应用化学实验

两型表面活性剂十二烷基甜菜碱的制备

一、实验原理

烷基甜菜碱是甜菜碱分子中的一个甲基被长链烷基取代后的产物：

OCH3H3CN+OO-CH3RN+O-CH3

CH3式中R为C12~C18的长链烷基。本实验从十二烷基开始，与甲醛和甲酸发生还原氨基化（Leuckart反应），生成二甲基十二烷基胺，后都在与乙酸进行季胺化反应，生成产物十二烷基甜菜碱。

RCH2NH2+HCHO →RCH2NHCH2OH →RCH2N=CH2+H2O RCH2N=CH2 +HCOOH→RCH2NHCH3+CO2 RCH2NHCH3+HCHO→RCH2N(CH3)CH2OHRCH2N+(CH3)=CH2+HCOOH→RCH2N(CH3)2+C02+H+

在此过程中尚有shiff碱的异构化反应，最后水解生成醛，因而会影响产品质量，降低收率。

RCH=NCH3+H2O+RCHO+CH3NH2 以脂肪叔胺为原料可合成不同的表面活性剂。

RCH2N+(CH3)=CH2+H20

本实验总反应：

n-C12H25NH2+2CHO+2HCOOHn-C12H25N(CH3)2+2CO2+2H20

n-C12H25N(CH3)2+ClCH2COONa+NaCl

二、实验操作

1、十二烷基甜菜胺的制备：向装有电动搅拌和滴液漏斗的三颈瓶中加入9.3g（11.5ml，0.05mol）十二烷基胺和13ml95%的乙醇，在不高于30度的温度下缓慢加入13ml（0.29mol）85%甲酸，开始时有白烟冒出，滴加完毕后升温至40度，并保持在该温度下滴加11ml37%甲醛溶液，滴加完毕后，取下滴液漏斗，换上回流冷凝管，升温至回流温度，至反应没有二氧化碳放出。冷却，用10%氢氧化钠溶液调节反应混合物至略碱性，注意观察：溶液浑浊--------变清------浑浊，这是实验成功与否的关键用50---60ml氢氧化钠，移入分液漏斗，分层。 2、十二烷基甜菜碱的制备：反应装置和1相同，加入3.8g氯乙酸，在冷却和搅拌下慢慢滴入由1.6gNaOH和23ml水配成的溶液，然后滴入以上制的的二甲基十二烷基胺。升温至70—80度，搅拌3h，得到浅黄色、粘稠的十二烷基甜菜碱澄清溶液，其中活性物含量为30%，测定其表面张力和气起泡性能。 三、附

1、酸碱中和时放热反应，高温促使胺的氧化，如有必要，平外用冷水冷却；2、滴加甲醛过程中释放出二氧化碳气体，要控制滴加速度，避免突然放出大量气体二将物料冲出；3、由于甲酸大大过量，所形成的叔胺成为叔胺甲酸盐，加碱的目的是使叔胺游离出来，氢氧化钠的量以叔胺析出完全为度；4、下一步的反应是在有水的存在下进行的，在此用无水硫酸钠干燥的目的是为了较准确地称量产物一确定操作2中其他反应物的量，使反应基本上在等摩尔比的条件下进行。 四、实验习题

1、两性表面活性剂有哪几类？在日用化工方面有哪些用途？

答：有：氨基酸型、甜菜碱型、咪唑琳型。用途：用于高级香波、沐浴液、泡沫浴面 2、甜菜碱型与氨基酸型表面活性剂相比在其性质的最大差别是什么？

答：甜菜碱型无论在酸中、碱性水溶液中都能溶解；即使在等电点时也无沉淀。

二、餐具洗涤剂的配制

洗涤剂有液状、膏状、粉末状和块状等不同剂型的产品，但它们的基本原理相同，均由表面活性剂和助剂配制而成。用于洗涤剂的表面活性剂主要有烷基（LAS）、烷基磺酸钠（AS）、脂肪醇酸钠（FAS）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）、烷基酚聚氧乙烯醚（OP）等等，它们具有良好的润湿离、分散力、乳化力、洗净力等，而且价格低廉。

助剂分为无极助剂和有机助剂。无极助剂主要有三聚磷酸钠、硫酸钠、水玻璃、过硼酸钠和过碳酸等。有机助剂主要有CMC、烷醇酰胺、酶、助溶剂乙醇、尿素、甲苯磺酸钠等。

对不同的洗涤剂又有不同的配方比要求，餐具洗涤剂要求对皮肤刺激性小，近乎为中性，脱脂力和起泡力强。因此，常以AES、AEO-9等为活性物质，而且常常配以烷醇酰胺来稳定泡沫，帮助脱脂。

