刺激，高亲和力以及良好的润湿性、起泡性，广泛 应用于洗发水、沐浴露、洗面奶等化妆品领域[1-2]。此外，还可作为洗涤剂、 柔软剂、润滑剂、抗静电剂、腐蚀抑制剂、发泡剂等广泛应用于活性染料印染、 皮革加脂、原油采收、食品添加剂等领域[3-6]。樟树属樟科常绿大乔木，遍布 我国14个省，主要分布于长江以南的山地和丘陵，在欧洲、美国、越南、日本等 国家也有分布，樟树籽仁中含有约40%的油脂，其中脂肪酸的组成为52.05%癸酸， 42.77%月桂酸，癸酸含量丰富，可以通过分子蒸馏的方法提取分离樟树籽仁中癸 酸[7-9]。本研究采用樟树籽中含量丰富的癸酸为原料，与甘氨酸合成新型的癸 酸酰基甘氨酸钠氨基酸系列表面活性剂。
1 材料与方法 1.1 材料 樟树籽：采摘自南昌大学校园，烘干备用。
1.2 实验方法 1.2.1 癸酸酰基甘氨酸钠的制备 酰化：向三颈瓶中加入一定量的癸酸，70 ℃下缓慢滴加二氯亚砜，搅拌下 反应时间3～4 h，反应液减压蒸馏二氯亚砜，得到淡黄色液体癸酸酰氯。
缩合：向三角瓶中加入一定量的甘氨酸，2 mol·L－1 NaOH溶液调pH到10 ～11，加入丙酮-水溶液[10]，低温滴加癸酸酰氯，然后升高至反应温度，反应3 h，减压蒸馏回收丙酮，制备得到癸酸酰基甘氨酸钠。由于反应时有HCl的生成， pH不断在变化，反应过程中应滴加 2 mol·L－1 NaOH溶液调节pH。
酸化、结晶、成盐：加入3 mol·L－1的硫酸，pH调节到1左右静置5 min。
乙醚溶液萃取，分离上层乙醚相，用温水将其洗至中性，放出。加入石油醚析出 结晶，干燥。用无水乙醇溶解干燥的癸酸酰基甘氨酸，加入3 mol·L－1 NaOH 的乙醇溶液成盐，静置0.5 h，抽滤得到癸酸酰基甘氨酸钠。
1.2.2 单因素实验1）温度对癸酸酰基甘氨酸钠产率的影响 投料摩尔比甘氨酸：癸酸酰氯为1.5:1，pH为11～12，体积比丙酮：水为1.5:1， 反应时间为 3 h 的条件下，研究不同反应温度（5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃、 45 ℃）对产物癸酸酰基甘氨酸钠合成率的影响。
2）甘氨酸和癸酸酰氯摩尔比对癸酸酰基氨基酸钠产率的影响 在反应温度为15 ℃，pH为11～12，体积比丙酮：水为1.5:1，反应时间为 3 h 的条件下，研究不同甘氨酸与癸酸酰氯的投料比（1:1、2:1、3:1、4:1、5:1） 对产物癸酸酰基甘氨酸钠产率的影响。
3）pH对癸酸酰基氨基酸钠产率的影响。
反应温度为15 ℃，投料摩尔比甘氨酸：癸酸酰氯为1.5:1，体积比丙酮：水 为1.5:1，反应时间为 3 h 的条件下，研究不同 pH（6～7、8～9、10～11、12 ～13、14）对产物癸酸酰基甘氨酸钠产率的影响，由于反应过程中有HCl的生成， pH不断在变化，所以滴加碱只能确定pH的范围。
4）丙酮用量对癸酸酰基氨基酸钠产率的影响 反应温度为15 ℃，投料摩尔比甘氨酸：癸酸酰氯为1.5:1，pH为11～12，反 应时间为3 h的条件下，研究不同丙酮用量（体积比丙酮：水为0:1、1:1、2:1、 3:1、4:1）对产物癸酸酰基甘氨酸钠产率的影响。
5）反应时间对癸酸酰基氨基酸钠产率的影响 反应温度为15 ℃，投料摩尔比甘氨酸：癸酸酰氯为1.5:1，pH为11～12，体 积比丙酮：水为1.5:1的条件下，研究不同反应时间（2、3、4、5、6 h）对产物 癸酸酰基甘氨酸钠产率的影响。
1.2.3 正交实验 考虑到pH值比较难调节，在单因素实验的基础上，选择反应时间（A）、甘 氨酸与癸酸酰氯的摩尔投料比（B）、温度（C）、丙酮用量（D）4因素设置3水 平进行正交试验。实验设计见表1。
1.2.4 癸酸酰基甘氨酸钠产率的计算 通过化学反应方程计算理论生成的癸酸酰基甘氨酸钠的量，产率的计算公式为：
产率＝实际生成的癸酸酰基甘氨酸钠质量/理论生成的癸酸酰基甘氨酸钠质 量×100% 1.2.5 结构分析 采用质谱与红外光谱对产品结构进行分析。红外：将癸酸酰基甘氨酸钠样品 制成薄片，进行红外光谱采集，得到红外光谱。质谱条件：流动相为体积比甲醇：
0.1%甲酸为4:1，碎片电压120 V，m/z=50~1 000，流速0.3 mL·min－1。
2 结果与分析 2.1 单因素实验 2.1.1 温度对癸酸酰基甘氨酸钠产率的影响 由图1可知，随着反应温度升高，癸酸酰基甘氨酸钠的产率呈上升趋势，15℃ 时达到最高，随后随着温度的升高，产率逐渐开始下降，故选择15℃为最适反应 温度。
