一種咪唑鎓海藻酸鹽離子液體及其合成方法與流程

2023-05-29 14:25:21 2

本發明涉及新材料技術領域，特別是涉及一種咪唑鎓海藻酸鹽離子液體及其合成方法。

背景技術：

離子液體是由不同結構的陽離子與陰離子相結合形成的低溫或室溫熔融鹽。離子液體具備許多優良的物理化學性質，比如難揮發、熱穩定、較寬的電化學窗口和液相區間等，使得離子液體在近些年成為研究的熱門領域，在催化合成、萃取分離、氣體吸收、分析測試、電化學等方面具有重要的應用。對離子液體的陰陽離子結構基團進行功能化設計，可以獲得兼具二者特性的功能化離子液體。

咪唑類離子液體是離子液體中的一個重要分支，這得益於咪唑鎓陽離子導致的低熔點、低粘度、高穩定性的優點，近些年離子液體領域對於這一類離子液體的報導最多，合成與研究方法逐漸成熟，理論逐漸完善。

天然海藻酸鹽是一種天然高分子聚合物，來源於海洋生物海藻中，屬於一種多糖。海藻酸鈉是最常見的一元海藻酸鹽，能溶於水，形成粘性水溶液，加熱可以促進海藻酸鈉的溶解，得到淡黃色透明溶液。海藻酸鈉具有很強的螯合性，對於金屬離子能形成穩定的絡合物。因此，可以作為一種重要的金屬吸附劑。海藻酸鈉含有較豐富的-coo—，具有很高的離子交換功能，可以和其它物質進行反應，得到不同的海藻酸鹽衍生物。海藻酸鈉可以和ca2+、co2+、cu2+、fe2+、zn2+等二價金屬陽離子交聯，形成一種「egg-box」(蛋-盒)結構，這類海藻酸鹽是一種良好的水凝膠，具有保持水分、攜帶物質的功能。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供一種咪唑鎓海藻酸鹽離子液體及其合成方法。

本發明的，包括

一種咪唑鎓海藻酸鹽離子液體，咪唑鎓海藻酸鹽離子的結構式如下：

其中r1、r3為h原子、烴基(碳鏈長度1～20)或取代烴基；r2為h原子或甲基；[alg]—為海藻酸根陰離子。

烴基(碳鏈長度1～20)或取代烴基可以為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、烯丙基、丙酮基、氰乙基、乙酸乙酯基、乙炔基中的任意一種。

一種咪唑鎓海藻酸鹽離子液體的合成方法，包括以下步驟：按照咪唑鎓氫氧化物：新制海藻酸＝1：1～1.1的摩爾比將二者在溶劑中混合，攪拌均勻，反應結束後離心取出清液，並除去溶劑，即可得到咪唑鎓海藻酸鹽離子液體。

上述使用溶劑可以是水、二氯乙烷、異丙醇等一種或幾種，優選水或者異丙醇。

反應溫度為室溫至75℃，優選室溫；反應時間為1～72小時。

本發明提供的咪唑鎓海藻酸鹽離子液體具體為：1,3-二甲基咪唑海藻酸鹽離子液體[c1mim][alg]、1-甲基-3-乙基咪唑海藻酸鹽離子液體[c2mim][alg]、1-甲基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4mim][alg]、1-甲基-3-己基咪唑海藻酸鹽離子液體[c6mim][alg]、1-甲基-3-辛基咪唑海藻酸鹽離子液體[c8mim][alg]、1-甲基-3-癸基咪唑海藻酸鹽離子液體[c10mim][alg]、1-甲基-3-十二烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c12mim][alg]、1-甲基-3-十四烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c14mim][alg]、1-甲基-3-十六烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c16mim][alg]、1-甲基-3-十八烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c18mim][alg]、1-甲基-3-烯丙基咪唑海藻酸鹽離子液體[amim][alg]、1-甲基-3-丙酮基咪唑海藻酸鹽離子液體[mecoch2mim][alg]、1-甲基-3-氰乙基咪唑海藻酸鹽離子液體[ncch2mim][alg]、1-甲基-3-乙酸乙酯基咪唑海藻酸鹽離子液體[ch3ch2oocch2mim][alg]、1-甲基-3-乙炔基咪唑海藻酸鹽離子液體[hcch2mim][alg]、1-乙基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c2c4im][alg]、1-丙基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c3c4im][alg]、1,3-二丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4c4im][alg]、1-丁基-3-戊基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4c5im][alg]、1-丁基-3-己基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4c6im][alg]、1,2,3-三甲基咪唑海藻酸鹽離子液體[c1mmim][alg]、1,2-二甲基-3-乙基咪唑海藻酸鹽離子液體[c2mmim][alg]、1,2-二甲基-3-丙基咪唑海藻酸鹽離子液體[c3mmim][alg]、1,2-二甲基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4mmim][alg]。

