CN102190683A

CN102190683A - 一种含磷阴离子离子液体及其制备方法

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Publication number: CN102190683A
Application number: CN2010101211425A
Authority: CN
Inventors: 肖军华; 任金锋; 王红梅; 毕晓静
Original assignee: PLA 63975 ARMY
Current assignee: PLA 63975 ARMY
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2030-03-10
Also published as: CN102190683B

Abstract

本发明涉及一种含磷阴离子离子液体，其结构式如下：

Description

一种含磷阴离子离子液体及其制备方法

技术领域

本发明属于离子液体领域，具体地说是涉及一种含磷阴离子离子液体及其制备方法。

背景技术

离子液体是近年来受到学术界和工业界广泛关注的绿色物质，离子液体具有许多独特的物理化学性质，如可重复利用、蒸气压低、较强的溶解有机物和无机物的能力、溶程长、极性可调等优点，现在已经广泛应用于有机合成，并且在石油化工、生物质能源、环境和材料领域显示了巨大的应用前景。现有的离子液体主要包括咪唑类、吡啶类、季氨盐类和季鏻盐类离子液体。人们期望开发研制出更多的离子液体，以获得更为广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的含磷阴离子离子液体。

本发明的另一目的在于提供一种上述含磷阴离子离子液体的制备方法。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

本发明提供一种含磷阴离子离子液体，其结构式如下：

其中R＝i-C₃H₇或CH₃CHCH(CH₃)₃，

Z＝OH或C₁₁H₂₁；

离子液体为下述化学式之一：

含磷阴离子离子液体的制备方法：将含磷基团化合物加入到丙酮和水的溶液中室温反应1h，蒸馏得相应酸，或是将含磷基团化合物加入到氢氧化钠溶液中70～90℃反应1h水解，用30％硫酸酸化，用苯萃取，除溶剂后得相应酸，将得到的含磷基团化合物相应的酸与氢氧化钠在水溶液中酸碱中和反应得到相应的钠盐，再与咪唑类、吡啶类、季铵盐类离子液体在乙腈溶剂中室温复分解反应60～80h，反应结束后除溶剂，加入无水乙醇和乙腈的混合液充分振荡溶解，加入无水乙醇和乙腈的体积比为1∶3，过滤，用无水乙醚洗涤，真空干燥24h得到产物离子液体。。

所述的含磷基团化合物为甲基氯膦酸异丙酯或甲基氯膦酸片呐基酯。

所述的咪唑类离子液体为氯化3-羟乙基-1-甲基咪唑或氯化3-十二烷基-1-甲基咪唑、所述的吡啶类离子液体为氯化N-羟乙基吡啶、所述的季铵盐类离子液体为羟氯化羟乙基三甲基季铵。

该反应的通式为：

与现有的离子液体不同，本发明制备的离子液体是以含磷基团作为阴离子，而在现有的季鏻盐类中离子液体含磷基团是作为阳离子存在。众所周知，当离子液体中包含的官能团发生改变时可极大的改变离子液体的性质，因而本发明的离子液体对于扩展离子液体家族的应用范围具体深远的意义。

具体实施方式

实施例1

离子液体G1的制备：在装有回流冷凝管的100ml单口瓶中加入甲基氯膦酸异丙酯(10.1g，0.0645mol)，水(9.00g，0.500mol)和丙酮(25.0ml)，混合物室温搅拌1h，减压蒸出丙酮和水，剩余物减压蒸馏，收集60Pa压力下，102℃馏分，得无色粘稠液体即甲基膦酸异丙酯4.22g。

将甲基膦酸异丙酯(1.00g，0.00724mol)和水(10.0ml)加入到50ml单口瓶中，加入氢氧化钠(0.300g，0.00750mol)，室温搅拌0.5h，旋蒸除水，加入氯化3-羟乙基-1-甲基咪唑(1.00g，0.00617mol)和甲苯(10.0ml)，室温下搅拌72h，溶液变为乳状液体，旋蒸除甲苯，然后加入无水乙醇(5.00ml)和乙腈(15.0ml)的混合液，充分振荡后过滤，以无水乙醚冲洗，旋蒸除有机溶剂，得无色粘稠液体，真空干燥12h，得1.57g白色固体G1，产率82.6％。¹H NMR(600MHz，DMSO-d₆)：9.276(s，1H)，7.760(s，1H)7.705(s，1H)，4.240(t，J＝5.4Hz，2H)，3.872(s，3H)，3.707(t，J＝5.4Hz，2H)，1.086(d，J＝6.0Hz，6H)，0.924(d，J＝16.2Hz，3H)。

