烷基瞇唑類離子液體的合成及物理性質(zhì)研究

摘 要：介紹了離子液體的種類、特點(diǎn)及研究進(jìn)展。重點(diǎn)介紹烷基咪唑類離子液體的合成方法。

關(guān)鍵詞：烷基咪唑；離子液體；合成

中圖分類號(hào)：TQ文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2008）10-0381-01

1 引言

離子液體是指呈液態(tài)的，完全由離子組成的化合物。室溫離子液體指室溫附近呈液態(tài)的離子液體，即熔點(diǎn)較低，在室溫附近很大溫度范圍內(nèi)均為液態(tài)的離子化合物。離子液體(ionic liquids，ILs)又稱室溫熔融鹽(room temperature molten salt)，化學(xué)穩(wěn)定性好，通過(guò)對(duì)正、負(fù)離子的設(shè)計(jì)，可以得到對(duì)無(wú)機(jī)物、有機(jī)物和聚合物溶解性不同的離子液體。

2 離子液體的種類 

離子液體由陰、陽(yáng)離子組成，種類繁多。大體可分為三類：AlCl3型離子液體、非AlCl3型離子液體及其他特殊離子液體。根據(jù)負(fù)離子的不同可將離子液體分為金屬類和非金屬類：金屬類是含AlCl3或CuCl2的鹵化鹽。通過(guò)改變陰離子、陽(yáng)離子的不同組合可以獲得不同的離子液體。一般陽(yáng)離子為有機(jī)組分， 并根據(jù)陽(yáng)離子的不同對(duì)離子液體進(jìn)行分類。1992年發(fā)現(xiàn)對(duì)水和空氣穩(wěn)定且組成固定的離子液體l一乙基-3-甲基咪唑氟硼酸鹽(［emim］BF4)后，非A1C13型離子液體得到迅猛發(fā)展，品種已達(dá)幾百種之多。其它特殊型離子液體有N-烷基-N-乙烯基-2-吡咯烷酮、小季銨(烷基碳均小于3)與新的負(fù)離子TSAC(CF3SO2NCOCF3)等。

在各種離子液體的陽(yáng)離子中，1，3．二烷基取代咪唑離子研究較早，且各方面理化性質(zhì)報(bào)道較多，因此，在用于化學(xué)反應(yīng)的離子液體中，以烷基咪唑類居多。陰離子部分以氟硼酸根、氟磷酸根最為常用 。

3 離子液體的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的溶劑相比離子液體具有如下特點(diǎn)：（1）沒(méi)有顯著的蒸氣壓。（2）具有良好的溶解能力。（3）具有良好的導(dǎo)電性。（4）具有“可設(shè)性”。 （5）具有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。（6）易于與其他物質(zhì)分離，可循環(huán)利用。（7）制備簡(jiǎn)單。

4 烷基咪唑類離子液體的合成

4.1 傳統(tǒng)方法合成離子液體

1，2 烷基咪唑類離子液體的合成烷基咪唑氟硼酸鹽最早采用銀鹽法合成，即二烷基咪唑的氯化物與Ag2O及HBF4 的水溶液反應(yīng)，除去AgCl沉淀即得。后來(lái)又開(kāi)發(fā)了非銀鹽法，即在非水條件下，以丙酮為溶劑，二烷基咪唑與氟硼酸鹽反應(yīng)制得，例如由［bmim］CI制備［bmim］BF4。其中［bmim］Cl的合成采用N-甲基咪唑與氯代正丁烷在氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)48h，經(jīng)結(jié)晶、減壓干燥得到固體［bmim］CI。［bmim］CI再與NaBF4 在丙酮中制得［bmim］BF4，收率92％。

1，3 二烷基咪唑鹵代鹽離子液體的合成。

1，3 二烷基咪唑鹵代鹽一般采用直接合成的方法由N-烷基咪唑與鹵代烴反應(yīng)制得。如制備溴代甲基乙基咪唑，Huddleston研究了無(wú)溶劑制備［C4-mim］Cl 的方法，按照等摩爾比加料，在70℃，反應(yīng)時(shí)間加長(zhǎng)達(dá)到72h，雖然該反應(yīng)得到產(chǎn)物純度較高，但反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

