CN105399679A - 一种醚基功能化酸性离子液体及其制备方法 - Google Patents

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冯先涛
魏雨
张景迅
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D233/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings
    • C07D233/54—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D233/56—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, attached to ring carbon atoms
    • C07D233/60—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, attached to ring carbon atoms with hydrocarbon radicals, substituted by oxygen or sulfur atoms, attached to ring nitrogen atoms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract

本发明公开了一种醚基功能化酸性离子液体及其制备方法。所述醚基功能化酸性离子液体同时具备醚基和酸性基团。所述醚基为-(CH2)k1-O-(CH2)k2-H(k1＝2-6,k2＝1-6)所述酸性基团为HSO4 -、HPO4 2-、H2PO4 -。本发明还公开了制备所述醚基功能化酸性离子液体的制备方法。本发明的优势为离子液体同时具有醚基和酸性基团两种官能团，具有其单一官能团所不具备的特点及优势。本发明的合成方法步骤简单、原料易得、反应条件温和、无需使用大型专用设备即可制备，易于工业化。利用此方法可得到多种醚基功能化的酸性离子液体，其醚基可调节，酸性也可通过酸性基团的更换来调节。

Description

一种醚基功能化酸性离子液体及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机高分子功能材料技术领域，特别是一种本发明内容涉及到一种醚基功能化酸性离子液体及其制备方法。
背景技术
醚基功能化离子液体由于其具有醚基，对含氧，含羟基的有机无机化合物具有良好的溶解性，是一种特殊的离子液体溶剂，可以用于开展一系列应用研究；酸性离子液体在酸催化反应中也发挥了重要作用，聚甲氧基二甲醚等合成。单功能化的离子液体均有其局限性，如单功能化的醚基离子液体虽可溶解含氧有机物，但其不具备其他功能，如缺少酸性基团，则单功能化的醚基离子液体不能用在酸催化酯化反应中；单独的酸性离子液体虽具有酸性，但对含氧有机物溶解性不好，在此类有机反应中得不到相应的应用。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，在本发明旨在提供一种同时具有醚基和酸性基团的全新的离子液体，这种有望在酸催化反应，碳材料研究，环保等方面发挥其潜在应用价值。本发明提供了一种同时具有醚基和酸性基团的醚基功能化离子液体，其化学通式为：
R1代表醚基-(CH2)k1-O-(CH2)k2-H(k1＝2-6,k2＝1-6)；
R2代表酸性基团HSO4-、HPO4 2-、H2PO4 -。
本发明的醚基功能化离子液体合成路径如下所示：
R1代表醚基-(CH2)k1-O-(CH2)k2-H(k1＝2-6，k2＝1-6)；
R2代表酸性基团HSO4 -、HPO4 2-、H2PO4 -；
X代表卤素；
Y代表轻金属Na、K。
所述化合物的合成方法具体包括如下步骤：
(1)醚基离子液体的制备
按物质的量计，将1-10份的N-甲基咪唑溶于正庚烷；将份数为N-甲基咪唑1-3倍的卤代醚加入到N-甲基咪唑-正庚烷溶液中；氮气保护，在温度为70-90摄氏度下反应24-72小时；分离下层溶液并用萃取剂萃取，减压蒸馏得到中间体离子液体；
(2)醚基功能化酸性离子液体的制备
按物质的量计，取步骤(1)产物所述中间体离子液体1-10份溶于水；将份数为步骤(1)产物溶液1-3倍的酸性金属盐溶液加入到该溶液中；氮气保护，在温度为70-90摄氏度下反应24-72小时；减压蒸馏，得到醚基功能化酸性离子液体。
在优选方式下，步骤(1)中所述的卤代醚为氯乙基甲醚或溴乙基甲醚；步骤(1)中所述的萃取剂为乙酸乙酯；步骤(2)中所述的酸性金属盐溶液为硫酸氢钠、硫酸氢钾或磷酸氢钠溶液。
本发明的优点和积极效果是：
1、离子液体同时具有醚基和酸性基团两种官能团，具有其单一官能团所不具备的特点及优势。
2、离子液体应用到醚或酯等酸催化反应即可加强物料溶解性，亦可起到催化剂作用。
3、此离子液体即可溶解糖类化合物又可利用离子液体的酸性使糖类化合物碳化而得到碳纳米材料。
4、用本发明的合成方法步骤简单、原料易得、反应条件温和、无需使用大型专用设备即可制备，易于工业化。利用此方法可得到多种醚基功能化的酸性离子液体，其醚基可调节，酸性也可通过酸性基团的更换来调节。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述。以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本发明的一种醚基功能化离子液体合成路径如下所示：
Ils-1为中间体离子液体；
Ils-2为醚基功能化硫酸氢根酸性离子液体。
ILs-2的核磁共振氢谱数据如下：HNMR(CDCl3):10.32(s,1H),7.51(d,1H),7.38(d,1H),4.60(m,2H),4.10(s,3H),3.79(m,2H),3.38(s,3H).
(一)实施例1
(1)按物质的量计，将1份N-甲基咪唑加入到圆底烧瓶中，再加入正庚烷，磁力搅拌，搅拌速度为500转/分钟，直至反应完全；
(2)将份数为N-甲基咪唑1倍的氯乙基甲醚加入到上述溶液中；氮气保护，水浴控温，磁力搅拌，在温度为70摄氏度下反应72小时；
(3)反应结束后倾去上层溶液，将下层溶液用乙酸乙酯萃取3遍，减压蒸馏得到中间体1-甲基，3-甲乙醚基氯离子离子液体；
(4)取中间体1份溶于水，直至完全溶解；
(5)取份数为中间体1倍的硫酸氢钠加入到步骤(4)中的溶液中；
(6)氮气保护，水浴控温，磁力搅拌，在温度为70摄氏度下反应72小时；
(7)减压蒸馏，多余的氯化钠及硫酸氢钠析出，分离后得到醚基功能化酸性离子液体，摩尔收率60％。
(二)实施例2
(1)按物质的量计，将1份N-甲基咪唑加入到圆底烧瓶中，再加入正庚烷，磁力搅拌，搅拌速度为500转/分钟，直至反应完全；
(2)将份数为N-甲基咪唑1.1倍的氯乙基甲醚加入到上述溶液中；氮气保护，水浴控温，磁力搅拌，在温度为80摄氏度下反应48小时；
(3)反应结束后倾去上层溶液，将下层溶液用乙酸乙酯萃取3遍，减压蒸馏得到中间体1-甲基，3-甲乙醚基氯离子离子液体；
(4)取中间体1份溶于水，直至完全溶解；
(5)取份数为中间体1倍的硫酸氢钠加入到步骤(4)中的溶液中；
(6)氮气保护，水浴控温，磁力搅拌，在温度为80摄氏度下反应48小时；
(7)减压蒸馏，多余的氯化钠及硫酸氢钠析出，分离后得到醚基功能化酸性离子液体,摩尔收率为63％。
(三)实施例3
(1)按物质的量计，将1份N-甲基咪唑加入到圆底烧瓶中，再加入正庚烷，磁力搅拌，搅拌速度为500转/分钟，直至反应完全；
(2)将份数为N-甲基咪唑1.2倍的氯乙基甲醚加入到上述溶液中；氮气保护，水浴控温，磁力搅拌，在温度为90摄氏度下反应24小时；
(3)反应结束后倾去上层溶液，将下层溶液用乙酸乙酯萃取3遍，减压蒸馏得到中间体1-甲基，3-甲乙醚基氯离子离子液体；
(4)取中间体1份溶于水，直至完全溶解；
(5)取份数为中间体1倍的硫酸氢钠加入到步骤(4)中的溶液中；
(6)氮气保护，水浴控温，磁力搅拌，在温度为70摄氏度下反应48小时；
(7)减压蒸馏，多余的氯化钠及硫酸氢钠析出，分离后得到醚基功能化酸性离子液体,摩尔收率为61％。
(四)实施例4
(1)按物质的量计，将2份N-甲基咪唑加入到圆底烧瓶中，再加入正庚烷，磁力搅拌，搅拌速度为500转/分钟，直至反应完全；
(2)将份数为N-甲基咪唑1.1倍的氯乙基甲醚加入到上述溶液中；氮气保护，水浴控温，磁力搅拌，在温度为80℃下反应48小时；
(3)反应结束后倾去上层溶液，将下层溶液用乙酸乙酯萃取3遍，减压蒸馏得到中间体1-甲基，3-甲乙醚基氯离子离子液体；
(4)取中间体1份溶于水，直至完全溶解；
(5)取份数为中间体1倍的硫酸氢钠加入到步骤(4)中的溶液中；
(6)氮气保护，水浴控温，磁力搅拌，在温度为80摄氏度下反应24小时；
(7)减压蒸馏，多余的氯化钠及硫酸氢钠析出，分离后得到醚基功能化酸性离子液体，摩尔收率为65％。
其他醚基酸性离子液体同样可通过不同结构的卤代醚进行合成。

