專利名稱：一種環(huán)烷酸季銨鹽類離子液體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)化工領(lǐng)域一種環(huán)烷酸季銨鹽類離子液體的合成。
背景技術(shù)：
離子液體是由有機(jī)陽離子和無機(jī)或有機(jī)陰離子組成的在室溫及相鄰溫度下呈液態(tài)的化合物。
與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑和電解質(zhì)相比，離子液體具有一系列突出的優(yōu)點(diǎn)(1)室溫下幾乎沒有蒸氣壓，不揮發(fā)，可用于高真空條件下的反應(yīng)，同時(shí)可減少因揮發(fā)而產(chǎn)生的環(huán)境污染問題；(2)具有良好的化學(xué)、熱力學(xué)穩(wěn)定性和適宜的粘度，可作為液相色譜的固定相；(3)具有高度可設(shè)計(jì)性，可以通過改變陰、陽離子的大小，烷基鏈長短調(diào)節(jié)其極性、酸堿度和其對無機(jī)物、水、有機(jī)物及聚合物的溶解性等；(4)與一些有機(jī)溶劑不互溶，可以提供一個(gè)非水、極性可調(diào)的兩相體系，能有效地減少傳統(tǒng)分子溶劑對溶質(zhì)的溶劑化、溶劑解等現(xiàn)象；(5)作為液體形式存在的溫度范圍較寬，有利于熱力學(xué)控制；(6)具有較高的離子遷移和擴(kuò)散速度，因而具有良好的導(dǎo)電性，較寬的電化學(xué)窗口，可作為許多物質(zhì)電化學(xué)研究的電解液。
由于離子液體這些特殊的性質(zhì)，它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)溶劑和電解質(zhì)，在有機(jī)合成、電化學(xué)、催化化學(xué)、材料科學(xué)以及無機(jī)物溶液化學(xué)方面有著廣闊的應(yīng)用前景，也有望為綠色無污染工業(yè)開辟新的道路。因此，我們需要合成越來越多的新型的、具有特殊功能離子液體材料，以適應(yīng)離子液體的研究需求。
離子液體的合成方法通?？梢苑譃橐徊胶铣煞ê蛢刹胶铣煞āＦ渲幸徊胶铣煞ㄖ饕峭ㄟ^酸堿中和反應(yīng)或季胺化反應(yīng)一步合成離子液體，操作經(jīng)濟(jì)簡便，沒有副產(chǎn)物，產(chǎn)品易純化。兩步合成法主要是首先通過季胺化反應(yīng)制備出含有目標(biāo)陽離子的鹵鹽，然后用大的陰離子置換鹵離子或加入Lewis酸與之反應(yīng)來得到目標(biāo)離子。兩步合成法的優(yōu)點(diǎn)是普適性好，但合成中最大的問題是陰離子交換反應(yīng)將產(chǎn)生無機(jī)鹽副產(chǎn)物，制備過程中對環(huán)境不友好。同時(shí)不可避免地有少量的無機(jī)鹽雜質(zhì)難以測定除去，對離子液體產(chǎn)品的純化造成了一定的困難。因此相對而言，一步合成法更受關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于合成一種以環(huán)烷酸類系列化合物為陰離子供體，以叔胺類和季胺堿類化合物為陽離子供體的新型離子液體。
本發(fā)明的具體方法為選取環(huán)烷酸類系列化合物環(huán)戊烷羧酸、環(huán)己烷羧酸、環(huán)己烷雙乙酸、1-甲基-1-環(huán)己烷羧酸、4-戊基環(huán)己烷羧酸、二環(huán)己基乙酸、環(huán)己烯甲酸、環(huán)庚基甲酸、環(huán)戊基甲酸、苯甲酸、水楊酸、乙酰水楊酸、松香酸、脫氧膽酸、5β-膽烷酸、18-β-甘草次酸中的一種為陰離子供體；選取叔胺類化合物N，N-二乙基乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、N，N-二甲基丙醇胺、N，N-二甲基異丙醇胺、N，N-二乙基對甲苯胺、N，N-二乙基苯胺、N，N-二甲苯胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基環(huán)己胺、N，N-二異丙基乙胺、三正丁胺、三正丙胺、三烯丙(基)胺、N，N，N′，N′-四甲基乙二胺中的一種或季胺堿類化合物四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、芐基三甲基氫氧化銨、芐基三乙基氫氧化銨、十二烷基三甲基氫氧化銨、三辛基甲基氫氧化銨、膽堿、乙酰膽堿、丁酰膽堿、苯甲酰膽堿、磷脂酰膽堿中的一種為陽離子供體，以水、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、環(huán)己烷中的一種或者幾種的混合物作為反應(yīng)介質(zhì)，按照等摩爾比在常溫、常壓下通過一步中和反應(yīng)生成環(huán)烷酸季銨鹽類離子液體。該路線反應(yīng)效率高，沒有副產(chǎn)物。生成的離子液體具有較高的電導(dǎo)率、較高的熱穩(wěn)定性以及較寬的電化學(xué)穩(wěn)定區(qū)間，有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明用以下實(shí)例說明，但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施例，在不脫離前后所述宗旨的范圍下，變化實(shí)施都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
實(shí)施例1精密稱取0.02mol環(huán)己烷羧酸計(jì)2.563g，加入圓底燒瓶中，再向其中加入10ml乙醇作為反應(yīng)介質(zhì)，并充分?jǐn)嚢枋弓h(huán)己烷羧酸完全溶解，得澄清透明的均相溶液。然后在攪拌的條件下，向其中緩慢滴加45wt％的膽堿溶液計(jì)5.246g。在室溫條件下反應(yīng)18h。反應(yīng)物在50℃的條件下真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)90min，將大部分乙醇除去，然后將所得的液體置于真空干燥箱50℃干燥48h，最終得性狀為無色、粘稠液體的產(chǎn)品4.367g。
