离子液体制备

1). 在分离过程中的应用
• 离子液体对有机物、无机物的溶解度高，蒸气压 低，与许多有机溶剂不混溶，它已成为新型的液液萃取剂 。
• 例如：邓友全等人将离子液体应用到固-固分离领 域中，在较温和条件下实现了硫酸钠和牛磺酸固 体混合物的分离。
2 ).在电化学中的应用
• 离子液体完全是由离子构成的，是电化学工作者 良好的研究对象，可应用于电解、电镀、电池、 光电池等领域。
3.2 反应时间对[BPy]Br收率的影响
吡啶环上碳原子的电子密度比较小，在α，γ位会生亲核取代反应。所以反应时间短，可能发 生亲核取代反应；反应时间长，产物发生重排生 成甲基吡啶盐。
固定微波功率为600W，溴代正丁烷与吡啶的摩尔 比为1.50：1，改变反应时间，考察反应时间对 [BPy]Br收率的影响，结果如下 :
的馏分。蒸出的馏分依次用饱和食盐水、饱和
碳酸氢钠和饱和食盐水进行洗涤。将分液得到
的酯层用无水硫酸镁干燥后再蒸馏，收集79-
81℃的馏分即为产物。产物为无色透明、有香
味的油状液体。
➢结果与讨论
3.1 离子液体的红外光谱分析
4000
3500
3000
2500
2000
1500
Wavenumbers(cm-1)
例如：结构、熔点、溶解性、吸湿性、酸性催化及 循环性能分别进行了研究
4.离子液体的特点
• 离子液体的主要特点是：非挥发性或“零”蒸 汽压；低熔点（可达零下100℃）；宽液程（可 达零上200℃）；强的静电场;宽的电化学窗口 （可达5V-7V）；良好的离子导电（25mS/cm） 与导热性、高热容及热能储存密度；高热稳定 性（分解温度高于400℃）；选择性溶解力，称 为“液体”分子筛；可设计性。
比为1.05：1，改变功率，考察微波功率对 [BPy]Br收率的影响
• 随着微波功率的增加，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的 收率在逐步增加，在功率达到600W时，溴代正丁 基吡啶[BPy]Br的收率达最大值，但当功率超过 600W时，其收率在逐步下降，在功率由400W增至 500W时，其收率增加幅度不大，但当超过700W之
• （2）考察反应时间、微波功率及溴代正丁烷与吡 啶的摩尔比对[BPy]Br收率的影响，确定最佳工艺 条件为：反应时间为45min，功率为600W，溴代正 丁烷与吡啶的摩尔比为1.05：1。
• （3）酸性离子液体可以代替浓硫酸作为合成乙酸 乙酯的催化剂，循环使用5次后其催化活性基本不 变。离子液体在酯化反应中显示了良好的应用前 景，对于清洁生产有着重要的意义，为生产过程 的绿色化提供了一条新的途径。
• 品 。1929年，将乙胺与20%的硝酸反应后，减压 除去水分，得到油状液体，熔点为8℃，元素分析 的结果表明，其组成符C2H8N2O3 ，证明它是一
种液体盐。
• 离子液体的无味、无恶臭、无污染、不易燃、易 与产物分离、易回收、可反复多次循环使用、使 用方便等优点，是传统挥发性溶剂的理想替代品， 为名副其实的、环境友好的绿色溶剂。适合当前 所倡导的清洁技术和可持续发展的要求，已越来
• 例如：苏轶坤等人采用二次阳极氧化法获得纳米 多孔阳极氧化铝(AAO)模板。
3 ).在化学反应中的应用
• 离子液体种类多，选择范围宽，将催化剂溶于离 子液体中，与离子液体一起循环利用，催化剂兼 有均相催化效率高、多相催化易分离的优点 。
• 例如：胥学旺等人用正交实验法获得了在离子液 体中合成丙酸甲酯的最佳条件并考察了该离子液 体的重复使用性能 。
离子液体
CH3COOH + C2H5OH
CH3COOC2H5 + H2O
在配有回流冷凝管、恒速搅拌器的100mL圆底
烧瓶中加入一定配比的乙酸和乙醇，并在烧瓶
内预热一定的时间，同时打开搅拌器搅拌均匀，
然后再加入一定量的溴代正丁基吡啶离子液体，
在温度为75℃的水浴下搅拌反应2小时。然后
将回流装置改为蒸馏装置，蒸出全部可以蒸出
