CN101092399A - 一种阴离子为卤族离子的离子液体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阴离子为卤族离子的离子液体的制备方法,包括步骤:(1)将摩尔比为1∶1.0~1∶1.05的化合物(I)与卤化烃(II)在常温下均匀混合;(2)加入反应釜中,压力0.105~0.25MPa,室温~150℃,时间0.5~20小时,反应结束后,释放釜内压力至常压,冷却,用1/5~4/5体积的乙酸乙酯萃取2~3次,40~80℃减压蒸馏纯化。该方法反应速率快,时间短,成本低,对环境友好。所制备的离子液体,可以作为有机反应、聚合反应的溶剂,也可以用于化工分离以及电化学领域。
Description
技术领域
本发明属离子液体制备技术领域,特别是涉及一种阴离子为卤族离子的离子液体的制备方法。
背景技术
室温离子液体与传统溶剂相比,熔点低,沸点高,不挥发,在较宽的温度范围内以液态存在,且有很好的热稳定性;可以通过选择适宜的阴、阳离子的组合而改变其物理化学性质,是许多有机物、无机物和高分子材料的良溶剂。离子液体作为一种绿色溶剂广泛应用于电化学、有机合成、催化和分离等领域,同时也是许多高分子聚合反应和加工的良溶剂。因此,被认为是一种绿色合成和清洁生产中具有广阔前景的新型环境友好型溶剂。
离子液体的制备方法通常分为两种:一种以卤代烃和含有目标阳离子的有机物为原料进行反应,最终合成阴离子为卤族离子的离子液体。第二种是以阴离子为卤族离子的离子液体和含有目标阴离子的有机物或无机物为原料,进行离子交换反应,最终合成阴离子为目标阴离子的离子液体。
综上,无论合成哪一类离子液体,阴离子为卤族离子的离子液体的合成都必不可少。
早在1982年Wilkes等人([J].Inorg Chem,1982,21:1263~1264)就用N-甲基咪唑与卤代烷烃为原料,以乙腈等常规溶剂为溶剂在低于100℃的实验条件下通过季铵化反应一步合成了甲基烷基咪唑卤化物。但是该法的缺点是在合成过程中需要溶剂。为了解决这一问题,Huddleston等人([J].Chem Commun,1998,18:1765~1766)按照等摩尔比加料,在70℃,反应时间长达72小时的条件下实现了1-丁基3-甲基咪唑氯化物的无溶剂制备,得到了产物纯度较高的离子液体。其缺陷是反应时间长,效率低。随着离子液体应用领域的扩大,相应的离子液体的合成方法也在逐步改进,如功能化离子液体的合成,中国专利CN1782043A提供了一种离子液体润滑剂的合成方法。主要是将咪唑基离子液体与季膦盐离子液体按重量浓度分别为5~95%和95%~5%进行混合后,通过振荡、超声波分散得到。所得到的离子液体润滑剂具有挥发性低、热稳定性和粘温性具佳的特点;再如离子液体合成技术的改进,中国专利200510011377.8则采用摩尔比1∶1~1∶1.1的N-烷基咪唑与卤代烃为原料,在常压下密闭反应器中实现加成反应,合成由N,N-二烷基咪唑阳离子和卤素阴离子组成的离子液体,并利用超临界CO2萃取分离反应产物和未反应的原料。中国专利200610033301.X采用一定摩尔比(1∶1.1~1∶1.5)的N-烷基咪唑与卤代烃为原料,用CO2来置换反应器中的空气进行季铵化反应,在反应温度为室温~150℃的条件下合成卤代烷基咪唑型离子液体,并用超临界CO2来萃取过量的卤代烷烃。专利02155945.7则公开了一种含不饱和双键的室温离子液体的合成方法。主要是将一卤代烯烃R1X与N-烃基咪唑按摩尔比为1.1∶1~1.9∶1相混合,在温度为10~100℃下反应数小时后得到离子液体二烃基卤化咪唑嗡。
