[发明专利]含哌嗪阳离子基团的化合物及其合成方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及含哌嗪阳离子基团的化合物及其合成方法和用途，属于有机化学反应方法的技术领域。

背景技术

离子液体(ionic liquids)又称为室温离子液体(room temperature ionic liquid)、室温熔融盐(room temperature molten salts)、有机离子液体等，简称RTILs，是指仅由离子组成在室温或或接近室温下为液体的盐。离子液体中只存在阴阳离子，没有中性分子，其主要特点是阳离子较大且不对称，阴离子较小。当前研究的离子液体按阳离子可分为：烷基季铵离子；烷基季磷离子；1，3-二烷基取代的咪唑类离子；N-烷基取代的吡啶离子。按阴离子来分可分为：金属类(如：AlCl₄^-、CuC₂^-等)和非金属类(如：BF₄^-、PF₆^-、NO₃^-、SbF₆^-、ClO₄^-、CF₃SO₃^-、C₃F₇COO^-、C₄F₉SO₃^-、CF₃COO^-等)。按Lewis酸性可分为：可调酸碱性的离子液体(如AlC₄^-)和中性的离子液体(如BF₄^-、PF₆^-、NO₃^-、SbF₆^-、ClO₄^-等)。其中1，3-二烷基取代的咪唑盐类离子液体的合成和应用研究得最为深入和广泛。

离子液体几乎没有蒸汽压；热稳定好(最高可达300～400℃)；具有良好的导电性；对有机化合物、无机化合物、金属有机化合物、气体(H₂，CO，O₂等)有广泛的溶解性；也可以与有机溶剂、水混溶或不溶形成均相、两相或多相反应体系；最引人注意的是其极性，亲水、亲酯性可以通过改变烷基碳链的长短和选择不同的负离子进行调节，因此又被称为可设计的溶剂，这些特点使得离子液体成为兼有液体与固体功能与特性的“固体”液体(solidliquid)。离子液体作为新的绿色溶剂在有机合成、新材料、电化学等研究领域中得到了广泛应用。主要应用有：1、作为绿色溶剂用于各种化学反应中，取代易挥发的有机溶剂，易于分离，减少环境污染；2、作为催化剂或各种催化剂的载体，提高催化效率，减少催化剂的用量；3、提高化学反应的活性和选择性，缩短反应时间，降低能源消耗；4、用作液体电解质等电化学材料等。但是上述常见的几类离子液体由于原料成本高，合成路线复杂，产率低等原因限制了其工业化生产和应用。

哌嗪和N-烷基哌嗪为一类含氮杂原子的环状化合物。作为叔胺化合物，很显然哌嗪和N-烷基哌嗪可以与卤代烃反应生成季铵盐，再通过阴离子交换，可以获得一系列含不同阴离子的季铵盐。有些哌嗪季铵盐在常温下为液体，有些哌嗪季铵盐的熔点在40～70℃。这就构成了一类含哌嗪阳离子基团的离子液体化合物。

目前尚未见到合成路线简单，产率较高，成本低廉的含哌嗪阳离子基团的液体化合物的报道。因此开发一类生产成本低(原料价格哌嗪和N-烷基哌嗪比N-烷基咪唑低)、合成路线简单(采用一锅法反应)、产率较高(总产率＞90％)的哌嗪阳离子基团离子液体是目前离子液体工业化的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供含哌嗪阳离子基团的化合物及其合成方法和用途，所得化合物与现有离子液体相比具有合成路线简单，产率较高，成本低廉，性质优良等优点。