一種二烷基咪唑氯離子液體的合成方法
【專利摘要】一種制備陰離子為氯離子的咪唑類離子液體的合成方法，它將二烷基硫酸酯或溴代烷烴緩慢滴入等物質(zhì)量的1-烷基咪唑，滴加完畢后再繼續(xù)攪拌，使反應(yīng)進行完全，得到二烷基咪唑烷基硫酸根離子液體或溴的鹽；將得到的離子液體與羧酸鉀分別溶于醇中，再將兩種溶液混合，將產(chǎn)生的固體過濾除去得無色澄清溶液；在得到的無色澄清溶液中加入鹽酸中和，過濾，得到無色透明目標(biāo)離子液體的溶液，經(jīng)醇和水蒸發(fā)后，得到目標(biāo)離子液體粗產(chǎn)物，經(jīng)真空干燥后可得純的目標(biāo)離子液體。本發(fā)明的合成方法的特點是反應(yīng)條件溫和而且快速，無需加熱、加壓等條件，易于實施且成本低廉。合成過程中的溶劑可以回收。
【專利說明】一種二烷基咪唑氯離子液體的合成方法
1.【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及離子液體合成。
2.【背景技術(shù)】[0002]離子液體是一類熔點接近室溫的鹽(參見:Femicola, A.；Scrosati, B.；0hno,H., Potentialities of ionic liquids as new electrolyte media in advancedelectrochemical devices.1onics2006,12 (2)，95-102.)。這類鹽通常由體積較大且對稱性較差的陽離子和體積相對較小而對稱性良好的陰離子構(gòu)成。具有電導(dǎo)高、蒸汽壓低以及溶解能力強等特點，被認(rèn)為是一種可替代傳統(tǒng)揮發(fā)性溶劑的綠色化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)。隨著對離子液體認(rèn)識的逐漸深入探索，其應(yīng)用已遠超過當(dāng)初的綠色化學(xué)范疇，在電解、太陽電池、燃料電池、催化劑領(lǐng)域甚至醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都存在巨大的應(yīng)用前景。離子液體種類繁多，其中二烷基咪唑氯具有較強的纖維素溶解能力(參見Zhang，H.ffu, J.Zhang, J.He,J.S.1-AlIy1-3-methylimidazoIium chloride room temperature ionic liquid:Anew and powerful nonderivatizing solvent for cellulose Macromolecules2005 ；38(20)8272-77).同時，這種離子液體也是合成其他離子液體的一種重要前驅(qū)體，因此是一種重要的離子液體(參見 K.R.Seddon, A.Stark, M.J.Torres, Influence of chloride,water, and organic solvents on the physical properties of ionic liquids PureAppl.Chem.2000 ；72(12):2275-87)。
[0003]目前，這類離子液體主要采用氯代烷烴低離子液體陽離子主體(如甲基咪唑)直接烷基化的方法加以合成。由于氯代烷烴烷基化能力較弱，因此合成過程漫長。例如用這種方法合成丁基甲基咪唑氯([Bmim]Cl)則需要1-甲基咪唑與氯代正丁烷在加熱回流的條件下反應(yīng)72h才能獲得最終產(chǎn)物(參見J.A.Whitehead, G.A.Lawrance, A.McCluskey,Analysis of gold in solutions containing ionic liquids by inductively coupledplasma atomic emission spectrometryAust.J Chem.2004 ;57 (2): 151-55.)。如果要合成乙基甲基咪唑氯，則需要用氣體的氯代乙烷與1-甲基咪唑反應(yīng)。由于有氣體參與，對實驗裝置的氣密性和操作過程要求均比較高，而且氯代烷烴價格相對溴代烷烴比較高。由于以上原因，現(xiàn)有的二烷基咪唑氯離子液體合成過程一般具有耗時長、操作難度大且成本較高的缺點。