實(shí)施例2精密稱取水楊酸2.763g，加入圓底燒瓶中，再向其中加入10ml乙醇作為反應(yīng)介質(zhì)，并充分?jǐn)嚢枋顾畻钏嵬耆芙?，得澄清透明的均相溶液。然后在攪拌的條件下，向其中緩慢滴加45wt％的膽堿溶液5.306g。在25℃的溫度條件下反應(yīng)20h。反應(yīng)物在50℃的條件下真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)60min，將大部分乙醇除去，然后將所得的液體置于真空干燥箱50℃干燥48h，最終得性狀為淡黃色、粘稠液體的產(chǎn)品4.526g。
實(shí)施例3精密稱取環(huán)己烷羧酸2.585g，加入圓底燒瓶中，再向其中加入5ml甲醇作為反應(yīng)介質(zhì)，并充分?jǐn)嚢枋弓h(huán)己烷羧酸完全溶解，得澄清透明的均相溶液。然后在攪拌的條件下，向其中緩慢滴加40wt％的芐基三甲基氫氧化銨的甲醇溶液8.401g。在20℃的溫度條件下反應(yīng)22h。反應(yīng)物在40℃的條件下真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)90min，將大部分甲醇除去，然后將所得的產(chǎn)物置于真空干燥箱50℃干燥48h，最終得產(chǎn)物5.210g。
實(shí)施例4精密稱取水楊酸1.381g，加入圓底燒瓶中，再向其中加入10ml乙醇作為反應(yīng)介質(zhì)，并充分?jǐn)嚢枋顾畻钏嵬耆芙猓贸吻逋该鞯木嗳芤?。然后在攪拌的條件下，向其中緩慢滴加40wt％的芐基三甲基氫氧化銨的甲醇溶液4.189g。在15℃的溫度條件下反應(yīng)24h。反應(yīng)物在40℃的條件下真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)60min，將大部分反應(yīng)介質(zhì)乙醇以及芐基三甲基氫氧化銨的甲醇溶液中的甲醇除去，然后將所得的產(chǎn)物置于真空干燥箱50℃干燥48h，最終得產(chǎn)物2.592g。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)烷酸季銨鹽類離子液體，其特征在于該類離子液體是以環(huán)烷酸類系列化合物為陰離子供體，以叔胺類和季胺堿類化合物為陽離子供體，在一定介質(zhì)中按照等摩爾比，在一定溫度、壓力條件下反應(yīng)一定時(shí)間合成的，該類離子液體的結(jié)構(gòu)式如下所示 其中，陰離子是主體為五元環(huán)或者六元環(huán)的一元羧酸，n＝1～5，R為烴基取代物；陽離子供體若為叔胺類化合物，R1為H，R2、R3、R4為相同或者不同的碳原子數(shù)為1～4的烷基、羥基的取代物；陽離子供體若為季胺堿類化合物，R1、R2、R3、R4為相同或者不同的碳原子數(shù)為1～12的烷基、羥基或芳基的取代物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該類離子液體的陰離子供體為環(huán)烷酸類系列化合物，主要包括環(huán)戊烷羧酸、環(huán)己烷羧酸、1-甲基-1-環(huán)己烷羧酸、4-戊基環(huán)己烷羧酸、二環(huán)己基乙酸、環(huán)己烯甲酸、環(huán)戊基甲酸、苯甲酸、乙酰水楊酸、松香酸、脫氧膽酸、5β-膽烷酸、18-β-甘草次酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該類離子液體的陽離子供體為叔胺類和季胺堿類化合物，其中叔胺類化合物主要包括N，N-二乙基乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、N，N-二甲基丙醇胺、N，N-二甲基異丙醇胺、N，N-二乙基對甲苯胺、N，N-二乙基苯胺、N，N-二甲苯胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基環(huán)己胺、N，N-二異丙基乙胺、三正丁胺、三正丙胺；季胺堿類化合物主要包括四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、芐基三甲基氫氧化銨、芐基三乙基氫氧化銨、十二烷基三甲基氫氧化銨、三辛基甲基氫氧化銨、膽堿、乙酰膽堿、丁酰膽堿、苯甲酰膽堿、磷脂酰膽堿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3所述的方法，其中該類離子液體的合成主要是各自選取上述陰、陽離子供體化合物中的一種，按照等摩爾比通過一步中和反應(yīng)完成，反應(yīng)效率高，沒有副產(chǎn)物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中反應(yīng)的介質(zhì)主要為水、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、環(huán)己烷中的一種或幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該類離子液體是在常壓下，10～50℃的溫度條件下反應(yīng)2～24h合成的。
全文摘要
本發(fā)明選取環(huán)烷酸類系列化合物中的一種為陰離子供體；選取叔胺類化合物或季胺堿類化合物中的一種為陽離子供體，以水、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、環(huán)己烷中的一種或者幾種的混合物作為反應(yīng)介質(zhì)，按照等摩爾比在常溫、常壓下通過一步中和反應(yīng)生成環(huán)烷酸季銨鹽類離子液體。該路線操作經(jīng)濟(jì)簡便，反應(yīng)效率高，沒有副產(chǎn)物。生成的環(huán)烷酸季銨鹽類離子液體具有較高的電導(dǎo)率、較高的熱穩(wěn)定性以及較寬的電化學(xué)穩(wěn)定區(qū)間，有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號C07F9/00GK101050185SQ200710099180
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者張鎖江, 于英豪, 姚宏瑋 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所