[发明专利]磺酸烷基离子液体的连续合成方法

说明书

一技术领域

本发明涉及一种磺酸烷基离子液体的连续合成方法，属于化学材料制备技术领域。本方法适用于以1-取代咪唑、取代吡啶、或烷基叔胺、磺酸内酯以及布朗酸为原料，在常压下加热搅拌合成磺酸烷基离子液体的场合。

二背景技术

离子液体是具有代表性的绿色化学技术之一，复合节能减排的发展方向。其中，布朗酸性功能化离子液体结合了固体酸与无机酸的优点，与固体酸相似，该类离子液体没有挥发性，具有环境友好的优点；其酸性可根据需要进行精细的调节，从而更加有利于催化机理的研究和催化剂的优化；与无机酸相似，离子液体同样具有液体材料的优势，如：流动性好，酸性位密度高和酸强度分布均匀；通过改变和修饰离子液体阴、阳离子的结构，可以实现多相反应体系的优化。因此，离子液体是当前化学化工领域的研究热点。

国内外酸性功能离子液体的阳离子部分一般为咪唑、季铵、季鏻、吡啶、吗啡啉、吡咯烷等，阴离子部分一般为无机酸根、有机酸根、杂多酸根等。2002年美国Cole等首次报道了咪唑鎓、季鏻阳离子上连接丁磺酸基团的酸性功能化离子液体的制备(Novel Bronsted acidic ionic liquids and their use as dual solvent-catalysts.J.Am.Chem.Soc.2002，124，5962-5963)，随后在中国申请发明专利(CN 1646540A)。王涛等公开了吡啶鎓阳离子上连接磺酸基团的酸性功能化离子液体(CN1594280)。王荣等公开了一种双功能团离子液体及其制备方法(CN101058552A)。于世涛等公开了Bronsted-Lewis酸离子液体制备与应用(CN 101191935A)。王延吉等公开了一种季铵盐离子液体的制备(CN 101182399A)。黄宝华等公开了一种吡咯烷酮磺酸盐离子液体及其制备方法(CN101024625)。杨建国等公开了一种多磺酸基功能化离子液体的制备方法(CN 101348487A)(Synthesis of a novel multi-SO₃H functionalized ionic liquid and its catalytic activities for biodiesel synthesis.Green Chem.2010，12，201-204)。

本发明涉及的一种磺酸烷基离子液体的连续合成方法不同于上述公开的合成方法，已公开的方法均采用分步反应：第一步是制备内鎓盐，反应在无溶剂条件下或在溶剂中进行反应，反应数小时至数十小时不等，中间体用无水乙醇、甲苯、无水乙醚等洗涤，然后在加热条件下真空干燥，得到纯净的内鎓盐。第二步是将等摩尔的内鎓盐与浓硫酸等布朗酸在无溶剂条件下或水溶液中进行中和反应，反应数小时至10小时后在加热条件下真空干燥，依次用甲苯、无水乙醚等洗涤，再于加热条件下真空干燥，得到纯净的离子液体产品。本发明采用连续法工艺，中间体内鎓盐不必分离，直接加入等摩尔的布朗酸进行中和反应。

三发明内容

本发明的目的在于提供一种磺酸烷基离子液体的连续合成方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种磺酸烷基离子液体的连续合成方法，即以1-取代咪唑、取代吡啶、或烷基叔胺、磺酸内酯、布朗酸为原料，水为反应介质，在常压下加热搅拌实现该离子液体的合成。

本发明所用的离子液体催化剂结构如下：

其中亚甲基(CH₂)的数量n可以是3或4数字中的任一个。R、R₁、R₂、R₃为C₁-C₁₂的烷基。A为硫酸、盐酸、磷酸、三氟乙酸、对甲苯磺酸、三氟甲磺酸等布朗酸。

本发明所用物料的摩尔比为叔胺∶磺酸内酯∶布朗酸＝1∶1∶1，水的用量为物料总质量的50～500％，所述的物料、水按照比例投料混合搅拌。

本发明所述反应的温度为20～100℃。

本发明所述反应的时间为0.5～5.0小时。

本发明所述一种磺酸烷基离子液体的连续合成方法，其特征在于：本发明采用连续法工艺，根据叔胺、磺酸内酯的活性，加入不同量的水作为反应介质，中间体内鎓盐不必分离，搅拌下直接加入等摩尔的布朗酸进行中和反应。反应放出热量，控制酸的滴加速度，使中和在60～80℃下进行，整个反应控制在0.5～5.0小时内完成。得到的离子液体水溶液用乙酸乙酯进行液-液萃取提纯。根据需要决定是否除水，如需要则进行减压除水，真空干燥得到磺酸烷基离子液体。