CN102633724A - 一种氨基酸咪唑盐离子液体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氨基酸咪唑盐离子液体及其制备方法，该离子液体的结构通式如下：
其中，R1、R3分别表示C1-C8的烷基，R2表示H或C1-C8的烷基，X-表示阴离子。该离子液体采用氨基酸或类似氨基酸结构的化合物与含氢氧根的咪唑类化合物在水溶液中反应生成新型的氨基酸咪唑盐离子液体和水。与现有技术相比，本发明的制备方法简单、成本低廉、产品纯度高，是一种高效、清洁制备功能型离子液体的方法，有利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及离子液体，尤其涉及一种氨基酸咪唑盐离子液体及其制备方法。
背景技术
室温离子液体(RTILs)是由有机阳离子和无机或有机阴离子组成的在室温或接近室温条件下呈液体状态的盐，具有熔点低、不易挥发、液态温度范围宽及电导率高等优良特性，其物化性质可以通过改变阴阳离子的结构来实现。离子液体的性质稳定、可循环使用、一般不会导致设备腐蚀，其应用领域广阔，可以用作复杂有机反应均相催化剂的溶剂、汽液相分离的介质以及太阳能电池的电解质等。
离子液体具有结构可调性，可以向离子液体中引入某种基团使离子液体具有特定的性能。近年来的研究发现，向离子液体中引入胺基能够极大地提高对CO2气体的吸收性能。Bates(J.Am.Chem.Soc.，2002，124(6)：926-927)等合成了含胺基(-NH2)的功能型离子液体1-(3-丙胺基)-3-丁基咪唑四氟硼酸盐[apbim][BF4]，研究发现它对CO2的吸收容量明显高于常规离子液体，但该类离子液体的黏度极大而且合成工艺复杂、合成条件苛刻，限制了它的使用。如果利用天然含有胺基的物质合成功能型离子液体，不但可以简化合成步骤降低合成成本，而且能够提高合成过程的绿色化程度。在天然含有胺基的化合物中，最常见的是氨基酸和类似氨基酸结构的化合物。使用氨基酸或类似氨基酸结构的化合物，显然能够制备含有胺基的功能型离子液体。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制备方法简单、成本低廉、产品纯度高的氨基酸咪唑盐离子液体及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种氨基酸咪唑盐离子液体，其特征在于，该离子液体的结构通式如下：
其中，R1、R3分别表示C1-C8的烷基，R2表示H或C1-C8的烷基，X-表示阴离子。
所述的R1、R3分别表示C1-C8的烷基是指具有1-8个碳原子的直链或支链烷基，R2指氢原子或具有1-8个碳原子的直链或支链烷基，所述的X-表示的阴离子由氨基酸和类似氨基酸结构的化合物制得的氨基酸阴离子，包括丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸和谷氨酸等。
一种氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将卤化咪唑盐在有机溶剂中与碱金属氢氧化物在10～30℃搅拌反应1～24小时，生成含氢氧根的咪唑化合物溶液，其中卤化咪唑盐与碱金属氢氧化物的物质的量之比为1∶1～2；
(2)将步骤1得到的含氢氧根的咪唑化合物溶液滴加到氨基酸水溶液中10～30℃反应1～24小时，生成氨基酸咪唑盐离子液体和水，其中含氢氧根的咪唑化合物与氨基酸物质的量之比为1∶1～2；
(3)将步骤2得到反应产物减压蒸馏除溶剂，过滤除不溶物，得到氨基酸咪唑盐离子液体粗产物；
(4)将步骤3得到的离子液体粗产物溶于有机溶剂中，低温储存6～24小时，温度为-5～-10℃，剧烈搅拌，过滤除去不溶物，减压蒸馏除溶剂得到氨基酸咪唑盐离子液体。
步骤(1)所述的卤化咪唑盐包括1-丁基-3-甲基咪唑溴化钾、1-丁基-3-甲基咪唑溴化钠、1-乙基-3-甲基咪唑氯化钾或1-乙基-3-甲基咪唑氯化钠等。
