CN101781253A - 一类具有氟两相性质双子离子液体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一类具有氟两相性质双子离子液体制备方法，首先在冰浴条件下向缚酸剂、溶剂、PEG的混合液中滴加氯化亚砜，该反应在常温进行；过滤除去上步产品中的固体；用乙醚洗涤经过过滤的液体；然后以甲苯作溶剂，向洗涤过的产品中加入N-烷级咪唑，搅拌；加入X，搅拌；用乙醚、甲苯、石油醚洗涤上步中的产品经过分液后即可得到具有氟两相性质双子离子液体，该制备方法操作简单，产品出品率高，具有很好的市场推广前景。
Description
技术领域
本发明属于类反应介质离子液体的制备方法，特别是一种具有氟两相性质双子离子液体的制备方法。
背景技术
催化剂的高效分离和回收问题一直是绿色化学研究的前沿和热点。Horvath I T，et al报道氟两相能形成“高温均相、低温两相”的体系，使反应均相高效进行且产品易分离；Joep van den Broeke，et al报道含氟离子液体能形成温控两相体系，但是上述含氟体系结构复杂、价格昂贵；魏莉等人报道温控聚醚型离子液体在甲苯、正庚烷的混合溶剂中具有“高温均相、低温分相”的特性，为了解决上述问题，鲍其鼐等人报道聚乙二醇能与某些有机溶剂(如苯、甲苯)或某些多组份溶剂体系存在室温分相、高温互溶的特性；BatesE D，et al报道双咪唑离子液体具有高热稳定性及对金属的较好溶解性；职慧珍等人在报道合成聚乙二醇类离子液体与甲苯存在室温分相、高温互溶的特性，但该方法需要两步，操作复杂，且收率较低，该离子液体体系对不同的体系有机溶剂配比不同，具有操作复杂等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作方法简单、原料易得、产品出品率高的具有氟两相性质双子离子液体的制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一类具有氟两相性质双子离子液体的制备方法，首先在冰浴条件下向缚酸剂、溶剂、PEG的混合液中滴加氯化亚砜，该反应在常温进行；过滤除去上步产品中的固体；用乙醚洗涤经过过滤的液体；然后以甲苯作溶剂，向洗涤过的产品中加入N-烷级咪唑，搅拌；加入X，搅拌；用乙醚、甲苯、石油醚洗涤上步中的产品经过分液后即可得到具有氟两相性质双子离子液体。
本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明一类具有氟两相性质双子离子液体的制备方法简单，原料易得，产品产出率高，具有广泛的市场应用前景。
具体实施方式
一类具有氟两相性质双子离子液体，该离子液体的分子式为：[(R1N2C3H3)2R]2+·[2X-]，其结构用下述通式(I)表示：
其中：R1代表氢或C1～C8的烷基；R表示亚乙氧基单元，选自-(CH2CH2O)qCH2CH2-，其中q＝6～250，是由聚乙二醇400-10000形成的；X代表卤代氢、HBF4、HPF6、HNO3。
R1代表氢或C1～C8的烷基，即R1代表氢或具有1-8个碳原子的直链或支链烷基，例如：甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基等；R1优选为代表C1～C3的烷基，即R1优选1-4个碳原子的直链或支链烷基；最优选为甲基。
R表示亚乙氧基单元，选自-(CH2CH2O)qCH2CH2-，其中q＝6～250，是由聚乙二醇400-10000形成的；其中优选为R表示亚乙氧基单元，选自-(CH2CH2O)qCH2CH2-，其中q＝8～38，是由聚乙二醇600-1000形成的；其中最优选为R表示亚乙氧基单元，选自-(CH2CH2O)qCH2CH2-，其中q＝16～28，是由聚乙二醇1000形成的。
X代表卤代氢、HBF4、HPF6、HNO3，X优选为HBF4、HPF6，X最优选为HBF4；X-是指BF4 -，PF6 -，Br-，I-，NO3 -等，优选为BF4 -，PF6 -，最优选的是其中BF4 -。
一类具有氟两相性质双子离子液体，其中R1为C1～C3烷基，即R1为1-3个碳原子的直链或支链烷基；R表示亚乙氧基单元，选自-(CH2CH2O)qCH2CH2-，其中q＝8～38，是由聚乙二醇600-1000形成的，X为HBF4、HPF6。
一种具有氟两相性质双子离子液体，其中R1为甲基；R表示亚乙氧基单元，选自-(CH2CH2O)qCH2CH2-，其中q＝16～28，是由聚乙二醇1000形成的；以及X为HBF4。
反应方程式如下：
本发明公布了一类具有氟两相性质双子离子液体及制备方法包括以下步骤：
步骤1、在缚酸剂、溶剂、PEG的混合液中，冰浴条件下向其中滴加氯化亚砜，该反应在常温进行；
步骤2、过滤除去步骤1产品中的固体；
步骤3、用乙醚洗涤经步骤2过滤后的液体；
步骤4、以甲苯作溶剂，向上步产品中加入N-烷级咪唑，搅拌；