上述反应方法中,其共同特征是:反应在常压下进行,反应温度控制在卤代烃的沸点附近,采用冷凝回流的方式控制反应物的活性和损耗。因此,所存在的问题是:
(1)反应时间较长,反应往往需要回流加热24小时以上,而且转化率低。
(2)采用卤代烃过量的方法提高反应转化率,增加了产物洗涤纯化的溶剂用量和洗涤次数,成本上升。
专利CN1188211C公开了一种采用微波辅助制备离子液体的方法,但是微波法的工艺难以控制,微波的致热效应和电场作用易造成反应物料过热而影响产品质量,并且无法大规模生产。专利200410018529.2公开了一种离子液体的合成方法。它使用超声波细胞粉碎仪在740W~760W的条件下,对摩尔比为1∶1.0~1∶1.1的甲基咪唑和溴代烃的混合液进行超声处理,0.5~1小时后冷却,然后用相同体积的乙酸乙酯萃取2~3次,在60℃~80℃真空干燥6~8小时后获得水溶性离子液体。该方法由于利用高功率的超声波处理容易导致反应过于激烈,影响产物质量,增加了产物提纯的成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种阴离子为卤族离子的离子液体的制备方法,该方法克服了现有技术的缺陷,反应速率快,时间短,成本低,对环境友好。
本发明的一种阴离子为卤族离子的离子液体的制备方法,包括下列步骤:(1)将含有目标阳离子的化合物(I)与卤化烃(II)按摩尔比为1∶1.0~1∶1.05,在常温下均匀混合;
(2)加入反应釜中,反应过程中控制反应釜内压力为0.105~0.25MPa,反应温度为室温~150℃,反应时间为0.5~20小时,反应结束后,释放釜内压力至常压,冷却到室温,用1/5~4/5体积的乙酸乙酯萃取2~3次,然后在40~80℃下减压蒸馏,进行纯化,产率>90%。所述的化合物(I)选自下列化合物中的一种:
烃基季铵 羟乙基烃基季铵 烃基锍 烃基季磷
烃基吡啶 烃基吡咯 烃基吡唑 烃基咪唑
其中:R1,R2,R3,R4,R5和R6可以相同,也可以不同,它们分别是H或碳原子数为1-8的烃基。
所述的化合物(II)的通式为R-X
其中:R是碳原子数为1-8的烃基,X是Cl、Br中的一种。
所述的阳离子为下列一种:
烃基季铵离子 羟乙基烃基季铵离子 烃基锍离子 烃基季磷离子
烃基吡啶离子 烃基吡咯离子 烃基吡唑离子 烃基咪唑离子
其中:R1,R2,R3,R4,R5和R6可以相同,也可以不同,它们分别是H或碳原子数为1-8的烃基。
阴离子为Cl-、Br-中的一种。
步骤(2)所述的反应釜中的压力控制可选用下列的方式的一种,通过卤代烃的汽化控制压力或者通过惰性气体如氮气、二氧化碳等控制压力。
所述的制备方法,可以用于实验室合成,也可以用于工业化生产。
所述的的离子液体,可以作为有机反应、聚合反应的溶剂,也可以用于化工分离以及电化学反应。
本发明的有益效果是:
采用本发明的控制反应器内压力的方法,加快了反应速度,减少了卤代烃的过量比,减少了反应过程中卤代烃由于挥发引起的损耗,降低了纯化过程中溶剂的用量,减少了未反应物的回收成本,提高了反应效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
在250ml的可加压密闭的反应釜中依次加入41.055g(0.500mol)N-甲基咪唑和46.300g(0.500mol)氯代正丁烷,在室温下搅拌使之混合均匀并通入N2,5min后将装有反应混合物的反应釜加热到85℃,控制釜内压力至0.12MPa,反应8小时后,停止搅拌,释放釜内压力至常压,待反应物冷却到室温后,取出反应产物并用20ml的乙酸乙酯萃取3次,再在80℃下减压蒸馏0.5h得到1-丁基3-甲基咪唑氯化盐的离子液体85.695g,以N-甲基咪唑的计算的产率为98.1%。
