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本论文合成了两个系列共九种三取代支链烷基苯磺酸钠,它们都有一长的支化的烷基主链,且在苯环上连有二个短的烷基侧链。以三取代支链烷基苯磺酸钠为模型化合物,测定了它们的物化参数,探索了化学结构的改变对其界面、体相性质及自聚集行为的影响,并与其他烷基苯磺酸钠类型进行了比较,得到了三取代支链烷基苯磺酸钠的结构性能关系,拓展了人们对烷基苯磺酸钠性质的认识。具体包括以下部分:
(1)合成了两个系列共九种三取代支链烷基苯磺酸钠,其中五种化合物的分子结构还未见文献报道。以短碳链烷基苯为反应底物,经酰基化反应、格氏反应、催化氢化还原及磺化中和等多步反应合成了三取代支链烷基苯磺酸钠。每步产物都用1HNMR等方法进行了分析鉴定,并用两相滴定法测定了产品中三取代支链烷基苯磺酸钠的质量分数,都大于98%。研究了中间体二烷基苯乙酮的还原方法,比较了催化加氢法和黄鸣龙法还原二烷基苯乙酮,发现两种方法得到产物的纯度较为接近(质量分数都大于98%),催化加氢法的收率(90%)比黄鸣龙法的收率(83%)略高。
(2)测定了三取代支链烷基苯磺酸钠在水溶液中的表面张力,得到表面张力曲线,求得临界胶束浓度(CMC)、表面张力(γcmc)、饱和吸附量(Γmax)、降低表面张力效率pC20及标准吸附自由能(△G0ad)等物化参数,这些物化参数还未见文献报道。
(3)通过改变三取代支链烷基苯磺酸钠主链和侧链的碳原子总数,研究了结构对界面吸附、界面张力等物化性质的影响。结果表明,三取代支链烷基苯磺酸钠表现出不同于一般烷基苯磺酸钠的界面性质。如:当主链或侧链改变,对物化性质分别有不同的影响。随着主链或短侧链碳原子数的增加,临界胶束浓度都会降低,但前者降低临界胶束浓度的程度远远大于后者。在氯化钠溶液中,随着短侧链碳原子数的增加,三取代支链烷基苯磺酸钠降低cmc程度减小,对盐的敏感性减弱。主链烷基碳原子数的增加,使饱和吸附量增加,表面张力下降;而短侧链碳原子数的增加,反而使饱和吸附量降低。
(4)对三取代支链烷基苯磺酸钠进行正构烷烃扫描,测定了最小烷烃数nmin和最低界面张力γmin。研究了三取代支链烷基苯磺酸钠的结构对其亲水亲油能力的影响,结果表明,主链或侧链的碳原子数的增加,使三取代支链烷基苯磺酸钠的最小烷烃数nmin增大,亲水性降低,亲油性增强。
(5)用稳态荧光法,测定了三取代支链烷基苯磺酸钠在水溶液中胶团的聚集数和微极性,它们的聚集数远小于一般烷基苯磺酸钠的聚集数。三取代支链烷基苯磺酸钠在水溶液中表现出特殊的自聚集行为。如:当短侧链碳原子数的增加时,胶团聚集数降低,微极性增强。
(6)用电子自旋共振法,测定了探针分子5-DSA在三取代支链烷基苯磺酸钠水溶液中旋转相关时间τR和超精细耦合常数AN°研究了三取代支链烷基苯磺酸钠的结构对胶团微观粘度和微极性的影响。结果表明,当短侧链碳原子数增加时,探针5-DSA的旋转相关时间τR减小,超精细耦合常数AN增大,胶团的微观粘度减小;探针分子的探针分子运动的自由度增加,所处微环境的极性增强。