专利名称：含双烷基代咪唑盐和咪唑的二元离子液体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种含双烷基代咪唑盐和咪唑的二元离子液体及其制备方法，确切地说，涉及一种含1，3-二烷基取代咪唑盐(1，3-dialkylimidazolium)与咪唑(imidazole)的二元离子液体及其制备方法，属化学材料及其制备技术领域。
背景技术：
大量使用易挥发性有机溶剂，如苯、卤代烃、醇、酮等，使传统化学反应及相关化学工业成为当今世界主要的环境污染源。针对这一弊端，寻找绿色替代溶剂便是21世纪“绿色化学”重要研究内容之一。室温离子液体以其对环境的友好逐渐被人们所认识和接受，如作为反应介质具有更宽的液态范围和几乎可以忽略的蒸气压，且可以重复使用，极大地避免了因大量使用和挥发造成的资源浪费和环境污染问题。
背景技术：
中有一种以AlCl3等金属盐为阴离子的离子液体。以[EMIM]Cl/AlCl3([EMIM]+为1-甲基-3-乙基咪唑阳离子)离子液体为例，随着[EMIM]Cl和AlCl3两者比例的不同，阳离子始终以[EMIM]+存在，而阴离子之间存在多重动态平衡，如等，因此，其实际组分是由[EMIM]Cl、[EMIM][AlCl4]、[EMIM][Al2Cl7]、[EMIM][Al3Cl10]、[EMIM][Al4Cl13]等其中一种、或两种、或更多组分同时存在而组成的。同时该离子液体的物理性质发生改变，如导电率增加、粘度减小、熔点降低(低于任一单一组分)等。此类离子液体研究得较早，赵东滨等人在《大学化学》2002，第17期，第42-50页，提到在20世纪40年代Texas的Frank Hurley和TomWier已发现这类离子液体。其缺点是对水极其敏感，要完全在真空或惰性气氛下进行处理和应用，质子和氧化物杂质的存在对该类离子液体中的化学反应有决定性的影响。另外因AlCl3遇水会放出HCl，因此此类离子液体仍会污染环境。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种没有上述离子液体缺点的含双烷基代咪唑盐和咪唑的二元离子液体，其特征在于，该离子液体具有以下分子结构分子式和结构式分别为[RCH3IM]X/IM和 其中，R表示C1-C8的烷烃基，包括CH3(M)，C2H5(E)，C3H7(P)，C4H9(B)，C5H11(F)，C6H13(S)，C7H15(H)，C8H17(O)；X-表示Cl-，Br-；IM表示咪唑。
本发明的另一个目的是提出一种所涉二元离子液体的制备方法，为制备该离子液体而采用的技术方案是将咪唑溶入熔融的1，3-二烷基取代咪唑盐，两者的质量比为任意。
现详细说明该技术方案。一种含双烷基代咪唑盐和咪唑的二元离子液体的制备方法，其特征在于，操作步骤第一步 称取原料按产物的熔点要求，称取原料1，3-二烷基取代咪唑盐和咪唑，备用，1，3-二烷基取代咪唑盐的分子式为[RCH3IM]X或[RMIM]X，其中R表示C1-C8的烷烃基，X-为Cl-、Br-，咪唑的分子式为IM；第二步 熔融处理在70～100℃范围内真空状态下使1，3-二烷基取代咪唑盐完全熔融；第三步 加咪唑，得产物将咪唑溶入经上步处理的熔融物内，搅拌均匀，得产物、含双烷基代咪唑盐和咪唑的二元离子液体。
