一種低能耗咪唑類離子液體的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種低能耗咪唑類離子液體的制備方法，包括以下步驟：（1）攪拌下，取原料鹵代物R1Xa與鹵代物R1Xb按照一定配比混合得到混合液A；（2）攪拌下，將混合液A與N?烷基咪唑混合攪拌反應，于溫度為25~70℃的條件下，反應?4~8?小時，靜置后，回收多余原料，得到固體產物B；（3）將步驟（2）得到的固體產物B與含有目標陰離子的鹽類MY進行陰離子交換反應，得到目標離子液體的溶液；（4）將步驟（3）得到的目標離子液體的溶液分離純化，真空干燥得到產品。該方法是以二步產品品質不下降為前提，通過調整原料配比，有效利用一步放熱/吸熱反應，從而降低能耗，達到清潔生產的目的。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于離子液體生產
，具體涉及一種低能耗咪唑類離子液體的制備方法。
技術介紹
離子液體是一種在室溫或近室溫下以液體形式存在的鹽，它兼具液體的物理流動性和鹽類的化學反應特性，因此它具有許多獨特的性質，諸如結構可設計、液程范圍寬、接近于零的蒸汽壓、不可燃、具有高的熱穩定性和化學穩定性等。目前咪唑類離子液體的合成均采用以下步驟：步驟一(見反應式I)：步驟一的反應過程為有機加成反應，通過加熱、攪拌、清洗等步驟，將R1X與N-烷基咪唑環加成為一步產品。其中R1為C2~C8的烷基、乙酸乙酯基中的一種，R2為C1~C4的烷基，X為鹵素（Cl、Br、I）；步驟二(見反應式II)：步驟二的反應過程為有機物的復分解反應，通過離子交換反應、萃取、清洗、干燥等步驟，將一步產品中的X陰離子置換為Y陰離子；其中MY為含有目標Y陰離子的鹽類，如四氟硼酸銨、六氟磷酸鉀、硫酸氫鈉等。其中步驟一為熱交換反應，在X=Cl的情況下，多為吸熱反應，如1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽等，反應過程中需要大量的能源用于加熱。而在X=Br、I的情況下，多為放熱反應，如1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽、1-乙基-3-甲基咪唑溴鹽等，反應過程中需要使用大量的熱交換溶液（如水、冷凍液等）用于降溫。而具有相同陽離子的不同陰離子（如氯、溴、碘）鹽均可用于二步反應，合成同一種產品，而不影響最終產品的質量和性能。放熱反應通常有以下幾種：原料為溴代（C2~C8的烷基、乙酸乙酯基），碘代（C2~C8的烷基、乙酸乙酯基），典型的一個反應如N-甲基咪唑和溴丁烷反應，在滴加過程中，由于反應放熱，反應體系將自動升溫。所以滴加速度較慢，且需嚴格控制反應溫度為50~60℃，外部使用水浴冷凝。如果滴加速度較快，則由于反應放熱，溫度將自動升溫至120℃以上，導致產品顏色、形態、純度品質的下降。吸熱反應通常有以下幾種：原料為氯代（C2~C8的烷基、乙酸乙酯基），典型的一個反應如N-甲基咪唑和氯丁烷反應，在投料完畢，反應過程需要使用加熱控制反應溫度為80~85℃。溫度的控制對產品的品質有較大影響。如果停止加熱或加熱不足，則由于反應吸熱，溫度將自動降低，反應將自動停止或變慢，導致產品產率、純度的急劇下降。目前在生產過程中，多選擇吸熱或放熱其中的一個步驟來進行生產，所以在規模化生產過程中，會造成大量的能源使用和浪費。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術中離子液體一步反應過程中反應劇烈、滴加速度緩慢、放熱能耗的浪費或需要大量加熱、反應時間長、吸熱能耗的浪費等情況而提供了一種低能耗咪唑類離子液體的制備方法，該方法是以二步產品品質不下降為前提，通過調整原料配比，有效利用一步放熱/吸熱反應，從而降低能耗，達到清潔生產的目的。