1、说明个配方中组分的功能是什么？

答：烷基苯磺酸钠和AES是表面活性剂具有润湿、分散、乳化的特点。同时具有脱脂和气泡的作用

月桂酰二乙醇胺是有机助剂具有稳定气泡帮助脱油的作用；EDTA钠盐为络合物，可以络合水中的钙离子、镁离子;40%甲醛为防腐剂；香料：增香。

护肤化妆品雪花膏的制备

一、实验原理

雪花膏是以硬脂酸和碱化合的硬脂酸盐作为乳化剂，加上其他的原料配制而成。它属于阴离子型乳化剂为基础的油/水性乳化剂体，是一种非油腻性护肤品。附在皮肤上，水分蒸发后，留下一层硬脂酸，硬脂酸皂和保湿剂所组成的薄膜，于是皮肤与外界干燥空气隔离，节制皮肤表皮水分过量挥发，使皮肤不致干燥、粗糙、开裂，起到保护皮肤作用。雪花膏中含有的保湿剂可制止皮肤水分过快蒸发，从而调节和保持角质层适当的含水量，使皮肤表皮起到柔软的作用。 二、实验操作

在200ml烧杯内将配方所量的的水，KOH,NaOH溶液混合，加入到90度，保温杯用。在一个150ml的三颈瓶中加入前四种物料，并在水浴上加热至80度备用，在匀速定向搅拌下，将以预热的碱液加入其中，，在此温度下继续不停的搅拌，随着造化的进行，反应混合物的粘度增大。当粘度不再增大时，用柠檬酸钠调节至中性。撤走水浴，继续搅拌自然降温。在60度时加入防腐剂和香料，至55度以后倒出，防止凝固不好倒出，静止即得产品。 三、注意事项

1、要用颜色洁白的工业三亚硬脂酸，其碘价在2（mg KOH/g样品）以下（碘价表示油酸的含量），碘价过高，硬脂酸的凝固点降低，颜色泛黄，会影响雪花膏的色泽和储存过程中引起的酸败。2、水质对雪花膏有重要影响。应控制pH在6.5---7.5之间，总硬度应小于100ppm，铁离子小于0.3ppm。

1、配方中各组分的作用是什么？

三亚硬脂酸：乳化剂的作用；单硬脂酸甘油酯；活化作用；十六醇：润湿，使膏体稳定；甘油：保湿，柔软，湿润皮肤的作用；氢氧化钠：使膏体强度变硬；氢氧化钾;使膏体变软；香精：防腐剂；精制水。

2 、为什么水质对雪花膏质量影响很大？

答; 水质不纯的话 pH 离子等因素都会对产品的性状和稳定性产生影响 不同pH下 溶解性等许多理化性质都有差异 杂离子则有可能产生反应得到你不想要的东西

3、式计算制造每百千克雪花膏用硬脂酸（酸价208mgKOH/g样品）15千克，硬脂酸中

和成皂百分率为20%，配方中需要纯度为85%的KOH多少千克？ 酸价：中和1克样品中游离脂肪酸所需KOH的毫克数。

mKOH=15×103×20％×208=6.24x105mg=6.24x10-1Kg

mKOH6.24x101kg0.734kg m85％KOH=W85%四、乙酸乙烯酯聚合制白乳胶

实验步骤：

1． 聚乙烯醇的溶解：在装有搅拌器、温度计和球型冷凝管的150mL三口烧瓶中加入25mL

去离子水和0.25g乳化剂OP-10，开动搅拌，逐渐加入1.5g聚乙烯醇。加热升温，在80-90度保持0.5h左右，直到聚乙烯醇全部溶解，冷却备用。 2． 将0.15g过硫酸铵溶于水中，配成5%的溶液3mL。

3． 聚合：把5g（5.4mL）蒸馏的醋酸乙烯酯和1.0mL5%过硫酸铵水溶液加至上述三口烧瓶

中。开动搅拌器，水浴加热，保持温度在65-75.当回流基本消失时，用溶液漏斗在1.5-2h内缓慢地、按比例地滴加17g（18.3mL）醋酸乙烯酯呵和余量的过硫酸铵水溶液，加料完升温至90-95度，至无回流为止，冷却至50度。加入1-2mL5%碳酸氢钠水溶液，调

整PH至5-6.然后慢慢加入2.5g（2.5mL）领苯二甲酸二丁酯。搅拌冷却0.5h，既得白色稠厚的乳液。 实验原理;