含1，3-二烷基取代咪唑盐和咪唑的二元离子液体对水稳定，无腐蚀性，反应过程属清洁绿色工艺，遇水不会产生HCl，不产生二次污染，无需再处理。而且二元离子液体形成了简单低共熔混合物，即二元离子液体的熔点随咪唑质量百分含量的增加呈现先降低后升高的趋势，见图1，而二元离子液体的粘度的变化与熔点变化趋势完全一致，以低共熔点所对应的咪唑含量为界，低于这一值时粘度随其增加而减小，高于这一值则相反，也即当二元离子液体中咪唑含量达某一值，熔点最低的同时粘度也最小。而二元离子液体的导电率几乎不受咪唑含量变化的影响，维持在与单一1，3-二烷基取代咪唑盐组分相同数值。
本发明与背景技术相比具有以下有益效果(1)具有常规离子液体的共同特性，如液态范围广、蒸气压低、导电性好、强极性，以及对某些物质的溶解和催化的选择性等，并在一定比例范围内表现出比任意单一组分更低的熔点及粘度，且保持较高的导电性。
(2)在制备过程中通过控制1，3-二烷基取代咪唑盐和咪唑的质量百分比，设计所需二元离子液体的熔点、导电率、粘度、极性及对其它物质的溶解性等物理参数，操作简单，无腐蚀性，对水稳定，遇水不会产生HCl，不产生二次污染。
(3)本发明进一步充实和完善了离子液体原有的定义，即离子液体除了是在室温下呈熔融态并表现出离子特性的纯净物外，它还是一种混合物。
图1是含1，3-二烷基取代咪唑盐，(1-甲基-3-乙基溴化咪唑盐)和咪唑的二元离子液体的熔点与咪唑质量百分含量的关系曲线，其中纵坐标和横坐标分别为二元离子液体的熔点和咪唑质量百分含量。制备该二元离子液体时，可利用图1指导按产物的熔点要求称取原料。
本发明涉及16种二元离子液体的制备。其他15种离子液体均各自有一条熔点与咪唑质量百分含量关系曲线。同理，制备其他15种二元离子液体时，也可利用各自的熔点与咪唑质量百分含量关系曲线来指导按各自产物的熔点要求称取各自的原料。
上述关系曲线根据大量实验结果绘制而成。
具体实施例方式
实施例11-甲基-3-乙基咪唑氯化盐与咪唑二元离子液体[EMIM]Cl/IM的制备1-甲基-3-乙基咪唑氯化盐是1，3-二烷基取代咪唑盐之一。按产物的熔点要求，称取一定质量的1-甲基-3-乙基咪唑氯化盐([EMIM]Cl)和咪唑，在70～100℃范围内真空状态下使[EMIM]Cl完全熔融，将相应量的咪唑溶入，搅拌直至混合均匀，得到含不同IM％的二元离子液体，即[EMIM]Cl/IM。
实施例21-甲基-3-乙基咪唑溴化盐与咪唑二元离子液体[EMIM]Br/IM的制备1-甲基-3-乙基咪唑溴化盐是1，3-二烷基取代咪唑盐之一。按产物的熔点要求，称取一定质量的1-甲基-3-乙基溴化咪唑盐([EMIM]Br)与咪唑，在70～100℃范围内真空状态下使[EMIM]Br完全熔融，将相应量的咪唑溶入，搅拌直至混合均匀，得到含不同IM％的二元离子液体，即[EMIM]Br/IM。
实施例31-甲基-3-丁基咪唑氯化盐与咪唑二元离子液体[BMIM]Cl/IM的制备1-甲基-3-丁基咪唑氯化盐是1，3-二烷基取代咪唑盐之一。按产物的熔点要求，称取一定质量的1-甲基-3-丁基咪唑氯化盐([BMIM]Cl)与咪唑，在70～100℃范围内真空状态下使[BMIM]Cl完全熔融，将相应量的咪唑溶入，搅拌直至混合均匀，得到含不同IM％的二元离子液体，即[BMIM]Cl/IM。
实施例41-甲基-3-丁基咪唑溴化盐与咪唑二元离子液体[BMIM]Br/IM的制备
