吡咯烷酮酸性离子液体的合成及其对酯化反应的催化活性

吡咯烷酮酸性离子液体的合成及其对酯化反应的催化活性
黄宝华， 汪艳飞， 张 ， 方岩雄， 周蓓蕾
（广东工业大学轻工化工学院，广东广州 # ） , ! ! ! * 摘要 ：合成并表征了 " 吡咯烷酮硫酸氢盐 （ ［C ］ ） 、 甲基 吡咯烷酮硫酸氢盐 （ ［C ］ ） 、 甲基咪唑硫酸氢 % 6 4 C E F , % % " % 6 1 C E F , % D D ) ) 盐 （ ［C1 ） 、 （ 磺酸基） 丙基 甲基咪唑硫酸氢盐 （ ［A ） 和, （ 磺酸基） 丙基 吡咯烷酮硫酸氢盐 3 1］ C E F , % $ % % % $ % E F C1 3 1］ C E F % $ % % % " % ) $ $ )
醇酸酯化反应是重要的基础有机合成反应之一其绿色催化体系的开发已成为酸催化的研究热离子液体作为一种新型的绿色催化剂在很多酸催化反应中表现出优异的特性类离子液体由于酸性可调可以催化多数由固体但是这类离子液体存在对水和空气不稳定及重复使用性能差等缺点在酯化反应中的应用受到限制制备了对水稳定的咪唑类硫酸氢盐离子液体并用于酯化等反应烷基取代的咪唑及吡啶与酸直接中和反应制备了对水稳定原子质子化的咪唑和吡啶类酸性离子液体并成功地应用于酯化等传统酸催化反应56近年来人们利用离子液体的可设计性在咪唑或吡啶阳离子中引入酸性官能团合成了具有较强酸性的离子液体提出针对特定的应用目的量身定制离子液体开发具有工业应用前景的功能化酸性离子液体的研究思路我们采用成本低毒性小的吡咯烷酮阳离子为原料先后合成了两种323吡咯烷酮硫酸氢盐1a咯烷酮硫酸氢盐da23吡咯烷酮阳离子上引入丙烷基磺酸基团的功能化酸性离子液体磺酸基丙基323吡咯烷酮硫酸氢盐本文以结构相似的磺酸基丙基33甲基咪唑硫酸氢盐与上述吡咯烷酮离子液体作对照对两类离子液体的结构和热稳定性进行了表征测定了其e11酸性和溶解性考察了离子液体对合成乙酸正丁酯反应的催化效果并对酯化条件进行了优化离子液体的合成在圆底烧瓶中加入23吡咯烷酮工业级江苏泰州延龄精细化工有限公司或甲基323吡咯烷酮分析纯德国9f化学试剂公司或甲基咪唑分析纯德国9f化学试剂公司冰浴下滴加等摩尔量的浓硫酸室温搅拌反应然后用乙酸乙酯洗涤旋转蒸发真空
第" ’卷 第’期 W 9 / + " ’X 9 + ’
文章编号： （" ! " # $ % & ’ $ ( ! ! (） ! ’ % ! ( ) $ % ! *
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" ! ! (年’月 Q 5 5 P ? " ! ! ( 7
研究论文： ( ) $!( ) ’
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收稿日期 ： " ! ! ( % ! # % ! ’+ 第一作者 ：黄宝华，女， , & * $ 年生，硕士，副教授 + 联系人 ：黄宝华 + ： （! ） ： ： （! ） ： . / " ! $ & $ " " " $ ,； 0 % 1 2 3 / 4 5 2 6 8 2 9 4 ", * $+ : 9 1+方岩雄 + . / " ! $ & $ " " $ ) ’； 0 % 1 2 3 / ; 2 6 = "7 > 5 ? + . > 5 + : 6 + 7 7 < 基金来源 ：广州市科技计划项目 （" ） ；广东省科技计划项目 （" ） ! ! #@ , % A ! " $ , ! ! * B , $ ’ ! , ! ! ( +
!， ! ， ， ! " # $ %& ’ ( ) * ’ +# $ %, ’ . / 0 1 ! # $ %2 * 3 # $ %, ’ 4 0 ( 1 ! 6 "& / 0 7 / 0 5 ，
