曼尼希碱季铵盐的合成路线

曼尼希碱季铵盐缓蚀剂的合成及其缓蚀性能评价金明皇;李克华;吴兰兰【摘要】以苯乙酮、醛、硫脲等为原料合成曼尼希碱,曼尼希碱再与氯化苄进行季铵化反应,合成了曼尼希碱季铵盐缓蚀剂.通过正交试验确定了季铵化反应最佳条件,即曼尼希碱与氯化苄摩尔比1.5,反应温度50℃,反应时间2h.考察了缓蚀剂用量、腐蚀介质盐酸含量及腐蚀温度对曼尼希碱季铵盐缓蚀剂缓蚀性能的影响.结果表明,在缓蚀剂用量1.0％,腐蚀介质盐酸含量15％、腐蚀温度40℃,腐蚀时间4h及常压条件下,N80钢片的腐蚀速率为0.9 904 g/m2·h,表明曼尼希碱季铵盐缓蚀剂具有优异的缓蚀性能.【期刊名称】《精细石油化工进展》【年(卷),期】2012(013)009【总页数】4页(P22-25)【关键词】酸化缓蚀剂;曼尼希碱季铵盐;季铵化;硫脲【作者】金明皇;李克华;吴兰兰【作者单位】长江大学化学与环境工程学院,荆州434023;长江大学化学与环境工程学院,荆州434023;长江大学化学与环境工程学院,荆州434023【正文语种】中文通过酸化压力设备把酸溶液［较多为土酸(盐酸+氢氟酸)或盐酸］注入地层，利用酸液对岩石的溶蚀作用，使油层岩石的渗透通道扩大，并溶解渗流通道中的堵塞物或制造人工裂缝，从而使油气通道畅通，油井酸化是提高油田开发经济效益的一种重要措施。

但酸液注入地层的过程会使地面管道及井筒管壁产生严重的腐蚀，因此酸液中必须加入缓蚀剂［1］。

由于曼尼希碱适用于高浓度的土酸与浓盐酸酸化施工，与其他酸化添加剂配伍性好，并且具有良好的抗H2S腐蚀性能，所以是目前国内外油气田广泛使用的一种酸化缓蚀剂［2］。

但是曼尼希碱只能在较低的温度下使用(温度一般低于150℃)，而且酸溶性不好，特别是添加浓度较高时容易产生沉淀。

考虑到氮杂环化合物与烷基卤化物合成的季铵盐系列缓蚀剂在高温下具有良好缓蚀效果［3］，则使氯化苄和曼尼希碱在一定条件下发生季铵化反应，生成的曼尼希碱季铵盐含有季铵盐离子的基础上增大了分子基团，同时由于生成的季铵盐及分子中的羧基改善了缓蚀剂的酸溶性［4］，因此笔者以苯乙酮、醛、硫脲等为原料，合成曼尼希碱，并与氯化苄进行季铵化反应，合成曼尼希碱季铵盐缓蚀剂，并考察了其缓蚀性能。

