CN101250160A - 氯化1,3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含对称官能团的离子液体——氯化1，3－二(2－羟基乙基)咪唑离子液体的合成，是将咪唑与2－氯乙醇以1∶2.1～1∶2.2的摩尔比混合，加入咪唑2～2.5倍摩尔量的无水乙醇，0.05～0.07倍摩尔量的金属钠为催化剂，在搅拌下，于－1～2℃搅拌反应7～8小时，然后升温至10～60℃，反应40～48h后，过滤得到浅黄色的液体，减压蒸去乙醇和未反应完的2－氯乙醇，再用乙酸乙酯洗涤后，经活性炭脱色、过滤、过硅胶柱子，然后静置于0～－2℃冷冻40～48小时结晶，得到纯的氯化1，3－二(2－羟基乙基)咪唑离子液体。实验证明，本发明合成的氯化1，3－二(2－羟基乙基)咪唑离子液体具有比较宽的电化学窗口，并具有可反应的官能团，在导电材料及聚电解质材料领域有着广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于化学合成领域，涉及一种含对称官能团的离子液体及其合成方法，尤其涉及一种氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体及其合成方法。
背景技术
离子液体由于具有“零”蒸汽压、高热稳定性及化学稳定性，使得其有望取代挥发性高、有毒、易燃的传统有机溶剂或高腐蚀性及污染性的无机酸，在发展“绿色化学”和清洁工艺与过程领域中有广泛的应用前景。
功能离子液体(TSILs)由于具有特殊的功能基团，使得离子液体能参与到化学反应之中，得到一类新型的功能材料和介质，在能源、信息、生命科学、国防等领域表现出良好的应用前景。因此，含各种功能基团的离子液体的合成在化学合成领域中备受关注。目前，关于功能离子液体的研究主要集中于阳离子含有单官能团的离子液体，例如，1-甲基-3-(3，4，5-三烷氧苄基)咪唑四氟硼酸盐(n＝8，12)，呈现出良好的离子导电各向异性。1-甲基-3-(2-羟基乙基)咪唑四氟硼酸盐，1-甲基-3-(2-氰基乙基)咪唑四氟硼酸盐，1-甲基-3-(2-巯基乙基)咪唑四氟硼酸盐，1-甲基-3-(2-羟基乙基)咪唑六氟磷酸盐，1-甲基-3-(2-胺基乙基)咪唑四氟硼酸盐等，该类物质主要通过化学反应引入到高分子链中，由于离子液体具有良好的导电性，经离子液体修饰的高分子材料也具有良好的导电性。此外，离子液体还可用来制备固体电解质。而对于新型含对称功能团的离子液体，由于具有双功能团因而可修饰的部分更多了，能够提高固体电解质的性能，如稳定性、导电性等。目前对于1，3-二(2-羟基乙基)咪唑阳离子型的离子液体尚无报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种含对称官能团的离子液体——氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体([hhim]+Cl-)。
本发明的另一目的是提供一种氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体([hhIm]+Cl-)的合成方法。
(一)氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体
本发明氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体([hhim]+Cl-)，其化学结构式如下：
(二)氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体的合成
本发明氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体的合成方法，包括以下工艺步骤：
(1)氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体的合成：是将咪唑与2-氯乙醇以1∶2～1∶2.2的摩尔比混合，加入咪唑2～2.5倍摩尔比量的无水乙醇，0.05～0.07倍摩尔比量的金属钠，在搅拌下，于-1～2℃反应7～8小时，然后升温至10～60℃，反应40～48h后，过滤得到浅黄色的液体；减压蒸去甲醇和未反应完的2-氯乙醇，于0～-2℃冷冻40～48小时，用乙酸乙酯洗涤即得粗产品；
(2)氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体的纯化：将氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体溶于甲醇中，向其中加入氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体质量的2～4倍的活性炭，在搅拌下反应40～48小时，过滤，滤液通过硅胶柱，采用CH3OH∶CHCl3体积比为1∶15的洗脱液洗脱，然后蒸去部分溶剂，于0～-1℃下静置40～48h，结晶，过滤，得到纯的氯品1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体。
