一種離子液體的高效合成新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種離子液體的高效合成新方法，具體來(lái)說(shuō)是在離子液體的合成過程中采用超聲波-微波協(xié)同加熱的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油浴、水浴或者電加熱方式，屬于離子液體合成技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]離子液體是近幾年備受關(guān)注的新型溶劑，因其熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性好、不易揮發(fā)、溶解能力強(qiáng)、分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)以及電化學(xué)窗口寬等獨(dú)特性質(zhì)，被認(rèn)為是一種可替代傳統(tǒng)揮發(fā)性溶劑的綠色溶劑和反應(yīng)介質(zhì)，在提取、合成、新能源等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。自2002年美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)Rogers教授課題組報(bào)道了 1_ 丁基-3-甲基咪唑氯鹽([Bmim]Cl)可以直接溶解不經(jīng)過任何處理的纖維素后(Swatloski RP, J.AM.Chem.Soc.，2002, 124(18):4974-4975.)，便開啟了離子液體在天然高分子萃取加工中的研究熱潮。先后有離子液體溶解殼聚糖(Xie HB, Green Chem.，2006，8 (7):630-633.)、蛋白質(zhì)等(Azila I, Green Chem.，2013，15 (2): 525—534.)的相關(guān)報(bào)道，也有將離子液體應(yīng)用于有機(jī)合成(龍金星，物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2015，31 (2):337-343.)、電化學(xué)(Liu ffff, J.Mater.Chem.，2011，21 (35): 13205-13212.)等方面的研究論文。
[0003]目前關(guān)于離子液體的合成，一步法和兩步法是通常采用的方法，但不論哪種方法常規(guī)的油浴加熱攪拌均需要很長(zhǎng)時(shí)間，短則幾個(gè)小時(shí)，長(zhǎng)則幾十個(gè)小時(shí)，進(jìn)而導(dǎo)致離子液體的合成效率低下且產(chǎn)率不高，但能耗卻比較高(張曉春，化學(xué)進(jìn)展，2010，22(7):1499-1508)，這也是離子液體價(jià)格昂貴的原因之一，為此，近年來(lái)出現(xiàn)了外場(chǎng)強(qiáng)化來(lái)合成離子液體的方法，如超聲波法和微波法(Messali M, ActaPharm.，2015，65(3):253-270.)。盡管如此，有關(guān)本發(fā)明所涉及的采用超聲波-微波協(xié)同加熱來(lái)合成離子液體的方法至今尚未見公開，其合成方法及相關(guān)數(shù)據(jù)也是由本發(fā)明首次提及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出采用超聲波-微波協(xié)同加熱方式來(lái)合成離子液體，以解決傳統(tǒng)加熱方式合成離子液體時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)率低的問題。
[0005]具體內(nèi)容如下:
[0006]—種離子液體的高效合成新方法，其特征在于在離子液體的合成過程中采用超聲波-微波協(xié)同加熱方式。所述的離子液體是由一種陽(yáng)離子和一種陰離子組成，其中陽(yáng)離子有:烷基取代的咪唑類離子、烷基取代的吡啶離子、烷基季銨離子、烷基季磷離子等，陰離子有:Cl、Br、F、BF4、PF6、CH3C00、N03、S04等，但又不局限于上述離子種類。所使用的超聲波功率范圍為0-1500W，微波功率范圍為0-1500W，每次合成量為200_2000ml。
[0007]根據(jù)上述方法所合成的離子液體可應(yīng)用于天然高分子如纖維素、甲殼素、蛋白質(zhì)等的萃取、溶解，但又不局限于此三種物質(zhì)，也可應(yīng)用于電化學(xué)、催化劑等相關(guān)領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明合成離子液體的示意圖。
具體實(shí)施例
[0009]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0010]實(shí)施例1
[0011]—步法合成1- 丁基-3-甲基咪卩坐氯鹽([Bmim]Cl)
[0012]向500ml的圓底燒瓶中加入1.05mol的1-氯丁烷，再向恒壓滴液漏斗中加lmol的N-甲基咪唑，在圖1所示的超聲波-微波組合反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，控制恒壓滴液漏斗的旋鈕使lmol的N-甲基咪唑在一分鐘滴完，左邊通冷卻水，設(shè)定超聲波功率為500W，微波加熱功率為300W，在80°C條件下反應(yīng)60分鐘。通過核磁和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)試反應(yīng)后混合物中目標(biāo)產(chǎn)物[Bmim]Cl的含量高達(dá)95%。
[0013]實(shí)施例2
[0014]一步法合成1-乙基-3-甲基咪卩坐醋酸鹽([Emim]Ac)
[0015]向500ml的圓底燒瓶中加入1.2mol的溴乙烷和0.5mol的醋酸鉛，向恒壓滴液漏斗中加lmol的N-甲基咪唑，在超聲波微波組合反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，控制恒壓滴液漏斗的旋鈕使lmol的N-甲基咪唑在一分鐘滴完，左邊通冷卻水，設(shè)定超聲波功率為1000W，微波加熱功率為900W，在50°C條件下反應(yīng)30分鐘。通過核磁和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)試反應(yīng)后混合物中目標(biāo)產(chǎn)物[Emim]Ac的含量為92%。
