專利名稱：一種含羥基二價(jià)咪唑型離子液體及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含羥基二價(jià)咪唑型離子液體及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
離子液體由于幾乎沒有蒸汽壓，高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，寬的電化學(xué)窗口，對無機(jī)物、有機(jī)物、催化劑和聚合物都有良好的溶解性，而且可以通過設(shè)計(jì)離子液體的陽離子部分來調(diào)控其性能，已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的廣泛關(guān)注。目前對離子液體的研究興趣正呈現(xiàn)前所未有的激增趨勢，大量有關(guān)離子液體在有機(jī)合成和催化化學(xué)、生物技術(shù)、電化學(xué)和材料化學(xué)等方面應(yīng)用的文章和專利陸續(xù)發(fā)表(Deetlefs M, Kenneth R, Seddon. Improvedpreparations of ionic liquids usingmicrowave irradiation. Green Chemistry,2003, 5 :181-186 ；Jain N, Kumar A, Chauhan S, Chauhan S M S. Chemical and biochemicaltransformations in ionicliquids, Tetrahedron 2005,61:1015-1060 ;Mi X, Luo S,Xu H, Zhang L, Cheng J. Hydroxyl ionic liquid-immobilized quinuclidine forBaylis_HiIIman catalysis Synergistic effect of ionic liquidsas organocatalystsupport, Tetrahedron 2006,62 :2537-2544.)。通常離子液體的合成是對含氮雜環(huán)化合物進(jìn)行連續(xù)季銨化作用，隨后進(jìn)行陰離子置換來完成。第一步首先制備烷基化的鹵化物離子液體，其經(jīng)與金屬鹽置換或通過酸堿中和反應(yīng)可制備含有不同陰離子的相應(yīng)離子液體。采用常規(guī)加熱的方法合成離子液體時(shí)，第一步不僅所用時(shí)間長，而且為了保證高產(chǎn)率通常需要加入過量的鹵代烷(過量約10-400%摩爾量)；另外合成離子液體的第二步會產(chǎn)生化學(xué)計(jì)量配比的鹵化物(MX或MH)雜質(zhì)，從而導(dǎo)致產(chǎn)物較難純化。顯然從綠色化學(xué)的角度出發(fā)，離子液體的常規(guī)合成方法并不符合其要求。鑒于此，化學(xué)家們嘗試借助微波輻射、超聲輔助、可替代的燒基化試劑等(Law M C, Wong K, Chan T H. Solvent-free route to ionicliquid precursors using a water-moderatedmicrowave process, Green Chem. 2002,4 328-330 ；Leveque J, Luche J, Petrier C, Roux R, Bonrath ff. An improved preparationof ionic liquids by ultrasound,GreenChem. 2002,4 :357-360 ;劉剛，劉春萍，孫琳，溫全武，薛建韜，李明強(qiáng).N-甲基-N-(2-羥基-3-苯甲酰氧基丙基)咪唑鹽離子液體的合成.山東化工，2008，37 (4) 1-3.)，采用清潔環(huán)保的“一鍋法”合成離子液體，該領(lǐng)域的研究工作進(jìn)行的并不是很多，屬于起步階段，有非常光明的前景。纖維素是自然界中蘊(yùn)藏最豐富的天然可再生資源，存量約為7000億噸，而且還以每年400億噸的速度再生。由于沒有合適的溶劑，每年僅有I億噸纖維素作為原料得到進(jìn)一步加工。能夠溶解纖維素的傳統(tǒng)溶劑包括聚甲醛、N，N-二甲基甲酰胺和氯化鋰的混合物、多聚磷酸、無機(jī)鹽水溶液、二硫化碳等，它們或多或少存在毒性、腐蝕性、污染、溶解能力有限及工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。離子液體因具有熱和化學(xué)穩(wěn)定、無揮發(fā)、溶解能力強(qiáng)、易回收、成本低等優(yōu)點(diǎn)，常作為綠色無毒溶劑體系用于纖維素的加工，由于該方法呈現(xiàn)出的綠色環(huán)保、工藝簡單、所得產(chǎn)品性能優(yōu)良等特點(diǎn)，目前受到了廣泛關(guān)注。如美國專利(US6824599)首先公開了一類烴基離子液體及其溶解纖維素的方法，由于這類離子液體多數(shù)結(jié)晶性很強(qiáng)，實(shí)際操作中難于溶解離子液體重量12%以上的纖維素。