步骤(1)所述的碱金属氢氧化物包括KOH、NaOH或LiOH。
步骤(1)所述的卤化咪唑盐与碱金属氢氧化物的物质的量之比为1∶1～1.2。
步骤(1)和步骤(4)所述的有机溶剂是醇类或腈类，或者是醇类和腈类的混合溶剂。
所述的有机溶剂为甲醇、乙醇或乙腈。
步骤(2)所述的氨基酸水溶液中氨基酸为氨基酸或类似氨基酸结构的化合物，包括丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸、谷氨酸。
步骤(2)所述的含氢氧根的咪唑化合物与氨基酸物质的量之比为1∶1～1.2。
与现有技术相比，本发明采用氨基酸或类似氨基酸结构的化合物与含氢氧根的咪唑类化合物在水溶液中反应生成新型的氨基酸咪唑盐离子液体和水。本发明的制备方法简单、成本低廉、产品纯度高，是一种高效、清洁制备功能型离子液体的方法，有利于工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式和实例来进一步说明本发明，但本发明并不限于下述实施例，在不脱离前后所述宗旨的范围下，变化实施都包含在本发明的技术范围内。
实施例1：
称取一定量的1-丁基-3-甲基咪唑溴盐[Bmim][Br]，向其中加入一定量的无水乙醇，缓慢搅拌使[Bmim][Br]溶解，并向其中加入稍过量的KOH乙醇溶液，在常温下发生复分解反应，时间为10小时，过滤除去溴化钾沉淀，得到含有氢氧根的咪唑化合物溶液。然后与稍过量的L-丙氨酸(Ala)水溶液在常温下进行中和反应，时间为8小时。减压蒸馏除溶剂，再用乙腈和甲醇混合溶剂萃取反应产物，过滤取滤液，旋转蒸发除溶剂后得到[Bmim][L-Ala]离子液体。
实施例2：
称取一定量的1-丁基-3-甲基咪唑溴盐[Bmim][Br]，向其中加入一定量的无水乙醇，缓慢搅拌使[Bmim][Br]溶解，并向其中加入稍过量的KOH乙醇溶液，在常温下发生复分解反应，时间为10小时，过滤除去溴化钾沉淀，得到含有氢氧根的咪唑化合物溶液。然后与稍过量的甘氨酸(Gly)水溶液在常温下进行中和反应，时间为7小时。减压蒸馏除溶剂，再用乙腈和甲醇混合溶剂萃取反应产物，过滤取滤液，旋转蒸发除溶剂后得到[Bmim][Gly]离子液体。
实施例3：
称取一定量的1-丁基-3-甲基咪唑溴盐[Bmim][Br]，向其中加入一定量的无水乙醇，缓慢搅拌使[Bmim][Br]溶解，并向其中加入稍过量的KOH乙醇溶液，在常温下发生复分解反应，时间为10小时，过滤除去溴化钾沉淀，得到含有氢氧根的咪唑化合物溶液。然后与稍过量的赖氨酸(Lys)水溶液在常温下进行中和反应，时间为12小时。减压蒸馏除溶剂，再用乙腈和甲醇混合溶剂萃取反应产物，过滤取滤液，旋转蒸发除溶剂后得到[Bmim][Lys]离子液体。
实施例4：
称取一定量的1-丁基-3-甲基咪唑溴盐[Bmim][Br]，向其中加入一定量的无水乙醇，缓慢搅拌使[Bmim][Br]溶解，并向其中加入稍过量的KOH乙醇溶液，在常温下发生复分解反应，时间为10小时，过滤除去溴化钾沉淀，得到含有氢氧根的咪唑化合物溶液。然后与稍过量的谷氨酸(Glu)水溶液在常温下进行中和反应，时间为9小时。减压蒸馏除溶剂，再用乙腈和甲醇混合溶剂萃取反应产物，过滤取滤液，旋转蒸发除溶剂后得到[Bmim][Glu]离子液体。
实施例5：
称取一定量的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐[Emim][Cl]，向其中加入一定量的无水乙醇，缓慢搅拌使[Emim][Cl]溶解，并向其中加入稍过量的KOH乙醇溶液，在常温下发生复分解反应，时间为12小时，过滤除去氯化钾沉淀，得到含有氢氧根的咪唑化合物溶液。然后与稍过量的L-丙氨酸(Ala)水溶液在常温下进行中和反应，时间为9小时。减压蒸馏除溶剂，再用乙腈和甲醇混合溶剂萃取反应产物，过滤取滤液，旋转蒸发除溶剂后得到[Emim][L-Ala]离子液体。