3.5 离子液体对乙酸乙酯催化效果分析
• 乙酸乙酯在化工市场上相当活跃，它是应用最广 泛、性能极好的工业溶剂之一。目前国内外乙酸 乙酯合成大多用浓硫酸或固体酸作催化剂，但是 用浓硫酸作催化剂，对设备腐蚀严重，易炭化， 副反应多，产生的二氧化硫对环境有污染；用固 体酸作催化剂又存在着催化剂催化活性下降快， 催化效率较低，产物分离困难，后处理较复杂等 问题。本文尝试采用酸性离子液体作为乙酸乙酯 的催化剂，并和浓硫酸作催化剂时的催化效果进 行比较。
1000
500
通过观察红外光谱图可知： 在3130 cm-1附近出现吡啶环上的C-H伸缩振动峰； 2974 cm-1处为-CH3中的C-H不对称伸缩振动峰； 1633 cm-1处为C=N的伸缩振动峰；在1610cm-1附 近出现吡啶环中的C=C伸缩振动吸收峰；1493 cm-1处为吡啶环中的C=N伸缩振动峰；685 cm-1 处为吡啶环上的C-H变形振动峰；722 cm-1处为 正丁基面外变形振动峰；3435cm-1处为样品吸收 了少量水分而带来的水的O-H伸缩振动峰。 通过上面谱图分析，可以确定产品为溴代N-丁基 吡啶离子液体。
➢实验部分
1 .溴代正丁基吡啶的制备原理
• 从吡啶的结构上来看，氮原子上还剩一对孤对电 子，所以具有碱性，同时其孤对电子没有参与共 轭，所以它的碱性比参与共轭的苯胺、吡咯大。 它可以和强酸反应生成相应的盐，也可以和卤代 烃或者酰卤反应生成季铵盐。
2.制备实验
2.1溴代正丁基吡啶的制备方法 • 制备溴代正丁基吡啶的反应式为：
• 综上所述，在反应时间为45min时，溴代正丁基吡 啶[BPy]Br的收率达到78.64%；在溴代正丁烷与吡 啶的摩尔比为1.05：1时，溴代正丁基吡啶 [BPy]Br的收率达到91.32%；在微波功率为600W时， 溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率达到76.49%。
• 通过以上实验数据及分析，本实验的最优工艺条 件为：反应时间45min、溴代正丁烷与吡啶的摩尔 比为1.05：1、微波功率为600W
微波辐射下溴代N-丁基吡啶离子液体的制备及 其催化效果探讨
主要内容
选题的意义及离子液体的研究、应用现状 实验部分 实验结果与讨论 结论
➢选题的意义及离子液体的研 究、应用现状
1.背景综述
• 化学在保证和提高人类生活质量和保护自然环 境以及增强化学工业方面起着重要的作用，化 学科学的研究成果和化学知识的应用，创造了 无数的新产品，然而，随着这些新产品的出现， 给人类原本和谐的生态环境带来了各式各样的 毒物，这些毒物威胁着人类的健康，伤害着我 们的地球。于是化学家竭尽所能的利用绿色化 学的原理和方法减少或消灭那些对人类健康、 安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和 试剂、产物、副产物等的使用和生产。为了适 合当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求， 人们开始寻求一些对环境友好理想替代
3.3 不同摩尔比对[BPy]Br收率的影响 • 固定反应时间为45min，微波功率600W，改变溴代 正丁烷与吡啶的摩尔比，考察原料比对产物收率 的影响，结果下图：
由上图可知，随着溴代正丁烷与吡啶的摩尔比的增 加，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率在逐步下降， 因而缩小溴代正丁烷与吡啶的摩尔比，再考察摩 尔比对溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率的影响．
越被人们认可和接受。
2 .离子液体的分类
• 根据正离子可以分为4类: 烷基季铵离子、烷基季 瞵离子、1，3-二烷基取代的咪唑离子 、N-烷基 取代的吡啶离子。
