咪唑類功能化離子液體合成工藝的研究

＊趙春生 周瀚成 張樹興 張潔怡

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730030）

咪唑類功能化離子液體合成工藝的研究

＊趙春生 周瀚成 張樹興 張潔怡

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730030）

本文研究了1-烯丙基-3-乙烯基咪唑氯鹽(AVIM)Cl功能化離子液體的合成工藝。采用兩步合成法，由N-烯丙基咪唑與1，2-二氯乙烷，三乙胺通過兩步季銨化反應(yīng)制得，通過對(duì)合成條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。結(jié)果表明：N-烯丙基咪唑和1，2-二氯乙烷按摩爾比1︰1.2混合，60℃下反應(yīng)30h；1-烯丙基-3-(2-氯代乙基)氯化咪唑嗡與胺類物質(zhì)按摩爾比1∶1.5混合，50℃下反應(yīng)20h為最佳合成條件。采用IR、1H NMR、13C NMR對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征，結(jié)果表明所合成的產(chǎn)物確為目標(biāo)離子液體。

功能化離子液體；1-烯丙基-3-乙烯基咪唑氯鹽(AVIM)Cl；合成工藝；表征

離子液體是指在室溫或接近室溫下呈液態(tài)的、完全由陰陽離子組成的鹽，也稱低溫熔融鹽。離子液體由于具有一些獨(dú)特的性能，如絕大部分離子液體不揮發(fā)、幾乎沒有蒸汽壓、離子電導(dǎo)率高和較寬的電化學(xué)窗口、較高的熱力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性以及分子具有可設(shè)計(jì)性等而成為近年來研究的熱點(diǎn)。功能化離子液體已被廣泛地應(yīng)用于各種有機(jī)反應(yīng)中，通過對(duì)離子液體的選擇和設(shè)計(jì)可以獲得較一般催化劑高的反應(yīng)效率和選擇性，目前，關(guān)于離子液體合成的工藝研究并不充分，這也在一定程度上限制了離子液體的放大生產(chǎn)和工業(yè)化，因此對(duì)制備條件包括反應(yīng)溫度、反應(yīng)物的量、反應(yīng)時(shí)間和溶劑的選擇等方面進(jìn)行優(yōu)化是非常有必要的。本文選擇了可以作為聚合物單體的1-烯丙基-3-乙烯基咪唑氯鹽為研究對(duì)象，并對(duì)這種離子液體的合成條件進(jìn)行了優(yōu)化研究，并對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列表征，以期充實(shí)離子液體數(shù)據(jù)庫。

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)主要儀器

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(RE5002)、恒溫磁力攬拌器(85-2)，鞏義市英峪高科儀器廠；電子分析天平(CP214)，奧豪斯儀器（上海）有限公司；電熱恒溫干燥箱(DHG-9031)，太倉精宏儀器設(shè)備有限公司；德國 Bruker Equinox 55 紅外光譜儀(KBr壓片)；Varian Inova-400型核磁共振儀(TMS為內(nèi)標(biāo)，CD3OD為溶劑)。

(2)主要試劑

N-烯丙基咪唑，中科院蘭州化學(xué)物理研究所；1,2-二氯乙烷、三乙胺、甲醇、乙醇、無水乙醚等均為分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。

(3)(AVIM）Cl離子液體制備工藝

①(AVIM）Cl合成原理，如圖1。

②(AVIM）Cl合成工藝

圖1 (AVIM）Cl合成原理

在100mL的圓底燒瓶中加入0．10mol N-烯丙基咪唑溶解于適量的甲醇中，按摩爾比1︰1．2滴入1，2-二氯乙烷，滴加完畢后在60℃下攪拌反應(yīng)30h，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)體系抽濾，抽濾后的濾餅用無水乙醚洗滌，得到淡黃色固體中間體1-烯丙基-3-(2-氯代乙基)氯化咪唑嗡，真空干燥至恒重。