实施例6：
称取一定量的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐[Emim][Cl]，向其中加入一定量的无水乙醇，缓慢搅拌使[Emim][Cl]溶解，并向其中加入稍过量的KOH乙醇溶液，在常温下发生复分解反应，时间为12小时，过滤除去氯化钾沉淀，得到含有氢氧根的咪唑化合物溶液。然后与稍过量的甘氨酸(Gly)水溶液在常温下进行中和反应，时间为8小时。减压蒸馏除溶剂，再用乙腈和甲醇混合溶剂萃取反应产物，过滤取滤液，旋转蒸发除溶剂后得到[Emim][Gly]离子液体。
实施例7：
称取一定量的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐[Emim][Cl]，向其中加入一定量的无水乙醇，缓慢搅拌使[Emim][Cl]溶解，并向其中加入稍过量的KOH乙醇溶液，在常温下发生复分解反应，时间为12小时，过滤除去氯化钾沉淀，得到含有氢氧根的咪唑化合物溶液。然后与稍过量的赖氨酸(Lys)水溶液在常温下进行中和反应，时间为10小时。减压蒸馏除溶剂，再用乙腈和甲醇混合溶剂萃取反应产物，过滤取滤液，旋转蒸发除溶剂后得到[Emim][Lys]离子液体。
实施例8：
称取一定量的1-乙基-3-甲基咪唑氯盐[Emim][Cl]，向其中加入一定量的无水乙醇，缓慢搅拌使[Emim][Cl]溶解，并向其中加入稍过量的KOH乙醇溶液，在常温下发生复分解反应，时间为12小时，过滤除去氯化钾沉淀，得到含有氢氧根的咪唑化合物溶液。然后与稍过量的谷氨酸(Glu)水溶液在常温下进行中和反应，时间为12小时。减压蒸馏除溶剂，再用乙腈和甲醇混合溶剂萃取反应产物，过滤取滤液，旋转蒸发除溶剂后得到[Emim][Glu]离子液体。
实施例9：
一种氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将1-丁基-3-甲基咪唑溴化钾在乙醇溶剂中与KOH在10℃搅拌反应24小时，生成含氢氧根的咪唑化合物溶液，其中1-丁基-3-甲基咪唑溴化钾与KOH的物质的量之比为1∶1；
(2)将步骤1得到的含氢氧根的咪唑化合物溶液滴加到丝氨酸水溶液中10℃反应24小时，生成氨基酸咪唑盐离子液体和水，其中含氢氧根的咪唑化合物与丝氨酸物质的量之比为1∶1；
(3)将步骤2得到反应产物减压蒸馏除溶剂，过滤除不溶物，得到氨基酸咪唑盐离子液体粗产物；
(4)将步骤3得到的离子液体粗产物溶于乙醇溶剂中，低温储存6小时，温度为-10℃，剧烈搅拌，过滤除去不溶物，减压蒸馏除溶剂得到氨基酸咪唑盐离子液体。
实施例10：
一种氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将1-丁基-3-甲基咪唑溴化钠在乙醇溶剂中与NaOH在30℃搅拌反应24小时，生成含氢氧根的咪唑化合物溶液，其中1-丁基-3-甲基咪唑溴化钠与KOH的物质的量之比为1∶2；
(2)将步骤1得到的含氢氧根的咪唑化合物溶液滴加到精氨酸水溶液中30℃反应1小时，生成氨基酸咪唑盐离子液体和水，其中含氢氧根的咪唑化合物与精氨酸物质的量之比为1∶1；
(3)将步骤2得到反应产物减压蒸馏除溶剂，过滤除不溶物，得到氨基酸咪唑盐离子液体粗产物；
(4)将步骤3得到的离子液体粗产物溶于乙醇溶剂中，低温储存24小时，温度为-5℃，剧烈搅拌，过滤除去不溶物，减压蒸馏除溶剂得到氨基酸咪唑盐离子液体。
实施例11：
一种氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将1-丁基-3-甲基咪唑氯化钾在乙醇溶剂中与LiOH在20℃搅拌反应10小时，生成含氢氧根的咪唑化合物溶液，其中1-丁基-3-甲基咪唑氯化钾与KOH的物质的量之比为1∶1.2；
