丁逸姝,赵发伦,冷海墨,钟伟,余思娴
(1.西南石油大学 化学化工学院,四川 成都 610500;2.西南石油大学 石油与天然气工程学院,四川 成都 610500)
离子液体是由大的无机阴离子(BF4-,等)和氮、磷有机阳离子组成的有机液体物质,在室温及相邻温度下完全呈离子态[1-3]。由于组成离子液体的阴、阳离子数目相等,因而整体上显电中性。又因其所含离子具有高度不对称性,故难以密堆积,从而导致其结晶受阻,因此常温下呈液体,通常称之为“室温离子液体”[4]。离子液体作为对环境友好的绿色溶剂,不仅可以克服传统有机溶剂有毒、有害、蒸汽压高、易挥发、难回收等问题,还可以有效避免环境污染,增强化工过程安全,减小设备腐蚀等,是传统有机溶剂的理想替代品,是近年来倍受关注的绿色溶剂和功能材料[5-7]。
虽然离子液体的研究始于20 世纪初期,已有大量文献报道。但关于奇碳数1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体的具体合成工艺的文献报道较少[8]。本文通过一步法合成1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体,并详细考察了不同影响因素对产率的影响,得到了1-丁基-3-甲基咪唑氯盐最佳合成条件,并对产物进行了红外表征,确定了合成产物即为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体。
1-甲基咪唑、乙酸乙酯均为分析纯;氯代正丁烷,化学纯。
FA1004 电子天平;SYC-15B 型超级恒温水浴锅;JJ-1 型电动搅拌机;R201D 型旋转蒸发仪;WQF-520 型红外光谱仪。
采用一步法通过卤代烷RX 与烷基咪唑发生烷基化反应合成1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体。其反应式如下:
取16.0 mL 1-甲基咪唑于圆底三口烧瓶内,接上冷凝管,通入氩气保护气,将装置内空气排出,缓慢滴入26.2 mL 氯代正丁烷,在70 ℃搅拌反应32 h。取出反应物,每次用12 mL 乙酸乙酯洗涤,洗涤3 次。在80 ℃恒温水浴条件下,用旋转蒸发仪真空蒸发10 h。称量,放于棕色干燥器内密封保存。
反应产物红外谱图见图1。
图1 产物红外谱图Fig.1 The infrared spectrum of product
由图1 可知,3 450 cm-1处为咪唑环上的C—H伸缩振动吸收峰,3 075,2 949 cm-1处为饱和的C—H伸缩振动吸收峰,2 067 cm-1处为咪唑环上的伸缩振动吸收峰,1 644 cm-1处为咪唑环骨架振动峰,1 455 cm-1处为芳基碳C—N 伸缩振动峰,1 180 cm-1处为烷基碳C—N 伸缩振动峰,858 cm-1处为咪唑环上C—H 面内摇摆弯曲振动峰,747 cm-1处为咪唑环上C—H 面外摇摆弯曲振动峰,647 cm-1处为C—Cl 伸缩振动峰[12]。因此,可以认为该产物为目标产物1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体。
采用正交实验法考察不同影响因素对产率的影响,实验设计及结果见表1。
表1 咪唑氯盐离子液体合成正交实验结果Table 1 Orthogonal experimental results of imidazolium chloride ionic liquid synthesis
由表1 可知,因素主次顺序为B >A >C,优水平为A3B4C4,即反应温度取80 ℃,反应时间为40 h,1-甲基咪唑与氯代正丁烷的摩尔比为5∶7。
采用一步法合成1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体的最佳合成条件为:反应温度80 ℃,反应时间40 h,1-甲基咪唑与氯代正丁烷的摩尔比5∶7。
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