取中間體1-烯丙基-3-(2-氯代乙基)氯化咪唑嗡0．10mol溶解于適量的乙醇中，按摩爾比1︰1．5加入三乙胺，磁力攪拌，于50℃下反應(yīng)20h，合成離子液體反應(yīng)結(jié)束后，低溫析出季銨鹽，經(jīng)旋蒸除乙醇溶劑，萃取除去剩余的季銨鹽，干燥后，得到黃色粘稠狀液體。

2.結(jié)果與討論

(1)紅外光譜分析

圖2 (AVIM）Cl的紅外光譜圖

在1-烯丙基-3-乙烯基咪唑氯鹽的IR譜圖中，各峰歸屬如下：

3426．3cm-1為O-H的特征吸收帶，是原料中少量的水造成的；3072．2cm-1為咪唑環(huán)上N=C-H的C-H伸縮振動(dòng)；1650．5cm-1為C=C的伸縮振動(dòng)峰；1549．9cm-1為C-C和咪唑環(huán)上C=N伸縮振動(dòng)；1424．7cm-1為咪唑環(huán)上C-H平面振動(dòng)；1170．8cm-1為咪唑環(huán)上C-H的面內(nèi)彎曲振動(dòng)，954．7cm-1為咪唑環(huán)的伸縮振動(dòng)，這說明離子液體(AVIM) Cl已經(jīng)生成。

(2)核磁共振氫譜分析

圖3 (AVIM) Cl的1H NMR譜圖

離子液體(AVIM）Cl1H NMR (CD3OD)數(shù)據(jù)：4．40(t，2H)，5．10(d，1H)，5．15(d，1H)，5．17(d，1H)，5．30(t，1H)，5．40(d，1H)，5．83(m，1H)，6．90(t,1H)，7．0(d，1H)，7．4(d，1H)。

(3)核磁共振碳譜分析

圖4 (AVIM) Cl的13C NMR譜圖

離子液體(AVIM）Cl13C NMR (CD3OD)數(shù)據(jù)∶ 49．8， 101．8，117．2，118．3，120．7，128．5，132．9，140．0。

從13C NMR和1H NMR譜圖中可以看出，碳原子數(shù)與合成的離子液體碳數(shù)一致，所有化學(xué)環(huán)境的氫在1H NMR譜圖中均有所體現(xiàn)，并且峰型與氫的個(gè)數(shù)與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一致。這說明已經(jīng)合成了目標(biāo)產(chǎn)物(AVIM) Cl。

結(jié)論

本文以兩步合成法合成了1-烯丙基-3-乙烯基咪唑氯鹽(AVIM)Cl功能化離子液體，確定了該離子液體最佳合成條件，包括反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)物配比以及溶劑；并對(duì)所得到的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了IR、1H NMR、13C NMR全面表征，為功能化離子液體的相關(guān)理化數(shù)據(jù)庫提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

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Study on the Synthesis of Imidazole Functionalized Ionic Liquids

Zhao Chunsheng, Zhou Hancheng, Zhang Shuxing, Zhang Jieyi

（College of Chemical Engineering, Northwest University for Nationalities, Gansu, 730030）

In this work, the synthesis of 1-allyl-3-vinylimidazolium chloride (AVIM)Cl functionalized ionic liquids was studied. Using two-step synthesis, the 1-allyl-3-vinylimidazolium chloride (AVIM)Cl functionalized ionic liquid was made of by N-allyl imidazole and 1,2-dichloroethane, triethylamine by two-step quaternization reaction in the system. The results showed that N-allyl imidazole and 1,2-dichloroethane were mixed at a molar ratio of 1∶ 1.2, reacted at 60℃for 30h; 1-allyl-3- (2-chloroethyl) Imidazole and Amine were mixed at a molar ratio of 1∶ 1.5 and reacted at 50℃for 20h for the optimum synthesis conditions. The products were characterized by IR、1H NMR and13C NMR. The results showed that the synthesized product was the target ionic liquid.

functionalized ionic liquids；1-allyl-3-vinylimidazolium chloride (AVIM)Cl；synthesis；characterization

TQ < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

趙春生（1996～)，男，西北民族大學(xué)化工學(xué)院；研究方向：精細(xì)化工。

(責(zé)任編輯：李田田)

西北民族大學(xué)國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（201610742055）。