氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體及其合成方法

2023-05-03 17:43:11 1

專利名稱：氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體及其合成方法
技術領域：
本發明屬於化學合成領域，涉及一種含對稱官能團的離子液體及其合成方 法，尤其涉及一種氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體及其合成方法。
背景技術：
離子液體由於具有"零"蒸汽壓、高熱穩定性及化學穩定性，使得其有望 取代揮發性高、有毒、易燃的傳統有機溶劑或高腐蝕性及汙染性的無機酸，在 發展"綠色化學"和清潔工藝與過程領域中有廣泛的應用前景。功能離子液體(TSILs)由於具有特殊的功能基團，使得離子液體能參與 到化學反應之中，得到一類新型的功能材料和介質，在能源、信息、生命科學、 國防等領域表現出良好的應用前景。因此，含各種功能基團的離子液體的合成 在化學合成領域中備受關注。目前，關於功能離子液體的研究主要集中於陽離 子含有單官能團的離子液體，例如，1-甲基-3- (3， 4, 5-三烷氧節基)咪唑四 氟硼酸鹽(n=8，12)，呈現出良好的離子導電各向異性。1-甲基-3- (2-羥基乙 基)咪唑四氟硼酸鹽，1-甲基-3- (2-氰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽，1-甲基-3-(2-巰基乙基)咪唑四氟硼酸鹽，1-甲基-3- (2-羥基乙基)咪唑六氟磷酸鹽， 1-甲基-3- (2-胺基乙基)咪唑四氟硼酸鹽等，該類物質主要通過化學反應引入 到高分子鏈中，由於離子液體具有良好的導電性，經離子液體修飾的高分子材 料也具有良好的導電性。此外，離子液體還可用來製備固體電解質。而對於新 型含對稱功能團的離子液體，由於具有雙功能團因而可修飾的部分更多了，能 夠提高固體電解質的性能，如穩定性、導電性等。目前對於1，3-二(2-羥基乙基) 咪唑陽離子型的離子液體尚無報導。發明內容本發明的目的是提供一種含對稱官能團的離子液體——氯化1，3-二(2-羥 基乙基)咪唑離子液體([hhim]+Cr)。本發明的另一目的是提供一種氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體 ([hhlm]+Cr)的合成方法。(一)氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體 本發明氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體([hhim]+Cr)，其化學結構式 如下(二)氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體的合成 本發明氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體的合成方法，包括以下工藝 步驟(1) 氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體的合成是將咪唑與2-氯乙醇 以1:2 1:2.2的摩爾比混合，加入咪唑2 2.5倍摩爾比量的無水乙醇，0.05 0.07倍摩爾比量的金屬鈉，在攪拌下，於-l 2'C反應7 8小時，然後升溫至 10 60°C，反應40 48h後，過濾得到淺黃色的液體；減壓蒸去甲醇和未反應 完的2-氯乙醇，於0 -2-C冷凍40 48小時，用乙酸乙酯洗滌即得粗產品；(2) 氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體的純化將氯化1,3-二(2-羥基 乙基)咪唑離子液體溶於甲醇中，向其中加入氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子 液體質量的2 4倍的活性炭，在攪拌下反應40 48小時，過濾，濾液通過矽 膠柱，採用CH30H:CHCl3體積比為1: 15的洗脫液洗脫，然後蒸去部分溶劑， 於0 一rC下靜置40 48h，結晶，過濾，得到純的氯品1,3-二(2-羥基乙基) 咪唑離子液體。其反應方程式如下^l/^N cich，ch，oh \=/ CH3CH2ONa 48h(三)氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體的表徵本發明方法合成的氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體[hhim]+Cr的核 磁共振數據如下!H-NMR(400MHz， 5，ppm;溶劑為D20)a(S=7.4-7.5 HI) b(S=6.79-6.93 H4) c(5=3.87 H4) d(5=3.59 H4) e(S=4.6 H2)其中a、 b、 c、 d、 e分別表示所標註H的位置。