步骤5、在步骤4的产品中加入X，搅拌；
步骤6、用乙醚、甲苯或石油醚洗涤步骤5的产品，分液后即可得到具有氟两相性质双子离子液体。
步骤1中所述的缚酸剂为吡啶；溶剂为二氯甲烷、甲苯；向混合液中加入氯化亚砜为PEG的2～3.5倍摩尔量；该反应在常温下进行1～24小时。
步骤4中加入N-甲级咪唑为步骤3中产品的1.8-3.5倍摩尔量，最优值为2倍摩尔量；反应条件为在30～110℃的温度条件下搅拌3～10小时。
步骤5中所述的X为四氟硼酸、六氟磷酸、硝酸、卤代氢；加入的X为PEG的1.8～3.5倍摩尔量，最优值为2倍摩尔量；搅拌时间为2～12小时，反应温度为50～90℃。
一类由具有氟两相性质双子离子液体制得的催化剂，即在该类具有氟两相性质聚乙二醇桥链的双阳离子型咪唑类离子液体中加入钯、铑或镍金属催化剂配位。本发明的离子液体与钯、铑或镍金属催化剂如：醋酸钯、氯化钯等有较好的溶解性，且不易流失，催化剂可循环使用。
一类由具有氟两相性质双子离子液体制得的催化剂的用途，该类催化剂可用于HECK，C-C耦合反应、异构化反应。
一类具有氟两相性质双子离子液体和等体积的甲苯升高到一定温度时形成均相，且降温后自动分为两相。
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应3h，抽滤，固体弃去，清液中加入甲基咪唑10g，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用石油醚萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体PEG1000-BF4，产率90.6％。
其分子式：(CH3N2C3H3)2 2+(CH2CH2O)q CH2CH22BF4 -；
通式：
对该产品的化学特性进行核磁测试，得到以下数据：1H NMR(500MHz，CDCl3，TMS)δ3.61～3.77(m，86.9H，(OCH2CH2)n)，3.77(4H，CH2×2)，4.01(s，6H，NCH3×2)，4.52(t，J＝4.5Hz，4H，CH2×2)，7.30(s，4H，CH×4)，7.67(s，2H，CH×2)；13C NMR(500MHz，CDCl3，TMS)：δ36.1，39.6，49.3，68.8，70.2，70.3，123.3，137.5，137.6.
实施例2
聚乙二醇800取0.06mol(48g)，其余按照实施例1制得离子液体PEG800-BF4，产率90.1％。
其分子式：(CH3N2C3H3)2 2+(CH2CH2O)q CH2CH2.2BF4 -；
通式：
对该产品的化学特性进行核磁测试，得到以下数据：1H NMR(500MHz，CDCl3，TMS)δ3.61～3.74(m，64.9H，(OCH2CH2)n)，3.72(4H，CH2×2)，4.03(s，6H，NCH3×2)，4.51(t，J＝4Hz，4H，CH2×2)，7.23(s，4H，CH×4)，7.59(s，2H，CH×2)；13C NMR(500MHz，CDCl3，TMS)：δ36.2，39.6，49.3，68.8，70.2，70.3，123.3，137.5，137.6.
实施例3
聚乙二醇400取0.06mol(24g)，其余按照实施例1制得离子液体PEG400-BF4，产率88.6％。
其分子式：(CH3N2C3H3)2 2+(CH2CH2O)q CH2CH2.2BF4 -；
通式：
对该产品的化学特性进行核磁测试，得到以下数据：1H NMR(500MHz，CDCl3，TMS)δ3.60～3.79(m，33.9H，(OCH2CH2)n)，3.71(4H，CH2×2)，4.03(s，6H，NCH3×2)，4.52(t，J＝4Hz，4H，CH2×2)，7.31(s，4H，CH×4)，7.66(s，2H，CH×2)；13C NMR(500MHz，CDCl3，TMS)：δ36.1，39.5，49.3，68.8，70.2，70.3，123.3，137.5，137.6.
实施例4
按照实施例1进行操作，其中六氟磷酸(0.12mol)取代四氟硼酸制得离子液体PEG1000-PF6，产率87.5％。
其分子式：(CH3N2C3H3)2 2+(CH2CH2O)q CH2CH2.2PF6 -；
通式：
对该产品的化学特性进行核磁测试，得到以下数据：1H NMR(500MHz，CDCl3，TMS)δ3.60～3.69(m，87.2H，(OCH2CH2)n)，3.73(4H，CH2×2)，4.05(s，6H，NCH3×2)，4.46(t，J＝4.5Hz，4H，CH2×2)，7.31(s，4H，CH×4)，7.63(s，2H，CH×2)；13C NMR(500MHz，CDCl3，TMS)：δ36.1，39.6，49.3，68.8，70.2，70.3，123.9，137.2，137.7.
