基于氮杂环庚烷鎓离子液体的表面活性剂在水及有机溶剂 - 水介质中胶束化的热力学评估

《ChemPlusChem》：Thermodynamic Evaluation of Micellization of an Azepanium Ionic Liquid-Based Surfactant in Water and Organic Solvent–Water Media

　　

摘要

成功获得了一种新型基于氮杂庚烷离子液体的表面活性剂，1-(2-十六烷氧基 -2-氧代乙基)-1-甲基氮杂庚烷溴化物 (Azp-ILBS; C₂₅H₅₀NO₂Br)，并使用?¹H、¹³C NMR、FT-IR、HRMS 和 CHNS 元素分析对其结构进行了表征。临界胶束浓度 (cmc) 是通过电导率测量进行评估的。在 303、313 和 323 K 温度下，在各种水 - 有机溶剂混合物（乙二醇 (EG)、乙醇 (Et-OH)、1,4-二氧六环 (DO) 和 N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)）中进行了胶束化的热力学研究。系统地研究了溶剂组成和温度对胶束化行为的影响。结果表明，随着温度从 303 K 升至 323 K，cmc 值从 0.328 增加到 0.614 mM；随着 EG 溶剂含量从 10% 增加到 30%，cmc 值从 0.328 增加到 0.761 mM。所有溶剂均显示出相似的趋势：较高的温度和较低的极性会延迟胶束化，需要更高的表面活性剂浓度。电离度 (α) 显示出相似的趋势，尽管在水 - 乙醇体系中观察到特定的 U 型模式。表面活性剂尾基转移的吉布斯自由能 (ΔG°_{m trans}) 值表明，随着温度升高，ΔG°_{m trans} 值从正值变为负值，疏水性表面活性剂尾基从周围介质转移到胶束核心，证实了疏水相互作用的作用。总体而言，观察到胶束形成现象是自发的且放热的，熵和焓的贡献因温度和溶剂环境而异。值得注意的是，(ΔH–ΔS) 补偿分析表明，随着温度升高，Azp-ILBS 的胶束化变得更多地受焓驱动。负的 ΔH°*_m 值反映了在零熵下胶束形成是一个放热过程。在实验温度 303、313 和 323 K 下计算出的补偿温度 (T_c) 分别为 295.9、296.15 和 301.75 K。这些值在热力学上处于合理范围内，显示出在 313 K 附近有轻微转变，这可能归因于溶质 - 溶剂相互作用的细微变化或表面活性剂结构的重排。

图形摘要

对阳离子氮杂庚烷 - 离子液体基表面活性剂进行了热力学研究，在纯水和不同极性的水 - 溶剂混合物中，在不同温度下进行，以了解其胶束化行为。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可根据合理要求从通讯作者处获得。