專利名稱：室溫離子液體的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室溫離子液體的合成方法，即適用于以吡啶或N-烷基咪唑、鹵代烴、含氟鹽為原料，合成由烴基吡啶陽離子或1，3-二烴基咪唑陽離子和含氟陰離子組成的室溫離子液體的場合。
二 背景技術(shù)離子液體是指在室溫范圍內(nèi)(一般為100℃下)呈現(xiàn)液態(tài)的完全由離子構(gòu)成的物質(zhì)體系。一般由有機陽離子和無機陰離子、有機陰離子組成，其性能主要由組成的陽離子和陰離子共同決定，可以采用分子設計，對其進行調(diào)整。離子液體具有很多獨特的理化性能，經(jīng)測定，許多咪唑陽離子構(gòu)成的離子液體的熱分解溫度高達400℃。由于離子液體的熔點一般低于100℃，因此其穩(wěn)定的液態(tài)范圍可達300℃～400℃，這是普通溶劑無法比擬的。與傳統(tǒng)的有機溶劑不同，由于離子液體內(nèi)部的庫侖引力較大，相當于水的10倍，其蒸汽壓幾乎察覺不到。離子液體隨其陰離子和陽離子的不同呈現(xiàn)出一定的極性，對金屬絡合物具有很強的溶解能力，對于普通溶劑難以溶解的氫化物(NaH、CaH2)、碳化物、氮化物、硫化物以及各種氧化物的鹽類化合物，離子液體也具有良好的溶解能力。早在研究太陽能電池電解液時就已經(jīng)知道了離子液體具有較寬的電化學窗口，由咪唑氯化物/AlCl3組成的離子液體的電化學窗口可達到4V，有的電化學窗口甚至可達5V～6V。有些離子液體因其陰離子能夠參與配位而具有一定的配位能力。離子液體的Lewis酸堿性和Brnsted酸性可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，因此，離子液體也被成為“可以設計的溶劑”。在分離過程、化學反應(尤其是催化反應)和電化學等方面的應用研究以取得許多令人滿意的結(jié)果，因此，被認為是一種綠色合成和清潔生產(chǎn)中具有廣闊應用前景的新型環(huán)境友好的綠色溶劑。
陽離子分別由烷基吡啶離子和烷基咪唑離子組成的離子液體是目前在研究中被廣泛應用的兩大類室溫離子液體，其合成方法通常是分兩步進行(1)以吡啶或N-烷基咪唑和鹵代烷為起始原料，在丙酮、甲苯、乙睛、三氯乙烷或過量的鹵代烷等溶劑中，制得N-烷基吡啶鹵化銨或1，3-二烷基咪唑鹵化銨，(2)將制得的鹵化銨和含氟鹽在乙睛、丙酮、三氯乙烷等有機溶劑或水中進行反應得到室溫離子液體。該方法最大的缺點就是需要使用大量的易揮發(fā)的有機溶劑，易造成對環(huán)境的污染。為了避免有機溶劑對環(huán)境的污染，Namboodiri和Varma先后研究了用微波技術(shù)促進的非溶劑法合成1，3-二烷基鹵化銨和1，3-二烷基四氟硼酸鹽室溫離子液體的方法(Chem.Commun.2001，643-644，TetrahedronLett.2002，43，5381-5383)，然而，微波法的反應條件不易控制，而且這種方法要求特殊設備，不利于大規(guī)模工業(yè)化推廣應用。
XU等報道利用和目標離子液體相同的離子液體作為反應介質(zhì)，使用連續(xù)法和一鍋法合成離子液體，反應生成的離子液體溶解在作為反應介質(zhì)的離子液體中，(Synthesis，2003，17，2626和CN 1524853A)，但未說明作為反應介質(zhì)的離子液體的合成方法。
三 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高效、環(huán)境友好、有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的室溫離子液體的合成方法。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種室溫離子液體的合成方法，在常壓下將吡啶或者N-烷基咪唑與鹵代烴、含氟鹽一起混合攪拌反應，直接合成得到室溫離子液體。
本發(fā)明室溫離子液體的合成方法的鹵代烴為含氯、溴、碘的直鏈烴基或支鏈烴基，該鹵代烴的碳原子數(shù)為1～12。
本發(fā)明室溫離子液體的合成方法的含氟鹽中，陽離子為Li+、Na+、K+和NH4+中的一種；陰離子為BF4-、PF6-、AsF6-、SbF6-、CF3COO-、C3F7COO-、CF3SO2-、(CF3SO2)2N-和(C2F6SO2)2N-中的一種。
本發(fā)明室溫離子液體的合成方法的攪拌反應的溫度為25～160℃。
本發(fā)明室溫離子液體的合成方法的吡啶或者N-烷基咪唑∶鹵代烴∶含氟鹽的摩爾質(zhì)量比＝1～2∶1～3∶1。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為(1)采用無溶劑方法，避免了使用有機溶劑對環(huán)境造成污染；(2)反應操作簡便，免去了煩瑣的中間體鹵化銨的分離和提純步驟；(3)反應條件溫和、反應收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好，是一種高效、環(huán)境友好的合成室溫離子液體的方法，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
四


附圖是本發(fā)明室溫離子液體的合成方法的流程圖。
