离子液体制备资料课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微波辐射下溴代N-丁基吡啶离子液体的制备及其催化效果探讨,主要内容,选题的意义及离子液体的研究、应用现状,实验部分,实验结果与讨论,结论,选题的意义及离子液体的研究、应用现状,1.背景综述,化学在保证和提高人类生活质量和保护自然环境以及增强化学工业方面起着重要的作用，化学科学的研究成果和化学知识的应用，创造了无数的新产品，然而，随着这些新产品的出现，给人类原本和谐的生态环境带来了各式各样的毒物，这些毒物威胁着人类的健康，伤害着我们的地球于是化学家竭尽所能的利用绿色化学的原理和方法减少或消灭那些对人类健康、安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和生产为了适合当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求，人们开始寻求一些对环境友好理想替代,品1929年，将乙胺与20%的硝酸反应后，减压除去水分，得到油状液体，熔点为8，元素分析的结果表明，其组成符,C,2,H,8,N,2,O,3,，证明它是一种液体盐离子液体的无味、无恶臭、无污染、不易燃、易与产物分离、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点，是传统挥发性溶剂的理想替代品，为名副其实的、环境友好的绿色溶剂。

适合当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求，已越来越被人们认可和接受2.离子液体的分类,根据正离子可以分为4类:烷基季铵离子、烷基季瞵离子、1，3-二烷基取代的咪唑离子、N-烷基取代的吡啶离子根据负离子的不同可分为两大类:一类是卤化盐 ;另一类离子液体,也被称为新离子液体3.离子液体的性能研究,随着离子液体的大力发展和广泛应用，一些相关的化学工作人员在离子液体的性能方面也做了研究例如：结构、熔点、溶解性、吸湿性、酸性催化及循环性能分别进行了研究,4.离子液体的特点,离子液体的主要特点是：非挥发性或“零”蒸汽压；低熔点（可达零下100）；宽液程（可达零上200）；强的静电场;宽的电化学窗口（可达5V-7V）；良好的离子导电（25mS/cm）与导热性、高热容及热能储存密度；高热稳定性（分解温度高于400）；选择性溶解力，称为“液体”分子筛；可设计性5.国内外的应用现状,离子液体的阳离子和阴离子可以有多种形式，可设计成为带有特定末端或具有一系列特定性质的基团因此,它不仅作为绿色溶剂在分离过程、电化学、有机合成、聚合反应等方面有着十分广阔的应用前景，而且由于其独特的物理化学性质及性能，有望作为新型功能材料使用，是近年来国内外精细化工研究开发的热点领域,1).在分离过程中的应用,离子液体对有机物、无机物的溶解度高，蒸气压低，与许多有机溶剂不混溶，它已成为新型的液-液萃取剂。

例如：邓友全等人将离子液体应用到固-固分离领域中，在较温和条件下实现了硫酸钠和牛磺酸固体混合物的分离2).在电化学中的应用,离子液体完全是由离子构成的，是电化学工作者良好的研究对象，可应用于电解、电镀、电池、光电池等领域例如：苏轶坤等人采用二次阳极氧化法获得纳米多孔阳极氧化铝(AAO)模板3).在化学反应中的应用,离子液体种类多，选择范围宽，将催化剂溶于离子液体中，与离子液体一起循环利用，催化剂兼有均相催化效率高、多相催化易分离的优点例如：胥学旺等人用正交实验法获得了在离子液体中合成丙酸甲酯的最佳条件并考察了该离子液体的重复使用性能4).在功能材料方面的应用,刘维民等人制备了多种咪唑啉类离子液体作为润滑剂，他们发现烷基咪唑四氟硼酸盐离子液体对钢/钢、钢/铝、钢/铜、钢/单晶硅、钢/陶瓷以及陶瓷/陶瓷等体系具有良好的减阻抗磨和高承载能力，是一种极具发展前途的多功能润滑材料,5.离子液体的制备反应,离子液体的制备方法按加热方法可分为室温加热回流法和超声波法；按反应步骤可分为直接合成法和两步合成法实验部分,1.溴代正丁基吡啶的制备原理,从吡啶的结构上来看，氮原子上还剩一对孤对电子，所以具有碱性，同时其孤对电子没有参与共轭，所以它的碱性比参与共轭的苯胺、吡咯大。

它可以和强酸反应生成相应的盐，也可以和卤代烃或者酰卤反应生成季铵盐2.制备实验,2.1溴代正丁基吡啶的制备方法,制备溴代正丁基吡啶的反应式为：,分别取一定量的吡啶和溴代正丁烷混合于圆底烧瓶中，将烧瓶置于微波反应器内，设置一定的温度、功率，回流反应一定的时间后，蒸出过量的溴代正丁烷，得红棕色液体，室温下结晶得棕褐色晶体，真空干燥，称重，计算收率,2.2 乙酸乙酯的催化反应,制备乙酸乙酯的反应式为：,在配有回流冷凝管、恒速搅拌器的100mL圆底烧瓶中加入一定配比的乙酸和乙醇，并在烧瓶内预热一定的时间，同时打开搅拌器搅拌均匀，然后再加入一定量的溴代正丁基吡啶离子液体，在温度为75的水浴下搅拌反应2小时然后将回流装置改为蒸馏装置，蒸出全部可以蒸出的馏分蒸出的馏分依次用饱和食盐水、饱和碳酸氢钠和饱和食盐水进行洗涤将分液得到的酯层用无水硫酸镁干燥后再蒸馏，收集79-81的馏分即为产物产物为无色透明、有香味的油状液体结果与讨论,3.1 离子液体的红外光谱分析,通过观察红外光谱图可知：在3130 cm-1附近出现吡啶环上的C-H伸缩振动峰；2974 cm-1处为-CH3中的C-H不对称伸缩振动峰；1633 cm-1处为C=N的伸缩振动峰；在1610cm-1附近出现吡啶环中的C=C伸缩振动吸收峰；1493 cm-1处为吡啶环中的C=N伸缩振动峰；685 cm-1处为吡啶环上的C-H变形振动峰；722 cm-1处为正丁基面外变形振动峰；3435cm-1处为样品吸收了少量水分而带来的水的O-H伸缩振动峰。

