本发明涉及液体催化剂及应用技术领域，具体地说是一种五烷基胍离子液体及其制备和在二氧化碳反应中的应用。
背景技术：
工业的高速发展消耗了大量的化石能源，二氧化碳的排放量逐年增加，全球变暖问题越发严重，给人类生存带来了极大的危害，因此合理控制二氧化碳的排放和有效捕集利用二氧化碳具有重要意义。随着二氧化碳研究的深入，将其作为可再生C1资源合成高附加值化学品成为一种既能实现环保又符合能源资源节约的绿色合成途径。二十一世纪初，二氧化碳与邻氨基苯甲腈在强碱性催化剂作用下反应生成重要的医药中间体喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮的方法被开发出来，引起了广大化学家的关注，寻找一种催化体系在更温和的条件下高效地催化该反应一直是众人努力的方向。
离子液体具有极低的蒸汽压、较高的化学和热稳定性、结构多样性和结构可调性，被广泛应用于各类催化反应中，作为高效的均相催化剂，仍然可以被循环利用，且特殊设计过的离子液体在捕集吸收二氧化碳方面性能优异。
Yogesh等人首次将1-丁基-3-甲基咪唑氢氧根型离子液体引入氨基苯甲腈与二氧化碳羧环化反应中同时作为溶剂及催化剂，催化性能优异，循环多次产率稳定。后续一系列离子液体被开发出来并应用于催化该反应，且对带不同吸、供电子取代基的底物均有良好催化效果。
现有技术的离子液体合成工艺复杂，原料昂贵，制备成本高，污染环境或保存不易等问题，难以被广泛应用，因此发展一种制备简单、稳定性好和催化性能佳的离子液体对二氧化碳化学研究具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种五烷基胍离子液体及其制备和应用，采用四甲基胍与卤代烷的离子化得到五烷基胍离子液体，再与金属盐进行离子交换，制得五烷基胍酸根离子液体，合成工艺简单，制备成本低，不污染环境，易于保存，将其中酸根型离子液体应用在二氧化碳与邻氨基苯甲腈的羧环化反应中，具有催化性能好、反应条件温和后处理容易的优点，同时作为溶剂和催化剂，避免了大量有机溶剂的使用，符合绿色化学要求，是一种高效、经济且符合能源资源节约的绿色合成途径。
实现本发明目的的具体技术方案是：一种五烷基胍离子液体，其特点是将四甲基胍与卤代烷离子化后与金属盐进行离子交换，制得下述结构通式的五烷基胍离子液体，
其中：R为甲基、乙基、正丙基或正丁基；X-为碘离子、溴离子、醋酸根离子、硫酸氢根离子或硝酸根离子。
所述五甲基胍离子液体的阳离子为N,N,N’,N’,N”-五甲基胍离子、N,N,N’,N’-四甲基-N”-乙基胍离子、N,N,N’,N’-四甲基-N”-正丙基胍离子或N,N,N’,N’-四甲基-N”-正丁基胍离子，其阴离子为碘离子、溴离子、醋酸根离子、硫酸氢根离子或硝酸根离子。
一种五烷基胍离子液体的制备，其特点该离子液体的制备分别为五烷基胍卤离子液体和五烷基胍酸根离子液体的制备，所述五烷基胍卤离子液体的制备为0℃温度下和氩气保护下，将卤代烷缓慢滴加在搅拌着的四甲基胍与乙腈混合溶液中，然后在常温下继续搅拌12～24小时，反应液经旋蒸脱除乙腈后用乙酸乙酯洗涤三次，制得白色晶体的产物为五烷基胍卤离子液体。所述四甲基胍与卤代烷和乙腈的摩尔体积比为1mmol：0.8～1.2mmol：0.5～1ml；所述卤代烷为碘甲烷、溴代乙烷、1-溴代正丙烷或1-溴代正丁烷；所述五烷基胍卤离子液体为碘-N,N,N’,N’,N”-五甲基胍离子液体、溴-N,N,N’,N’-四甲基-N-正丙基离子液体或溴-N,N,N’,N’-四甲基-N-正丁基胍溴离子液体。
所述五烷基胍酸根离子液体的制备为18～35℃温度下将五烷基胍卤离子液体与金属盐和乙醇混合，搅拌1～6小时后过滤反应液，其滤液在0～4℃温度下静置20～120分钟，再次过滤，其滤液经旋蒸脱除乙醇后得透明黏稠的产物为五烷基胍酸根离子液体，所述五烷基胍卤离子液体与金属盐和乙醇的摩尔体积比为1mmol：1～2.5mmol：0.5～1ml；所述金属盐为醋酸铅、硫酸氢钠或硝酸钠；所述五烷基胍酸根离子液体为五烷基胍醋酸根离子液体、五烷基胍硫酸氢根离子液体或五烷基胍硝酸根离子液体。
一种五烷基胍离子液体的应用，其特征在于该五烷基胍酸根离子液体在二氧化碳与邻氨基苯甲腈的羧化环化反应中作为催化剂合成喹唑啉-2,4(1H,3H)-酮，其反应结构式如下：
