专利名称：低黏度离子液体的制作方法
技术领域：
本发明涉及低黏度离子液体的制备方法，特别涉及一种黏度低和疏水性强的铁 基离子液体的制备，该离子液体所表现出的高热稳定性和强氧化性，可作为溶剂、催化 齐U、吸收剂广泛应用于科研与工业生产中。
背景技术：
离子液体是在室温及相邻温度下呈液态的物质，由不对称的有机阳离子和有机 或无机阴离子组成，离子液体由此可以分为两大类，一类是由有机阳离子和有机阴离子 组成的纯有机离子液体，另一类是由有机阳离子与无机络合阴离子组成的金属基离子液 体。离子液体的合成均是通过离子交换来实现的。离子液体的这种结构和合成特点使得 离子液体称为“结构可设计”的化合物，离子液体的种类难以计数。不仅如此，研究表明离子液体具有溶解能力强，挥发性低，热稳定性高的优 点，因此离子液体又被称为“绿色溶剂”。离子液体不仅应用于电化学中的电解质，而 且在有机合成中作为环境友好溶剂以及多相催化中的固定相等方面，均有大量的研究报 道，离子液体的潜在工业应用前景也备受关注。但是至今，离子液体在工业中的应用未见有大规模的报道，其中主要因为(1) 现有的离子液体价格昂贵；(2)离子液体的黏度大，不利于工业操作；(3)离子液体水溶 性较大，流失较为严重，不利于循环再利用。因此，发展绿色的离子液体合成方法，开 发低廉的离子液体，尤其是低黏度离子液体的合成，才能满足离子液体在工业生产中的 要求，最终实现大规模应用。铁基离子液体是金属基离子液体中研究最为广泛的离子液体之一，主要应用有 机合成的催化体系。起初，大多的铁基离子液体是将氯化烷基咪唑化合物与无水三氯化 铁在密封干燥的惰性气氛环境中进行反应，以避免空气中的水分干扰。自2004年日本科 学家首次报道在开放环境中采用水合氯化铁混合反应直接合成可以与水自动分相的铁基 离子液体。这是一种可以采用廉价原料并在开放环境的简易合成离子液体的方法。由此 可以通过优化原料的配比，获得组分不同，物化特性各异的离子液体，尤其降低离子液 体的黏度，使得这种集有机离子液体的超溶解特性、强疏水性和高的热稳定性离子液体 和过渡金属离子的氧化性能于一体的离子液体能够满足工业生产的要求，发展其在工业 有机溶媒的分离回收和还原性废气的净化方面广泛应用
发明内容
本发明的目的是针对功能化离子液体合成过程中为了实现离子液体的特殊功能 而必需选择具有特定结构的原料及设定复杂的合成工艺的技术难题，提供一种低黏度的 离子液体的简单易行的合成方法。这种离子液体是由有机阳离子与络合铁阴离子组合而 成，通过调控络合铁阴离子含量可以获得黏度很低的离子液体，为实现离子液体在工业 应用奠定基础。此离子液体同时将有机离子液体的超溶解能力、疏水性强和热稳定性高，以及过渡金属基离子液体的氧化性能集于一体，在分离回收工业有机溶媒及净化还 原性废气方面有广泛的应用前景。本发明的目的是通过如下的技术方案实现的 低黏度离子液体的制备包括以下步骤1)以咪唑类化合物为原料，与氯烷烃物质直接混合(无需助溶剂)于带有回流 冷凝管的反应装置.水浴加热到60 90°C，恒温反应30 90小时，用乙酸乙酯多次洗 涤，再减压蒸馏得氯化烷基咪唑离子液体产物。2)将上述方法合成的氯化烷基咪唑离子液体与氯化铁以一定摩尔比混合，在室 温下的开放环境中长时间搅拌，离心分层得低黏度离子液体。上述方法反应式如下 Cl + FeCb-6H2O^i-[Fi ^ R1] FeCI4"所述咪唑原料的结构式为其中R代表碳原子数为1 4的烷基取代基，Rl代表碳原子数为3 16的烷基 取代基(包括苄基取代基和萘基取代基等)所述的咪唑类化合物是可以是N-甲基咪唑，也可以是N-丁基咪唑、N-丙基咪 唑、N-苄基咪唑等所述的氯代烷烃可以是氯代正丁烷，也可以是氯代正辛烷等的3 16个碳的氯 代烷烃等。