其反应方程式如下：
(三)氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体的表征
本发明方法合成的氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体[hhim]+Cl-的核磁共振数据如下：
1H-NMR(400MHz，δ，ppm；溶剂为D2O)
a(δ＝7.4-7.5 H1)b(δ＝6.79-6.93 H4)c(δ＝3.87 H4)d(δ＝3.59 H4)e(δ＝4.6H2)
其中a、b、c、d、e分别表示所标注H的位置。其[hhim]+Cl-结构如下所示：
本发明[hhim]+Cl-的红外光谱数据如下：
3107.89cm-1为咪唑环上C-H振动吸收峰，2947.58cm-12845 cm-1为咪唑环上亚甲基上的C-H振动吸收峰，1573.80cm-1为咪唑环上C＝H振动吸收峰，33 13.77cm-1为-OH的振动吸收峰。
综合核磁共振数据和红外光谱数据分析表征，说明氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体[hhim]+Cl-已合成
(四)氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体的性质测定
导电率的测定：
采用DDS-307型电导率仪，仪器采用0.01mol/L的标准溶液矫正，测定在温度为20℃的恒温箱中进行，工作电极为DJS——1C型铂黑电极。
测定结果：[hhim]+Cl-的导电率：0.5～0.7(s/m)。
电化学窗口的测定：
采用循环伏安法测定，工作电极为一对铂电极和银电极，测定温度为20℃。
测定结果：电化学窗口为2.0～2.4V。
上述结果表明，本发明合成的氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体[hhim]+Cl-具有良好的导电性能和比较宽的电化学窗口，而且具有可反应的功能性官能团，使高分子材料的导电性等将得到改善，具备比较好的电化学性质，在导电材料及聚电解质材料领域有着广泛应用。
附图说明
图1为本发明的核磁共振图
图2为本发明的傅里叶红外光谱图
具体实施方式
下面通过实验来具体说明本发明氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体的合成方法和工艺。
实施例1
氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体——[hhim]+Cl-的合成：在装有磁力搅拌，回流冷凝管，N2导管的250ml的三颈烧瓶，加入100ml的无水乙醇，4.7g的金属钠，将三颈烧瓶放入-1～2℃的冰水浴中反应7小时左右，待反应完后，加入0.2mol的咪唑，再将0.42mol的2-氯乙醇(用时重新减压蒸馏)用滴液漏斗慢慢滴加，搅拌反应7h，从冰水浴中取出三颈烧瓶，在20℃下反应40h，过滤，得到浅黄色的液体，减压蒸去乙醇和未反应完的2-氯乙醇，用乙酸乙酯洗涤数次，得到的淡黄色粘稠物，得粗产品待用。
氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体——[hhim]+Cl-的纯化：取2g[hhIm]+Cl-溶于20ml的甲醇中，向其中加入4g的活性炭，在搅拌下反应48h，过滤，将滤液通过硅胶柱，采用CH3OH∶CHCl3体积比为1∶15的洗脱液洗脱，然后蒸去部分溶剂，于0～-1℃下静置48h，结晶，过滤，得到纯的氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体，产率为70.2％。
实施例2、
氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体——[hhim]+Cl-的合成：在装有磁力搅拌，回流冷凝管，N2导管的250ml的三颈烧瓶，加入100ml的无水乙醇，4.7g的金属钠，将三颈烧瓶放入-1～2℃的冰水浴中，反应8小时左右，待反应完后，加入0.2mol的咪唑，再将0.41mol的2-氯乙醇(用时重新减压蒸馏)用滴液漏斗慢慢滴加，反应7h，从冰水浴中取出三颈烧瓶，在30℃下反应48h，过滤，得到浅黄色的液体，减压蒸去甲醇溶剂和未反应完的2-氯乙醇，用乙酸乙酯洗涤数次，得到的淡黄色粘稠物，得粗产品待用。
氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体——[hhim]+Cl-的纯化：取2g[hhIm]+Cl-溶于20ml的甲醇中，向其中加入4g的活性炭，在搅拌下反应48h，过滤，将滤液通过硅胶柱，采用CH3OH∶CHCl3体积比为1∶15的洗脱液洗脱，然后蒸去部分溶剂，于0～-1℃下静置48h，结晶，过滤，得到纯品的氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体，产率为76.3％。
实施例3、
氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体——[hhim]+Cl-的合成：在装有磁力搅拌，回流冷凝管，N2导管的250ml的三颈烧瓶，加入100ml的无水乙醇，4.7g的金属钠，将三颈烧瓶放入-1～2℃的冰水浴中，反应7.5小时左右，待反应完后，加入0.2mol的咪唑，再将0.42mol的2-氯乙醇(用时重新减压蒸馏)用滴液漏斗慢慢滴加，回流7h，从冰水浴中取出三颈烧瓶，在50℃下反应48h，过滤，得到浅黄色的液体，减压蒸去甲醇溶剂和未反应完的2-氯乙醇，用乙酸乙酯洗涤数次，得到淡黄色粘稠物，得粗产品待用。
氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体——[hhim]+Cl-的纯化：取2g[hhIm]+Cl-溶于30ml的甲醇中，向其中加入8g的活性炭，在搅拌下放置40h，过滤，将滤液通过硅胶柱，采用CH3OH∶CHCl3体积比为1∶15的洗脱液洗脱，然后蒸去部分溶剂，于0～-1℃下静置48h，结晶，过滤，得到纯品的氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体，产率为79.7％。
实施例4、
氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体——[hhim]+Cl-的合成：在装有磁力搅拌，回流冷凝管，N2导管的250ml的三颈烧瓶，加入100ml的无水乙醇，4.7g的金属钠，将三颈烧瓶放入-1～2℃的冰水浴中，反应7小时左右，待反应完后，加入0.2mol的咪唑，再将0.41mol的2-氯乙醇(用时重新减压蒸馏)用滴液漏斗慢慢滴加，回流7h，从冰水浴中取出三颈烧瓶，在10℃下反应48h，过滤，得到浅黄色的液体，减压蒸去甲醇溶剂和未反应完的2-氯乙醇，用乙酸乙酯洗涤数次，得到淡黄色粘稠物，得粗产品。
氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体——[hhim]+Cl-的纯化：取2g[hhIm]+Cl-溶于30ml的甲醇中，向其中加入8g的活性炭，在搅拌下放置40h，过滤，将滤液通过硅胶柱，采用CH3OH∶CHCl3体积比为1∶15的洗脱液洗脱，然后蒸去部分溶剂，于0～-1℃下静置48h，结晶，过滤，得到纯品的氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体，产率为73.7％。
Claims (2)
1. 一种氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体，其化学结构式如下：
2. 一种氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体的合成方法，包括以下工艺步骤：
(1)氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体的合成：是将咪唑与2-氯乙醇以1∶2～1∶2.2的摩尔比混合，加入咪唑2～2.5倍摩尔比量的无水乙醇，0.05～0.07倍摩尔比量的金属钠，在搅拌下，于-1～2℃反应7～8小时，然后升温至10～60℃，反应40～48h后，过滤得到浅黄色的液体，减压蒸去甲醇和未反应完的2-氯乙醇，于0～-2℃冷冻40～48小时，用乙酸乙酯洗涤即得粗产品；
(2)氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体的纯化：将氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体溶于甲醇中，向其中加入氯化1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体质量的2～4倍的活性炭，在搅拌下反应40～48小时，过滤，滤液通过硅胶柱，采用CH3OH∶CHCl3体积比为1∶15的洗脱液洗脱，然后蒸去部分溶剂，于0～-1℃下静置40～48h，结晶，过滤，得到纯的氯品1，3-二(2-羟基乙基)咪唑离子液体。
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