实施例2
在250m1的可加压密闭的反应釜中依次加入41.055g(0.500mol)N-甲基咪唑和38.648g(0.505mol)烯丙基氯,在室温下搅拌滴加使之混合均匀并通入N2,25min后将装有反应混合物的反应釜加热到70℃,控制釜内压力至0.16MPa,反应0.5小时后,停止搅拌,释放釜内压力至常压,待反应物冷却到室温后,取出反应产物并用25ml的乙酸乙酯萃取3次,再在40℃下减压蒸馏0.8h得到1-烯丙基3-甲基咪唑氯化盐的离子液体74.164g,以N-甲基咪唑的计算的产率为93.5%。
实施例3
在250ml的可加压密闭的反应釜中依次加入41.055g(0.500mol)N-甲基咪唑和68.515g(0.500mol)溴代正丁烷,在室温下搅拌使之混合均匀并通入N2,5min后将装有反应混合物的反应釜加热到110℃,控制釜内压力至0.2MPa,反应2小时后,停止搅拌,释放釜内压力至常压,待反应物冷却到室温后,取出反应产物并用56ml的乙酸乙酯萃取3次,再在75℃下减压蒸馏1.2h得到1-丁基3-甲基咪唑溴化盐的离子液体103.763g,以N-甲基咪唑的计算的产率为94.7%。
实施例4
在250ml的可加压密闭的反应釜中依次加入41.050g(0.500mol)N-甲基吡唑和56.125g(0.515mol)溴乙烷,在室温下搅拌滴加使之混合均匀并通入N2,30min后将装有反应混合物的反应釜加热到50℃,控制釜内压力至0.15MPa,反应1小时后,停止搅拌,释放釜内压力至常压,待反应物冷却到室温后,取出反应产物并用60ml的乙酸乙酯萃取2次,再在75℃下减压蒸馏1.5h得到1-乙基3-甲基咪唑溴化盐的离子液体89.330g,以N-甲基吡唑的计算的产率为93.5%。
实施例5
在250ml的可加压密闭的反应釜中依次加入41.050g(0.500mol)N-甲基吡唑和40.178g(0.525mol)烯丙基氯,在室温下搅拌滴加使之混合均匀并通入N2,30min后将装有反应混合物的反应釜加热到50℃,控制釜内压力至0.105MPa,反应2.5小时后,停止搅拌,释放釜内压力至常压,待反应物冷却到室温后,取出反应产物并用64ml的乙酸乙酯萃取2次,再在65℃下减压蒸馏1.4h得到1-烯丙基2-甲基吡唑氯化盐的离子液体73.287g,以N-甲基吡唑的计算的产率为92.4%。
实施例6
在10L的可加压密闭的反应釜中依次加入1.58Kg(20mol)吡啶和2.69Kg(20mol)氯代正辛烷,在室温下搅拌使之混合均匀,20min后将装有反应混合物的反应釜加热到85℃,控制釜内压力至0.105MPa,反应20小时后,停止搅拌,释放釜内压力至常压,待反应物冷却到室温后,取出反应产物并用5L的乙酸乙酯萃取3次,再在75℃下减压蒸馏2h得到1-丁基吡啶氯化盐的离子液体3.88Kg,以吡啶的计算的产率为91%。
实施例7
在250ml的可加压密闭的反应釜中依次加入42.575g(0.500mol)N-甲基吡咯和55.580g(0.510mol)溴乙烷,在室温下搅拌使之混合均匀并通入N2,5min后控制釜内压力至0.105MPa,反应8小时后,停止搅拌,释放釜内压力至常压,待反应物冷却到室温后,取出反应产物并用55ml的乙酸乙酯萃取3次,再在70℃下减压蒸馏1h得到1-乙基甲基吡咯氯化盐的离子液体92.988g,以N-甲基吡咯的计算的产率为95.8%。
实施例8