季铵盐的合成
季铵盐是一种重要的有机盐类，具有广泛的应用。

以下是季铵盐的合成方法及注意事项：
1. 季铵盐的合成方法：
- 过程：一般通过季铵化反应实现，即将三级胺与卤代烃在碱的存在下反应，得到季铵盐。

- 详细步骤：将三级胺、卤代烃、水和碳酸钠依次加入反应瓶中，在搅拌条件下保持一定反应时间，反应完成后进行水洗、烘干及结晶，即可得到季铵盐产物。

2. 注意事项：
- 原料纯度：三级胺和卤代烃需要保证较高的纯度，以避免杂质影响反应过程及产物质量。

- 碱性条件：反应中碳酸钠的用量需要考虑到反应体系的pH值，一般在催化剂量范围内进行选择，并控制反应过程中的温度变化。

- 产物纯化：结晶后的产物需要进行水洗、烘干，以避免产物中有机残留物及其它杂质。

3. 季铵盐的应用：
- 季铵盐作为一种常见的季铵化合物，可广泛应用于日用化工、精细化学品、生防、水处理等领域。

- 对于季铵盐的不同衍生物，其具体应用也不同，如季铵盐质子化合物可用作离子交换树脂；季铵盐聚合物则可用于表面活性剂、乳化剂
等。

总之，季铵盐的合成需要控制好反应体系中各因素的影响，以获得较高的产物纯度。

应用方面，季铵盐的多样性及应用广泛性使其成为一种非常有潜力的有机盐类。

新型曼尼希碱季铵盐缓蚀剂的合成与性能评价1. 绪论介绍研究背景、目的和意义，概述国内外相关研究现状，引出本文的研究内容和主要思路。

2. 实验部分2.1 合成曼尼希碱季铵盐缓蚀剂详细介绍合成方法、反应原理及实验条件，包括曼尼希碱的脱水磷酸盐化反应、季铵化反应等。

2.2 表征曼尼希碱季铵盐缓蚀剂介绍合成产物的理化性质表征方法和结果，如红外光谱、核磁共振谱、热重分析、元素分析等。

3. 性能评价3.1 缓蚀性能评价通过电化学测试和腐蚀失重测定等方法评价样品的缓蚀性能，探究缓蚀机理。

3.2 热稳定性评价评价样品在高温下的热稳定性能，并探讨其热分解机理。

3.3 涂膜性能评价通过对样品进行涂膜处理，评价其在不同底材上的附着力、硬度、耐候性等性能。

4. 结果与分析根据实验结果进行分析，探讨曼尼希碱季铵盐缓蚀剂的性能特点及其影响因素。

5. 结论总结曼尼希碱季铵盐缓蚀剂的合成及性能评价实验，分析其缓蚀机理和适用范围，提出下一步的研究方向和展望。

第一章：绪论1.1 研究背景金属腐蚀是一种常见的自然现象，会直接影响到工业和生活中金属产品的使用寿命和性能。

为了延长金属产品的使用寿命，减少腐蚀对于工业、环境、和社会等方面的负面影响，人们一直在努力开发新型的缓蚀剂，以提高金属的抗腐蚀性能。

传统缓蚀剂主要包括无机盐、碱金属离子、脱羧剂、硝酸盐等。

但是由于这些缓蚀剂有毒、挥发性高、环境污染等问题，新型的缓蚀剂研究备受关注。

其中，曼尼希碱季铵盐被发现具有良好的缓蚀性能，成为新型缓蚀剂领域的热点研究。

1.2 研究意义曼尼希碱季铵盐是一种具有良好性能和环境友好性的缓蚀剂，研究该缓蚀剂的合成和性能评价可以为金属腐蚀防护提供新的思路和方法，有利于工业生产的节能减排和环保。

此外，曼尼希碱季铵盐这种新型缓蚀剂还可以广泛应用于船舶、汽车、铁路、修建、军事等领域，为国民经济的发展做出积极贡献。

1.3 国内外研究现状在国际上，曼尼希碱季铵盐新型缓蚀剂的研究较为深入，已有不少优秀的研究成果。

曼尼希反应
定义：
曼尼希反应是一种三组分缩合反应，涉及醛或酮、氨基化合物和甲醛的反应，生成β-羟基胺。

反应机理：
1.氨基化合物与甲醛反应，生成亚胺（即席夫碱）。

2.醛或酮亲核加成到亚胺上，形成季铵盐中间体。

3.季铵盐中间体消除甲醇，产生β-羟基胺。

用途：
•合成β-羟基胺和β-氨基酮
•制备药物、天然产物和聚合物
席夫碱反应
定义：
席夫碱反应是一种醛或酮与伯胺或仲胺反应，生成席夫碱（也称为亚胺）的反应。

反应机理：
1.胺的氮原子亲核加成到醛或酮的羰基碳上。

2.消除水分子，生成席夫碱。

用途：
•检测醛或酮的存在（2,4-二硝基苯肼法）
•合成染料、药物和聚合物
•作为配体，与金属离子形成配合物
曼尼希反应和席夫碱反应的比较
特征曼尼希反应席夫碱反应
反应类型三组分缩合二组分缩合
反应物醛或酮、氨基化合物、甲醛醛或酮、伯胺或仲胺
产物β-羟基胺席夫碱（亚胺）
反应机理涉及季铵盐中间体涉及水分子消除
用途合成β-羟基胺和β-氨基酮合成染料、药物和聚合物。

Mannich 反应机理及在化学合成中的相关应用摘要：介绍Mannich 反应及其可能的反应历程，探析发生该反应的反应物常见 类别，简述Mannich 反应在有机合成中的相关应用。