本發明的有益效果是：

(1)將海藻酸根離子引入到離子液體中，使得產物兼具離子液體和海藻酸鹽的優良性質，具有廣闊的研究前景。

(2)咪唑鎓海藻酸鹽離子液體屬於天然高分子和離子液體的交叉領域，是離子液體工業化應用的重要進展。

(3)此合成方法原料容易製備，且成本較低；反應條件和過程綠色，無汙染環境和危害人體的物質產生；合成方法簡單，產物純淨無副產物，提純過程簡單，適合大批量規模生產。

(4)咪唑鎓海藻酸鹽離子液體具有誘人的應用前景，尤其在藥物載體、水分保持、重金屬離子吸附和功能高分子製備等領域具有重要應用潛力。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。

實例1：1,3-二甲基咪唑海藻酸鹽離子液體[c1mim][alg]。將含有2.26g(0.020mol)1,3-二甲基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.52g(0.020mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌1小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1,3-二甲基咪唑海藻酸鹽離子液體[c1mim][alg]，其在室溫下是淺黃色固體。

實例2：1-甲基-3-乙基咪唑海藻酸鹽離子液體[c2mim][alg]。將含有2.56g(0.020mol)1-甲基-3-乙基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.52g(0.020mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌1小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-乙基咪唑海藻酸鹽離子液體[c2mim][alg]，其在室溫下是淺黃色固體。

實例3：1-甲基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4mim][alg]。將含有3.12g(0.020mol)1-甲基-3-丁基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.52g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌2小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4mim][alg]，其在室溫下是淺黃色固體。

實例4：1-甲基-3-己基咪唑海藻酸鹽離子液體[c6mim][alg]。將含有3.69g(0.020mol)1-甲基-3-己基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.52g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌4小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-己基咪唑海藻酸鹽離子液體[c6mim][alg]，其在室溫下是淺黃色粘稠液體。

實例5：1-甲基-3-辛基咪唑海藻酸鹽離子液體[c8mim][alg]。將含有4.25g(0.020mol)1-甲基-3-辛基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.52g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌8小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-辛基咪唑海藻酸鹽離子液體[c8mim][alg]，其在室溫下是淺黃色粘稠液體。

實例6：1-甲基-3-癸基咪唑海藻酸鹽離子液體[c10mim][alg]。將含有4.81g(0.020mol)1-甲基-3-癸基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.52g(0.020mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌12小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-癸基咪唑海藻酸鹽離子液體[c10mim][alg]，其在室溫下是黃色粘稠液體。

實例7：1-甲基-3-十二烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c12mim][alg]。將含有5.37g(0.020mol)1-甲基-3-十二烷基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌24小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-十二烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c12mim][alg]，其在室溫下是黃色固體。

實例8：1-甲基-3-十四烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c14mim][alg]。將含有5.93g(0.020mol)1-甲基-3-十四烷基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌24小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-十四烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c14mim][alg]，其在室溫下是黃色固體。

實例9：1-甲基-3-十六烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c16mim][alg]。將含有6.49g(0.020mol)1-甲基-3-十六烷基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，75℃下攪拌48小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-十六烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c16mim][alg]，其在室溫下是黃色固體。

實例10：1-甲基-3-十八烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c18mim][alg]。將含有7.05g(0.020mol)1-甲基-3-十八烷基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，75℃下攪拌72小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-十八烷基咪唑海藻酸鹽離子液體[c18mim][alg]，其在室溫下是黃色固體。