五 具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
結(jié)合附圖，本發(fā)明室溫離子液體的合成方法，采用一鍋法，沒有任何反應介質(zhì)，即在常壓下將吡啶或者N-烷基咪唑與鹵代烷、含氟鹽一起混合攪拌反應，反應溫度為25～160℃，直接合成得到室溫離子液體，其中吡啶或者N-烷基咪唑∶鹵代烷∶含氟鹽的摩爾質(zhì)量比＝1～2∶1～3∶1。
上述方法中，鹵代烷可以為含氯、溴、碘的直鏈烴基或支鏈烴基；在含氟鹽中，陽離子可以為Li+、Na+、K+和NH4+中的一種；陰離子可以為BF4-、PF6-、AsF6-、SbF6-、CF3COO-、C3F7COO-、CF3SO2-、(CF3SO2)2N-和(C2F6SO2)2N-中的一種。
室溫離子液體的化學結(jié)構(gòu)式如下 其中，R、R1分別代表碳原子數(shù)為1～12的直鏈烴基或支鏈烴基。
下面以具體的實施例來詳細說明本發(fā)明采用一鍋法來合成室溫離子液體實施例1在100mL的三口燒瓶中，依次加入18.4g六氟磷酸鉀、13.7g溴代正丁烷、8.2gN-甲基咪唑，在70-80℃攪拌反應3小時。反應結(jié)束，加入20mL水，充分攪拌后靜置分離出水相，離子液體相分別用20mL×3的水洗滌3次，減壓脫除殘余水，得到26.4g烷基咪唑六氟磷酸鹽離子液體，收率92.9％
實施例2在100mL的三口燒瓶中，依次加入12.6g四氟硼酸鉀、15.1g溴代正戊烷、8.2g N-甲基咪唑，在80℃攪拌反應3小時。反應結(jié)束，加入20mL丙酮，充分攪拌后過濾，蒸餾脫除溶劑，得到21.6g烷基咪唑四氟硼酸鹽離子液體，收率90.2％。
實施例3在100mL的三口燒瓶中，依次加入11.0g四氟硼酸鈉、13.7g溴代正丁烷、8.2g N-甲基咪唑，在110℃攪拌反應3小時。反應結(jié)束，加入20mL丙酮，充分攪拌后過濾，蒸餾脫除溶劑，得到21.5g烷基吡啶四氟硼酸鹽離子液體，收率85.0％。
實施例4在100mL的三口燒瓶中，依次加入18.4g六氟磷酸鉀、10.9g溴乙烷、7.9g吡啶，在110℃攪拌反應5小時。反應結(jié)束，加入20mL水，充分攪拌后靜置過濾，離子液體相先后用20mL×3水洗滌3次，干燥得20.4g烷基吡啶六氟磷酸鹽離子液體，收率81.1％。
實施例5在100mL的三口燒瓶中，依次加入12.6g四氟硼酸鉀、9.3g氯代正丁烷、8.2g N-甲基咪唑，在80℃攪拌反應3小時。反應結(jié)束，加入20mL丙酮，充分攪拌后過濾，蒸餾脫除溶劑，得到21.5g烷基咪唑四氟硼酸鹽離子液體，收率90％。
實施例6在100mL的三口燒瓶中，依次加入16.0g六氟磷酸銨、16.5g溴代正丁烷、8.2gN-甲基咪唑，在110℃攪拌反應3小時。反應結(jié)束，加入20mL水，充分攪拌后靜置過濾，離子液體相先后用20mL×3水洗滌3次，干燥得28.6g烷基咪唑四氟硼酸鹽離子液體，收率91.7％。
權(quán)利要求
1.一種室溫離子液體的合成方法，其特征在于在常壓下將吡啶或者N-烷基咪唑與鹵代烴、含氟鹽一起混合攪拌反應，直接合成得到室溫離子液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫離子液體的合成方法，其特征在于鹵代烴為含氯、溴、碘的直鏈烴基或支鏈烴基，該鹵代烴的碳原子數(shù)為1～12。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫離子液體的合成方法，其特征在于含氟鹽中，陽離子為Li+、Na+、K+和NH4+中的一種；陰離子為BF4-、PF6-、AsF6-、SbF6-、CF3COO-、C3F7COO-、CF3SO2-、(CF3SO2)2N-和(C2F6SO2)2N-中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫離子液體的合成方法，其特征在于攪拌反應的溫度為25～160℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫離子液體的合成方法，其特征在于吡啶或者N-烷基咪唑∶鹵代烴∶含氟鹽的摩爾質(zhì)量比＝1～2∶1～3∶1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種室溫離子液體的合成方法。它是在常壓下將吡啶或者N－烷基咪唑與鹵代烴、含氟鹽一起混合攪拌反應，直接合成得到室溫離子液體，其中的吡啶或者N－烷基咪唑∶鹵代烴∶含氟鹽的摩爾質(zhì)量比＝1～2∶1～3∶1。本發(fā)明采用無溶劑方法，避免了使用有機溶劑對環(huán)境造成污染；反應操作簡便，免去了煩瑣的中間體鹵化銨的分離和提純步驟；反應條件溫和、反應收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好，是一種高效、環(huán)境友好的合成室溫離子液體的方法，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C07D233/00GK101054362SQ20061003952
公開日2007年10月17日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者劉祖亮, 方東 申請人:南京理工大學