1 Mannich 反应概述通常将具有醇式或潜在烯醇式结构的化合物（如某些炔）与醛(通常为甲醛)在酸催化下，与第一、第二胺反应，生成胺甲基衍生物的反应叫曼尼希反应。

Mannich 反应也称胺甲基化反应。

[1]例如：RCOCH 3+CE 2O+EtN +H 2CL -−−−−→−室温、水或乙醇RCOCH 2CH 2NEt 2·HCL+H 2O 该反应一般在水、乙醇等溶剂中室温条件下进行。

Mannich 反应是一类非常重要的有机合成反应。

在医药和生物碱的合成中有广泛的应用价值，可用于制备碳—氨基化产物。

并作为中间体，通过消除、取代、还原加成、环化等制备一般方法难以合成的化合物。

近年来，研究使用手性催化剂来实现间接和直接的催化不对称Mannich 反应也有较大发展。

例如：图1 直接不对称催化Mannich 反应2 Mannich 反应的常见反应物类型Mannich 反应是三种组分缩合过程，即由胺、醛和至少含有一个活泼氢的化合物（如酮）缩合而成。

可表示为：在Mannich 反应中，碱组分可以是氨、胺、脐、酞胺、氨基酸；酸组分有酮类、醛类、炔类、酚类、梭酸、杂环化合物等；醛组分为各种单醛或双醛。

由于该反应一般在水、乙醇等溶剂中室温条件下进行，故反应温度一般控制在溶液的沸点，温度不宜过高，以免副产物的增加。

[2]2.1 含有活泼α氢的化合物Mannich 反应中最常用的含有活泼α—氢的化合物是酮，不论是对称的酮，还是不对称的酮都能发生此反应；不仅酮类化合物可发生这种缩合反应,其他含有活泼α—氢的化合物也可发生这种缩合反应。

这些含有活泼α—氢的化合物主要有：图2 常见用于Mannich反应的活泼α氢化合物[3]若用不对称的酮进行Mannich反应时，综合反应优先发生在有取代基的α—碳原子上，因为多烃基取代的烯醇较稳定，更容易被亚甲胺碳正离子进攻。

曼尼希反应详细资料大全曼尼希反应（Mannich反应，简称曼氏反应），也称作胺甲基化反应，是含有活泼氢的化合物（通常为羰基化合物）与甲醛和二级胺或氨缩合，生成β-氨基（羰基）化合物的有机化学反应。

一般醛亚胺与α-亚甲基羰基化合物的反应也被看做曼尼希反应。

反应的产物β-氨基（羰基）化合物称为“曼尼希碱”（Mannich碱），简称曼氏碱。

基本介绍•中文名：曼尼希反应（•外文名：Mannich反应•别称：曼氏反应•套用学科：有机化学•适用领域范围：化工生产•反应机理：胺对羰基发生亲核加成•：概述,反应机理,发展历史,套用,反应的立体选择性,概述反应中的胺一般为二级胺，如哌啶、二甲胺等。

如果用一级胺，反应后的缩合产物在氮上还有氢，可以继续发生反应，故有时也可根据需要使用一级胺，一级胺与甲醛常温下会迅速脱水，形成希夫碱。

如果用三级胺或芳香胺，反应中无法生成亚胺离子，停留在季铵离子一步。

胺/氨的作用是活化另一个反应物醛。

甲醛是最常用的醛，一般用它的水溶液、三聚甲醛或多聚甲醛。

除甲醛外，也可用其他醛。

反应一般在水、乙酸或醇中进行，加入少量盐酸以保证酸性。

含α-氢的化合物一般为羰基化合物（醛、酮、羧酸、酯）、腈、脂肪硝基化合物、末端炔烃、α-烷基吡啶或亚胺等。

若用不对称的酮，则产物是混合物。

呋喃、吡咯、噻吩等杂环化合物也可反应。

曼氏反应通常需在高温下和质子溶剂中进行，反应时间长，容易生成副产物。

反应机理反应的机理如下图所示。

羰基质子化，胺对羰基发生亲核加成，去质子，氮上的电子转移，水离去，可以得到一个亚胺离子中间体。

以二甲胺作原料，这个中间体为N, N-二甲基-亚甲基氯化铵，在70年代由Kinact等人首先发现。

它具有很强的反应性，可以使很多在通常条件下难以进行的反应得以顺利进行。

反应机理亚胺离子作为亲电试剂，进攻含活泼氢化合物的烯醇型结构，失去质子，便得到产物。

产物曼氏碱比较稳定，以它作原料，经甲基化与Hofmann消除反应，或在蒸馏时和碱作用下发生的分解反应，可以得到α,β-不饱和酮。