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

（西北民族大學化工學院 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

（西北民族大學化工學院 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制得，通過對合成條件進行實驗分析。結果表明：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30h；1-烯丙基-3-(2-氯代乙基)氯化咪唑嗡與胺類物質按摩爾比1∶1.5混合，50℃下反應20h為最佳合成條件。采用IR、1H NMR、13C NMR對產物進行表征，結果表明所合成的產物確為目標離子液體。

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特的性能，如絕大部分離子液體不揮發、幾乎沒有蒸汽壓、離子電導率高和較寬的電化學窗口、較高的熱力學和化學穩定性以及分子具有可設計性等而成為近年來研究的熱點。功能化離子液體已被廣泛地應用于各種有機反應中，通過對離子液體的選擇和設計可以獲得較一般催化劑高的反應效率和選擇性，目前，關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和工業化，因此對制備條件包括反應溫度、反應物的量、反應時間和溶劑的選擇等方面進行優化是非常有必要的。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象，并對這種離子液體的合成條件進行了優化研究，并對產物的結構進行一系列表征，以期充實離子液體數據庫。

1.實驗部分

(1)主要儀器

旋轉蒸發儀(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為內標，CD3OD為溶劑)。

(2)主要試劑

N-烯丙基咪唑，中科院蘭州化學物理研究所；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30h，反應結束后將反應體系抽濾，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20h，合成離子液體反應結束后，低溫析出季銨鹽，經旋蒸除乙醇溶劑，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為咪唑環上N=C-H的C-H伸縮振動；1650．5cm-1為C=C的伸縮振動峰；1549．9cm-1為C-C和咪唑環上C=N伸縮振動；1424．7cm-1為咪唑環上C-H平面振動；1170．8cm-1為咪唑環上C-H的面內彎曲振動，954．7cm-1為咪唑環的伸縮振動，這說明離子液體(AVIM) Cl已經生成。

(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)數據：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)數據∶ 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，碳原子數與合成的離子液體碳數一致，所有化學環境的氫在1H NMR譜圖中均有所體現，并且峰型與氫的個數與設計結構一致。這說明已經合成了目標產物(AVIM) Cl。

結論

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，包括反應時間、反應溫度、反應物配比以及溶劑；并對所得到的產物的結構進行了IR、1H NMR、13C NMR全面表征，為功能化離子液體的相關理化數據庫提供可靠的實驗數據。

[1]趙衛星,姜紅波,張來新．咪唑類離子液體的制備與合成[J]．貴州化工,2010,35(4):8-13．

[2]黃社英,王遠,黃廷林等．咪唑類離子液體的合成及其在分析化學中的應用[J]．化學研究與應用,2009,21(1):13-17．

[3]Welton T．Room-temperature ionic liquids:Solvents for synthesis and catalysis[J]．Chemical Reviews,1999,99:2071-2083．

[4]Holbrey J D,Seddon K R．Ionic Iiquid[J]．Clena Prod Process, 1999,(1):223-236．

[5]張曉春,張鎖江,左勇等．離子液體的制備及應用[J]．化學進展,2010, 22(7):1499-1508．

[6]鄭麗麗,郭晨,劉會洲．離子液體的紅外光譜研究[C]．第十四屆全國分子光譜學術會議論文集,2006．

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"> 文獻標識碼：A

A

趙春生（1996～)，男，西北民族大學化工學院；研究方向：精細化工。

(責任編輯：李田田)

西北民族大學國家級大學生創新創業訓練計劃資助項目（201610742055）。