所述的氯化铁可以是含六个结晶水的水合氯化铁，也可以是无水氯化铁。所述的开放环境是指没有除水密封干燥的保护装置和惰性气氛保护的常压条件 下的自然环境。本发明所述的离子液体黏度在室温条件下用旋转粘度计测定。本发明所述的离子液体的氧化还原电位采用氧化还原电极直接测定。本发明所述的离子液体的热稳定性测量过程如下将盛放样品坩埚放置在马弗 炉中，在空气气氛中100°c为始点每10°C设置一样品加热1小时，样品开始固化为临界 点，即为离子液体的热稳定性。本发明所述的离子液体疏水性能是在离子液体与水组成的液液两相体系中，采 用卡尔费休法测定离子液体中的水份含量。下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的介绍，但本发明不限于 此实例。
实施例1
在带有冷凝回流装置的250ml三口烧瓶中放入N-丁基咪唑(6 ，0.52mol)和氯 丁烷(58.14g，0.62mol),反应混合物在78°C机械搅拌反应72个小时，反应混合物冷却后 用乙酸乙酯洗涤3 5次，去除未反应完全的原料，再减压蒸馏得淡黄色粘稠液体，1-丁 基-3-丁基氯化咪唑110g，产率90%。
把产物1-丁基-3-丁基氯化咪唑分成四份，以物质量比(1 1，1 2，1 3， 1 4)加入FeCl3 · 6H20,常温下搅拌24h，离心静止分层，1 1的取下层液体， 1 2，1 3，1 4的分别取上层液体。
以下是四种铁基离子液体的物理数据和检测数据。
权利要求
1.一种低黏度离子液体的制备方法，其特征是咪唑类化合物与氯化铁在开放环境中 混合反应制得，具有很强的疏水特性，包括以下步骤(1)在带有机械搅拌装置的三口烧瓶中加入摩尔比为1 1.2的咪唑类化合物和氯代 烷烃，在机械搅拌下加热到60 90°C，反应30 90小时，得到氯化烷基咪唑类化合 物。(2)按一定比例将步骤(1)中的氯化烷基咪唑衍生物与氯化铁在开放环境中混合反 应，通过相分离得到离子液体产物。
2.如权利要求1中的咪唑类化合物是咪唑衍生物与氯代烷烃反应合成得到的产物，咪 唑衍生物可以是N-甲基咪唑，也可以是N-丁基咪唑、N-丙基咪唑、N-苄基咪唑等， 氯代烷烃可以是氯代正丁烷，也可以是氯代正辛烷等的3 16个碳的氯代烷烃等。
3.如权利要求1中离子液体的制备步骤(2)的“按一定比例”是指原料氯化铁与氯 化烷基咪唑的摩尔比超过1 1(含1 1)，但不大于4 1。
4.如权利要求1中的氯化铁是含六个结晶水的水合氯化铁，也可以是无水氯化铁。
5.如权利要求1中的“相分离”是指在反应过程中形成液-液-固多相体系，产物 离子液体独立分相可直接分离，无须经过蒸馏、结晶、干燥处理。
6.如权利要求1中离子液体的黏度小于200mPa.S。
7.如权利要求1中的“疏水特性”是指合成的离子液体与水形成的液液二相体系， 且经卡尔费休法测定离子液体的含水量为零。
8.如权利要求1中的开放环境是指没有除水密封干燥的保护装置和惰性气氛保护的常 压条件下的自然环境。
全文摘要
本发明涉及一种低黏度离子液体的制备方法。此离子液体为摩尔比大于1∶1的氯化烷基咪唑化合物与氯化铁在开放环境中直接混合反应得到的油相产物。该离子液体不仅黏度低且疏水性强，表现出较高的热稳性高和氧化能力。该离子液体作为溶剂、催化剂或吸收剂可以广泛应用于科研及工业生产中。
文档编号C07D233/58GK102020610SQ20091009248
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月16日 优先权日2009年9月16日
发明者何义, 余江, 陈灵波 申请人:北京化工大学