乙二胺（H₂N–CH₂–CH₂–NH₂）含有两个活泼的伯氨基，可与溴代烷烃（R–Br）发生亲核取代反应，依次生成N-单烷基、N,N'-二烷基、N,N,N'-三烷基、N,N,N',N'-四烷基乙二胺，乃至环状季铵盐。该反应是合成表面活性剂、螯合剂和离子液体前体的重要路径。

反应原理

溴代烷的α-碳在极性条件下带部分正电荷，乙二胺的氮原子作为亲核试剂进攻，溴离子离去，生成铵盐中间体，随后在碱存在下中和为游离胺，可继续进行下一级烷基化。

反应通式（以单取代为例）：
H₂N–CH₂–CH₂–NH₂ + R–Br → R–NH–CH₂–CH₂–NH₂·HBr → 碱中和 → R–NH–CH₂–CH₂–NH₂

产物分布控制

不同摩尔比及反应条件可获得不同产物：

典型合成流程图

以制备N,N,N',N'-四丁基乙二胺（一种相转移催化剂前体）为例：

• 缚酸剂：生成的HBr会与胺结合成盐，阻碍反应进行。常用NaOH、KOH、K₂CO₃或三乙胺中和。

• 溶剂选择：水-有机两相（水相溶解碱，有机相溶解溴代烷和胺）可抑制过度烷基化；极性非质子溶剂（DMF、乙腈）利于SN2，但易产生多取代。

• 投料顺序：制备单取代时，应将溴代烷缓慢滴入过量乙二胺中；制备多取代时，则可一次性加入过量溴代烷并长时间回流。

• 温度：低温有利于单取代（30–50°C），高温有利于多取代（80–120°C）。

应用实例

• 乙二胺四乙酸（EDTA）：通过乙二胺与氯乙酸在碱性条件下烷基化制备，是经典螯合剂。

• 聚季铵盐类：长链溴代烷与乙二胺反应生成双子型表面活性剂，用于织物柔软剂。

• 功能化离子液体：四烷基乙二胺的双阳离子结构可作为高稳定性的离子液体阳离子。

注意事项

• 溴代烷（尤其是碘甲烷、溴乙烷、溴代正丁烷）易挥发且有毒，操作需在通风橱中进行。

• 强碱性条件可能导致某些溴代烷发生消除（如叔溴代烷），应尽量避免使用β-位有支链的溴代物。

• 反应后处理时，产物可能为粘稠液体或低熔点固体，用稀盐酸洗涤可分离季铵盐，再用碱中和得游离胺。

乙二胺的烷基化反应虽然看似简单，但通过精细控制摩尔比、加料顺序及缚酸体系，可以“裁剪”出链状或环状、单阳或双阳、亲水或亲油的多种功能性分子，是实用有机合成中的一个经典多用途反应。