1丁基3甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体合成的研究论文.doc

1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体合成研究摘 要离子液体是指完全由正负离子所组成,并且在室温或接近室温下呈现液态的盐,也称为低温熔融盐与传统的有机溶剂相比,它具有很多优点：<1> 几乎没有蒸汽压、不挥发、无臭；<2> 有较大的稳定温度围,较好的化学稳定性及较宽的电化学窗口；<3> 通过阴阳离子的设计可调节其对水、有机物及聚合物的溶解性本实验通过微波辅助加热法制备1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体制备的基本过程：将药品l-甲基咪唑、溴代正丁烷、六氟磷酸钾按一定比例混合于反应容器,然后置于微波炉中加热将制得的产物进行提纯,并进行红外分析,确定其是否为目标产品本实验通过对加热方法、加热时间及药品的配比等方面的改变,最终确定一个产率较高的实验方案：将混合好的药品〔l-甲基咪唑、溴代正丁烷、六氟磷酸钾摩尔比为：1:1.1:1.6〕放入微波炉,功率调至最低,采用加热3 s,暂停30 s的间歇加热方法,反应时间100 min,再用去离子水和乙醚分别对其洗涤数次,最后对产物进行减压蒸馏,最终产物产率在60%左右关键词：微波,提纯,离子液体,红外光谱,1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐STUDY ON SYNTHESIS OF1-BUTYL-3-METHYLIMIDAZOLIUM HEXAFLUOROPHOSPHATE IONIC LIQUID ABSTRACT Ionicliquids arecomposedentirely ofpositive and negative ions, and presentat or nearroom temperatureliquidsalt,also known aslow-temperaturemolten salt. Compared with traditional organic solvents, it has many advantages: 1. almost no vapor pressure, non-volatile, colorless, odorless; 2. with a greater range of stable temperature, good chemical stability and wide electrochemical interface; 3. it can be adjustedthe solubilityfor water,organic compoundsand polymers throughthe design ofions. In this study, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ionic liquid was prepared using microwave. The basic process of preparation: l-methylimidazole, n-butane bromide and potassium hexafluorophosphate were mixed in the container at a certain propotion, and then heated with the microwave. Purify the product, and take the infrared analysis to determine whether the target product.  The experimental program with a higher yield was ultimately established by changing heating method, heating time and the ratio of drugs and so on. Firstly, mixture of drugs were putted in the microwave ovens, most low-end gear prepared by heating 3 s, suspended 30 s intermittent heating method, reaction time was 100min. Secondly, de-ionized water and ether were used to wash them several times, respectively. Finally, the products were carried on the reduced pressure distillation, and the final product yield was around 60%.KEY WORDS: Microwave, purification, infrared spectroscopy, ionic liquid hexafluorophosphate, 1-butyl-3-methylimidazolium 目 录第1章 绪 论1§ 1.1 离子液体的定义1§ 1.2 离子液体的发展史1§ 1.3 离子液体的分类2§ 1.4 离子液体的性质及应用3§ 1.4.1 离子液体的性质3§ 1.4.2 离子液体的应用3§ 1.5 离子液体的合成4§ 1.5.1 离子液体的合成5§ 1.5.2 微波加热的原理5第2章 试验材料与原理9§ 2.1 试剂与仪器9§ 2.1.1 主要仪器9§ 2.1.2 主要试剂9§ 2.2 实验原理10第3章 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的合成11§ 3.1 [Bmim]PF6合成的工艺流程11§ 3.2 微波炉加热方案的确定12§ 3.2.1 微波炉档位的确定12§ 3.2.2 加热方法及时间的确定12第4章 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的提纯14§ 4.1 [Bmim]PF6粗产物的洗涤萃取14§ 4.2 [Bmim]PF6产物的减压蒸馏14第5章 实验结果分析与讨论16§ 5.1 [Bmim]PF6产率的计算16§ 5.2 产物的红外光谱分析16第6章 结 论19§ 6.1 [Bmim]PF6的微波辅助法制备方案19§ 6.2 结束语19参考文献20致 谢22 / 第1章 绪 论§ 1.1 离子液体的定义离子液体是指在室温或接近室温下呈现液体状态的、完全由阴阳离子组成的盐,也称作低温熔融盐。