实施例5
聚乙二醇1500取0.06mol(90g)，其余按照实施例1制得离子液体，产率91.8％。
实施例6
聚乙二醇600取0.06mol(120g)，其余按照实施例1制得离子液体，产率90.9％。
实施例7
按照实施例1进行操作，其中氢溴酸(0.12mol)取代四氟硼酸制得离子液体，产率86.9％。
实施例8
按照实施例1进行操作，其中氢氯酸(0.12mol)取代四氟硼酸制得离子液体，产率85.9％。
实施例9
按照实施例1进行操作，其中氢碘酸(0.12mol)取代四氟硼酸制得离子液体，产率86.9％。
实施例10
按照实施例1进行操作，其中硝酸(0.12mol)取代四氟硼酸制得离子液体，产率85.9％。
实施例11
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应3h，抽滤，固体弃去，清液中加入乙基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用石油醚萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率91.6％。
实施例12
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应3h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用石油醚萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率89.6％。
实施例13
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应3h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用乙醚萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率88.6％。
实施例14
聚乙醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应3h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率89.6％。
实施例15
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入甲苯280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应3h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率88.6％。
实施例16
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.132mol，冰浴搅拌反应3h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率92.6％。
实施例17
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.21mol，冰浴搅拌反应3h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率85.4％。
实施例18
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应1h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率81.6％。
实施例19
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应24h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率88.6％。
实施例20
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.108mol，冰浴搅拌反应24h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率85.6％。
实施例21
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.21mol，冰浴搅拌反应24h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率87.6％。
实施例22
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应24h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，30℃条件下搅拌3h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率82.5％。
实施例23
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应24h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，110℃条件下搅拌10h，再加入四氟硼酸0.12mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率85.5％。
实施例24
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应24h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.108mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率83.5％。
实施例25
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应24h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.21mol，60℃条件下搅拌5h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率86.5％
实施例26
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应24h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.21mol，50℃条件下搅拌2h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率83.5％
实施例27
聚乙二醇1000取0.06mol(60g)，甲苯70mL置于500mL圆底烧瓶中，共沸除水.除水完毕加入二氯甲烷280mL，吡啶0.12mol，氮气保护下，30min内逐滴滴加氯化亚砜0.12mol，冰浴搅拌反应24h，抽滤，固体弃去，清液中加入辛基咪唑0.12mol，60℃条件下搅拌6h，再加入四氟硼酸0.21mol，90℃条件下搅拌12h，分液，离子液体相用甲苯萃取三次，除去有机溶剂得粘稠离子液体，产率85.5％。
采用分子量大于1500的聚乙二醇，X为六氟磷酸，咪唑、丙基咪唑、异丙基咪唑、丁基咪唑、异丁基咪唑、叔丁基咪唑、仲丁基咪唑、戊基咪唑、新戊基咪唑、己基咪唑、庚基咪唑为原料通过上述步骤也可制得本发明离子液体。
实施例28
由实施例1制得的离子液体5mL及甲苯5mL的体系中加入氯化钯0.01mol，用于丙烯酸丁酯和芳卤的Heck反应，于温度为80℃时转化率达98％。
实施例29
由实施例1制得的离子液体5mL及甲苯5mL的体系中加入醋酸钯0.01mol，用于Trost-Tsuji C-C耦合反应，温度为80℃条件下转化率达90％。
实施例30
由实施例1制得的离子液体5mL及甲苯5mL的体系中加入Ni(cod)20.01mol，进行异构化反应，100℃时转化率为96％。
实施例31
由实施例1制得的离子液体5mL及甲苯5mL的体系中加入Ni(acac)20.01mol，进行乙酰丙酮和甲基乙烯基酮的Micheal加成反应，在85℃下反应5h得率可达94％。
实施例32
由实施例1制得的离子液体5mL及甲苯5mL的体系中加入氯化铑0.01mol，用于苯乙酮氢化反应，80℃温度下反应10h，转化率可达到95％。
Claims (4)
1.一类具有氟两相性质双子离子液体的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、在缚酸剂、溶剂、PEG的混合液中，冰浴条件下向其中滴加氯化亚砜，该反应在常温进行；
步骤2、过滤除去步骤1产品中的固体；
步骤3、用乙醚洗涤经步骤2过滤后的液体；
步骤4、以甲苯作溶剂，向上步产品中加入N-烷级咪唑，搅拌；
步骤5、在步骤4的产品中加入X，搅拌；
步骤6、用乙醚、甲苯或石油醚将步骤5的产品进行分液即可得到具有氟两相性质双子离子液体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中所述的缚酸剂为吡啶；溶剂为二氯甲烷、甲苯；向混合液中加入氯化亚砜为PEG的2～3.5倍摩尔量；该反应在常温下进行1～24小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4中加入N-甲级咪唑为步骤3中产品的1.8-3.5倍摩尔量，最优值为2倍摩尔量；反应条件为在30～110℃的温度条件下搅拌3～10小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：其中步骤5中所述的X为四氟硼酸、六氟磷酸、硝酸、卤代氢；加入的X为PEG的1.8～3.5倍摩尔量，最优值为2倍摩尔量；搅拌时间为2～12小时，反应温度为50～90℃。
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2009
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