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本文以溴化1-烷基-3-甲基咪唑鎓盐离子液体为前驱体,通过阴离子交换合成了系列氢氧化1-烷基-3-甲基咪唑离子液体和1-烷基-3-甲基咪唑羧酸盐离子液体,并利用傅立叶红外光谱、核磁共振谱、元素分析等表征手段对所合成的碱性离子液体进行了表征,借鉴传统碱催化剂的表征方法,发展碱性离子液体的碱性表征方法。
以吡咯为探针分子的红外光谱法和电位滴定法对碱性离子液体碱性进行表征,结果表明,氢氧化1-烷基-3-甲基咪唑离子液体具有Bronsted碱性,其:PKb值范围在7.80~7.91之间:1-烷基-3-甲基咪唑羧酸盐离子液体不仅具有Bronsted碱性,而且具有Lewis碱性,其PKb值范围在2.76~5.55之间。含有相同阳离子的碱性离子液体的碱性强弱次序为:OH<->>CH<,3>CH<,2>COO<->>CH<,3>COO<->>HCOO<->。所合成的系列离子液体的碱性主要由阴离子决定,随着阳离子取代基碳链长的增长,离子液体的碱性略有降低。通过改变碱性离子液体阴、阳离子的结构与搭配,可以实现对碱性离子液体的碱性进行调节。
同时,以乙醇的乙酰化反应作为目标反应,研究了1-烷基-3-甲基咪唑羧酸盐离子液体的碱催化性能。系统地考察了离子液体的结构、组成与其催化性能之间的关系。结果表明,碱性离子液体的催化活性与其碱性强弱之间存在关联。即碱性越强,离子液体的催化活性越高。在较低温度下,羧酸根离子液体具有较好的催化性能。同传统吡啶相比,系列碱性离子液体不仅对目标反应的催化活性好,而且具有不挥发、易于回收循环利用且不存在异味等优点。此外,阳离子对羧酸根碱性离子液体的活性影响较小。
此外,1-烷基-3-甲基咪唑羧酸盐离子液体催化目标反应的反应机理初步探讨结果表明,羧酸根负离子与乙酸酐中的氧相互作用,促进活性乙酰阳离子的产生,从而达到加快反应速率的目的。
本论文建立的离子液体碱性表征方法,以及获得的关于碱性离子液体的组成、结构与其催化性能之间的关联规律,对其它碱性离子液体的表征、碱性离子液体催化剂的设计以及催化反应体系的构建具有较好的参考价值。