其[hhim]+Cr結構如下所示formula see original document page 5本發明[hhim]+Cr的紅外光譜數據如下3107.89cm"為咪唑環上C-H振動吸收峰，2947.58cm" 2845 cm"為咪唑 環上亞甲基上的C-H振動吸收峰，1573.80 cm"為咪唑環上C=H振動吸收峰， 3313.77 cm"為-OH的振動吸收峰。綜合核磁共振數據和紅外光譜數據分析表徵，說明氯化1,3-二(2-羥基乙基) 咪唑離子液體[hhim]+Cr已合成(四)氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體的性質測定導電率的測定採用DDS-307型電導率儀，儀器採用O.Olmol/L的標準溶液矯正，測定在 溫度為20 "C的恆溫箱中進行，工作電極為DJS——1C型鉑黑電極。 測定結果[hhim]+Cr的導電率0.5-0.7 (s/m)。 電化學窗口的測定採用循環伏安法測定，工作電極為一對鉑電極和銀電極，測定溫度為20。c。測定結果電化學窗口為2.0 2.4V。上述結果表明，本發明合成的氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體 [hhim]+Cr具有良好的導電性能和比較寬的電化學窗口，而且具有可反應的功 能性官能團，使高分子材料的導電性等將得到改善，具備比較好的電化學性質， 在導電材料及聚電解質材料領域有著廣泛應用。


圖1為本發明的核磁共振2為本發明的傅立葉紅外光譜圖具體實施方式
下面通過實驗來具體說明本發明氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體 的合成方法和工藝。 實施例1氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體——[hhim]+Cr的合成在裝有磁 力攪拌，回流冷凝管，N2導管的250ml的三頸燒瓶，加入100ml的無水乙醇， 4.7g的金屬鈉，將三頸燒瓶放入-1 2'C的冰水浴中反應7小時左右，待反應 完後，加入0.2mol的咪唑，再將0.42mol的2-氯乙醇(用時重新減壓蒸餾) 用滴液漏鬥慢慢滴加，攪拌反應7h，從冰水浴中取出三頸燒瓶，在20。C下反 應40h，過濾，得到淺黃色的液體，減壓蒸去乙醇和未反應完的2 —氯乙醇， 用乙酸乙酯洗滌數次，得到的淡黃色粘稠物，得粗產品待用。氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體——[hhim]+Cr的純化取2g [hhlm]+Cl舊於20ml的甲醇中，向其中加入4g的活性炭，在攪拌下反應48h， 過濾，將濾液通過矽膠柱，採用CH30H:CHCl3體積比為l:15的洗脫液洗脫， 然後蒸去部分溶劑，於0 一rC下靜置48h，結晶，過濾，得到純的氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體，產率為70.2%。實施例2、氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體——[hhim]+Cr的合成在裝有磁 力攪拌，回流冷凝管，N2導管的250ml的三頸燒瓶，加入100ml的無水乙 醇，4.7g的金屬鈉，將三頸燒瓶放入-1 2'C的冰水浴中，反應8小時左右， 待反應完後，加入0.2mol的咪唑，再將0.41mol的2-氯乙醇(用時重新減壓 蒸餾)用滴液漏鬥慢慢滴加，反應7h，從冰水浴中取出三頸燒瓶，在3(TC下 反應48h，過濾，得到淺黃色的液體，減壓蒸去甲醇溶劑和未反應完的2-氯乙 醇，用乙酸乙酯洗滌數次，得到的淡黃色粘稠物，得粗產品待用。氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體——[hhim]+Cr的純化取2g [hhlm]+Cr溶於20ml的甲醇中，向其中加入4g的活性炭，在攪拌下反應48h， 過濾，將濾液通過矽膠柱，採用CH30H:CHCl3體積比為1: 15的洗脫液洗脫， 然後蒸去部分溶劑，於^ — rC下靜置48h，結晶，過濾，得到純品的氯化 1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體，產率為76.3%。實施例3、氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體——[hhim]+Cr的合成在裝有磁 力攪拌，回流冷凝管，&導管的250ml的三頸燒瓶，加入100ml的無水乙醇，4.7g的金屬鈉，將三頸燒瓶放入-l 2t:的冰水浴中，反應7.5小時左右， 待反應完後，加入0.2mol的咪唑，再將0.42mol的2-氯乙醇(用時重新減壓 蒸餾)用滴液漏鬥慢慢滴加，回流7h，從冰水浴中取出三頸燒瓶，在50。