19 апреля 2020г.
Из литературных обзор известно, имидазолины относятся к классу поверхностно-активных веществ катионного типа. Это позволяет широко применять имидазолины и их производные в ряде отраслей промышленности. В настоящее время имидазолины используются в промышленности как ингибиторы, эмульгаторы, антистатики, активаторы отбеливания, биологически активные вещества, диспергенты и т.д. В качестве основы пленкообразующих углеводородорастворимых ингибиторов коррозии широкое распространение получили 1,2-дизамещенные имидазолины. Было разработано много методов синтеза имидазолинов, в том числе наиболее часто используемые методы синтеза имидазолина с взаимодействием кислот и аминов.
Исследование оптимальных условий синтеза амидоэтилимидазолинов вышеуказанным методом синтеза рассматривалось на основе реакции между линолевой кислотой (ЛК) и диэтилентриамином (ДЕТА). Синтез амидоэтиловых имидазолинов проводили следующим образом.
В четырехгорлую колбу оборудованным ультразвуковым устройством, капельной воронкой, термометром, нагревателем, магнитным смесителем и азотным баллоном добавляют смесь нагретого до 90- 950С кислоты и СаО, а в течении пяти минут ДЕТА с помощью капельной воронкой. В это время температура повышается до 120-1300С и в образовании аминного мыла в последствии образуется гелеобразная смесь. После этого смесь в присутствии ультразвука нагревают до 150-1600С, что приводит к образованию диамидоаминов. Затем смесь нагревают до 200-2200С, в последствии получается цикл имидазолина. Полученный имидазолин растворяют в ацетоне при 450С и при охлаждении до 15-200С снова перекристаллизируется.
Реакция синтеза амидоэтиловых имидазолинов приведено ниже:
Давайте посмотрим на оптимальный синтез амидоэтилимидазолинов вышеуказанным методом синтеза, основанным на реакции между линоленовой кислотой и диетилентриамином.
Синтез амидоэтилимидазолинов осуществляется в нерастворимой среде и вода отделенная синтезом поглощается с СаО и удаляется из системы. Основной целью ситеза амидоэтилимидазолинов является влияния амплитуды ультразвука на продолжительность синтеза и выход имидазолинов. Однако на процесс синтеза должно быть изучено влияние других параметров.
Следующие факторы, как правило были определены как факторы, влияющие на процесс синтеза:
-мольное соотношение исходных реагентов;
-количество СаО;
-амплитуда ультразвука
Чтобы исследовать молярное соотношение исходного вещества на выход имидазолина, проводили синтез кислот и аминов при 2:1, 2,2:1, 2,4:1 молярных соотношениях и в конце каждого синтеза определяли выход имидазолина. В этих процессах синтеза продолжительность реакции была 5 часов, содержание СаО составляло 30 г, а амплитуда ультразвука 60%. Полученные результаты показаны на рисунке 1.
Графическое описание результатов,
полученных в реакции синтеза амидоэтилимидазолинов показывает что, при различных молярных соотношениях кислот и аминов (2,0:1,0, 2,2:1,0, 2,4:1,0) выход амидоэтилимидазолинов остается
практически неизменным. Однако, c увеличением молярного содержания не реагирирующего остатка, увеличивается и количество остатка и кислоты. Следовательно, следует отметить, что молярное соотношение кислоты и амина для данного способа синтеза составляет 2:1.
Чтобы изучить влияние СаО на процесс синтеза, процессы синтеза осуществляли, принимая массовое соотношение СаО (mЛК:mСаО) 1:0,5, 1:1,0, 1:1,5, 1:2,0 в зависимости от массы взятой кислоты. В этих процессах
синтеза молярное соотношение кислоты и амина составляло 2:1, амплитуда ультразвука составляло 60% и время синтеза поддерживалось постоянным в течение 5 часов. Полученные результаты показаны на рисунке 2.
Из рисунка 2 видно что, выход амидоэтилимидазолина увеличивается,
с увеличением количества СаО в массовом соотношении кислоты и СаО. Таким образом, выход имидазолина в соотношении 1:1,0 по массе кислоты и СаО составил 88,7%, тогда как выход в соотношении 1:1,5 и 1:2,0 по массе увеличился до 89,7% и 92,3%. Однако значительного изменения выхода имидазолина при массовом соотношении кислоты и СаО 1:2,5 не наблюдалось. С другой стороны результаты показывают что, не реагирирующий остаток уменьшается с увеличением массового соотношения кислоты и СаО. Причину этого можно обьяснить следующим образом. Известно, что роль СаО в этом методе синтеза заключается в поглощении воды, получаемой при производстве диамидоамина и имидазолина и удалении ее из системы, что обеспечивает прохождение реакции слева направо. Следовательно предполагается, что поскольку масса СаО увеличивается с увеличением массы кислоты и СаО, она может полностью удалять воду, выделяющуюся в результате реакции. Однако результаты показывают что, массовое соотношение кислоты и СаО 1:2 является оптимальным массовым соотношением для полного удаления воды из системы в результате реакции.