[0004]針對已有二烷基咪唑氯合成方法的上述缺點，利用硫酸二烷基酯或修代乙烷的低成本、易于操作且反應(yīng)迅速等特點，本專利提出了一種可以低成本、易于操作、合成條件更為溫和且成本低廉的二烷基咪唑氯離子液體合成方法
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于開發(fā)一種低成本、操作簡便、合成條件更為溫和且成本低廉的二烷基咪唑氯離子液體的合成方法。
[0006]本發(fā)明通過以下方式實現(xiàn)。[0007]—種二烷基咪唑類離子液體的合成方法，它包括以下步驟:
[0008]步驟1.將二烷基硫酸酯或溴代乙烷緩慢滴入等物質(zhì)量的1-烷基咪唑或吡啶，滴加完畢后再繼續(xù)攪拌，使反應(yīng)進行完全。如反應(yīng)(I)所示，得到二烷基咪唑烷基硫酸根離子液體；
[0009]步驟2.將步驟I得到的二烷基咪唑烷基硫酸根離子液體與羧酸鹽分別溶于醇中，再將兩種溶液混合，如反應(yīng)(2)所示，將產(chǎn)生的固體過濾除去得無色澄清溶液；
[0010]步驟3.在步驟2得到的無色澄清溶液中加入鹽酸；
[0011]步驟4.將步驟3得到的無色透明目標(biāo)離子液體的溶液中的醇和羧酸蒸發(fā)后，得到目標(biāo)離子液體粗產(chǎn)物，經(jīng)真空干燥后可得純的目標(biāo)離子液體-二烷基咪唑氯。
[0012]上述的離子液體的合成方法，步驟I中所述的1-烷基咪唑或吡啶的烷基可以是I~2個碳原子的烷基。
[0013]上述的離子液體的合成方法，步驟I中所述的二烷基硫酸酯的烷基可以是I~2碳原子的烷基。
[0014]上述的離子液體的合成方法，步驟2中所述的羧酸鹽可以是羧酸鈉或羧酸鉀。
[0015]上述的咪唑類離子液體的合成方法，步驟2中所述的醇可以是I~4個碳原子的醇。
[0016]上述的咪唑類離子液體的合成方法，步驟2中所述的二烷基咪唑烷基硫酸根離子液體與羧酸鉀的物質(zhì)的量之比為1:1~1:4。
[0017]利用烷基咪唑易與硫酸而烷基酯反應(yīng)的特點，并利用烷基硫酸鹽類離子液體([RmimJRSO4, [RPydlRSO4)、羧酸鹽在醇類中溶解度較高，而反應(yīng)產(chǎn)物中的烷基硫酸鹽在乙醇中溶解度極小的特點加快反應(yīng)速度。將烷基硫酸咪唑類離子液體和羧酸鉀的醇溶液混合，烷基硫酸咪唑類離子液體中的烷基硫酸陰離子以鉀鹽沉淀方式除去，得到含有目標(biāo)陽離子的羧酸鹽離子液體溶液，然后加入含有目標(biāo)陰離子的酸加入上述溶液，得到產(chǎn)物。副產(chǎn)物羧酸可以方便地隨乙醇一起蒸出(低級羧酸的易揮發(fā))，得到目標(biāo)產(chǎn)物二烷基及咪唑氯。其主要原理如下(以乙基甲基咪唑與硫酸二乙酯反應(yīng)為例，):
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【權(quán)利要求】
1.一種二烷基咪唑氯離子液體的合成方法，其特征在于: 利用易于合成的離子液體二烷基咪唑硫酸單烷基酯鹽(或溴鹽)作為前驅(qū)體，通過離子交換，制備難以直接合成的二烷基咪唑氯。
2.如權(quán)利要求1所述，合成的步驟如下: 步驟1.二烷基硫酸酯或溴代烷烴與1-烷基咪唑或吡啶反應(yīng)，得硫酸單乙酯或溴離子為陰離子的離子液體； 步驟2.將步驟I得到的離子液體與羧酸鹽分別溶于醇中，再將兩種溶液混合，得到以羧酸根為陰離子的離子液體中間體； 步驟3.向步驟2得到的無色澄清溶液中加入鹽酸。 步驟4.將步驟3得到的無色透明目標(biāo)離子液體的溶液中的醇和羧酸蒸發(fā)后，得到陰離子為氯離子的離子液體 ，經(jīng)真空干燥后可獲得純的目標(biāo)離子液體。
【文檔編號】C07D233/58GK103539741SQ201310538146
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】高建, 譚小耀, 劉秀軍, 尹振, 初園園, 盧素敏 申請人:天津工業(yè)大學(xué)