专利名称：一种环烷酸季铵盐类离子液体的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学化工领域一种环烷酸季铵盐类离子液体的合成。
背景技术：
离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子组成的在室温及相邻温度下呈液态的化合物。
与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有一系列突出的优点(1)室温下几乎没有蒸气压，不挥发，可用于高真空条件下的反应，同时可减少因挥发而产生的环境污染问题；(2)具有良好的化学、热力学稳定性和适宜的粘度，可作为液相色谱的固定相；(3)具有高度可设计性，可以通过改变阴、阳离子的大小，烷基链长短调节其极性、酸碱度和其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性等；(4)与一些有机溶剂不互溶，可以提供一个非水、极性可调的两相体系，能有效地减少传统分子溶剂对溶质的溶剂化、溶剂解等现象；(5)作为液体形式存在的温度范围较宽，有利于热力学控制；(6)具有较高的离子迁移和扩散速度，因而具有良好的导电性，较宽的电化学窗口，可作为许多物质电化学研究的电解液。
由于离子液体这些特殊的性质，它可以代替传统的有机溶剂和电解质，在有机合成、电化学、催化化学、材料科学以及无机物溶液化学方面有着广阔的应用前景，也有望为绿色无污染工业开辟新的道路。因此，我们需要合成越来越多的新型的、具有特殊功能离子液体材料，以适应离子液体的研究需求。
离子液体的合成方法通常可以分为一步合成法和两步合成法。其中一步合成法主要是通过酸碱中和反应或季胺化反应一步合成离子液体，操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。两步合成法主要是首先通过季胺化反应制备出含有目标阳离子的卤盐，然后用大的阴离子置换卤离子或加入Lewis酸与之反应来得到目标离子。两步合成法的优点是普适性好，但合成中最大的问题是阴离子交换反应将产生无机盐副产物，制备过程中对环境不友好。同时不可避免地有少量的无机盐杂质难以测定除去，对离子液体产品的纯化造成了一定的困难。因此相对而言，一步合成法更受关注。
发明内容
本发明的目的在于合成一种以环烷酸类系列化合物为阴离子供体，以叔胺类和季胺碱类化合物为阳离子供体的新型离子液体。
本发明的具体方法为选取环烷酸类系列化合物环戊烷羧酸、环己烷羧酸、环己烷双乙酸、1-甲基-1-环己烷羧酸、4-戊基环己烷羧酸、二环己基乙酸、环己烯甲酸、环庚基甲酸、环戊基甲酸、苯甲酸、水杨酸、乙酰水杨酸、松香酸、脱氧胆酸、5β-胆烷酸、18-β-甘草次酸中的一种为阴离子供体；选取叔胺类化合物N，N-二乙基乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、N，N-二甲基丙醇胺、N，N-二甲基异丙醇胺、N，N-二乙基对甲苯胺、N，N-二乙基苯胺、N，N-二甲苯胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基环己胺、N，N-二异丙基乙胺、三正丁胺、三正丙胺、三烯丙(基)胺、N，N，N′，N′-四甲基乙二胺中的一种或季胺碱类化合物四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵、苄基三乙基氢氧化铵、十二烷基三甲基氢氧化铵、三辛基甲基氢氧化铵、胆碱、乙酰胆碱、丁酰胆碱、苯甲酰胆碱、磷脂酰胆碱中的一种为阳离子供体，以水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、环己烷中的一种或者几种的混合物作为反应介质，按照等摩尔比在常温、常压下通过一步中和反应生成环烷酸季铵盐类离子液体。该路线反应效率高，没有副产物。生成的离子液体具有较高的电导率、较高的热稳定性以及较宽的电化学稳定区间，有着广泛的应用价值。
具体实施例方式本发明用以下实例说明，但本发明并不限于下述实施例，在不脱离前后所述宗旨的范围下，变化实施都包含在本发明的技术范围内。
实施例1精密称取0.02mol环己烷羧酸计2.563g，加入圆底烧瓶中，再向其中加入10ml乙醇作为反应介质，并充分搅拌使环己烷羧酸完全溶解，得澄清透明的均相溶液。然后在搅拌的条件下，向其中缓慢滴加45wt％的胆碱溶液计5.246g。在室温条件下反应18h。反应物在50℃的条件下真空旋转蒸发90min，将大部分乙醇除去，然后将所得的液体置于真空干燥箱50℃干燥48h，最终得性状为无色、粘稠液体的产品4.367g。
