一種水溶性離子液體的合成方法
2023-06-12 11:35:41 1
專利名稱：一種水溶性離子液體的合成方法
技術領域：
本發明涉及到一種水溶性離子液體的合成方法，該方法用超聲波加熱的方式進行離子液體的合成，並用二氯甲烷與水萃取與反萃的方法對所需離子液體進行純化。屬於新型化學材料及其製備技術領域。
背景技術：
近年來，離子液體作為綠色溶劑而引起廣泛關注，除了能在化學反應方面能替代常規有機溶劑作為反應介質外，最近有發現很多酶類在離子液體中具有良好的催化性能。傳統的離子液體兩步合成法步驟為將原料甲基咪唑或烷基吡啶與滷代烷混合，進行回流加熱生成烷基咪唑鎓鹽或烷基吡啶鎓鹽等以滷離子為陰離子的離子液體。再用加入金屬鹽進行置換反應得到含有所需陰離子的離子液體。傳統的兩步合成法存在這如下缺點(1)反應的時間較長 第一步反應往往需要回流加熱24小時以上，而且常反應不完全。第二步反應如果選用含所需陰離子的鈉鹽或鉀鹽在丙酮中進行置換反應，也需要在室溫下反應48小時以上；(2)工藝費用高 如果第二步反應以銀鹽在醇水中進行置換反應，反應時間短，殘餘滷離子去除效果好，但花費較高；(3)工藝安全性差 如果第二步反應以鉛鹽在醇水中進行置換反應，或用酸直接進行置換反應，也可以使反應時間縮短，但工藝對環境的毒害難與控制。
(4)產品質量控制難 如果在第二步反應選用鈉鹽或鉀鹽在丙酮中進行置換反應，產品往往殘留少量雜質，影響酶在離子液體中催化的活性。
發明內容
本發明的目的是提供一種水溶性離子液體的合成方法。
一種合成水溶性離子液體的方法使用超聲波細胞粉碎儀在740W～760W的條件下，對摩爾比為1∶0～1∶1.1的甲基咪唑和溴代烴的混合液進行超聲處理，整個反應在20℃～80℃的水浴中進行，處理0.5～1小時後冷卻，用與冷卻後的上述反應產物相同體積的乙酸乙酯萃取2～3次，60℃～80℃真空乾燥6～8小時後所得水溶性離子液體的分子式和結構式分別為[RCH3IM]X和
其中，R表示C4的烷烴基，X-表示Br-。
另一種合成水溶性離子液體的方法使用超聲波細胞粉碎儀在740W～760W的條件下，對摩爾比為1.0～1∶1.1的甲基咪唑和溴代烴或氯代烴的混合液進行超聲處理，整個反應在20℃～80℃的水浴中進行，處理0.5～1小時後冷卻，用與上述冷卻後的反應產物相同體積的乙酸乙酯萃取2～3次，60℃～80℃真空乾燥6～8小時後，把所得到的以滷離子為陰離子的水溶性離子液體溶解在同體積的去離子水中，再與四氟硼酸鈉或四氟硼酸鉀等摩爾混合，混合液室溫下攪拌2～3小時後，用與混合液同體積的二氯甲烷萃取兩次，合併萃取液，用萃取液的1/6～1/5體積的去離子水反萃5～7次，二氯甲烷相用旋轉蒸發儀濃縮，60℃～80℃真空乾燥6～8小時後所得水溶性離子液體分子式和結構式分別為[RCH3IM]X和 其中，R表示C4的烷烴基，X-表示BF4-。
本發明與現有技術相比具有以下顯著效果(1)反應時間短 超聲加熱的方式縮短了反應時間，把回流加熱所需幾十個小時減少到一個小時左右；以水取代丙酮作反應介質進行離子液體的陰離子置換反應，使原來的異相反應變成了均相反應，反應時間也由原來幾十個小時的反應時間減少到幾個小時；(2)工藝成本低 在保證離子液體純度的條件下，沒有選用銀鹽作反應原料，降低了成本；(3)產品質量得到控制 採用二氯甲烷和水進行萃取和反萃的方式對離子液體進行了純化，使產品雜質含量得到控制，為酶在離子液體中催化提供可能性。
具體實施例方式
實施例一 1-丁基3-甲基咪唑溴鹽取甲基咪唑和溴代正丁烷各1mol加入250ml燒杯中，250ml燒杯外套有500ml大燒杯，內部加入適量水作水浴，水浴溫度不高於80℃。在750W的超聲條件下進行超聲處理，每輪工作99次，每次工作時間4秒，間歇時間5秒。5輪過後燒杯中液體變成清亮透明，略帶淡黃色。該液體冷卻後加入200ml的乙酸乙酯萃取2次，除去未反應產物。反應產物80℃真空乾燥6小時後得到約180ml產品。
實施例二 1-丁基3-甲基咪唑溴鹽取甲基咪唑0.2mol和溴代正丁烷0.2mol加入100ml燒杯中，100ml燒杯外套有250ml大燒杯，內部加入適量水作水浴，水浴溫度控制在20℃～60℃。在750W的超聲條件下進行超聲處理，每輪工作99次，每次工作時間4秒，間歇時間5秒。4輪過後燒杯中液體變成清亮透明。該液體冷卻後加入70ml的乙酸乙酯萃取2次，除去未反應產物。反應產物80℃真空乾燥6小時後得到約35ml產品。
實施例三 1-丁基3-甲基咪唑溴鹽取甲基咪唑0.3mol和溴代正丁烷0.33mol加入100ml燒杯中，100ml燒杯外套有250ml大燒杯，內部加入適量水作水浴，水浴溫度控制在30℃～80℃。在750W的超聲條件下進行超聲處理，每輪工作99次，每次工作時間4秒，間歇時間5秒。4輪過後燒杯中液體變成清亮透明。該液體冷卻後加入100ml的乙酸乙酯萃取3次，除去未反應產物。反應產物80℃真空乾燥8小時後得到約50ml產品。
