СИНТЕЗ АМИДОЭТИЛОВЫХ ИМИДАЗОЛИНОВ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

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

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.