1-甲基-3-丁基咪唑溴化盐是1，3-二烷基取代咪唑盐之一。按产物的熔点要求，称取一定质量的1-甲基-3-丁基咪唑溴化盐([BMIM]Br)与咪唑，在70～100℃范围内真空状态下使[BMIM]Br完全熔融，将相应量的咪唑溶入，搅拌直至混合均匀，得到含不同IM％的二元离子液体，即[BMIM]Br/IM。
实施例51-甲基-3-辛基咪唑氯化盐与咪唑二元离子液体[OMIM]Cl/IM的制备1-甲基-3-辛基咪唑氯化盐是1，3-二烷基取代咪唑盐之一。按产物的熔点要求，称取一定质量的1-甲基-3-辛基咪唑氯化盐([OMIM]Cl)与咪唑，在70～100℃范围内真空状态下使[OMIM]Cl完全熔融，将相应量的咪唑溶入，搅拌直至混合均匀，得到含不同IM％的二元离子液体，即[OMIM]Cl/IM。
实施例61-甲基-3-辛基咪唑溴化盐与咪唑二元离子液体[OMIM]Br/IM的制备1-甲基-3-辛基咪唑溴化盐是1，3-二烷基取代咪唑盐之一。按产物的熔点要求，称取一定质量的1-甲基-3-辛基咪唑溴化盐([OMIM]Br)与咪唑，在70～100℃范围内真空状态下使[OMIM]Br完全熔融，将相应量的咪唑溶入，搅拌直至混合均匀，得到含不同IM％的二元离子液体，即[OMIM]Br/IM。
实施例7熔点为16.5℃的1-甲基-3-乙基咪唑溴化盐与咪唑二元离子液体[EMIM]Br/IM的制备1-甲基-3-乙基咪唑溴化盐是1，3-二烷基取代咪唑盐之一。产物，1-甲基-3-乙基溴化咪唑盐与咪唑二元离子液体[EMIM]Br/IM的指望熔点是16.5℃。由图1所示关系曲线知，该熔点对应的咪唑质量百分含量为29.0％。分别称取1-甲基-3-乙基咪唑溴化盐([EMIM]Br)14.2g与咪唑(IM)5.8g，在70～100℃范围内真空状态下使[EMIM]Br完全熔融，将相应量的咪唑溶入，搅拌直至混合均匀，得到熔点为16.5℃的1-甲基-3-乙基咪唑溴化盐与咪唑二元离子液体。
权利要求
一种含双烷基代咪唑盐和咪唑的二元离子液体，其特征在于，该离子液体具有以下分子结构分子式和结构式分别为[RCH3IM]X/IM和 其中，R表示C1-C8的烷烃基，包括CH3(M)，C2H5(E)，C3H7(P)，C4H9(B)，C5H11(F)，C6H13(S)，C7H15(H)，C8H17(O)；X-表示Cl-，Br-；IM表示咪唑。
2.权利要求1所述的含双烷基代咪唑盐和咪唑的二元离子液体的制备方法，其特征在于，操作步骤第一步称取原料按产物的熔点要求，称取原料1，3-二烷基取代咪唑盐和咪唑，备用，1，3-二烷基取代咪唑盐的分子式为[RCH3IM]X或[RMIM]X，其中R表示C1-C8的烷烃基，X-为Cl-、Br-，咪唑的分子式为IM；第二步熔融处理在70～100℃范围内真空状态下使1，3-二烷基取代咪唑盐完全熔融；第三步加咪唑，得产物将咪唑溶入经上步处理的熔融物内，搅拌均匀，得产物、含双烷基代咪唑盐和咪唑的二元离子液体。
全文摘要
一种含双烷基代咪唑盐和咪唑的二元离子液体及其制备方法，属化学材料及其制备技术领域，制备该离子液体的技术方案是将咪唑溶入熔融的1，3－二烷基取代咪唑盐，两者的质量比为任意，有可设计所需二元离子液体的熔点，操作简单，无腐蚀性，对水稳定，遇水不会产生HCl，不产生二次污染等有益效果，该二元离子液体特别适于用作对环境无污染的绿色溶剂。
文档编号C07D233/00GK1445021SQ0311664
公开日2003年10月1日 申请日期2003年4月25日 优先权日2003年4月25日
发明者单永奎, 戴立益, 华春燕, 叶生荣, 何鸣元 申请人:华东师范大学