乳液聚合反应受到在水中的溶解度、乳化剂的性质与用量、引发剂的性质与种类、反应介质的PH值、反应温度以及搅拌速度等因素的影响，本实验采用过硫酸盐为引发剂。为使反应平稳进行，单体和引发剂均需分配加入。聚合中最常见的乳化剂是聚乙烯醇，实践中还长把两种乳化剂合并使用，乳化效果和稳定性比单独用一种要好。本实验采用聚乙烯醇和OP-10两种乳化剂。

1、聚乙烯醇在反应中起什么作用？为什么要与乳化剂OP-10混用？ 答：聚乙烯醇在反应中起乳化作用：两种乳化剂合并使用其乳化效果和稳定性比单独用一种要好。

2为什么大部分的单体和过硫酸铵用逐步低价的方式加入？

因为防止加料太快发生爆聚、冲料等事故，要均匀按比例地同时加完。

3、过硫酸铵在反应中起什么作用？其用量过多或过少时反应有什么影响？ 答：引发剂。用量过多、反应过快、溶液可能冲击：用量少溶液反应慢。 4、为什么反应结束要用碳酸氢钠调节PH=5—6？ 答:防止产品水解。

5、为什么在反应过程中体系的酸度会增加？ 答：单体水解产生酸。

6、测定粘度时若试样中有气泡会有什么影响？ 阻碍流体顺利流出，使测定时间变长，所测粘度偏大。

五、食品增稠剂、保鲜剂乙酯淀粉的制备

1、淀粉改性有何实际意义？

答：易于膨胀、糊化、糊液透明、流动性好、凝沉性弱、稳定性高。经改性后的淀粉具有较低的凝胶温度、溶液较稳定等优点而做食品增稠剂，还可以用于纸面施胶、纺织品精加工等。 2、产品与原淀粉样品之间有何差别？若要进一步降低其胶凝温度，反应条件应如何改变？ 答：产品相对于原淀粉样品比较具有较低的凝胶温度、溶液较稳定。若要进一步降低凝胶温度，则要使其取代度（D·S）增加，即每个脱水葡萄糖单位上取代度的平均数增加。

六、无机添加型阻燃剂低水合硼酸锌的制备

原理：

低水合硼酸锌的商品名为FirebrakeZB。本品系白色细微粉末，分子式2ZnO·3B2O3·3.5H2O,相对分子量436.64，平均粒径2~10um，相对密度。它是一种无机添加阻燃剂，热稳定性良好，既能阻燃，又能消烟并能灭电弧等特点。其中最突出的特点是在350℃高温下，仍能保持其结晶水，这一温度高于多数聚合物的加工温度，这样拓宽ZB的适用范围。

低水合硼酸锌工业生产主要：硼砂—锌盐合成法；氢氧化锌—合成法；氧化锌—硼酸法。氧化锌—硼酸合成法和另两种方法相比，具有巩义简单、易操作、产品纯度高等优点，母液可循环使用，无三废污染等。

实验室制备地税和硼酸锌一般用这种方法，其化学反应为; 2ZnO+6H3BO32ZnO·3B2O3·3.5H20+1.5H2O

七、固体酒精的制备

1、说明固体酒精配方中个成分的作用?

答：酒精，本实验的主要燃料；硬脂酸与NaOH反应生成硬脂酸钠，均匀地分散在液体酒精中，冷却后形成凝胶体系；硝酸铜可使固体酒精颜色显示为绿色。 2、如何理解“酒精溶液的紫红色退去缓慢”？

酚酞作为指示剂，遇碱变红，加入NaOH与酒精的混液，与脂肪酸反应至溶液呈中性，及酒精溶液的紫红色褪去缓慢。

薄层色谱

原理

薄层色谱常用TLC表示，又称薄层层析，属于固-液吸附色谱。因TLC法设备简单，分析速度快，分离效率高，结果直观，很快被用作定性和半定量的方法。70年代中后期发展了高效薄层色谱

样品在薄层板上的吸附（固定相）和溶剂（移动相）之间进行分离。毛细作用—自下而上流经吸附剂—反复多次吸附-解吸溶解过程。由于各种化合物的吸附能力各不相同，在展开剂上移时，它们进行不同程度的解吸，从而达到分离目的。薄层色谱的用途：

（1） 化合物的定性检验Rf（2） 快速分离少量物质 （3） 跟踪反应进程 （4） 化合物纯度检验

溶质最高浓度中心至原点的距离

溶剂前沿至原点中心的距离