实验3 Gemini型表面活性剂的合成与性质研究
实验目的
（1）了解Gemini型表面活性剂的基本概念和相关性能。
（2）掌握季铵盐Gemini型表面活性剂的合成方法。
（3）掌握电导法测定表面活性剂临界胶束浓度的方法。
实验原理
普通的表面活性剂一般都是线型分子，同时含有亲水性的极性基团和亲油性的非极性疏水基团，这种双亲结构使表面活性剂能在溶液界面吸附，并在溶液中生成胶束，产生润湿或反润湿、乳化或破乳、分散或凝集、起泡或消泡、增溶、保湿、杀菌、柔软、拒水、抗静电、防腐蚀等一系列作用。
Gemini型表面活性剂是一类创新结构的表面活性剂，它由两个传统的表面活性剂分子通过特殊的连接基团将它们的亲水端连接形成一个二聚的表面活性剂，包含两个亲水基和两个疏水基，连接基团可以是聚亚甲基、聚氧乙烯基等柔性基团，也可以是亚甲苯基、对乙烯基等刚性基团。
最早合成的Gemini型表面活性剂是阳离子型的，目前研究最多的也是Gemini型阳离子表面活性剂。与普通的阳离子表面活性剂相比，此类表面活性剂更易吸附在气液界面上，更容易形成胶团，从而更能降低水溶液的表面张力。Gemini型阳离子表面活性剂具有良好的钙皂分散性，是优良的润湿剂，有更好的发泡和稳泡性能。可用作织物柔软剂、抗静电剂、化妆品中的乳化剂、头发调理剂、胶体稳定剂等。
本实验合成季铵盐型Gemini表面活性剂——二溴化双（二甲基十二烷基）乙二胺，并测定其临界胶束浓度。合成反应如下：
试剂与仪器
试剂：1-溴代十二烷，N，N，N'，N'-四甲基乙二胺，无水乙醇，乙酸乙酯。
仪器：圆底烧瓶，冷凝管，电动搅拌装置，油浴，循环水真空泵，电导率仪。
实验内容
1.合成
在250mL圆底烧瓶中加入13.7g 1-溴代十二烷、2.91gN，N，N'，N'-四甲基乙二胺和25mL无水乙醇，装上冷凝管与电动搅拌装置后，油浴缓慢升温，加热回流48h，稳定回流温度为80℃。回流结束后进行常压蒸馏，在78℃下蒸馏收集乙醇，直至全部蒸出溶剂乙醇，得到白色固体；将产物在乙醇-乙酸乙酯中重结晶。
重结晶是将二溴化双（二甲基十二烷基）乙二胺粗品加入乙醇，使之溶解，再逐渐加入乙酸乙酯，直到出现浑浊，加热浑浊溶液使之澄清透明，再加入乙酸乙酯至浑浊后再加热澄清，最后，即使加热溶液仍呈浑浊状，这时再加入很少量乙醇中，至其刚好变透明为止。将溶液在搅动下自然冷却至室温，然后用冰水冷却，使晶体完全析出，得到白色结晶产物。循环水真空泵减压抽滤，按此法重结晶6次。
2.临界胶束浓度（CMC）的测定
（1）配制一系列不同浓度的二溴化双（二甲基十二烷基）乙二胺溶液。表面活性剂浓度为5.0×10-4mol·L-1、1.0×10-3mol·L-1、2.0×10-3mol·L-1、3.0×10-3mol·L-1、4.0×10-3mol·L-1、5.0×10-3mol·L-1，用电导率仪测定上述溶液的电导率。
（2）以表面活性剂浓度为横坐标、电导率为纵坐标绘图。电导率曲线上会出现一个拐点，由该拐点处表面活性剂的浓度，即可得到表面活性剂二溴化双（二甲基十二烷基）乙二胺的CMC值。
注意事项
（1）重结晶的滤液可以蒸馏回收乙酸乙酯。
（2）电导率测定需要重复3次，取平均值，以确保测定结果准确。
思考题
（1）季铵盐型表面活性剂的合成还可以采用什么方法？
（2）为什么选用乙醇-乙酸乙酯重结晶？
参考文献
［1］扬州大学，徐州师范大学，盐城师范学院，等.新编大学化学实验（四）——综合与探究［M］.北京：化学工业出版社，2010.
［2］叶志文.Gemini表面活性剂C12-3-C12·2Br及C12-3（OH）-C12·2Cl的合成及表面活性［J］.化学试剂，2007，29（9）：513-516.