[0016]實(shí)施例3
[0017]兩步法合成1- 丁基-3-甲基咪卩坐四氟硼酸鹽([Bmim]BF4)
[0018]第一步:1-丁基-3-甲基咪卩坐溴鹽([Bmim]Br)的合成
[0019]向2000ml的圓底燒瓶中加入2.lmol的溴代正丁烷，再向恒壓滴液漏斗中加2mol的N-甲基咪唑，在超聲波-微波組合反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，控制恒壓滴液漏斗的旋鈕使2mol的N-甲基咪唑在二分鐘滴完，設(shè)定超聲波功率為1200W，微波加熱功率為1500W，在100°C條件下反應(yīng)20分鐘。通過核磁和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)試反應(yīng)后混合物中中間產(chǎn)物[Bmim]Br的含量高達(dá)98%。
[0020]第二步:目標(biāo)產(chǎn)物[Bmim] BF4的合成
[0021]向上述合成的[Bmim]Br中加入2mol氟硼酸鈉，再加入500ml的甲醇作溶劑，在1000W的超聲波、1200W的微波，50°C條件下反應(yīng)20分鐘。通過核磁和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)試反應(yīng)后混合物中目標(biāo)產(chǎn)物[Bmim] BF4的含量高達(dá)95 %。
[0022]實(shí)施例4
[0023]一步法合成N-乙基P比啶溴鹽([EPy]Br)
[0024]向1000ml的圓底燒瓶中加入4.2mol的溴乙烷和4.0mol的吡啶，在超聲波-微波組合反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，通冷卻水冷凝揮發(fā)的溴乙烷，設(shè)定超聲波功率為1000W，微波加熱功率為800W，在50°C條件下反應(yīng)60分鐘。通過計(jì)算確定整個(gè)合成過程中目標(biāo)產(chǎn)物[EPy]Br的收率為89%。
[0025]實(shí)施例5
[0026]兩步法合成1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([Amim]PF6)
[0027]第一步:1-稀丙基-3-甲基咪卩坐氯鹽([Amim]Cl)的合成
[0028]向250ml的圓底燒瓶中加入0.55mol的氯丙烯和0.5mol的N-甲基咪唑，在超聲波-微波組合反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，通冷卻水冷凝揮發(fā)的氯丙烯，設(shè)定超聲波功率為200W，微波加熱功率為300W，在60 °C條件下反應(yīng)10分鐘。通過核磁和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)試反應(yīng)后混合物中中間產(chǎn)物[Amim]Cl的含量高達(dá)96%。
[0029]第二步:目標(biāo)產(chǎn)物[Amim]PF6的合成
[0030]通過恒壓滴液漏斗向上述合成的[Amim]Cl中加入5mol/L的六氟磷酸鉀水溶液100ml，在300W的超聲波、500W的微波，30°C條件下反應(yīng)20分鐘。通過核磁和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)試反應(yīng)后混合物中目標(biāo)產(chǎn)物[AminJPFj^含量為93%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種離子液體的高效合成新方法，其特征在于在離子液體的合成過程中采用超聲波-微波協(xié)同加熱方式，采用此設(shè)備合成離子液體可以縮短反應(yīng)時(shí)間、降低反應(yīng)溫度，所得目標(biāo)產(chǎn)物純度高、副產(chǎn)物少，有大規(guī)模推廣的潛在可能性。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子液體的高效合成新方法，其特征在于:所述的離子液體是由一種陽(yáng)離子和一種陰離子組成，其中陽(yáng)離子有:烷基取代的咪唑類離子、烷基取代的吡啶離子、烷基季銨離子、烷基季膦離子等，陰離子有:C1、Br、F、BF4、PF6、CH3C00、N03、S04等，但不局限于上述離子種類。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子液體的高效合成新方法，其特征在于:所使用的超聲波功率范圍為0-1500W，微波功率范圍為0-1500W，每次合成量為200_2000ml。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子液體的高效合成新方法，其特征在于:所合成的離子液體可應(yīng)用于天然高分子如纖維素、甲殼素、蛋白質(zhì)等的萃取、溶解，但又不局限于此三種物質(zhì)，也可應(yīng)用于電化學(xué)、催化劑等相關(guān)領(lǐng)域。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種離子液體的高效合成新方法，其特征在于在離子液體的合成過程中采用超聲波-微波協(xié)同加熱的方式。本發(fā)明所提出的超聲波-微波協(xié)同加熱合成離子液體新方法可以縮短反應(yīng)時(shí)間、降低反應(yīng)溫度，減少了能耗，而且所得到的目標(biāo)產(chǎn)物純度高、副產(chǎn)物少，有大規(guī)模推廣的潛在可能性。
【IPC分類】C07D233/58, C07D213/20, C07D213/127
【公開號(hào)】CN105315215
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510778811
【發(fā)明人】馬博謀, 侯秀良, 喬雪
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2015年11月13日