Claims (5)

1.一种醚基功能化酸性离子液体，其特征是，该离子液体化合物化学通式(I)为：
R1代表醚基-(CH2)k1-O-(CH2)k2-H(k1＝2-6,k2＝1-6)；
R2代表酸性基团HSO4 -、HPO4 2-、H2PO4 -。
2.一种醚基功能化酸性离子液体的制备方法，其特征是，该方法步骤为：
(1)醚基离子液体的制备
按物质的量份数计，将1-10份的N-甲基咪唑溶于正庚烷；将份数为N-甲基咪唑1-3倍的卤代醚加入到N-甲基咪唑-正庚烷溶液中；氮气保护，在温度为70-90摄氏度下反应24-72小时；分离下层溶液并用萃取剂萃取，减压蒸馏得到中间体离子液体；
(2)醚基功能化酸性离子液体的制备
按物质的量份数计，取步骤(1)产物所述中间体离子液体1-10份溶于水；将份数为步骤(1)产物溶液1-3倍的酸性金属盐溶液加入到该溶液中；氮气保护，在温度为70-90摄氏度下反应24-72小时；减压蒸馏，得到醚基功能化酸性离子液体。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的卤代醚为氯乙基甲醚或溴乙基甲醚。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的萃取剂为乙酸乙酯。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的酸性金属盐溶液为硫酸氢钠、硫酸氢钾或磷酸氢钠溶液。
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