• 根据负离子的不同可分为两大类: 一类是卤化 盐 ;另一类离子液体, 也被称为新离子液体 。
3.离子液体的性能研究
随着离子液体的大力发展和广泛应用，一些相关的 化学工作人员在离子液体的性能方面也做了研究 。
4 ).在功能材料方面的应用
• 刘维民等人制备了多种咪唑啉类离子液体作为润 滑剂，他们发现烷基咪唑四氟硼酸盐离子液体对 钢/钢、钢/铝、钢/铜、钢/单晶硅、钢/陶瓷以及 陶瓷/陶瓷等体系具有良好的减阻抗磨和高承载能 力，是一种极具发展前途的多功能润滑材料
5 .离子液体的制备反应
• 离子液体的制备方法按加热方法可分为室温加热 回流法和超声波法；按反应步骤可分为直接合成 法和两步合成法。
5 .国内外的应用现状
• 离子液体的阳离子和阴离子可以有多种形式，可 设计成为带有特定末端或具有一系列特定性质的 基团。因此,它不仅作为绿色溶剂在分离过程、电 化学、有机合成、聚合反应等方面有着十分广阔 的应用前景，而且由于其独特的物理化学性质及 性能，有望作为新型功能材料使用，是近年来国 内外精细化工研究开发的热点领域
+ C4H9Br
Br-
N N
C4H9
• 分别取一定量的吡啶和溴代正丁烷混合于圆底 烧瓶中，将烧瓶置于微波反应器内，设置一定
的温度、功率，回流反应一定的时间后，蒸出
过量的溴代正丁烷，得红棕色液体，室温下结
晶得棕褐色晶体，真空干燥，称重，计算收率。
2.2 乙酸乙酯的催化反应
• 制备乙酸乙酯的反应式为：
• 由图可知，随着溴代正丁烷与吡啶的摩尔比的增 加，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率逐步增加，在 摩尔比在1.05：1时，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的 收率达最大值，但当摩尔比超过1.05：1时，溴代 正丁基吡啶[BPy]Br的收率逐步下降。
3.4 微波功率对[BPy]Br收率的影响 • 固定反应时间为45min, 溴代正丁烷与吡啶的摩尔
3.5.1 两种不同催化剂下乙酸乙酯的制备
收 率 （%）
56
54
52
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
50
48
46
44
42
40
38
8:8:0.5
8:8:1
8:8:1.5
8:8:2
n(乙 酸 ) ∶ n(乙 醇 ) ∶ n(催化 剂 )（mol）
• 实验结果表明： • （1）由表可看出在n(乙酸) ∶n(乙醇) ∶n(离子
液体)（mol）为8：8：1，水浴温度为75℃，反应 时间为1小时时，乙酸乙酯的收率达到最大值 56.7%。随着离子液体的物质的量的增加收率反而 下降。 • （2）由表可以看出在n(乙酸) ∶n(乙醇) ∶n(浓 硫酸)（mol）为8：8：1，水浴温度为75℃，反应 时间为2小时时，乙酸乙酯的收率也达到最大值 48.3%，随着离子液体的物质的量的增加收率也有 下降的趋势。 • （3）通过实验可知：酸性离子液体可以代替浓硫 酸作为合成乙酸乙酯的催化剂，收率相对较高， 且腐蚀性较小。
• 由图可知，开始阶段，随着反应时间的增加，溴 代正丁基吡啶的收率逐步增加，在反应时间为 45min时，溴代正丁基吡啶的收率达最大值，在反 应时间超过45min后，溴代正丁基吡啶的收率下降， 60min后，收率基本不变。而且反应时间短，得到 的溴代正丁基吡啶干燥后为浅黄色固体；时间过 长，得到的产物为黑色固体，反应45min制得的产 品为棕褐色.
3.5.2 离子液体的重复使用性能 • 同样以乙酸乙酯的合成为例，在同一反应条件下
考察了离子液体溴代N-丁基吡啶的重复使用性能
• 从上图可以看出溴代N-丁基吡啶离子液体重复使 用5次后，催化性能基本保持不变，而且离子液体 与产物分离经过处理后与初始离子液体的颜色和 形状一致。
➢结论
• （1）从产品红外光谱图可知该产品为溴代正丁基 吡啶。
谢谢