实施例2

离子液体G2的制备：在装有回流冷凝管的100ml单口瓶中加入甲基氯膦酸异丙酯(10.1g，0.0645mol)，水(9.00g，0.500mol)和丙酮(25.0ml)，混合物室温搅拌1h，减压蒸出丙酮和水，剩余物减压蒸馏，收集60Pa压力下，102℃馏分，得无色粘稠液体即甲基膦酸异丙酯4.22g。

将甲基膦酸异丙酯(1.00g，0.00724mol)和水(10.0ml)加入到50ml单口瓶中，加入氢氧化钠(0.290g，00725mol)，室温搅拌0.5h，旋蒸除水，加入氯化N-羟乙基吡啶(1.00g，0.00625mol)和甲苯(10.0ml)，室温下搅拌72h，溶液变为乳状液体，旋蒸除甲苯，然后加入无水乙醇(5.00ml)和ml乙腈(15.0)的混合液，充分振荡后过滤，以无水乙醚冲洗，旋蒸除有机溶剂，得褐色粘稠液体，真空干燥12h，得2.18g褐色固体G2，产率116％。¹H NMR(600MHz，DMSO-d₆)：δ＝9.097(d，J＝6.0Hz，2H)，8.599(d，J＝1.8Hz，1H)，8.155(t，J＝7.8Hz，2H)，4.706(t，J＝4.8Hz，2H)，4.275～4.260(m，1H)，3.836(dd，J＝4.8Hz，5.4Hz，2H)，1.111(d，J＝6.0Hz，6H)，1.004(d，J＝16.2Hz，3H)。¹³C NMR(150MHz，DMSO-d₆)：δ＝68.714，68.677，68.644，59.928，52.258，24.587，13.796，12.870。

实施例3

离子液体G3的制备：在装有回流冷凝管的100ml单口瓶中加入甲基氯膦酸异丙酯(10.1g，0.0645mol)，水(9.00g，0.500mol)和丙酮(25.0ml)，混合物室温搅拌 1h，减压蒸出丙酮和水，剩余物减压蒸馏，收集60Pa压力下，102℃馏分，得无色粘稠液体即甲基膦酸异丙酯4.22g。

将甲基膦酸异丙酯(1.00g，0.00724mol)和水(10.0ml)加入到50ml单口瓶中，加入氢氧化钠(0.290g，00725mol)，室温搅拌0.5h，旋蒸除水，加入氯化羟乙基三甲基季铵(1.00g，0.00719mol)和甲苯(10.0ml)，室温下搅拌72h，溶液变为乳状液体，旋蒸除甲苯，然后加入无水乙醇(5.00ml)和乙腈(15.0ml)的混合液，充分振荡后过滤，以无水乙醚冲洗，旋蒸除有机溶剂，得浅黄色粘稠液体，真空干燥12h，得1.58g浅黄色固体G3，产率90.8％。¹H NMR(600MHz，DMSO-d₆)：4.182(ddd，J＝6.6Hz，2.4Hz，3.6Hz，1H)，3.815(d，J＝4.2Hz，2H)，3.433(t，J＝4.8Hz，2H)，3.128(s，9H)，1.073(d，J＝6.0Hz，6H)，0.884(d，J＝15.6Hz，3H)。¹³CNMR(150MHz，DMSO-d₆)：δ＝67.669，66.155，55.684，53.806，25.056，15.165，14.302。

实施例4

离子液体G4的制备：在装有温度计、滴液漏斗和回流冷凝管的250ml四口烧瓶中加入氢氧化钠(9.00g，0.225mol)和水(80.0ml)，搅拌溶解，于30℃开始滴加甲基氯膦酸片呐基酯(20.0g，0.101mol)，反应放热，滴加完毕后加热使内温保持在80～85℃，反应1h，冷却后用苯(20.0ml)充分洗涤，分出水层，用30.0％硫酸酸化至酸性，用苯(30.0ml)萃取，无水硫酸镁干燥，过滤，减压除去苯，剩余物在50℃水浴下减压抽气1h，得12.7g甲基膦酸片呐基酯。