离子液体作为离子化合物,其熔点较低的主要原因是由于其结构中某些取代基的不对称性使离子不能规则地堆积成晶体所致目前所研究的离子液体中,阳离子主要以咪唑阳离子为主,阴离子主要以卤素离子和其它无机酸离子〔如四氟硼酸根等〕为主§ 1.2 离子液体的发展史离子液体的历史可以追溯到1914年,当时Walden报道了N03的合成<熔点12 ℃> 这种物质由浓硝酸和乙胺反应制得称为硝基乙胺盐,这是最早的离子液体糟糕的是,硝基乙胺盐离子液体容易发生爆炸,于是很快就被人们忘记了1948年美国报道了三氯化铝和卤化乙基吡啶离子液体的专利,此类液体主要应用于电镀领域,可称为第一代室温离子液体此类液体有一个缺点：遇到水很容易分解变质由于氯铝酸的离子液体价格相对便宜,至今仍被应用20世纪60年代,美国空军研究院有关研究人员对上述专利中的氯铝酸烷基吡啶离子液体进行了一系列的物理化学性质测定,标志着系统研究离子液体的开始在美国空军研究院John S. Wilkes博士等的努力下,合成了电化学稳定性更好的氯铝酸二烷基咪唑正离子由于二烷基咪唑正离子结构和化学性质特别适合作为离子液体的阳离子,所以,这类离子液体是被研究最广泛、最深入并且直到现在仍被研究和应用的一类阳离子。

1992年,Wilkes研究小组合成了低熔点、抗水解、稳定性强的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体<[Emim]BF4>后,离子液体的研究应用才得以迅速发展此后,离子液体作为绿色溶剂、反应试剂和催化剂等应用于有机合成中,有了很大的发展§ 1.3 离子液体的分类根据有机阳离子母体的不同,可大体将常见的离子液体分为四大类：二烷基咪唑离子、烷基吡啶离子、烷基季胺离子、烷基季膦离子常见离子液体结构如图1-1所示 图1-1 常见离子液体的各类阳离子的结构由于取代烷基的不同而衍生出各种各样的阳离子还有：三唑、嗯唑、吡唑、噻唑、吡咯、异喹啉等杂环阳离子；以及锍盐、聚合阳离子等<图1-1> 而阴离子除了常见的卤素离子,还包括：Brönsted[1]酸根类：ClO4—、SO42—、SCN—、CH3SO3—、C6H5SO3— 等；Lewis酸根类：A1C14—、InCl4—、ZnCl3—、SnC13— 等；含氟阴离子：BF4—、PF6—、NbF6—、CF3SO3— 等；硼烷及硼盐类：CB11H12—、[1-Et-SnB11H11]—、SnB11H11— 等； 羰基化合物：Co 4—、Mn < CO> 5—、[ HFe 4]— 等；其他如N2—、不对称酰胺阴离子等。

总之,离子液体的种类非常多§ 1.4离子液体的性质及应用§ 1.4.1 离子液体的性质离子液体具有宽液体围,这使得离子液体中的许多反应具有比较优良的动力学可控性一般认为,阳离子结构的对称性越低,离子间相互作用越弱,阳离子电荷分布均匀,则其熔点越低；阴离子体积增大,也会促进熔点降低[2]离子液体的熔点大都在0～100 ℃围研究者还发现很多离子液体在-80～100 ℃左右表现出较宽温度围的玻璃态,这说明它们的结晶速度很慢,并具有相当长的熔程[3]离子液体的热稳定性分别受碳-杂键和氢键作用力的影响,一般在高于200 ℃时仍具有较好的热稳定性含水量对其热稳定性也存在影响[4]其密度主要由阴阳离子的类型而定,咪唑系离子液体常温<291～303 K>密度大致在1.1～1.7 g·cm-3之间[5],离子液体的密度与咪唑盐阳离子上N-烷基链的长度几乎呈线性关系通常阴离子越大,离子液体的密度越大[6-7]在与传统有机溶剂和电解质相比时,离子液体具有一系列突出的优点：<1> 液态围宽,从低于或接近室温到300 ℃以上,有高的热稳定性和化学稳定性；<2> 蒸汽压非常小,不挥发,在使用、储藏中不会蒸发散失,可以循环使用,消除了挥发性有机化合物〔VOCs,即volative organic compounds〕环境污染问题；<3> 电导率高,电化学窗口大,可作为许多物质电化学研究的电解液；<4> 通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性,并且其酸度可调至超酸；<5> 具有较大的极性可调控性,粘度低,密度大,可以形成二相或多相体系,适合作分离溶剂或构成反应—分离耦合新体系；<6> 对大量无机和有机物质都表现处良好的溶解能力,且具有溶剂和催化剂的双重功能,可以作为许多化学反应溶剂或催化剂载体。

由于离子液体的这些特殊性质和表现,它被认为与超临界和水一起构成三大绿色溶剂,具有广阔的应用前景[8]§ 1.4.2离子液体的应用离子液体主要应用于有机合成反应、催化反应和萃取分离过程离子液体被广泛应用于一些重要反应过程,例如烷基化[2]、催化合成[9-10]、羰基合成[11]等反应离子液体家族经历了氯铝酸体系<20世纪90年代前>、耐水体系<20世纪90年代>和功能化体系<21世纪> 三个发展阶段 1、 氯铝酸系离子液体 。