含杂原子的季铵盐，所含的杂原子主要有：
(a)含氧原子 (b)含氮原子
含醚基的 含酰氨基的
(c)含硫原子
O
C2H5
[C17H33C-NHCH2CH2 N+ CH3].CH3SO4-
C2H5
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含杂原子的季铵盐合成方法
(a) 含氧原子
(i) 含酰胺基的季铵盐
合成方法：酰胺基的引入通常是通过酰氯与胺 反应实现的，在合成表面活性剂的过程中，首先制 备含有酰胺基的叔胺，然后进行季铵化反应即可得 到目标产品。
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通常，阳离子表面活性剂的Krafft点与疏水基 碳氢链的长度呈线性关系，并可表示为：
Krafft点 = a + bn
式中，a、b为常数，n为碳氢链所含碳原子的 个数。因此，碳氢链越长，n值越大，则阳离子表面
活性剂的Krafft点越高，它将会越难溶于水溶液中， 溶解度越低。
阳离子表面活性剂在酸性介质中具有良好的表 面活性。
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烷基三甲基氯化铵
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5.1 阳离子表面活性剂概述
1928年，阳离子表面活性剂开始应用，当时用作 杀菌剂。这类表面活性剂的产量增长较快，品种发 展迅速，应用范围日益广泛，主要用于：
杀菌剂、腈纶匀染剂、纤维柔软剂、抗静电剂、 浮选剂
一般用于作缓蚀剂、纤维柔软剂、抗静电剂等。
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(d)鎓盐型
鎓盐型阳离子表面活性剂是指季铵盐阳离子 表面活剂中的亲水基团N原子为其它可携带正电荷 的元素（如：P、As、S、I等）时形成的表面活性 剂。
鎓盐型阳离子表面活性剂主要有：鏻盐化合物、 锍盐化合物、碘鎓化合和鉮盐化合物。
石油醚溶剂
C1 6H3 3
C H3
加压 80oC 1h
. C H3
N+ CH3 X C H3
表活剂 1631
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5. 2. 2 含杂原子的季铵盐的 合成含杂原子的季铵盐的特点：它是亲水的季铵阳离子与
烷基疏水基是通过酰胺键、酯键、醚键或硫醚等基团相连 接，所以又叫做间接连接型阳离子表面活性剂。
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(b)高级烷基叔胺与低级卤代烷的反应
反应是由高级脂肪族伯胺和氯甲烷反应先生成叔胺， 进一步经季铵化反应得到季铵盐。例如下：X为Cl-氯
C1 2H2 5
C H3
N
+ CH3 CXl-
C H3
加热 加压
C1 2H2 5
. C H3
N+ CH3 X C H3
十二烷基三甲基氯化铵 DT 乳胶防粘剂
C1 6H3 3
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(b)季铵盐型
R1 |
R2-N+-CH3 X- 季铵盐 |
R3
季铵盐与胺盐不同，它在碱性和酸性介质中都能 溶解，且离解为带正电荷的表面活性离子。并且还 与其它类型的表面活性剂具有较好的相容性。
季铵盐洗涤能力差，但杀菌能力强，在阳离子 表面活性剂中的地位最为重要，用途最广，产量也 最大。
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第三步，N, N-二乙基-2-油酰胺基乙胺与硫酸二 甲酯剧烈搅拌反应1h左右，分离即可得到Sapamine MS
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(ii) 含醚基的季铵盐 含醚基的季铵盐型表面活性剂通常具有如下结构：
合成方法：在苯溶剂中十八醇与三聚甲醛以及 氯化氢充分反应，分离并除去水，减压蒸馏即得到十 八烷基氯甲基醚。然后再以十八烷基氯甲基醚为烷基 化试剂，与三甲胺N-烷基化反应制得产品。
即同系物的碳氢链越长其Krafft点的温度越高， 通过Krafft点就可以衡量表面活性剂的溶解性能。
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⑶ 临界胶束浓度
随着烷基碳氢链的长度增加，季铵盐型阳离子 表面活性剂的临界胶束浓度降低。
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⑷ 表面活性
①同系物随其碳氢链增长其表面张力逐渐下降。
鎓盐型阳离子表面活性剂被广泛用于作杀虫剂、 杀菌剂、阻燃剂。
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5.1.2 阳离子表面活性剂的性 质⑴ 溶解性
一般情况下，阳离子表面活性剂的水溶性很好， 但随着碳链长度的增加，其水溶性和醇溶性均呈下 降趋势。
烷基的碳原子数
<15个碳原子的易溶于水 >15个碳原子水溶性急剧下降
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类似的含有氮原子的表面活性剂还有： N-甲基-N-十二烷基氨基乙基三甲基碘化铵，其 结构式为：