将甲基膦酸片呐基酯(1.00g，0.00555mol)和水(10.0ml)加入到50ml单口瓶中，加入氢氧化钠(0.440g，0.0110mol)室温下搅拌0.5h，旋蒸除水，加入氯化3-羟乙基-1-甲基咪唑(0.750g，0.00463mol)和苯(10.0ml)，室温下搅拌72h，溶液变成乳状液体，旋蒸除甲苯，然后加入无水乙醇(5.00ml)和乙腈(15.0ml)的混合液，充分振荡后过滤，以无水乙醚洗涤，旋蒸除有机溶剂，得白色固体，70℃条件下真空干燥24h，得1.48g白色固体G4，产率98.0％。¹H NMR(600MHz，DMSO-d₆)：δ＝9.235(s，1H)，7.740(s，1H)，7.665(s，1H)，4.227(t，J＝4.8Hz，2H)，3.863(s，3H)，3.703(t，J＝4.8Hz，2H)，1.035(d，J＝6.6Hz，3H)，0.881(d，J＝15.6Hz，3H)，0.806(s，9H)。¹³C NMR(150MHz，DMSO-d₆)：δ＝137.732，123.938，123.342，76.284，59.899，52.199，36.330，35.240，26.647，17.830。

实施例5

离子液体G5的制备：在装有温度计、滴液漏斗和回流冷凝管的250ml四口烧瓶中加入氢氧化钠(9.00g，0.225mol)和水(80.0ml)，搅拌溶解，于30℃开始滴加甲基氯膦酸片呐基酯(20.0g，0.101mol)，反应放热，滴加完毕后加热使内温保持在80～85℃，反应1h，冷却后用苯(20.0ml)充分洗涤，分出水层，用30.0％硫酸酸化至酸性，用苯(30.0ml)萃取，无水硫酸镁干燥，过滤，减压除去苯，剩余物在50℃水浴下减压抽气1h，得12.7g甲基膦酸片呐基酯。

将甲基膦酸片呐基酯(1.00g，0.00555mol)、水(10.0ml)加入到50ml单口瓶中，加入氢氧化钠(0.440g，0.0110mol)室温下搅拌0.5h，旋蒸除水，加入氯化N-羟乙基吡啶(0.750g，0.00472mol)和苯(10.0ml)，室温下搅拌72h，溶液变成乳状液体，旋蒸除甲苯，然后加入无水乙醇(5.00ml)和乙腈(15.0ml)的混合液，充分振荡后过滤，以无水乙醚洗涤，旋蒸除有机溶剂，得白色固体，70℃条件下真空干燥24h，得1.50g黄白色固体G5，产率99.3％。¹H NMR(600MHz，DMSO-d₆)：δ＝9.121(s，2H)，8.609(dd，J＝7.8Hz，7.2Hz，1H)，8.152(dd，J＝6.6Hz，6.0Hz，2H)，4.719(s，2H)，3.834～3.778(m，2H)，1.065(d，J＝6.6Hz，3H)，0.988(d，J＝16.2Hz，3H)， 0.819(s，9H)。¹³C NMR(150MHz，DMSO-d₆)：δ＝146.047，128.271，76.790，63.596，60.750，35.224，26.542，17.758。

实施例6

离子液体G6的制备：在装有温度计、滴液漏斗和回流冷凝管的250ml四口烧瓶中加入氢氧化钠(9.00g，0.225mol)和水(80.0ml)，搅拌溶解，于30℃开始滴加甲基氯膦酸片呐基酯(20.0g，0.101mol)，反应放热，滴加完毕后加热使内温保持在80～85℃，反应1h，冷却后用苯(20.0ml)充分洗涤，分出水层，用30.0％硫酸酸化至酸性，用苯(30.0ml)萃取，无水硫酸镁干燥，过滤，减压除去苯，剩余物在50℃水浴下减压抽气1h，得12.7g甲基膦酸片呐基酯。

