一种离子液体的高效合成新方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种离子液体的高效合成新方法，具体来说是在离子液体的合成过程中采用超声波-微波协同加热的方式代替传统的油浴、水浴或者电加热方式，属于离子液体合成技术领域。
【背景技术】
[0002]离子液体是近几年备受关注的新型溶剂，因其熔点低、热稳定性好、不易挥发、溶解能力强、分子结构可设计以及电化学窗口宽等独特性质，被认为是一种可替代传统挥发性溶剂的绿色溶剂和反应介质，在提取、合成、新能源等领域具有潜在应用价值。自2002年美国阿拉巴马大学Rogers教授课题组报道了 1_ 丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)可以直接溶解不经过任何处理的纤维素后(Swatloski RP, J.AM.Chem.Soc.，2002, 124(18):4974-4975.)，便开启了离子液体在天然高分子萃取加工中的研究热潮。先后有离子液体溶解壳聚糖(Xie HB, Green Chem.，2006，8 (7):630-633.)、蛋白质等(Azila I, Green Chem.，2013，15 (2): 525—534.)的相关报道，也有将离子液体应用于有机合成(龙金星，物理化学学报，2015，31 (2):337-343.)、电化学(Liu ffff, J.Mater.Chem.，2011，21 (35): 13205-13212.)等方面的研究论文。
[0003]目前关于离子液体的合成，一步法和两步法是通常采用的方法，但不论哪种方法常规的油浴加热搅拌均需要很长时间，短则几个小时，长则几十个小时，进而导致离子液体的合成效率低下且产率不高，但能耗却比较高(张晓春，化学进展，2010，22(7):1499-1508)，这也是离子液体价格昂贵的原因之一，为此，近年来出现了外场强化来合成离子液体的方法，如超声波法和微波法(Messali M, ActaPharm.，2015，65(3):253-270.)。尽管如此，有关本发明所涉及的采用超声波-微波协同加热来合成离子液体的方法至今尚未见公开，其合成方法及相关数据也是由本发明首次提及。
【发明内容】
[0004]本发明提出采用超声波-微波协同加热方式来合成离子液体，以解决传统加热方式合成离子液体时间长、产率低的问题。
[0005]具体内容如下:
[0006]—种离子液体的高效合成新方法，其特征在于在离子液体的合成过程中采用超声波-微波协同加热方式。所述的离子液体是由一种阳离子和一种阴离子组成，其中阳离子有:烷基取代的咪唑类离子、烷基取代的吡啶离子、烷基季铵离子、烷基季磷离子等，阴离子有:Cl、Br、F、BF4、PF6、CH3C00、N03、S04等，但又不局限于上述离子种类。所使用的超声波功率范围为0-1500W，微波功率范围为0-1500W，每次合成量为200_2000ml。
[0007]根据上述方法所合成的离子液体可应用于天然高分子如纤维素、甲壳素、蛋白质等的萃取、溶解，但又不局限于此三种物质，也可应用于电化学、催化剂等相关领域。
【附图说明】
[0008]图1是本发明合成离子液体的示意图。
具体实施例
[0009]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。
[0010]实施例1
[0011]—步法合成1- 丁基-3-甲基咪卩坐氯盐([Bmim]Cl)
[0012]向500ml的圆底烧瓶中加入1.05mol的1-氯丁烷，再向恒压滴液漏斗中加lmol的N-甲基咪唑，在图1所示的超声波-微波组合反应器中进行反应，控制恒压滴液漏斗的旋钮使lmol的N-甲基咪唑在一分钟滴完，左边通冷却水，设定超声波功率为500W，微波加热功率为300W，在80°C条件下反应60分钟。通过核磁和液相色谱-质谱联用仪测试反应后混合物中目标产物[Bmim]Cl的含量高达95%。
[0013]实施例2
[0014]一步法合成1-乙基-3-甲基咪卩坐醋酸盐([Emim]Ac)
[0015]向500ml的圆底烧瓶中加入1.2mol的溴乙烷和0.5mol的醋酸铅，向恒压滴液漏斗中加lmol的N-甲基咪唑，在超声波微波组合反应器中进行反应，控制恒压滴液漏斗的旋钮使lmol的N-甲基咪唑在一分钟滴完，左边通冷却水，设定超声波功率为1000W，微波加热功率为900W，在50°C条件下反应30分钟。通过核磁和液相色谱-质谱联用仪测试反应后混合物中目标产物[Emim]Ac的含量为92%。