C下 反應48h，過濾，得到淺黃色的液體，減壓蒸去甲醇溶劑和未反應完的2 —氯 乙醇，用乙酸乙酯洗滌數次，得到淡黃色粘稠物，得粗產品待用。氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體——[hhim]+Cr的純化取2g [hhlm]+Cr溶於30ml的甲醇中，向其中加入8g的活性炭，在攪拌下放置40h， 過濾，將濾液通過矽膠柱，採用CH30H:CHCl3體積比為1:15的洗脫液洗脫， 然後蒸去部分溶劑，於0 -rC下靜置48h，結晶，過濾，得到純品的氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體，產率為79.7%。實施例4、氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體——[hhim]+Cr的合成在裝有磁 力攪拌，回流冷凝管，N2導管的250ml的三頸燒瓶，加入100ml的無水乙 醇，4.7g的金屬鈉，將三頸燒瓶放入-1 2。C的冰水浴中，反應7小時左右， 待反應完後，加入0.2mol的咪唑，再將0.41mol的2 —氯乙醇(用時重新減壓 蒸餾)用滴液漏鬥慢慢滴加，回流7h，從冰水浴中取出三頸燒瓶，在1(TC下 反應48h，過濾，得到淺黃色的液體，減壓蒸去甲醇溶劑和未反應完的2—氯 乙醇，用乙酸乙酯洗滌數次，得到淡黃色粘稠物，得粗產品。氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體——[hhim]+Cr的純化取2g [hhlm]+Cl—溶於30ml的甲醇中，向其中加入8g的活性炭，在攪拌下放置40h， 過濾，將濾液通過矽膠柱，採用CH30H:CHCl3體積比為l:15的洗脫液洗脫， 然後蒸去部分溶劑，於0 -rC下靜置48h，結晶，過濾，得到純品的氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體，產率為73.7%。
權利要求
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2、 一種氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體的合成方法，包括以下工藝步驟(1) 氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體的合成是將咪唑與2-氯乙醇 以1:2 1:2.2的摩爾比混合，加入咪唑2 2.5倍摩爾比量的無水乙醇，0.05 0.07倍摩爾比量的金屬鈉，在攪拌下，於-l 2。C反應7 8小時，然後升溫至 10 60°C，反應40 48h後，過濾得到淺黃色的液體，減壓蒸去甲醇和未反應 完的2-氯乙醇，於0 -2。C冷凍40 48小時，用乙酸乙酯洗滌即得粗產品；(2) 氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體的純化將氯化1，3-二(2-羥基 乙基)咪唑離子液體溶於甲醇中，向其中加入氯化1,3-二(2-羥基乙基)咪唑離子 液體質量的2 4倍的活性炭，在攪拌下反應40 48小時，過濾，濾液通過矽 膠柱，採用CH30H:CHCl3體積比為1:15的洗脫液洗脫，然後蒸去部分溶劑， 於0^^ — rC下靜置40 48h，結晶，過濾，得到純的氯品1，3-二(2-羥基乙基) 咪唑離子液體。
全文摘要
本發明提供了一種含對稱官能團的離子液體——氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體的合成，是將咪唑與2-氯乙醇以1∶2.1～1∶2.2的摩爾比混合，加入咪唑2～2.5倍摩爾量的無水乙醇，0.05～0.07倍摩爾量的金屬鈉為催化劑，在攪拌下，於-1～2℃攪拌反應7～8小時，然後升溫至10～60℃，反應40～48h後，過濾得到淺黃色的液體，減壓蒸去乙醇和未反應完的2-氯乙醇，再用乙酸乙酯洗滌後，經活性炭脫色、過濾、過矽膠柱子，然後靜置於0～-2℃冷凍40～48小時結晶，得到純的氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體。實驗證明，本發明合成的氯化1，3-二(2-羥基乙基)咪唑離子液體具有比較寬的電化學窗口，並具有可反應的官能團，在導電材料及聚電解質材料領域有著廣泛應用。
文檔編號C07D233/60GK101250160SQ200810017819
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月21日 優先權日2008年3月21日
發明者吳稱意, 熊玉兵, 王雲普, 王榮民, 胡登衛 申請人:西北師範大學