将甲基膦酸片呐基酯(1.00g，0.00555mol)、水(10.0ml)加入到50ml单口瓶中，加入氢氧化钠(0.440g，0.0110mol)室温下搅拌0.5h，旋蒸除水，加入氯化羟乙基三甲基季铵(0.650g，0.00468mol)和苯(10.0ml)，室温下搅拌72h，溶液变成乳状液体，旋蒸除甲苯，然后加入无水乙醇(5.00ml)和乙腈(15.0ml)的混合液，充分振荡后过滤，以无水乙醚洗涤，旋蒸除有机溶剂，得白色故体，70℃条件下真空干燥24h，得1.33g白色固体G6，产率94.3％。¹H NMR(600MHz，DMSO-d₆)：δ＝3.979(q，J＝4.8Hz，1H)，3.822(d，J＝4.2Hz，2H)，3.415(dd，J＝5.4Hz，4.8Hz，2H)，3.126(s，9H)，1.237(d，J＝17.4Hz，3H)，1.139(d，J＝6.6Hz，3H)，0.847(s，6H)。¹³CNMR(150MHz，DMSO-d₆)：δ＝67.576，55.684，53.802，26.239，26.198，17.483，13.246。

实施例7

离子液体G7的制备：在装有回流冷凝管的100ml单口瓶中加入甲基氯膦酸异丙酯(10.1g，0.0645mol)，水(9.00g，0.500mol)和丙酮(25.0ml)，混合物室温搅拌 1h，减压蒸出丙酮和水，剩余物减压蒸馏，收集60Pa压力下，102℃馏分，得无色粘稠液体即甲基膦酸异丙酯4.22g。

将甲基膦酸异丙酯(1.00g，0.00724mol)和水(10.0ml)加入到50ml单口瓶中，加入氢氧化钠(0.290g，00725mol)，室温搅拌0.5h，旋蒸除水，加入氯化3-十二烷基-3-甲基咪唑(1.00g，0.00719mol)和乙腈(15.0ml)，室温下搅拌5h，取出过滤，滤液旋蒸蒸干，用乙酸乙酯和无水乙醚反复洗涤，于70℃下真空干燥12h，得1.01g白色固体G7，熔点55℃，产率35％。¹H NMR(600MHz，D₂O)：8.586(s，1H)，7.357(dd，J＝1.8Hz，1.2Hz，1H)，7.313(d，J＝1.8Hz，1H)，4.350～4.315(m，1H)，4.071(dd，J＝6.6Hz，7.2Hz，2H)，3.774(s，3H)，1.750(quint，J＝7.2Hz，3H)，1.190～1.122(m，28H)，0.749(dd，J＝6.6Hz，7.2Hz)。

本发明制备的G1～G7化合物均为离子液体，具有不易挥发，蒸气压低，极性可调，可重复利用等性能，可以用作有机合成反应中的溶剂或催化剂，石油化工中的脱硫剂等。

Claims

1.一种含磷阴离子离子液体，其结构式如下：

其中R＝i-C₃H₇或CH₃CHCH(CH₃)₃，

Z＝OH或C₁₁H₂₁；

离子液体为下述化学式之一：

2.一种含磷阴离子离子液体的制备方法，其特征在于：将含磷基团化合物加入到丙酮和水的溶液中室温反应1h，蒸馏得相应酸，或是将含磷基团化合物加入到氢氧化钠溶液中70～90℃反应1h水解，用30％硫酸酸化，用苯萃取，除溶剂后得相应酸，将得到的含磷基团化合物相应的酸与氢氧化钠在水溶液中酸碱中和反应得到相应的钠盐，再与咪唑类、吡啶类、季铵盐类离子液体在乙腈溶剂中室温复分解反应60～80h，反应结束后除溶剂，加入无水乙醇和乙腈的混合液充分振荡溶解，过滤，用无水乙醚洗涤，真空干燥24h得到产物离子液体。

3.根据权利要求2所述的含磷阴离子离子液体的制备方法，其特征在于：所述的含磷基团化合物为甲基氯膦酸异丙酯或甲基氯膦酸片呐基酯。

4.根据权利要求2所述的含磷阴离子离子液体的制备方法，其特征在于：所述的咪唑类离子液体为氯化3-羟乙基-1-甲基咪唑或氯化3-十二烷基-1-甲基咪唑、所述的吡啶类离子液体为氯化N-羟乙基吡啶、所述的季铵盐类离子液体为羟氯化羟乙基三甲基季铵。

5.根据权利要求2所述的含磷阴离子离子液体的制备方法，其特征在于：加入无水乙醇和乙腈的体积比为1∶3。