所述五烷基胍酸根离子液体在二氧化碳与邻氨基苯甲腈的羧化环化反应为邻氨基苯甲腈或其衍生物与五烷基胍酸根离子液体按摩尔比为1:2～5混合，然后通入压力为0.1～2MPa的二氧化碳，在60～100℃温度下搅拌10～15小时进行羧化环化反应，反应结束后用蒸馏水搅拌分离催化剂，沉淀物经甲基叔丁基醚洗涤后在100℃温度下烘干，得产物为喹唑啉-2,4(1H,3H)-酮或其衍生物。
本发明与现有技术相比具有催化活性高，合成工艺简单，成本低廉，反应条件温以及不使用有机溶剂和循环使用步骤简单等优点，在均相催化二氧化碳反应过程中表现优异，离子液体低蒸汽压、高热稳定性、良好的有机物溶解性的特点利于其作为催化体系，尤其是应用在二氧化碳与邻氨基苯甲腈的羧环化反应合成中，可以在较温和条件下得到喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物，在药物化学和医药中间体化合物的研究中具有重要意义。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
在0℃温度下和氩气保护下，将2.10g(20mmol)四甲基胍溶于10ml乙腈混合成A溶液，2.40g(22mmol)溴代乙烷溶于10ml乙腈配制成B溶液，然后B溶液以1滴/秒的速度缓慢滴加在A溶液中搅拌混合，将反应体系在常温下搅拌24小时进行离子化反应，反应结束后，在旋转蒸发仪上将乙腈旋干，用乙酸乙酯25ml/次洗涤三次，室温下真空干燥后得白色晶体产物为溴-N,N,N’,N’-四甲基-N-乙基胍离子液体，其产率为88％。
实施例2
称取2.14g(10mmol)上述制备的溴-N,N,N’,N’-四甲基-N-乙基胍离子液体溶于5ml乙醇配制成C溶液，称取1.90g(5mmol)三水合醋酸铅溶于5ml乙醇配制成D溶液，室温下将C溶液与D溶液混合，搅拌2小时后过滤反应液，其滤液在4℃温度下静置20分钟，再次过滤，其滤液经旋蒸脱除乙醇后得透明黏稠的产物为N,N,N’,N’-四甲基-N”-乙基胍醋酸根离子液体，其产率为93％。
实施例3
在0℃温度下和氩气保护下，将2.10g(20mmol)四甲基胍溶于10ml乙腈混合成E溶液，2.84g(20mmol)碘甲烷溶于8ml乙腈配制成F溶液，然后F溶液以1滴/秒的速度缓慢滴加在E溶液中搅拌混合，将反应体系在常温下搅拌12小时进行离子化反应，反应结束后，在旋转蒸发仪上将乙腈旋干，用乙酸乙酯25ml/次洗涤三次，室温下真空干燥后得到白色晶体产物为碘-N,N,N’,N’,N”-五甲基胍离子液体，其产率为95％。
实施例4
称取2.47g(10mmol)上述制备的碘-N,N,N’,N’,N”-五甲基胍离子液体溶于7ml乙醇配制成G溶液，称取1.20g(10mmol)硫酸氢钠溶于3ml乙醇配制成H溶液，室温下将G溶液与H溶液混合，搅拌1小时后过滤反应液，其滤液在0℃温度下静置60分钟，再次过滤，其滤液经旋蒸脱除乙醇后得透明黏稠的产物为N,N,N’,N’,N”-五甲基胍硫酸氢根离子液体，其产率为60％。
实施例5
称取0.606g(3mmol)上述制备的N,N,N’,N’-四甲基-N-乙基胍醋酸根离子液体为催化剂与0.118g(1mmol)邻氨基苯甲腈置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，升温至80℃，然后通入压力为0.5MPa的二氧化碳进行下述反应结构式的二氧化碳反应：
搅拌反应12小时进行羧化环化反应，反应结束后自然冷却至室温，加入10ml蒸馏水搅拌均匀以分散离子液体与产物，过滤体系，用少量蒸馏水洗涤，并将滤液旋干水分回收离子液体，沉淀物用甲基叔丁基醚15ml/次洗涤三次后在100℃温度下烘干，得产物为喹唑啉-2,4(1H,3H)-酮，其产率为87％，其回收的离子液体催化剂经乙醚洗涤后真空干燥2小时，可再次在二氧化碳与邻氨基苯甲腈的羧化环化反应中作为催化剂循环使用。
所述二氧化碳与邻氨基苯甲腈的羧化环化反应中优选为醋酸根型胍离子液体，二氧化碳反应压力优选为0.5MPa，反应温度优选为80℃，反应时间优选为12小时。以上各实施例只是进一步说明本发明，并非用以限制本发明专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本发明专利的权利要求范围之内。