[发明专利]一种N,N-二甲基吡咯烷鎓盐的一步制备方法

说明书

本发明属于双电层电容器的制备工艺技术领域，具体涉及一种N,N‑二甲基吡咯烷鎓盐的一步制备方法，将缚酸剂、离子交换试剂、有机仲胺和二卤代烷置于溶剂中回流反应，然后冷却、过滤、重结晶、过滤、真空干燥。本发明的合成路线短，后处理容易，原料易得，操作简单，反应时间短，温度低，效率高，对实验设备要求极低，易于工业化生产，并且本发明制得的N,N‑二甲基吡咯烷鎓盐的纯度高达99.9％，可直接满足制作双电层电容器电解液的要求，无需再提纯。

技术领域

本发明属于双电层电容器的制备工艺技术领域，具体涉及一种N,N-二甲基吡咯烷鎓盐的一步制备方法。

背景技术

双电层电容器(EDLC)是一种介于传统电容器及电池之间的可快速充放电的新型绿色环保储能器件，广泛的应用于新能源汽车、新能源发电、轨道交通、军事及航天等领域。电解液作为EDLC的核心材料，可分为水系、有机系、离子液体系及固态电解质。有机系电解液因具有电化学窗口宽且稳定、分解电压高、腐蚀性弱、工作温度范围宽而被广泛研究。目前商用的超级电容器的有机系电解质材料主要为季铵盐类，而环状季铵盐，特别是单环季铵盐类材料因具有较低的离子半径及较小的空间位阻，有利于提高电解液的溶解度及电导率、降低电解液的内阻，因此，常被开发应用作各类商用超级电容器的电解质材料。

目前已报道的合成环状季铵盐的方法可分为两种：

方法一：环状胺类烷基化后经离子交换等方法获得各种不同阴离子的环状季铵盐。如专利申请号为201410514849.0的中国专利，以卤代烷为烷基化试剂，以氟硼酸铵为离子交换试剂，通过两步法，制备了一系列吡咯烷鎓盐，然而，此类方法对于需甲基化的吡咯烷鎓盐的合成及其后续的纯化都较困难，不适宜作为合成N,N-二甲基吡咯烷类鎓盐的方法；另外，其所制备的材料纯度小于99.9％，且卤素离子含量较高，不适合用作EDLC的电解液；专利申请号为201710150772.7的中国专利，以碳酸二甲酯作为烷基化试剂，通过两步法，可以合成N,N-二甲基吡咯烷类鎓盐，但合成过程中有大量副产物生成，使得后处理复杂，终产物的产率较低，不适宜用作大量N,N-二甲基吡咯烷类鎓盐的生产。

方法二：二卤代烷与伯胺在缚酸剂存在下，于介质中经亲核取代反应得带卤素阴离子的N,N-二甲基吡咯烷鎓盐，后再经离子交换等其他方法得带不同阴离子的N,N-二甲基吡咯烷鎓盐。如专利申请号为CN201510887921.9的中国专利，以水作溶剂，1,4-二氯丁烷与二甲胺在无机碱存在条件下反应得N,N-二甲基吡咯烷鎓氯盐，脱水再溶解后与四氟硼酸铵经离子交换得N,N-二甲基吡咯烷鎓四氟硼酸盐，然这种合成N,N-二甲基吡咯烷鎓四氟硼酸盐的方法合成路线较长，去除溶剂-水的时间长，存在耗时长、操作多、溶剂用量大等问题，对于要求高效、环保、节能的工业化生产不利。专利申请号为CN201410594328.0的中国专利以水为反应溶剂，将铵盐与卤代烷在缚酸剂K₂CO₃存在下以一步法反应得到了对称双环的螺1,1-双吡咯烷季铵盐，其给出的核磁共振谱图含有明显的杂峰，表明所得产物含有其他杂质，另外其产率较低，铵盐杂质完全除去，不适宜大量生产；而N,N-二甲基吡咯烷鎓盐为单环，相较双环的螺1,1-双吡咯烷季铵盐，对称性下降，合成复杂性显著提高，仅有通过简单地把铵盐与卤代烷及缚酸剂进行加和，难以合成N,N-二甲基吡咯烷鎓盐。

发明内容

本发明意在提供一种N,N-二甲基吡咯烷鎓盐的一步制备方法，以高效制备高纯度的N,N-二甲基吡咯烷鎓盐。

为了达到上述目的，本发明的方案为：一种N,N-二甲基吡咯烷鎓盐的一步制备方法，将缚酸剂、离子交换试剂、有机仲胺和二卤代烷置于溶剂中回流反应，然后冷却、过滤、重结晶、过滤、真空干燥。