實施例四 1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸鹽取按實施例一方法合成的1-丁基3-甲基咪唑溴鹽0.5mol，溶解在100ml去離子水中，再加入0.5mol的四氟硼酸鈉，室溫下磁力攪拌3小時，反應後的液體用200ml二氯甲烷萃取2次，合併萃取液，再用80ml的去離子水反萃5次。二氯甲烷相用旋轉蒸發儀濃縮，80℃真空乾燥6小時後得到近於無色的透明液體約60ml。
1H NMR(500MHz，CDCl3)δ＝8.83(s，1H，H2)，7.33 and 7.29(2s，2H，H4，H5)，4.19(t，2H，J＝7.45Hz，H6)，3.96(s，3H，H10)，1.85(m，2H，H7)，1.37(m，2H，H8)，0.96(t，3H，J＝7.38Hz，H9)ppm；13C NMR(500MHz，CDCl3)δ＝13.57，19.67，32.15，36.65，50.21，122.13，123.71，137.05ppm。
用飽和AgNO3水溶液滴定該透明液體無沉澱產生。
實施例五 1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸鹽取按實施例一方法合成的1-丁基3-甲基咪唑溴鹽0.5mol，溶解在100ml去離子水中，再加入0.5mol的四氟硼酸鉀，室溫下磁力攪拌2小時，反應後的液體用200ml二氯甲烷萃取2次，合併萃取液，再用80ml的去離子水反萃7次。二氯甲烷相用旋轉蒸發儀濃縮，60℃真空乾燥8小時後得到近於無色的透明液體約60ml。
實施例六 1-丁基3-甲基咪唑四氟硼酸鹽取按實施例一方法合成的1-丁基3-甲基咪唑溴鹽0.3mol，溶解在60ml去離子水中，再加入0.3mol的四氟硼酸鈉，室溫下磁力攪拌2.5小時，反應後的液體用120ml二氯甲烷萃取2次，合併萃取液，再用50ml的去離子水反萃6次。二氯甲烷相用旋轉蒸發儀濃縮，60℃真空乾燥8小時後得到近於無色的透明液體約35ml。
權利要求
1.一種合成水溶性離子液體的方法，其特徵在於使用超聲波細胞粉碎儀在740 W～760W的條件下，對摩爾比為1∶1.0～1∶1.1的甲基咪唑和溴代烴的混合液進行超聲處理，整個反應在20℃～80℃的水浴中進行，處理0.5～1小時後冷卻，用與冷卻後的上述反應產物相同體積的乙酸乙酯萃取2～3次，60℃～80℃真空乾燥6～8小時後所得水溶性離子液體的分子式和結構式分別為[RCH3IM]X和 其中，R表示C4的烷烴基，X-表示Br-。
2.根據權利要求1所述的一種合成水溶性離子液體的方法，其特徵在於所說的超聲處理是進行4～5輪處理，每輪工作99次，每次工作時間4秒，間歇時間5秒。
3.一種合成水溶性離子液體的方法，其特徵在於使用超聲波細胞粉碎儀在740W～760W的條件下，對摩爾比為1∶1.0～1∶1.1的甲基咪唑和溴代烴的混合液進行超聲處理，整個反應在20℃～80℃的水浴中進行，處理0.5～1小時後冷卻，用與上述冷卻後的反應產物相同體積的乙酸乙酯萃取2～3次，60℃～80℃真空乾燥6～8小時後，得到以溴離子為陰離子的水溶性離子液體，將其溶解在同體積的去離子水中，再與四氟硼酸鈉或四氟硼酸鉀等摩爾混合，混合液室溫下磁力攪拌2～3小時後，用與混合液同體積的二氯甲烷萃取兩次，合併萃取液，用萃取液的1/6～1/5體積的去離子水反萃5～7次，二氯甲烷相用旋轉蒸發儀濃縮，60℃～80℃真空乾燥6～8小時後所得水溶性離子液體分子式和結構式分別為[RCH3IM]X和 其中，R表示C4烷烴基，X-表示BF4-。
4.根據權利要求3所述的一種合成水溶性離子液體的方法，其特徵在於所說的超聲處理是進行4～5輪處理，每輪工作99次，每次工作時間4秒，間歇時間5秒。
全文摘要
本發明公開了一種水溶性離子液體的合成方法。它使用超聲波細胞粉碎儀在740W～760W的條件下，對摩爾比為1∶1.0～1∶1.1的甲基咪唑和溴代烴的混合液進行超聲處理，整個反應在20℃～80℃的水浴中進行，處理0.5～1小時後冷卻，用與冷卻後的上述反應物相同體積的乙酸乙酯萃取2～3次，60℃～80℃真空乾燥6～8小時後獲得產物水溶性離子液體，所得水溶性離子液體的分子式和結構式分別為[RCH
文檔編號B01F17/00GK1579609SQ200410018529
公開日2005年2月16日 申請日期2004年5月18日 優先權日2004年5月18日
發明者梅樂和, 王永澤, 姚善涇 申請人:浙江大學