[发明专利]离子液体前驱体及其负载的介孔材料、合成与应用

说明书

技术领域

本发明涉及酸、碱功能化离子液体负载的介孔材料，尤其是胺基和磺酸基团双功能化离子液体负载的介孔材料的制备方法及其应用。

背景技术

离子液体与传统有机溶剂相比具有液态范围宽、不易燃、蒸汽压低和电化学窗口宽等突出优点，因而受到研究者的广泛关注。此外，离子液体还具有可设计性，向其阴、阳离子中引入功能化基团可以赋予离子液体特定的功能。例如阳离子上带有酸性基团的离子液体，同时拥有液体酸的高密度、高反应活性和固体酸的不易挥发、易分离等优点，在一些酸催化反应中显示出良好的催化效果(Journal of the American Chemical Society124(2002)5962-5963)；又如J.H.Davis等人于2002年和2007年分别合成出多种碱性的功能化离子液体，可以用来吸收CO₂气体(Journal of theAmerican Chemical Society 124(2002)926-927，Chemistry of Materials19(2007)3581-3583)。

在越来越多功能化离子液体得到发展和应用的同时，我们也注意到通常功能化离子液体的合成成本较高；有些离子液体黏度偏大，影响其传质过程的发生，很大程度上制约了它们的广泛应用；另外离子液体的酸、碱性也带来腐蚀设备、不易处理等问题。

将离子液体负载于固体载体，可将离子液体的特性与功能转移到固体材料上，大大减少了离子液体的用量，降低使用成本。离子液体高度分散于载体表面或其中，可增加其接触面积，克服由于离子液体黏度大造成的不利于传质等问题，使离子液体的功能得到充分发挥。另外，把离子液体负载后作为催化剂使用，适用于连续反应，同时更易于催化剂的分离和循环利用，该类催化剂也可减小对设备的腐蚀。

目前关于负载型离子液体材料的合成与应用工作已广泛开展。早期，人们通常采用浸渍法将离子液体负载于多孔氧化物材料上，用来催化烷基化反应(Journal of Catalysis 196(2000)86-94)。P.Wasserscheid等人将离子液体液膜负载于具有高比表面积的SiO₂载体上，并应用于丙烯氢甲酰化反应，取得了很好的催化效果(Angewandte Chemie-InternationalEdition 44(2005)815-819)。但是由于载体与离子液体的作用力很弱，只是物理吸附，该催化剂只适用于气相反应，否则将发生离子液体脱附等问题。采用共价键负载离子液体，可以使之附着更牢固。W.F.等人率先提出了通过能与载体表面羟基发生化学键联的离子液体阴离子或阳离子进行嫁接离子液体的方法。他们利用1-三乙氧基硅-丙基3-甲基咪唑氯离子液体与无机硅源成功的水解共聚合成出1-丙基-3甲基咪唑氯修饰的HMS介孔材料，随后又将AlCl₃负于其上得到氯铝酸离子液体负载的介孔材料，并用于催化烷基化反应的研究(Green Chemistry 4(2002)88-93)。目前关于负载型离子液体材料的研究多是先通过共价键将常规的烷基咪唑氯盐、四氟硼酸盐或六氟磷酸盐等离子液体进行固载，然后利用离子液体相来稳定各种具有催化活性的金属离子中心或酶中心进行催化反应应用研究。对于功能化离子液体直接负载的研究工作开展较少(ChemicalCommunications(2004)1096-1097，Topics in Catalysis 40(2006)91-102)。2006年，J.J.E.Moreau小组采用溶胶-凝胶法将带有樟脑磺酸胺基团的1，3-二丙基咪唑型离子液体固载于介孔硅材料中，并以苯甲醛与二乙基锌的加成反应作为模型研究了其对不对称加成催化反应的活性(European Journal of Inorganic Chemistry(2006)3697-3702)。最近，他们又合成出新型的阳离子含有二烷基胍和双硅烷偶联基团，阴离子含有磺醯亚胺和单硅烷偶联基团的离子液体，并将其作为有机硅源与正硅酸乙酯共聚，合成出带有离子对相互作用的新型周期性介孔材料(Journal ofthe American Chemical Society 131(2009)2882-2892)。

发明内容

本发明旨在提供一种离子液体前驱体，可用于酸、碱功能化离子液体于介孔材料上的负载，从而获得一类宏观固态、微观液态的功能材料，大大减少离子液体的用量，便于材料的回收再利用，降低使用成本，使离子液体能够扬长避短，获得更好、更多的应用。