離子液體制備資料

微波輻射下溴代N-丁基吡啶離子液體的制備及其催化效果探討

主要內(nèi)容選題的意義及離子液體的探討、應(yīng)用現(xiàn)狀試驗部分試驗結(jié)果與探討結(jié)論選題的意義及離子液體的探討、應(yīng)用現(xiàn)狀1.背景綜述化學在保證和提高人類生活質(zhì)量和愛護自然環(huán)境以及增加化學工業(yè)方面起著重要的作用，化學科學的探討成果和化學學問的應(yīng)用，創(chuàng)建了多數(shù)的新產(chǎn)品，然而，隨著這些新產(chǎn)品的出現(xiàn)，給人類原本和諧的生態(tài)環(huán)境帶來了各種各樣的毒物，這些毒物威逼著人類的健康，損害著我們的地球。于是化學家竭盡所能的利用綠色化學的原理和方法削減或殲滅那些對人類健康、平安、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的運用和生產(chǎn)。為了適合當前所提倡的清潔技術(shù)和可持續(xù)發(fā)展的要求，人們起先尋求一些對環(huán)境友好志向替代品。1929年，將乙胺與20%的硝酸反應(yīng)后，減壓除去水分，得到油狀液體，熔點為8℃，元素分析的結(jié)果表明，其組成符C2H8N2O3，證明它是一種液體鹽。離子液體的無味、無惡臭、無污染、不易燃、易與產(chǎn)物分別、易回收、可反復多次循環(huán)運用、運用便利等優(yōu)點，是傳統(tǒng)揮發(fā)性溶劑的志向替代品，為名副其實的、環(huán)境友好的綠色溶劑。適合當前所提倡的清潔技術(shù)和可持續(xù)發(fā)展的要求，已越來越被人們認可和接受。2.離子液體的分類依據(jù)正離子可以分為4類:烷基季銨離子、烷基季瞵離子、1，3-二烷基取代的咪唑離子、N-烷基取代的吡啶離子。依據(jù)負離子的不同可分為兩大類:一類是鹵化鹽;另一類離子液體,也被稱為新離子液體。3.離子液體的性能探討隨著離子液體的大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用，一些相關(guān)的化學工作人員在離子液體的性能方面也做了探討。例如：結(jié)構(gòu)、熔點、溶解性、吸濕性、酸性催化及循環(huán)性能分別進行了探討4.離子液體的特點離子液體的主要特點是：非揮發(fā)性或“零”蒸汽壓；低熔點（可達零下100℃）；寬液程（可達零上200℃）；強的靜電場;寬的電化學窗口（可達5V-7V）；良好的離子導電（25mS/cm）與導熱性、高熱容及熱能儲存密度；高熱穩(wěn)定性（分解溫度高于400℃）；選擇性溶解力，稱為“液體”分子篩；可設(shè)計性。5.國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀

離子液體的陽離子和陰離子可以有多種形式，可設(shè)計成為帶有特定末端或具有一系列特定性質(zhì)的基團。因此,它不僅作為綠色溶劑在分別過程、電化學、有機合成、聚合反應(yīng)等方面有著特別廣袤的應(yīng)用前景，而且由于其獨特的物理化學性質(zhì)及性能，有望作為新型功能材料運用，是近年來國內(nèi)外精細化工探討開發(fā)的熱點領(lǐng)域1).在分別過程中的應(yīng)用離子液體對有機物、無機物的溶解度高，蒸氣壓低，與很多有機溶劑不混溶，它已成為新型的液-液萃取劑。例如：鄧友全等人將離子液體應(yīng)用到固-固分別領(lǐng)域中，在較溫順條件下實現(xiàn)了硫酸鈉和?；撬峁腆w混合物的分別。2).在電化學中的應(yīng)用離子液體完全是由離子構(gòu)成的，是電化學工作者良好的探討對象，可應(yīng)用于電解、電鍍、電池、光電池等領(lǐng)域。例如：蘇軼坤等人接受二次陽極氧化法獲得納米多孔陽極氧化鋁(AAO)模板。3).在化學反應(yīng)中的應(yīng)用