2.1.2 甘氨酸和癸酸酰氯摩尔比对癸酸酰基甘氨酸钠产率的影响 由图2可知，随着投料比的增加，癸酸酰基甘氨酸钠的产率呈上升趋势，投 料比为2:1达到最高，随后产率开始下降。可能是由于甘氨酸过量太多导致水解 及生成酸酐的副反应发生，故最适投料比2:1。
2.1.3 pH对癸酸酰基甘氨酸钠产率的影响 甘氨酸等电点小，酸性条件下，胺基以质子化形式存在，不利于反应，因此 缩合反应需要在碱性条件下进行[11]。由图3可知，癸酸酰基甘氨酸钠在pH=10 ～11时产率最高。
3.1.4 丙酮用量对癸酸酰基甘氨酸钠产率的影响 酰氯易水解，甘氨酸易溶于水难溶于有机溶剂，选择水和有机溶剂的混合溶 剂作为反应介质，考虑到所选有机溶剂应易与产物分离，故选用丙酮-水体系[10]。
由图4可知，随着丙酮体积分数的增加，癸酸酰基甘氨酸的产率逐渐升高，体积 比丙酮：水=2:1时达到最高，随后开始下降，故选择丙酮和水最适体积比为2:1。
3.1.5 反应时间对癸酸酰基甘氨酸钠产率的影响由图5可知，随着反应时间的延长，癸酸酰基甘氨酸的产率呈升高趋势，在3 h时达到最高，继续增加反应时间，由于副反应的影响，产率反而有所降低，故 选择最适反应时间为3 h。
2.2 正交实验 由表2和表3可以看出，时间对癸酸酰基甘氨酸钠产率的影响最大，投料比次 之，反应温度的影响最小。最佳合成工艺条件为A2B2C2D3，即时间为3 h，投料 比为2:1，反应温度为15℃，体积比丙酮：水为2.5:1。
2.3 验证性试验 由于正交试验分析的优组合A2B2C2D3与正交实验中最佳组合A2B1C2D3不一 致，为确定最佳工艺条件，进行了验证性实验。实验结果见表4。
由表4可知，在A2B2C2D3工艺条件下，癸酸酰基甘氨酸钠的产率（68%）高于 A2B1C2D3条件下癸酸酰基甘氨酸钠产率（46.67%），因此得到的最优组合A2B2C2D3 工艺条件更加符合实际，即时间为3 h，投料比为2:1，反应温度为15℃，体积比 丙酮：水为2.5:1。
2.4 结构分析 2.4.1 质谱分析 由图6可知，产物经质谱分析，质荷比（m/z）为228处准分子离子类型为癸 酸酰基甘氨酸－Na+，与癸酸酰基甘氨酸钠的分子量相符。
2.4.2 红外光谱分析 图7为癸酸酰基甘氨酸钠的红外光谱图，表5为图谱中各峰归属表，其中1 600.6 cm-1为羧盐中C=O的伸缩振动以及酰胺Ⅰ峰，1 540.86 cm-1为酰胺Ⅱ峰 C�DN�DH弯曲振动，1 305.79 cm-1为酰胺Ⅲ峰C�DN伸缩振动和N�DH弯曲振动， 1 410.10 cm-1为羧酸盐离子的对称伸缩振动，2 923.18 cm-1为CH3上C�DH的伸 缩振动，2 853.53 cm-1为CH2上C�DH的伸缩振动。
3 结论与讨论 缩合反应受多种反应因素的影响，温度过低酰化速度较慢，过高则促使酰氯 水解和一些副反应的发生；
反应过程中甘氨酸过量，可以抑制酰氯的水解，过量太多，则会导致水解及生成酸酐的副反应发生；
反应在碱性条件下进行，然而反 应液碱性太强则会加速酰氯水解；
丙酮过多时大多数胺基以质子化的形式存在， 又不易与脂肪酰氯结合；
随着反应时间的延长，会伴随一系列副反应的发生 [10-11]。因此选择合适的工艺条件对于提高癸酸酰基甘氨酸钠的产率是很必要 的。
本研究通过单因素确定在工艺条件时间3 h，投料比2:1，反应温度15 ℃， 体积比丙酮：水为2:1，pH 10~11时癸酸酰基甘氨酸钠产率较高。正交试验及验 证性实验进一步确定了癸酸酰基甘氨酸钠的最佳合成工艺条件：时间3 h，投料 比2:1，反应温度15 ℃，丙酮与水体积比为2.5:1。且此工艺下，癸酸酰基甘氨 酸钠的收率为68%。
张建康等[11]利用脂肪酸和甘氨酸制备N-酰基甘氨酸类表面活性剂，在反应 时间2.5 h，投料比2:1，反应温度25 ℃，体积比丙酮：水为 1:1，pH 9~10时产 物的收率为85%；
谢文磊[12]在反应时间4.78 h，松香酰氯与氨基酸摩尔配比为 1.38:1，反应温度22℃，体积比丙酮：水为1:1，pH 7~8时松香酰基复合氨基酸 转化率达到85.3%，在本研究优化条件下，癸酸酰基甘氨酸钠的收率较低（68%）， 应总体考虑各种因素的影响，进一步对工艺进行优化，提高收率。
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