[发明专利]一种基于孪连双阳离子的酸性离子液体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于孪连双阳离子的酸性离子液体及其制备方法。

背景技术

离子液体(Ionic Liquids，ILs)，是完全由阳离子和阴离子组成并且在室温或近于室温时为液体的融盐体系。迄今为止，虽然对室温离子液体和熔盐并没有严格的区分，但一般倾向于把熔点低于100℃的盐类称为室温离子液体，而高于100℃的盐类称为熔盐。离子液体的性质，如非挥发性、宽液程、强的静电场、良好的导电与宽的电化学窗口、可设计性等使其成为研究的热点。随着室温离子液体研究和应用的不断发展，离子液体的种类在迅速增加。理论上讲离子液体的种类可高达亿万种，但到目前为止研究报道的室温离子液体仅有数百种。因此离子液体无论是种类的开发还是研究的领域都还具有非常广阔的空间。

近年来，越来越多的研究焦点集中到功能化离子液体的设计制备及应用方面，利用离子液体结构可控的原理，对其阳离子或阴离子进行功能化修饰，可合成具有特定功能的离子液体。功能化离子液体的出现不仅极大地丰富了离子液体的种类，而且赋予了其特殊的物理化学性质。酸功能化离子液体由于拥有液体酸催化剂的高密度反应活性位，低挥发性，且其结构和酸性具有可调变性，被当作传统工业酸催化剂的替代物被广泛研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于孪连双阳离子的酸性离子液体。

本发明的另一目的在于提供一种基于孪连双阳离子的酸性离子液体的制备方法。

本发明设计合成出一种基于孪连双阳离子的新颖酸性离子液体，该离子液体具有被烷基链隔开的两个单阳离子基团，和两个单离子抗衡离子，同时具有良好的热稳定性和高的酸强度，有望替代传统的污染环境的无机酸催化剂，具有工业应用前景。

一种基于孪连双阳离子的酸性离子液体，其阳离子部分的结构用式I、式II、式III或式IV表示：

式I至式IV中，m代表3或4，n代表1-15的整数；其阴离子部分的结构选自CH₃(C₆H₄)SO₃^-、C₆H₄COO^-、CF₃SO₃^-、CH₃SO₃^-、CH₃COO^-、CF₃COO^-、HSO₄^-、BF₄^-、PF₆^-、H₂PO₄^-、NO₃^-以及Cl^-中的一种。

离子液体制备分两步进行：

第一步：孪连双杂环烷烃与烷基磺酸内酯反应生成磺酸内盐(Zwitterion盐)；

第二步：磺酸内盐与酸反应得到目标离子液体。

一种基于孪连双阳离子的酸性离子液体的制备方法，其特征在于该方法步骤如下：

A、将双杂环烷烃、1，3-丙烷磺内酯或1，4-丁烷磺内酯，在反应介质中搅拌回流反应48-72小时后，所得到的白色固体用乙腈洗涤，然后进行真空干燥得到磺酸内盐(Zwitterion盐)；所述反应介质选自乙腈、甲苯或无水乙醇；

B、将磺酸内盐和酸置于反应介质中，在70-90℃下搅拌反应6-12小时，产物用常规方法分离得到基于孪连双阳离子的酸性离子液体；所述反应介质选自乙腈、甲苯或无水乙醇。

在A步骤中，双杂环烷烃的结构用式V、式VI、式VII或式VIII表示：

其中n为1-15的整数。

在上述方法中，磺酸内盐的结构用式IX、式X、式XI或式XII表示：

其中m为3或4，n为1-15的整数。

在A步骤中，双杂环烷烃与1，3-丙烷磺内酯或1，4-丁烷磺内酯的摩尔比为1∶1.5-2.5。

在B步骤中，所用的酸选自对甲苯磺酸、苯甲酸、三氟甲基磺酸、甲基磺酸、乙酸、三氟乙酸、硫酸、四氟硼酸、六氟磷酸、磷酸、硝酸以及盐酸中的一种。

在B步骤中，磺酸内盐与酸的摩尔比为1∶1.5-2.5。

本发明的离子液体具有下列优点：