離子液體種類多，選擇范圍寬，將催化劑溶于離子液體中，與離子液體一起循環(huán)利用，催化劑兼有均相催化效率高、多相催化易分別的優(yōu)點。例如：胥學旺等人用正交試驗法獲得了在離子液體中合成丙酸甲酯的最佳條件并考察了該離子液體的重復運用性能。4).在功能材料方面的應(yīng)用

劉維民等人制備了多種咪唑啉類離子液體作為潤滑劑，他們發(fā)覺烷基咪唑四氟硼酸鹽離子液體對鋼/鋼、鋼/鋁、鋼/銅、鋼/單晶硅、鋼/陶瓷以及陶瓷/陶瓷等體系具有良好的減阻抗磨和高承載實力，是一種極具發(fā)展前途的多功能潤滑材料5.離子液體的制備反應(yīng)離子液體的制備方法按加熱方法可分為室溫加熱回流法和超聲波法；按反應(yīng)步驟可分為干脆合成法和兩步合成法。試驗部分1.溴代正丁基吡啶的制備原理從吡啶的結(jié)構(gòu)上來看，氮原子上還剩一對孤對電子，所以具有堿性，同時其孤對電子沒有參與共軛，所以它的堿性比參與共軛的苯胺、吡咯大。它可以和強酸反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽，也可以和鹵代烴或者酰鹵反應(yīng)生成季銨鹽。2.制備試驗2.1溴代正丁基吡啶的制備方法制備溴代正丁基吡啶的反應(yīng)式為：分別取確定量的吡啶和溴代正丁烷混合于圓底燒瓶中，將燒瓶置于微波反應(yīng)器內(nèi)，設(shè)置確定的溫度、功率，回流反應(yīng)確定的時間后，蒸出過量的溴代正丁烷，得紅棕色液體，室溫下結(jié)晶得棕褐色晶體，真空干燥，稱重，計算收率。2.2乙酸乙酯的催化反應(yīng)制備乙酸乙酯的反應(yīng)式為：在配有回流冷凝管、恒速攪拌器的100mL圓底燒瓶中加入確定配比的乙酸和乙醇，并在燒瓶內(nèi)預熱確定的時間，同時打開攪拌器攪拌勻整，然后再加入確定量的溴代正丁基吡啶離子液體，在溫度為75℃的水浴下攪拌反應(yīng)2小時。然后將回流裝置改為蒸餾裝置，蒸出全部可以蒸出的餾分。蒸出的餾分依次用飽和食鹽水、飽和碳酸氫鈉和飽和食鹽水進行洗滌。將分液得到的酯層用無水硫酸鎂干燥后再蒸餾，收集79-81℃的餾分即為產(chǎn)物。產(chǎn)物為無色透亮、有香味的油狀液體。結(jié)果與探討3.1離子液體的紅外光譜分析通過視察紅外光譜圖可知：

在3130cm-1旁邊出現(xiàn)吡啶環(huán)上的C-H伸縮振動峰；2974cm-1處為-CH3中的C-H不對稱伸縮振動峰；1633cm-1處為C=N的伸縮振動峰；在1610cm-1旁邊出現(xiàn)吡啶環(huán)中的C=C伸縮振動吸取峰；1493cm-1處為吡啶環(huán)中的C=N伸縮振動峰；685cm-1處為吡啶環(huán)上的C-H變形振動峰；722cm-1處為正丁基面外變形振動峰；3435cm-1處為樣品吸取了少量水分而帶來的水的O-H伸縮振動峰。