实施例2精密称取水杨酸2.763g，加入圆底烧瓶中，再向其中加入10ml乙醇作为反应介质，并充分搅拌使水杨酸完全溶解，得澄清透明的均相溶液。然后在搅拌的条件下，向其中缓慢滴加45wt％的胆碱溶液5.306g。在25℃的温度条件下反应20h。反应物在50℃的条件下真空旋转蒸发60min，将大部分乙醇除去，然后将所得的液体置于真空干燥箱50℃干燥48h，最终得性状为淡黄色、粘稠液体的产品4.526g。
实施例3精密称取环己烷羧酸2.585g，加入圆底烧瓶中，再向其中加入5ml甲醇作为反应介质，并充分搅拌使环己烷羧酸完全溶解，得澄清透明的均相溶液。然后在搅拌的条件下，向其中缓慢滴加40wt％的苄基三甲基氢氧化铵的甲醇溶液8.401g。在20℃的温度条件下反应22h。反应物在40℃的条件下真空旋转蒸发90min，将大部分甲醇除去，然后将所得的产物置于真空干燥箱50℃干燥48h，最终得产物5.210g。
实施例4精密称取水杨酸1.381g，加入圆底烧瓶中，再向其中加入10ml乙醇作为反应介质，并充分搅拌使水杨酸完全溶解，得澄清透明的均相溶液。然后在搅拌的条件下，向其中缓慢滴加40wt％的苄基三甲基氢氧化铵的甲醇溶液4.189g。在15℃的温度条件下反应24h。反应物在40℃的条件下真空旋转蒸发60min，将大部分反应介质乙醇以及苄基三甲基氢氧化铵的甲醇溶液中的甲醇除去，然后将所得的产物置于真空干燥箱50℃干燥48h，最终得产物2.592g。
权利要求
1.一种环烷酸季铵盐类离子液体，其特征在于该类离子液体是以环烷酸类系列化合物为阴离子供体，以叔胺类和季胺碱类化合物为阳离子供体，在一定介质中按照等摩尔比，在一定温度、压力条件下反应一定时间合成的，该类离子液体的结构式如下所示 其中，阴离子是主体为五元环或者六元环的一元羧酸，n＝1～5，R为烃基取代物；阳离子供体若为叔胺类化合物，R1为H，R2、R3、R4为相同或者不同的碳原子数为1～4的烷基、羟基的取代物；阳离子供体若为季胺碱类化合物，R1、R2、R3、R4为相同或者不同的碳原子数为1～12的烷基、羟基或芳基的取代物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该类离子液体的阴离子供体为环烷酸类系列化合物，主要包括环戊烷羧酸、环己烷羧酸、1-甲基-1-环己烷羧酸、4-戊基环己烷羧酸、二环己基乙酸、环己烯甲酸、环戊基甲酸、苯甲酸、乙酰水杨酸、松香酸、脱氧胆酸、5β-胆烷酸、18-β-甘草次酸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中该类离子液体的阳离子供体为叔胺类和季胺碱类化合物，其中叔胺类化合物主要包括N，N-二乙基乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、N，N-二甲基丙醇胺、N，N-二甲基异丙醇胺、N，N-二乙基对甲苯胺、N，N-二乙基苯胺、N，N-二甲苯胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基环己胺、N，N-二异丙基乙胺、三正丁胺、三正丙胺；季胺碱类化合物主要包括四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵、苄基三乙基氢氧化铵、十二烷基三甲基氢氧化铵、三辛基甲基氢氧化铵、胆碱、乙酰胆碱、丁酰胆碱、苯甲酰胆碱、磷脂酰胆碱。
4.根据权利要求1～3所述的方法，其中该类离子液体的合成主要是各自选取上述阴、阳离子供体化合物中的一种，按照等摩尔比通过一步中和反应完成，反应效率高，没有副产物。
5.根据权利要求1所述的方法，其中反应的介质主要为水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、环己烷中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中该类离子液体是在常压下，10～50℃的温度条件下反应2～24h合成的。
全文摘要
本发明选取环烷酸类系列化合物中的一种为阴离子供体；选取叔胺类化合物或季胺碱类化合物中的一种为阳离子供体，以水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、环己烷中的一种或者几种的混合物作为反应介质，按照等摩尔比在常温、常压下通过一步中和反应生成环烷酸季铵盐类离子液体。该路线操作经济简便，反应效率高，没有副产物。生成的环烷酸季铵盐类离子液体具有较高的电导率、较高的热稳定性以及较宽的电化学稳定区间，有着广泛的应用价值。
文档编号C07F9/00GK101050185SQ200710099180
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月16日 优先权日2007年5月16日
发明者张锁江, 于英豪, 姚宏玮 申请人:中国科学院过程工程研究所