在250ml的可加压密闭的反应釜中依次加入50.595g(0.500mol)三乙基胺和68.515g(0.500mol)溴代正丁烷,在室温下搅拌使之混合均匀并通入N2,5min后将装有反应混合物的反应釜加热到100℃,控制釜内压力至0.25MPa,反应2小时后,停止搅拌,释放釜内压力至常压,待反应物冷却到室温后,取出反应产物并用75ml的乙酸乙酯萃取3次,再在80℃下减压蒸馏1.2h得到三乙基丁基氯化铵的离子液体115.179g,以三乙基胺的计算的产率为96.7%。
实施例9
在250ml的可加压密闭的反应釜中依次加入59.080g(0.500mol)三乙基膦和54.49g(0.500mol)溴乙烷,在室温下搅拌使之混合均匀并通入C02,5min后将装有反应混合物的反应釜加热到50℃,控制釜内压力至0.18MPa,反应2小时后,停止搅拌,释放釜内压力至常压,待反应物冷却到室温后,取出反应产物并用45ml的乙酸乙酯萃取3次,再在55℃下减压蒸馏1h得到四乙基溴化鳞的离子液体108.232g,以三乙基膦的计算的产率为95.3%。
实施例10
在250ml的可加压密闭的反应釜中依次加入44.570g(0.500mol)二甲基乙醇胺和48.152g(0.520mol)氯代正丁烷,在室温下搅拌使之混合均匀并通入N2,5min后将装有反应混合物的反应釜加热到95℃,控制釜内压力至0.16MPa,反应12小时后,停止搅拌,释放釜内压力至常压,待反应物冷却到室温后,取出反应产物并用84ml的乙酸乙酯萃取2次,再在70℃下减压蒸馏1.25h得到二甲基丁基乙醇氯化铵的离子液体89.416g,以二甲基乙醇胺的计算的产率为98.4%。
Claims (7)
1.一种阴离子为卤族离子的离子液体的制备方法,包括下列步骤:
(1)将摩尔比为1∶1.0~1∶1.05的化合物(I)与卤化烃(II)在常温下均匀混合;
(2)加入反应釜中,压力0.105~0.25MPa,室温~150℃,时间0.5~20小时,反应结束后,释放釜内压力至常压,冷却,用1/5~4/5体积的乙酸乙酯萃取2~3次,40~80℃减压蒸馏纯化。
所述的化合物(I)选自下列化合物中的一种:
烃基季铵 羟乙基烃基季铵 烃基锍 烃基季磷
烃基吡啶 烃基吡咯 烃基吡唑 烃基咪唑
其中:R1,R2,R3,R4,R5和R6可以相同,也可以不同,它们分别是H或碳原子数为1-8的烃基。
所述的卤化烃(II)的通式为R-X:
其中:R是碳原子数为1-8的烃基,X是Cl、Br中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种阴离子为卤族离子的离子液体的制备方法,其特征在于:所述离子液体的阴离子为Cl-或Br-。
4.根据权利要求1或2所述的一种阴离子为卤族离子的离子液体的制备方法,其特征在于:所述的化合物(I)为N-甲基咪唑、N-甲基吡唑、吡啶、N-甲基吡咯、三乙基胺、三乙基膦、二甲基乙醇胺中的一种。
5.根据权利要求1或3所述的一种阴离子为卤族离子的离子液体的制备方法,其特征在于:所述的卤化烃(II)为氯代正丁烷、烯丙基氯、溴代正丁烷、溴乙烷、烯丙基氯、氯代正辛烷、溴乙烷、溴代正丁烷、氯代正丁烷中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种阴离子为卤族离子的离子液体的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述的反应釜中的压力控制为通过卤代烃的汽化控制压力或通过惰性气体如氮气、二氧化碳控制压力。
7.根据权利要求1-8所述的一种阴离子为卤族离子的离子液体的制备方法,其特征在于:所述的制备方法用于实验室合成或用于工业化生产。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20071226 |