[0016]实施例3
[0017]两步法合成1- 丁基-3-甲基咪卩坐四氟硼酸盐([Bmim]BF4)
[0018]第一步:1-丁基-3-甲基咪卩坐溴盐([Bmim]Br)的合成
[0019]向2000ml的圆底烧瓶中加入2.lmol的溴代正丁烷，再向恒压滴液漏斗中加2mol的N-甲基咪唑，在超声波-微波组合反应器中进行反应，控制恒压滴液漏斗的旋钮使2mol的N-甲基咪唑在二分钟滴完，设定超声波功率为1200W，微波加热功率为1500W，在100°C条件下反应20分钟。通过核磁和液相色谱-质谱联用仪测试反应后混合物中中间产物[Bmim]Br的含量高达98%。
[0020]第二步:目标产物[Bmim] BF4的合成
[0021]向上述合成的[Bmim]Br中加入2mol氟硼酸钠，再加入500ml的甲醇作溶剂，在1000W的超声波、1200W的微波，50°C条件下反应20分钟。通过核磁和液相色谱-质谱联用仪测试反应后混合物中目标产物[Bmim] BF4的含量高达95 %。
[0022]实施例4
[0023]一步法合成N-乙基P比啶溴盐([EPy]Br)
[0024]向1000ml的圆底烧瓶中加入4.2mol的溴乙烷和4.0mol的吡啶，在超声波-微波组合反应器中进行反应，通冷却水冷凝挥发的溴乙烷，设定超声波功率为1000W，微波加热功率为800W，在50°C条件下反应60分钟。通过计算确定整个合成过程中目标产物[EPy]Br的收率为89%。
[0025]实施例5
[0026]两步法合成1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Amim]PF6)
[0027]第一步:1-稀丙基-3-甲基咪卩坐氯盐([Amim]Cl)的合成
[0028]向250ml的圆底烧瓶中加入0.55mol的氯丙烯和0.5mol的N-甲基咪唑，在超声波-微波组合反应器中进行反应，通冷却水冷凝挥发的氯丙烯，设定超声波功率为200W，微波加热功率为300W，在60 °C条件下反应10分钟。通过核磁和液相色谱-质谱联用仪测试反应后混合物中中间产物[Amim]Cl的含量高达96%。
[0029]第二步:目标产物[Amim]PF6的合成
[0030]通过恒压滴液漏斗向上述合成的[Amim]Cl中加入5mol/L的六氟磷酸钾水溶液100ml，在300W的超声波、500W的微波，30°C条件下反应20分钟。通过核磁和液相色谱-质谱联用仪测试反应后混合物中目标产物[AminJPFj^含量为93%。
【主权项】
1.一种离子液体的高效合成新方法，其特征在于在离子液体的合成过程中采用超声波-微波协同加热方式，采用此设备合成离子液体可以缩短反应时间、降低反应温度，所得目标产物纯度高、副产物少，有大规模推广的潜在可能性。2.根据权利要求1所述的一种离子液体的高效合成新方法，其特征在于:所述的离子液体是由一种阳离子和一种阴离子组成，其中阳离子有:烷基取代的咪唑类离子、烷基取代的吡啶离子、烷基季铵离子、烷基季膦离子等，阴离子有:C1、Br、F、BF4、PF6、CH3C00、N03、S04等，但不局限于上述离子种类。3.根据权利要求1所述的一种离子液体的高效合成新方法，其特征在于:所使用的超声波功率范围为0-1500W，微波功率范围为0-1500W，每次合成量为200_2000ml。4.根据权利要求1所述的一种离子液体的高效合成新方法，其特征在于:所合成的离子液体可应用于天然高分子如纤维素、甲壳素、蛋白质等的萃取、溶解，但又不局限于此三种物质，也可应用于电化学、催化剂等相关领域。
【专利摘要】本发明涉及一种离子液体的高效合成新方法，其特征在于在离子液体的合成过程中采用超声波-微波协同加热的方式。本发明所提出的超声波-微波协同加热合成离子液体新方法可以缩短反应时间、降低反应温度，减少了能耗，而且所得到的目标产物纯度高、副产物少，有大规模推广的潜在可能性。
【IPC分类】C07D233/58, C07D213/20, C07D213/127
【公开号】CN105315215
【申请号】CN201510778811
【发明人】马博谋, 侯秀良, 乔雪
【申请人】江南大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月13日