鹵化二烷基咪唑的合成。

以乙二醛、甲胺、氨水為原料一步制得N．甲基咪唑，再與溴代正丁烷在甲苯中制得了［bmim］Br，收率67．0％，純度98.1％ 。也可不添加任何溶劑，等摩爾比70℃反應(yīng)2h得到。N-甲基咪唑與溴代正丁烷在正庚烷中于80℃應(yīng)18h［bmim］Br，收率91．8％。后者在甲醇中與氟硼酸銨等摩爾反應(yīng)，得產(chǎn)物［bmim］BF4，收率96．1％。

4.2 微波作用下合成離子液體

一般均在有機(jī)溶劑中加熱回流制備離子液體，反應(yīng)時(shí)間數(shù)小時(shí)至數(shù)十小時(shí)不等。而在微波作用下無(wú)需有機(jī)溶劑，且反應(yīng)速度快、產(chǎn)率高，產(chǎn)品純度好。

N_甲基咪唑與溴代正丁烷在微波作用下無(wú)溶劑制［bmim］Br，優(yōu)化的反應(yīng)條件為：微波功率240W、二者投料摩爾比1：1．1，反應(yīng)時(shí)間60s。鹵化物的反應(yīng)活性、收率與在溶劑中的加熱回流反應(yīng)規(guī)律相同。

文獻(xiàn)還報(bào)道了微波法由二烷基咪唑與四氟硼酸鹽制備［bmim］BF4 的方法，反應(yīng)中可以看到NH4BF4晶體消失，經(jīng)離子交換生成NH4Br沉淀，但微波功率太高時(shí)反應(yīng)物易分解，故而選擇中檔功率較合適。

孫學(xué)文將氯化甲基丁基咪唑與金屬鹵化物在常溫下按一定的摩爾比例在手套箱中反應(yīng)，由于反應(yīng)放熱，金屬鹵化物的加入應(yīng)比較緩慢， 并充分混合即可制得所需要離子液體。 李春蕾等在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用復(fù)分解反應(yīng)， 利用KPF6和［Emim］Cl在去離子水中反應(yīng)制得離子液體，因［Emim］PF6不溶于水，生成后即分層，反應(yīng)具有很高的收率，所得到的離子液體經(jīng)過(guò)洗滌、真空干燥脫水后即可使用。

5 展望

離子液體的物理化學(xué)特性如熔點(diǎn)、黏度、密度、親水性和熱穩(wěn)定性等，可以通過(guò)選擇合適的陽(yáng)離子和陰離子調(diào)配，即具有“可設(shè)性”。以及具有不揮發(fā)、不易燃、具有導(dǎo)電性、電化學(xué)窗口寬，無(wú)污染等特點(diǎn)。雖然目前離子液體的品種已經(jīng)很多，對(duì)［bmim］BF4 的研究報(bào)道也很多， 但尚未實(shí)現(xiàn)真正工業(yè)化。但離子液體獨(dú)特的性質(zhì)引起了人們極大的興趣，了解其合成過(guò)程，尤其由陰陽(yáng)離子的可調(diào)配性，勢(shì)必極大地促進(jìn)咪唑類離子液體的工業(yè)化。

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參考文獻(xiàn)

［1］ 趙東濱，寇元．室溫離子液體：合成、性質(zhì)及應(yīng)用［J］．大學(xué)化學(xué)，2002，(17)：42-46．

［2］劉紅霞，徐群. 烷基瞇唑類離子液體的合成及應(yīng)用［J］．中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)雜志，2006．(37)：644-647.

［3］盧澤湘，袁霞，吳劍等．咪唑類離子液體的合成和光譜表征［J］．化學(xué)世界，2005，(3)：148-150．

［4］蔡月琴，彭延慶，宋恭華等．室溫離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽的合成［J］．化學(xué)試劑，2005，(27)：1-2．

［5］葉天旭，張予輝，劉金河等．烷基咪唑氟硼酸鹽離子液體的合成與溶劑性質(zhì)［J］．石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，(28)：105-111．