酸性离子液体的合成及其在酯化反应中的应用

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近年来,离子液体作为一种新型的绿色材料,由于其不挥发、不可燃、比较高的热稳定性以及较大的电化学窗口等优良的理化性质,已被成功用于有机合成、催化、电化学和分离科学等领域。目前,离子液体的合成及应用是此领域研究的热点。本论文主要包括以下内容:1.概述了离子液体的组成,离子液体的合成方法和性质;离子液体在有机合成、电化学、化学分离等领域的应用,归纳了离子液体的特点。2.(1)酸性离子液体中丙酸系列酯的合成利用正交实验法探索了酸性离子液体[Hmim]+BF4-中丙酸甲酯合成的最佳工艺条件并考察了在该离子液体催化下,丙酸和多种醇的酯化反应及催化剂的重复使用性能。实验结果表明,离子液体[Hmim]+BF4-催化合成丙酸甲酯的最佳工艺条件为n(离子液体)∶n(丙酸)∶n(甲醇)=1∶4∶1,油浴温度135℃,反应时间8h,收率可达71.2%;离子液体[Hmim]+BF4-在丙酸酯化反应中具有良好的催化活性,反应条件温和,无腐蚀、无废酸排放,并可以重复使用。(2)酸性离子液体中草酸系列酯的合成在研究了一元羧酸酯——丙酸系列酯的基础上,又用正交实验法探索了酸性离子液体[Hmim]+BF4-中合成草酸甲酯的最佳工艺条件,考察了其它几种常见草酸酯在此合成条件下的收率以及该离子液体的重复使用性能,并与用浓硫酸作催化剂时的收率进行了对比;实验结果表明,离子液体[Hmim]+BF4-催化合成草酸二甲酯的最佳工艺条件为n(离子液体)∶n(草酸)∶n(甲醇)=1∶1∶5,油浴温度130℃,反应时间6h,收率77.0%;草酸乙酯、丙酯、丁酯的收率分别为79.4%、81.7%、84.8%;离子液体在重复使用6次后,催化性能基本保持不变。离子液体[Hmim]+BF4-在草酸酯化反应中具有良好的催化活性,其催化性能与浓硫酸相当,反应条件温和,无腐蚀、无废酸排放,可以重复使用。3.合成了13种未见文献报道的以烷基取代苯并咪唑为阳离子的酸性离子液体,它们分别是1-甲基苯并咪唑四氟硼酸盐([HmBim]+BF4-);1-乙基苯并咪唑四氟硼酸盐([HeBim]+BF4-);1-丙基苯并咪唑四氟硼酸盐([HpBim]+BF4-);1-丁基苯并咪唑四氟硼酸盐([HbBim]+BF4-);1-戊基苯并咪唑四氟硼酸盐([HpeBim]+BF4-);1,2-二甲基苯并咪唑四氟硼酸盐([HmmBim]+BF4-);1-乙基-2-甲基苯并咪唑四氟硼酸盐([HemBim]+BF4-);1-丙基-2-甲基苯并咪唑四氟硼酸盐([HpmBim]+BF4-);1-丁基-2-甲基苯并咪唑四氟硼酸盐([HbmBim]+BF4-);1-戊基-2-甲基苯并咪唑四氟硼酸盐([HpemBim]+BF4-);1,2-二乙基苯并咪唑四氟硼酸盐([HeeBim]+BF4-);1-乙基-2-丙基苯并咪唑四氟硼酸盐([HepBim]+BF4-)和1-乙基-2-丁基苯并咪唑四氟硼酸盐([HebBim]+BF4-)。利用FT-IR、1HNMR和元素分析等对所合成的离子液体进行了表征,确定了离子液体的组成和结构。同时,测定了它们的熔点、溶解性以及热稳定性等重要性质。实验结果表明,它们具有特殊的溶解性及良好的热稳定性,具有替代传统有机溶剂的潜力。最后,以新合成的离子液体[HbBim]+BF4-为催化剂进行催化酯化反应研究,对其催化和重复利用性能进行了考察。实验结果表明,离子液体[HbBim]+BF4-对酯化反应具有良好的催化性能,在重复使用8次后,其催化性能基本保持不变。
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