實例11：1-甲基-3-烯丙基咪唑海藻酸鹽離子液體[amim][alg]。將含有2.80g(0.020mol)1-甲基-3-烯丙基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.52g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌8小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-烯丙基咪唑海藻酸鹽離子液體[amim][alg]，其在室溫下是黃色固體。

實例12：1-甲基-3-丙酮基咪唑海藻酸鹽離子液體[mecoch2mim][alg]。將含有3.12g(0.020mol)1-甲基-3-丙酮基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌24小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-丙酮基咪唑海藻酸鹽離子液體[mecoch2mim][alg]，其在室溫下是淺黃色固體。

實例13：1-甲基-3-氰乙基咪唑海藻酸鹽離子液體[ncch2mim][alg]。將含有2.78g(0.020mol)1-甲基-3-氰乙基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌24小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後形成得到1-甲基-3-氰乙基咪唑海藻酸鹽離子液體[ncch2mim][alg]，其在室溫下是淺黃色固體。

實例14：1-甲基-3-乙酸乙酯基咪唑海藻酸鹽離子液體[ch3ch2oocch2mim][alg]。將含有3.72g(0.020mol)1-甲基-3-乙酸乙酯基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌24小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後，得到1-甲基-3-乙酸乙酯基咪唑海藻酸鹽離子液體[ch3ch2oocch2mim][alg]，其在室溫下是黃色粘稠液體。

實例15：1-甲基-3-乙炔基咪唑海藻酸鹽離子液體[hcch2mim][alg]。將含有2.52g(0.020mol)1-甲基-3-乙炔基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌48小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-甲基-3-乙炔基咪唑海藻酸鹽離子液體[hcch2mim][alg]，其在室溫下是黃色粘稠液體。

實例16：1-乙基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c2c4im][alg]。將含有3.41g(0.020mol)1-乙基-3-丁基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌12小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-乙基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c2c4im][alg]，其在室溫下是黃色固體。

實例17：1-丙基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c3c4im][alg]。將含有3.69g(0.020mol)1-丙基-3-丁基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌12小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-丙基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c3c4im][alg],其在室溫下是黃色固體。

實例18：1,2-二丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4c4im][alg]。將含有3.97g(0.020mol)1,2-二丁基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌24小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1,2-二丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4c4im][alg]，其在室溫下是淺黃色固體。

實例19：1-丁基-3-戊基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4c5im][alg]。將含有4.25g(0.020mol)1-丁基-3-戊基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌24小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-丁基-3-戊基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4c5im][alg]，其在室溫下是淺黃色固體。

實例20：1-丁基-3-己基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4c6mim][alg]。將含有4.53g(0.020mol)1-丁基-3-己基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌24小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1-丁基-3-己基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4c6mim][alg]，其在室溫下是黃色固體。

實例21：1,2,3-三甲基咪唑海藻酸鹽離子液體[c1mmim][alg]。將含有2.56g(0.020mol)1,2,3-三甲基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌12小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1,2,3-三甲基咪唑海藻酸鹽離子液體[c1mmim][alg]，其在室溫下是淺黃色固體。

實例22：1,2-二甲基-3-乙基咪唑海藻酸鹽離子液體[c2mmim][alg]。將含有2.84g(0.020mol)1,2-二甲基-3-乙基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌12小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1,2-二甲基-3-乙基咪唑海藻酸鹽離子液體[c2mmim][alg]，其在室溫下是黃色固體。

實例23：1,2-二甲基-3-丙基咪唑海藻酸鹽離子液體[c3mmim][alg]。將含有3.12g(0.020mol)1,2–二甲基-3-丙基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌24小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1,2-二甲基-3-丙基咪唑海藻酸鹽離子液體[c3mmim][alg]，其在室溫下是黃色固體。

實例24：1,2-二甲基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4mmim][alg]。將含有3.41g(0.020mol)1,2-二甲基-3-丁基咪唑氫氧化物的異丙醇溶液與含有3.87g(0.022mol)海藻酸的新制水溶液(溶脹狀態)混合，室溫下攪拌24小時後，對其進行離心處理並取出清液，除去溶劑後得到1,2-二甲基-3-丁基咪唑海藻酸鹽離子液體[c4mmim][alg]，其在室溫下是黃色固體。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發明的保護範圍。