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8 " "催化 Nhomakorabea学
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第2 %卷
醇酸 酯 化 反 应 是 重 要 的 基 础 有 机 合 成 反 应 之 一， 其绿色催化体 系 的 开 发 已 成 为 酸 催 化 的 研 究 热
［!!"］ 点 在 #离 子 液 体 作 为 一 种 新 型 的 绿 色 催 化 剂，
［参照文献 ［ ］ 合成 # B C @1 ) 1］ @ B C ! % . . " 在三口 烧 瓶 中 加 入 等 摩 尔 量 的 2 吡咯烷酮和 3 丙烷磺内酯 （工业级， 武汉 风帆化 工有 限公司） ， !， . 3 以无 水 乙 醚 为 溶 剂， 磁力搅拌 2 甲醇洗 ?D，过 滤， 涤， 真空干燥 即 得 白 色 固 体 粉 末 离 子 液 体 前 体 #于 三口烧瓶中加入 离 子 液 体 前 体， 滴加等摩尔量的浓 硫 酸， % ? J 下磁力搅拌 %D，然后用乙酸乙酯洗涤， % ?J真空干燥后即得黄褐色粘稠离子液体 ［］ B C @ < D @ B C A . . "# !" # 离子液体的表征 用I KL M +8 型热重分析仪测定样品的热稳定 性 #用 9 : 6 N ’ :+ O E < P ’ . ? ? 型超导核磁共振波谱仪测 - 4HF 谱 #用 岛 津 & 3 质谱联用仪中的电喷雾电离 H B2 ? ! ?型液相色谱 3 质谱 （K ） 检 测 器 测定样品的质谱 （甲 醇 为 溶 B QH B 剂） #用 4 ) P R , ’ = . % ?型 傅 里 叶 变 换 红 外 光 谱 仪 测 定
G 为阴离子的质子酸离子液体， ］ ） 等以 C 并以乙 酸 和 正 丁 醇 的 酯 化 反 应 考 察 了 这 些 离 子 液 体 的 催 化 活 （ ［A E F C 6 4 C E F E F D $ $ ) )
性 +结果表明， 当! （! （I （ ［A ］ ） K % B 5 F C） H ! . A F C） H ! E F C 6 4 C E F " H , H ! K ! ! #，反应温度为 , " ! L 和反应时间为 ,4 时， D " $ $ ) J, 而 且 该 离 子 液 体 重 复 使 用 ’ 次， 催 化 活 性 没 有 明 显 下 降+ 酯收率可达 & &M 以上；反应结束后离子液体与酯产物可分 成 两 相， 探讨了阳离子结构及 B 考察了离 子 液 体 与 酯 化 反 应 相 关 组 分 的 互 溶 性 +结 果 表 明， 离子液体 N O 6 P ? . > 酸性对催化活性的影响， 的分相性能对催化效果有较大的影响， 离子液体的催化活性与其酸性、 溶解性密切相关 + 关键词 ：吡咯烷酮阳离子；离子液体；功能化； B N O 6 P ? . > 酸性；乙酸；丁醇；酯化；乙酸正丁酯 中图分类号 ： F * ) $ 文献标识码 ： Q
! # $ % & ’ ( ’) *+ , , ) ( . ) # ( / 01 2 ( . ( 2 3 ) # ( 24 ( / ( . ’6 # .7 % & ( ,8 6 $ 6 $ ( 2 " " 5 " 1 2 $ ( 9 ( $ ) ,: ’ $ & , ( * ( 2 6 $ ( ) #) *1 2 & $ ( 21 2 ( .6 # .; / $ 6 # ) "*
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