通过上面谱图分析，可以确定产品为溴代N-丁基吡啶离子液体3.2 反应时间对BPyBr收率的影响,吡啶环上碳原子的电子密度比较小，在，-位会生亲核取代反应所以反应时间短，可能发生亲核取代反应；反应时间长，产物发生重排生成甲基吡啶盐固定微波功率为600W，溴代正丁烷与吡啶的摩尔比为1.50：1，改变反应时间，考察反应时间对BPyBr收率的影响，结果如下:,由图可知，开始阶段，随着反应时间的增加，溴代正丁基吡啶的收率逐步增加，在反应时间为45min时，溴代正丁基吡啶的收率达最大值，在反应时间超过45min后，溴代正丁基吡啶的收率下降，60min后，收率基本不变而且反应时间短，得到的溴代正丁基吡啶干燥后为浅黄色固体；时间过长，得到的产物为黑色固体，反应45min制得的产品为棕褐色.,3.3 不同摩尔比对BPyBr收率的影响,固定反应时间为45min，微波功率600W，改变溴代正丁烷与吡啶的摩尔比，考察原料比对产物收率的影响，结果下图：,由上图可知，随着溴代正丁烷与吡啶的摩尔比的增加，溴代正丁基吡啶BPyBr的收率在逐步下降，因而缩小溴代正丁烷与吡啶的摩尔比，再考察摩尔比对溴代正丁基吡啶BPyBr的收率的影响,由图可知，随着溴代正丁烷与吡啶的摩尔比的增加，溴代正丁基吡啶BPyBr的收率逐步增加，在摩尔比在1.05：1时，溴代正丁基吡啶BPyBr的收率达最大值，但当摩尔比超过1.05：1时，溴代正丁基吡啶BPyBr的收率逐步下降。

3.4 微波功率对BPyBr收率的影响,固定反应时间为45min,溴代正丁烷与吡啶的摩尔比为1.05：1，改变功率，考察微波功率对BPyBr收率的影响,随着微波功率的增加，溴代正丁基吡啶BPyBr的收率在逐步增加，在功率达到600W时，溴代正丁基吡啶BPyBr的收率达最大值，但当功率超过600W时，其收率在逐步下降，在功率由400W增至500W时，其收率增加幅度不大，但当超过700W之后，其收率大幅度下降综上所述，在反应时间为45min时，溴代正丁基吡啶BPyBr的收率达到78.64%；在溴代正丁烷与吡啶的摩尔比为1.05：1时，溴代正丁基吡啶BPyBr的收率达到91.32%；在微波功率为600W时，溴代正丁基吡啶BPyBr的收率达到76.49%通过以上实验数据及分析，本实验的最优工艺条件为：反应时间45min、溴代正丁烷与吡啶的摩尔比为1.05：1、微波功率为600W,3.5 离子液体对乙酸乙酯催化效果分析,乙酸乙酯在化工市场上相当活跃，它是应用最广泛、性能极好的工业溶剂之一目前国内外乙酸乙酯合成大多用浓硫酸或固体酸作催化剂，但是用浓硫酸作催化剂，对设备腐蚀严重，易炭化，副反应多，产生的二氧化硫对环境有污染；用固体酸作催化剂又存在着催化剂催化活性下降快，催化效率较低，产物分离困难，后处理较复杂等问题。

本文尝试采用酸性离子液体作为乙酸乙酯的催化剂，并和浓硫酸作催化剂时的催化效果进行比较3.5.1 两种不同催化剂下乙酸乙酯的制备,实验结果表明：,（1）由表可看出在n(乙酸)n(乙醇)n(离子液体)（mol）为8：8：1，水浴温度为75，反应时间为1小时时，乙酸乙酯的收率达到最大值56.7%随着离子液体的物质的量的增加收率反而下降2）由表可以看出在n(乙酸)n(乙醇)n(浓硫酸)（mol）为8：8：1，水浴温度为75，反应时间为2小时时，乙酸乙酯的收率也达到最大值48.3%，随着离子液体的物质的量的增加收率也有下降的趋势3）通过实验可知：酸性离子液体可以代替浓硫酸作为合成乙酸乙酯的催化剂，收率相对较高，且腐蚀性较小3.5.2 离子液体的重复使用性能,同样以乙酸乙酯的合成为例，在同一反应条件下考察了离子液体溴代N-丁基吡啶的重复使用性能,从上图可以看出溴代N-丁基吡啶离子液体重复使用5次后，催化性能基本保持不变，而且离子液体与产物分离经过处理后与初始离子液体的颜色和形状一致结论,（1）从产品红外光谱图可知该产品为溴代正丁基吡啶2）考察反应时间、微波功率及溴代正丁烷与吡啶的摩尔比对BPyBr收率的影响，确定最佳工艺条件为：反应时间为45min，功率为600W，溴代正丁烷与吡啶的摩尔比为1.05：1。

3）酸性离子液体可以代替浓硫酸作为合成乙酸乙酯的催化剂，循环使用5次后其催化活性基本不变离子液体在酯化反应中显示了良好的应用前景，对于清洁生产有着重要的意义，为生产过程的绿色化提供了一条新的途径谢谢,谢谢!,。