СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПАВ НА ОСНОВЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ ХЛОПКОВОГО МАСЛА И ДИЭТАНОЛАМИНА

АННОТАЦИЯ

В статье изучен процесс взаимодействия хлопкового масла с диэтаноламином. Полученные продукты идентифицированы методом ИК˗спектроскопии. Результаты ИК˗спектроскопии подтвердили наличие характерных функциональных групп в диэтаноламидах и алканоламидах: ˗ОН, ˗ СН2˗; N˗H, С=О. ИК˗спектры характеризуются также «первой» и «второй» амидной полосой.

АBSTRАСT

The article studied the process of interaction of technical sunflower and cottonseed oils with diethanolamine. The resulting products were identified by IR spectroscopy. The results of  IR spectroscopy confirmed the presence of characteristic functional groups in diethanolamides and alkanolamides: ˗OH, ˗CH2˗; N˗H, C=O. The IR spectra are also characterized by the "first" and "second" amide bands.

Ключевые слова: хлопковое масло, диэтаноламин, ПАВ, катализатор, диэтаноламиды жирных кислот, ИК˗анализ.

Kеywоrds: соttоnsееd оil, diеthаnоlаminе, surfасtаnt, саtаlyst, fаtty асid diеthаnоlаmidеs, IR аnаlysis.

Диэтаноламиды жирных кислот  относятся к наиболее важные классы азотсодержащих неионогенных поверхностно-активных веществ. Эти продукты широко используются в качестве компонентов при переработки полимеров, стабилизаторы пены в косметических препаратах, смачиватели и антистатики, диспергаторы, ингибиторы коррозии, и т. д.[1-3]. Диэтаноламиды также служат сырьём. материалы для производства других классов неионогенных поверхностно-активных веществ, например, оксиэтилированные диэтаноламиды, их сульфоэфиры бораты и т.д [4-6]. В последнее время возрос интерес к диэтаноламидам ЖК, содержащим 16–22 атома углерода. был увеличен. Такие продукты растворимы в масле, обладают низкие значения гидрофильно-липофильного баланса (2–3 единицы) и, таким образом, считаются эффективными эмульгаторами водно-масляных эмульсий. [7-8]. Основные методы для получения диэтаноламидов включают аминолиз эфиров ЖК, включая триацилглицеролы  и диэтаноламины [9]. Известен способ непосредственного получения амида из карбоновой кислоты с применением мочевины (реакция Шербулье). Также имеются и другие способы получения амидов высших жирных кислот, выделенных из различных масленых растений [10 - 11]. Первый метод находит наибольшее применение благодаря «мягкие» условия процесса аминолиза, простота конструкции оборудования и доступности сырья. Аминолиз эфиров ЖК обеспечивает высокую степень конверсия сырья и высокие выходы продукции.

Цель данной работы: получение диэтаноламидов из жирных кислот   хлопкового масла (ЖКХМ)  и диэтаноламина (ДЭА), а также исследование их свойств. Полученные данные подтверждены с помощью инструментальных методов анализа, а именно на ИК˗анализаторе SHIMАDZU.

Объект исследования:  хлопкового масла местного происхождения и диэтаноламин (массовая доля диэтаноламина, 99,2%,)

Новизна работы: Получение неионогенных ПАВ при взаимодействие      хлопкового масла местного производства с диэтаноламином.

Жирные кислоты хлопкового масла содержат в своем составе непредельные кислоты: линолевую, линоленовую, олеиновую, пальмитолеиновую стеариновую, содержащие в молекулах от 1 до 3 двойных связей. В таблице 1 показано содержание жирных кислот в хлопковом масле

Таблица 1.

Жирно-кислотный состав хлопкового масла

Мониторинг различных катализаторов показал, что природа последних практически не влияет на время протекания и выход продуктов реакции. В связи с этим для проведения процессов использовали доступный гидроксид натрия в количестве 0,2 % от общей массы загрузки.

В молекуле триглицерида содержится 3 остатка жирной кислоты, в связи с этим на один моль кислоты используется как минимум 3 моль амина. Был проведен мониторинг соотношений количеств реагентов в процессах получения диэтаноламидов. Реакция идет по схеме 1

Схема 1. Синтез диэтаноламидов жирных кислот

Диэтаноламиды жирных кислот хлопкового масла

В двухгорлую колбу загрузили 0,06 моль хлопкового масла 0,18 моль диэтаноламина и нагрели до 100 °С, добавили катализатор ˗ 0,2%  NаОH. Реакционную смесь медленно нагрели до 130-140 °С и выдержали при этой температуре в течение 3˗х часов. Критерием окончания реакции было титрование пробы реакционной смеси соляной кислотой: в реакционной смеси должно было остаться не более 5% свободного амина. Выход 96,2%.