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(c) 含硫原子 在亲油基长链烷基上含有硫原子的表面活性剂
的合成方法主要分两步，反应式为： 第一步：
第二步：
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5. 2. 3 含苯环的季铵盐的合成 含有苯环的季铵盐主要用作杀菌剂、起泡剂、
当季铵盐分子含有亲水性或不饱和基团时，其水溶性 将会增加。
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(2)Krafft 温度点
离子型表面活性剂在低温时溶度较低，随着 温度的升高到某一温度后其溶度突然迅速增加（下 图），这个温度即Krafft点，也称为临界溶解温度 (CST)，是反映在水溶液中溶解性的特征指标。
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反应历程： 第一步：合成脂肪族伯胺，反应式为：
O
O
R C OH NH H3 R C O N H4
H2O 360o C
RCONH2
H2O 360o C
RC N +2 H2
150o C,1.38x 107 Pa
莫尼镍催化加氢
RC H2NH2
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1231-
. C H3
N+ CH3 X C H3
十六烷基三甲基溴化铵 1631-Br
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合成： 反应物配比为： 溴代烷：三甲胺=1:（1.2-1.6） 反应温度为60~80℃，在水介质中进行回流，
（若制十六烷基三甲基溴化铵，则在醇溶液 中回流）。
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相对阴离子表面活性剂以及非离子表面活性剂， 阳离子表面活性剂的使用量较少，但其增长速度要 比阴离子和非离子大得多。
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5.1.1 阳离子表面活性剂的分类
(a) 胺盐型阳离子表面活性剂 (b) 季铵盐型阳离子表面活性剂 (c) 杂环型阳离子表面活性剂 (d) 鎓盐型阳离子表面活性剂
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5. 2. 1 烷基季铵盐的合成
烷基季铵盐的结构特点是氮原子上连有四个
烷基，通常这些烷基中只有一个或两个是长链的碳
氢链烷基，其余烷基的碳原子数为一个或两个，如
下图。
C 16 H 33
CH 3
. N + CH 3 X
CH 3
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烷基季铵盐的合成方法主要有三种，即： (a) 高级卤代烷与低级叔胺反应 (b) 高级烷基胺与低级卤代烷反应 (c) 甲醛-甲酸法
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C1 2H2 5
C H3 N + CH2
C H3
低级叔胺与高级卤代烷
.Br
新洁尔灭
十二烷基二甲基苄基溴化铵
CH2 Cl
C H3
CH2 N + C12H25 B r
C H3
. C H3
CH2 N+ C1 2H2 5 Br C H3
性能更为优异的杀菌剂
阳离子活性剂1227易溶于水，稳定性良好，能耐热、耐光、耐压、无挥发性。 但所带离子性与阴离子表面活性剂恰好相反 故二者不能与阴离子表面活性混在一起使用，若混合则产生沉淀并失去效能。
氯化苄
C H3
+ C1 2H2 5 N
C lC H2
C H3
80 - 90oC 3h
C1 2H2 5
C H3 N + CH2
C H3
.Cl
十二烷基二甲基苄基氯化铵 1227 /洁尔灭/TAN
1227是一种非氧化性杀菌剂，具有广谱、高效的杀菌灭藻能力， 并具有一定的分散、渗透作用和一定的缓蚀作用，因此广泛应用于石 油、化工、电力、纺织等行业的循环冷却水系统中用以控制循环冷却 水系统菌藻滋生。
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季铵盐型阳离子表面活性剂的实例是缓染剂DC， 即十八烷基二甲基苄基氯化铵，结构式为：
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(c)杂环型
在杂环类阳离子表面活性剂分子中，除碳、 氢原子外，还具有其它原子且呈环状结构的化合物。
这类表面活性剂主要是含氮的吗啉环、吡啶环、 咪唑环、哌嗪环和喹啉环等。
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(a)高级卤代烷与低级叔胺的反应
反应通式为：
δ+ δ-
R1
R X + :N R2
R3
结构对反应的影响表现为：
R1
. R N+ R2 X
R3
① 卤离子的影响 ：R-I > R-Br > R-Cl
② 烷基链的影响：烷基链越长，卤代烷的活性越弱
③ 碱性的影响：叔胺的碱性越强，亲核活性越大， 越容易反应。 ④ 空间效应的影响：大的取代基的空间位阻效应会 阻碍反应。