通過上面譜圖分析，可以確定產(chǎn)品為溴代N-丁基吡啶離子液體。3.2反應(yīng)時間對[BPy]Br收率的影響吡啶環(huán)上碳原子的電子密度比較小，在α，γ-位會生親核取代反應(yīng)。所以反應(yīng)時間短，可能發(fā)生親核取代反應(yīng)；反應(yīng)時間長，產(chǎn)物發(fā)生重排生成甲基吡啶鹽。固定微波功率為600W，溴代正丁烷與吡啶的摩爾比為1.50：1，變更反應(yīng)時間，考察反應(yīng)時間對[BPy]Br收率的影響，結(jié)果如下:由圖可知，起先階段，隨著反應(yīng)時間的增加，溴代正丁基吡啶的收率逐步增加，在反應(yīng)時間為45min時，溴代正丁基吡啶的收率達最大值，在反應(yīng)時間超過45min后，溴代正丁基吡啶的收率下降，60min后，收率基本不變。而且反應(yīng)時間短，得到的溴代正丁基吡啶干燥后為淺黃色固體；時間過長，得到的產(chǎn)物為黑色固體，反應(yīng)45min制得的產(chǎn)品為棕褐色.3.3不同摩爾比對[BPy]Br收率的影響固定反應(yīng)時間為45min，微波功率600W，變更溴代正丁烷與吡啶的摩爾比，考察原料比對產(chǎn)物收率的影響，結(jié)果下圖：由上圖可知，隨著溴代正丁烷與吡啶的摩爾比的增加，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率在逐步下降，因而縮小溴代正丁烷與吡啶的摩爾比，再考察摩爾比對溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率的影響．由圖可知，隨著溴代正丁烷與吡啶的摩爾比的增加，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率逐步增加，在摩爾比在1.05：1時，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率達最大值，但當摩爾比超過1.05：1時，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率逐步下降。3.4微波功率對[BPy]Br收率的影響固定反應(yīng)時間為45min,溴代正丁烷與吡啶的摩爾比為1.05：1，變更功率，考察微波功率對[BPy]Br收率的影響隨著微波功率的增加，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率在逐步增加，在功率達到600W時，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率達最大值，但當功率超過600W時，其收率在逐步下降，在功率由400W增至500W時，其收率增加幅度不大，但當超過700W之后，其收率大幅度下降。綜上所述，在反應(yīng)時間為45min時，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率達到78.64%；在溴代正丁烷與吡啶的摩爾比為1.05：1時，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率達到91.32%；在微波功率為600W時，溴代正丁基吡啶[BPy]Br的收率達到76.49%。通過以上試驗數(shù)據(jù)及分析，本試驗的最優(yōu)工藝條件為：反應(yīng)時間45min、溴代正丁烷與吡啶的摩爾比為1.05：1、微波功率為600W3.5離子液體對乙酸乙酯催化效果分析乙酸乙酯在化工市場上相當活躍，它是應(yīng)用最廣泛、性能極好的工業(yè)溶劑之一。目前國內(nèi)外乙酸乙酯合成大多用濃硫酸或固體酸作催化劑，但是用濃硫酸作催化劑，對設(shè)備腐蝕嚴峻，易炭化，副反應(yīng)多，產(chǎn)生的二氧化硫?qū)Νh(huán)境有污染；用固體酸作催化劑又存在著催化劑催化活性下降快，催化效率較低，產(chǎn)物分別困難，后處理較困難等問題。本文嘗試接受酸性離子液體作為乙酸乙酯的催化劑，并和濃硫酸作催化劑時的催化效果進行比較。3.5.1兩種不同催化劑下乙酸乙酯的制備試驗結(jié)果表明：（1）由表可看出在n(乙酸)∶n(乙醇)∶n(離子液體)（mol）為8：8：1，水浴溫度為75℃，反應(yīng)時間為1小時時，乙酸乙酯的收率達到最大值56.7%。隨著離子液體的物質(zhì)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(濃硫酸)（mol）為8：8：1，水浴溫度為75℃，反應(yīng)時間為2小時時，乙酸乙酯的收率也達到最大值48.3%，隨著離子液體的物質(zhì)的量的增加收率也有下降的趨勢。（3）通過試驗可知：酸性離子液體可以代替濃硫酸作為合成乙酸乙酯的催化劑，收率相對較高，且腐蝕性較小。3.5.2離子液體的重復運用性能同樣以乙酸乙酯的合成為例，在同一反應(yīng)條件下考察了離子液體溴代N-丁基吡啶的重復運用性能從上圖可以看出溴代N-丁基吡啶離子液體重復運用5次后，催化性能基本保持不變，而且離子液體與產(chǎn)物分別經(jīng)過處理后與初始離子液體的顏色和形態(tài)一樣。結(jié)論（1）從產(chǎn)品紅外光譜圖可