中國專利(CN 100424259C)公布了一種含不飽和雙鍵的室溫離子液體及其制備方法和應(yīng)用，其中N-烯丙基，N'-甲基咪唑氯鹽在70 100°C范圍，對纖維素的溶解度可達(dá)到10%，而且冷卻后也不析出，N-烯丙基，N'-甲基咪唑醋酸鹽在100°C時(shí)對纖維素也有很好的溶解能力。但是由于雙鍵的引入，會引發(fā)聚合而生成新的聚電解質(zhì)，因此含不飽和雙鍵的烯烴基的離子液體存在熱和化學(xué)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，而且在溶解纖維素時(shí)易于引起離子液體的損耗和纖維素的降解。目前的研究表明，離子液體作為綠色溶劑在非衍生化纖維素溶解方面呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展態(tài)勢，但仍存在許多不足， 而且目前所選用的離子液體多為常規(guī)咪唑類離子液體，而關(guān)于含羥基二價(jià)咪唑型離子液體及制備方法和在溶解纖維素方面的研究還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足以及本領(lǐng)域研究和應(yīng)用的需求，本發(fā)明的目的在于提供一種含羥基二價(jià)咪唑型離子液體及其制備方法和在溶解纖維素方面的應(yīng)用。本發(fā)明提供的一種含羥基二價(jià)咪唑型離子液體，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下
權(quán)利要求
1.一種含羥基ニ價(jià)咪唑型離子液體，其特征在于該離子液體的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下
2.如權(quán)利要求I所述的含羥基ニ價(jià)咪唑型離子液體，其特征在于所述R1為甲基；R2為氫。
3.如權(quán)利要求I或2所述的含羥基ニ價(jià)咪唑型離子液體，其特征在于所述Γ優(yōu)選為Cl'BF4'CH3OO'CF3COO'
4.如權(quán)利要求I所述含羥基ニ價(jià)咪唑型離子液體的制備方法，其特征在于將一定量的烷基咪唑溶于無水こ醇中，室溫?cái)嚢钘l件下分批加入酸HX，加完后反應(yīng)液自然冷卻至室溫，攪拌條件下將3-氯環(huán)氧丙烷滴加到反應(yīng)液中；反應(yīng)瓶放入實(shí)驗(yàn)室用超聲清洗儀中，在超聲輻射條件下，于一定溫度反應(yīng)一段時(shí)間，減壓蒸餾，真空干燥得所述離子液體。
5.如權(quán)利要求4所述含羥基ニ價(jià)咪唑型離子液體的制備方法，酸HX選自HF、HCl、HBr、HI、HBF4, CH3OOH, CF3COOH, H2SO4, HPF6, CF3SO3H' [ (CF3SO2) 2N] H、PhCOOH、PhS03H。
6.如權(quán)利要求4所述含羥基ニ價(jià)咪唑型離子液體的制備方法，其特征在于酸HX優(yōu)選自HCUHBF4, CH3OOH, CF3C00H。
7.如權(quán)利要求4所述含羥基ニ價(jià)咪唑型離子液體的制備方法，其特征在于I-烷基咪唑、3-氯環(huán)氧丙烷和酸HX的摩爾比選自1.5 : I : I 7.5 : I : I ;無水こ醇體積為所用I-烷基咪唑體積的I 6倍。
8.如權(quán)利要求4所述含羥基ニ價(jià)咪唑型離子液體的制備方法，其特征在于超聲輻射條件選自功率為300W，頻率為40KHz。
9.如權(quán)利要求4所述含羥基ニ價(jià)咪唑型離子液體的制備方法，其特征在于反應(yīng)溫度選自25 100°C ;反應(yīng)時(shí)間選自O(shè). 5 24小時(shí)。
10.如權(quán)利要求I所述的含羥基ニ價(jià)咪唑型離子液體在纖維素溶解中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含羥基二價(jià)咪唑型離子液體，此類離子液體的結(jié)構(gòu)式如下，其中R1、R2和X-如權(quán)利要求書和說明書所定義。本發(fā)明所述含羥基二價(jià)咪唑型離子液體是將一定量的1-烷基咪唑溶于無水乙醇中，室溫?cái)嚢钘l件下分批加入酸HX，加完后反應(yīng)液自然冷卻至室溫，攪拌條件下將3-氯環(huán)氧丙烷滴加到反應(yīng)液中；反應(yīng)瓶放入實(shí)驗(yàn)室用超聲清洗儀中，在超聲輻射條件下，于一定溫度反應(yīng)一段時(shí)間，減壓蒸餾，真空干燥后制得所述離子液體。本發(fā)明還涉及所述含羥基二價(jià)咪唑型離子液體單獨(dú)作為溶劑在溶解纖維素方面的應(yīng)用。
文檔編號D01D5/06GK102675209SQ20121014193
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月30日
發(fā)明者侯萬國, 詹天榮 申請人:青島科技大學(xué)