Следовательно, следует отметить что, для этого способа синтеза более целесообразно принять массовое соотношение кислоты и СаО 1:2.
Исследования
показали, что амплитуда
ультразвука
является
одним
из основных
факторов, влияющих на продолжительность синтеза и выхода имидазолина.
Для изучения влияния амплитуды ультразвука на время синтеза и выход имидазолина были проведены процессы синтеза при 30, 40, 60, 70 и 80 % амплитуды и рассчитан выход имидазолина. Во время
процессов синтеза, проводимых при различных значениях амплитуды, кислоту и амин
брали в соотношении 2:1 моль, кислоты и СаО 1:2 г по массе. Полученные результаты показаны в рис.3
Как видно из рис.3 увеличение амплитуды ультразвука в данных
условиях синтеза привело к увеличению выхода синтеза. Оказывается, что когда амплитуда ультразвука увеличивается с 30% до 70%, выход увеличивается с 88,3% до 95,5%. Однако увеличение амплитуды ультразвука до 80% приводит к увеличению выхода на 0,1%. В тоже время увеличение выхода в направлении увеличения амплитуды привело к уменьшению не реагирирующего остатка. Таким образом, при 30% амплитуды не реагирирующий остаток составил 11,88%, тогда как при увеличении амплитуды до 70% не реагирирующий остаток уменьшился примерно на 7% до 4,62%.
Основываясь на этих результатах, можно отметить, что целесообразно принять 70% оптимального значения амплитуды ультразвука для данного метода синтеза.
Показаны физико-химические свойства амидоэтилимидазолинов синтезированных в оптимальных условиях.
Физико-химические свойства амидоэтиловых имидазолинов
имидазолины
|
Агрегатное состояние
|
цвет
|
r,
kг/м3
|
Аминное число
мг KOH/г
|
Кислотное число
мг KOH/г
|
АмидоЕимСК
|
вязкая
жидкость
|
Темно-желтый
|
980
|
0,80
|
1,21
|
АмидоЕимОК
|
твердый
|
Светло-желтый
|
950
|
0,91
|
1,09
|
АмидоЕимЛК
|
твердый
|
темно-
коричневый
|
940
|
0,85
|
1,00
|
АмидоЕимГЛК
|
Вязкая
жидкость
|
Темно-
коричневый
|
940
|
0,92
|
1,04
|
АмидоЕимХМК
|
твердый
|
Желтый
|
1000
|
0,82
|
1,12
|
АмидоЕимГМК
|
твердый
|
Темно-
коричневый
|
970
|
0,79
|
1,11
|
АмидоЕимПМК
|
твердый
|
Темно-
коричневый
|
960
|
0,95
|
1,06
|
Результаты показывают что синтезированные амидоэтилимидазолины представляют собой твердые или вязкие жидкие соединения, цвет которых варьируется от светло-желтого до темно-коричневого, с плотностями в диапазоне от 940 до 1000 кг/м3 и количеством аминов в диапазоне от 0,79 до 0,95 мг KOH/г .
Список литературы
1.
Абрамзон А.А., Зайченко Л.П. , Файнгольд С.И. Поверхностно-активные вещества. Синтез, анализ, свойства, применение: учебное пособие для вузов. Л.: Химия. -1988. 200 с.
2. Кузнецов C.A., Васильева Е.В., Кольцов Н.И. Получение и свойства многофункциональных имидазолиновых присадок // Вестник Чувашского
университета, 2008, № 2, c.37-41.
3.
Adam B., Mark B., Jeno H. Development of multifunctional detergent-dis-persant additives based on fatty acid methyl ester for diesel and biodiesel fuel // Biodiesel- Quality, Emissions and By-Products. 2011, v. 10, p. 153- 170.
4.
Bajpai D, Tyagi V.. Microware Synthesis of Cationic Fatty Imidazolines // Surfact Deterg,
2008, № 11, p.79- 87.
5.
Bistline R., Hampson
W., Linfield
W. Synthesis
and
Properties
of Fatty Imidazolines and Their
N-(2- Aminoethyl) Derivatives // JAOCS. 1983. v.60, № 4, p.823-828.