(2)将步骤1得到的含氢氧根的咪唑化合物溶液滴加到丝氨酸水溶液中20℃反应10小时，生成氨基酸咪唑盐离子液体和水，其中含氢氧根的咪唑化合物与丝氨酸物质的量之比为1∶1.2；
(3)将步骤2得到反应产物减压蒸馏除溶剂，过滤除不溶物，得到氨基酸咪唑盐离子液体粗产物；
(4)将步骤3得到的离子液体粗产物溶于乙醇溶剂中，低温储存10小时，温度为-8℃，剧烈搅拌，过滤除去不溶物，减压蒸馏除溶剂得到氨基酸咪唑盐离子液体。
Claims (10)
1.一种氨基酸咪唑盐离子液体，其特征在于，该离子液体的结构通式如下：
其中，R1、R3分别表示C1-C8的烷基，R2表示H或C1-C8的烷基，X-表示阴离子。
2.根据权利要求1所述的氨基酸咪唑盐离子液体，其特征在于，所述的R1、R3分别表示C 1-C8的烷基是指具有1-8个碳原子的直链或支链烷基，R2指氢原子或具有1-8个碳原子的直链或支链烷基，所述的X-表示的阴离子由氨基酸和类似氨基酸结构的化合物制得的氨基酸阴离子，包括丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸和谷氨酸等。
3.一种如权利要求1所述的氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将卤化咪唑盐在有机溶剂中与碱金属氢氧化物在10～30℃搅拌反应1～24小时，生成含氢氧根的咪唑化合物溶液，其中卤化咪唑盐与碱金属氢氧化物的物质的量之比为1∶1～2；
(2)将步骤1得到的含氢氧根的咪唑化合物溶液滴加到氨基酸水溶液中10～30℃反应1～24小时，生成氨基酸咪唑盐离子液体和水，其中含氢氧根的咪唑化合物与氨基酸物质的量之比为1∶1～2；
(3)将步骤2得到反应产物减压蒸馏除溶剂，过滤除不溶物，得到氨基酸咪唑盐离子液体粗产物；
(4)将步骤3得到的离子液体粗产物溶于有机溶剂中，低温储存6～24小时，温度为-5～-10℃，剧烈搅拌，过滤除去不溶物，减压蒸馏除溶剂得到氨基酸咪唑盐离子液体。
4.根据权利要求3所述的氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的卤化咪唑盐包括1-丁基-3-甲基咪唑溴化钾、1-丁基-3-甲基咪唑溴化钠、1-乙基-3-甲基咪唑氯化钾或1-乙基-3-甲基咪唑氯化钠等。
5.根据权利要求3所述的氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的碱金属氢氧化物包括KOH、NaOH或LiOH。
6.根据权利要求3所述的氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的卤化咪唑盐与碱金属氢氧化物的物质的量之比为1∶1～1.2。
7.根据权利要求3所述的氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(4)所述的有机溶剂是醇类或腈类，或者是醇类和腈类的混合溶剂。
8.根据权利要求7所述的氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂为甲醇、乙醇或乙腈。
9.根据权利要求3所述的氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的氨基酸水溶液中氨基酸为氨基酸或类似氨基酸结构的化合物，包括丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、精氨酸、赖氨酸、谷氨酸。
10.根据权利要求3所述的氨基酸咪唑盐离子液体的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的含氢氧根的咪唑化合物与氨基酸物质的量之比为1∶1～1.2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120815 |