Рисунок 1. ИК˗спектр диэтаноламиды жирных кислот хлопкового масла

Строение полученных диэтаноламидов подтверждается данными ИК-спектроскопии (рис.1). ИК-спектры содержат сильную широкую полосу поглощения в области 3358 см-1 , отвечающую валентным колебаниям –ОН в ассоциированных спиртовых группах. В этой же области проявляются валентные колебания N-Н в амидах. Сильные широкие полосы поглощения в области 2852 см-1 отвечают асимметричным и симметричным валентным колебаниям метиленовых групп. [12]. Полоса поглощения в области 1720 см-1 отвечает валентным колебаниям С=О в амидах, так называемая первая амидная полоса. Интенсивная полоса поглощения в области 1620 см-1 (“II амидная полоса”) обусловлена деформационными колебаниями N-Н группы. Интенсивная полоса поглощения в области 720 см-1 отвечает внеплоскостным веерным колебаниям N-Н группы в амидах. Полосы в области 1420 см-1 и 1211 см-1 обусловлены взаимодействием между деформационными колебаниями N-Н и валентными колебаниями СN группы С-N-H [13].

Таблица 2.

Свойства синтезированного ПАВ

Заключение

В результате приведенной работы было изучено для полного превращения 1 моль трилицеридов жирных кислот в диэтаноламиды требуется 3 моль диэтаноламина. Найдено, что получения ПАВ вышеуказанных кислот является нагревание с диэтаноламином  их при мольном соотношение 1:3 в течении 180 минут при 130-140 °С. Для очистки продуктов реакции от примесей был использован метод перекристаллизации из растворителя.

Таким образом показано что на основе жирных хлопкового масла и диэтаноламина возможность  получения аминосодержащих ПАВ.

Сравнивая технологический параметр с аналогичных работ было определено, преимущество с точки зрения экономики. Во время синтеза ПАВ температура составил 130-140°С а остальных работах синтез проводился 150-200°С.

Список литературы:

1. Улучшение оптических свойств композиционного материала на основе полипропилена путем добавление амидов жирных кислот Тошхужаев А.А., PhD. Вафаев О.Ш.  с.н.с Тиллаев А.Т., «Инновационные подходы к развитию Образовательно производственного кластера в нефтегазовой отрасли» второй Том стр 196, 30.04 22 г  Ташкент.
2. Ahmad, M. U. (2017) Fatty acids: Chemistry, synthesis, and applications. London, England: AOCS B978-0-12
3. Mäki-Arvela, P., Tkacheva, A., Dosmagambetova, I., Chapelliere, Y., Hachemi, I., Kumar, N., Murzin, D. Y. (2016) Thermal and catalytic Amidation of stearic acid with ethanolamine for production of pharmaceuticals and surfactants. Topics in Catalysis,1151–1164 p .
4. Boshui, C., Nan, Z., Jiang, W., Jiu, W., Jianhua, F., & Kai, L. (2018) Enhanced biodegradability and lubricity of mineral lubricating oil by fatty acidic diethanolamide borates. Green Chemistry, 15: 738–743 p
5. Kamalakar, K., Satyavani, T., Mohini, Y., Prasad, R. B. N., & Karuna, M. S. L. (2014) Synthesis of thumba, castor and Sal fatty ethanolamide-based anionic surfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 17: 637–645 p.
6. Kumar, D., Kim, S. M., & Ali, A. (2016) Solvent-free one step aminolysis and alcoholysis of low-quality triglycerides using sodium modified CaO nanoparticles as a solid catalyst. RSC Advances, 6: 55800–55808 p.
7. Bondarenko, V., Dzhusenov, A., & Nursultan, A. (2015) Research of properties of well-killing fluids. Industrial Technology and Engineering, 15: 49–55 p
8. Ибрагимов Н.Г., Мусабиров М.К., Дмитриева А.Ю. (2017) Разработка рецептуры гидрофобной эмульсии для селективного кислотная обработка трещинно кавернозных карбонатных коллекторов. Нефтяное Хозяйство 129–131.
9. Wang, X., Han, Z., Chen, Y., Jin, Q., & Wang, X. (2016) Scalable synthesis of oleoyl ethanolamide by chemical amidation in a mixed solvent. Journal of the American Oil Chemists Society, 93: 125–131 p.
10. Карпеева И.Э., Зорина А.В., Шихалиев Х.С. Синтез амидов жирных кислот подсолнечного масла / Вестник ВГУ, Химия. Биология. Фармация, 2013, № 2. – С 39-41.
11. Synthesis of palm oil-based diethanolamides / Lee C. S. [et al.] // J. Am. Oil. Chem. Soc. – 2007. –V. 84. –Р. 945-952.
12. Сильверстейн, Вебстер, Кимл: Спектрометрическая идентификация органических соединений Переводчик: Тарасевич Б. Н., Сергеев Н. М. Редактор: Григорьева Е. Э. Лаборатория знаний, 2014 г. 557 с
13. Тарасевич Б.Н. ИК-спектры основных классов органических соединений. Москва-2012 55 с