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：本專利技術提供了一種低能耗咪唑類離子液體的制備方法，包括以下步驟：（1）攪拌下，取原料鹵代物R1Xa與鹵代物R1Xb按照一定配比混合得到混合液A；原料R1Xa與R1Xb的摩爾比為1：（0.2~3）；R1為C2~C8的烷基、烯丙基和乙酸乙酯基中的一種；Xa為Cl-，Xb為Br-或I-；（2）攪拌下，將混合液A與N-烷基咪唑按照摩爾比為（1~2）：1的混合攪拌反應，于溫度為25~70℃的條件下，反應4~8小時，靜置后，回收多余原料，得到固體產物B；N-烷基咪唑結構式如下：，其中R2為為C1~C4的烷基；（3）將步驟（2）得到的固體產物B與含有目標陰離子的鹽類MY進行陰離子交換反應，得到目標離子液體的溶液；MY為四氟硼酸鈉、四氟硼酸銨、六氟磷酸鉀、硫酸氫鈉、六氟銻酸鈉、高氯酸鋰和雙三氟甲磺酰亞胺鋰中的至少一種；（4）將步驟（3）得到的目標離子液體的溶液分離純化，真空干燥得到產品。根據上述的低能耗咪唑類離子液體的制備方法，步驟（1）中R1為C2~C8的烷基時，步驟（2）攪拌下，于溫度為45~70℃的條件下，反應4~6小時。根據上述的低能耗咪唑類離子液體的制備方法，步驟（1）中R1為乙酸乙酯基時，步驟（2）攪拌下，于溫度為28~35℃的條件下，反應6~8小時。所述溶劑為乙酸乙酯或乙醚。與現有技術相比，本專利技術的有益效果：（1）本專利技術的工藝方法同傳統的離子液體合成方法相比，一步反應的過程連續、穩定，工藝條件控制簡單，反應所用時間短，避免了反應飛溫、劇烈難以控制需要大量降溫或需要大量的加熱等情況，極大的減少了能源浪費，在最優化的條件下，甚至不需要加熱和冷凝即可完成反應。（2）本專利技術的工藝方法是建立在目前的工藝裝置基礎上，不需要更改設備即可實現能源有效利用。甚至在新建生產線上，可減少或簡化許多熱交換的線路和工藝。無論從技術上還是經濟上均具有可操作性。（3）由于減少了工藝控制點，本專利技術的工藝方法合成的離子液體，與其他常規工藝合成的離子液體相比，在純度、水含量、有機雜質含量方面，均具有一定優勢，產品品質一致性好。具體實施方式以下實施例旨在進一步說明本專利技術的內容，但不限制本專利技術的保護范圍。實施例1一種低能耗咪唑類離子液體的制備方法，包括以下步驟：（1）攪拌下，取原料鹵代物R1Xa與鹵代物R1Xb按照一定配比混合得到混合液A；原料R1Xa與R1Xb的摩爾比為1：（0.2~3）；R1為C2~C8的烷基、烯丙基和乙酸乙酯基中的一種；Xa為Cl-，Xb為Br-或I-；（2）攪拌下，將混合液A與N-烷基咪唑按照摩爾比為（1~2）：1的混合攪拌反應，于溫度為25~70℃的條件下，反應4~8小時，靜置后，使用溶劑清洗多余原料，然后減壓蒸餾后，得到固體產物B；N-烷基咪唑結構式如下：，其中R2為為C1~C4的烷基；（3）將步驟（2）得到的固體產物B與含有目標陰離子的鹽類MY進行陰離子交換反應，得到目標離子液體的溶液；MY為四氟硼酸鈉、四氟硼酸銨、六氟磷酸鉀、硫酸氫鈉、六氟銻酸鈉、高氯酸鋰和雙三氟甲磺酰亞胺鋰中的至少一種；（4）將步驟（3）得到的目標離子液體的溶液分離純化，真空干燥得到最終產品[R1R2IM][Y]。本專利技術的制備過程不需要進行熱交換，該方法制備的最終產品[R1R2IM][Y]的收率為86%以上，產品的純度為99.3%以上。實施例2（1）將46.25g氯丁烷和205.5g溴丁烷充分混合后置于恒壓滴液漏斗中；（2）向三口燒瓶中加入164.2gN-甲基咪唑，三口燒瓶內部使用磁力攪拌；（3）將恒壓滴液漏斗置于三口燒瓶口，控制滴加速度為2秒1滴，燒瓶內溫度將自動升溫，保持燒瓶內溫度65~70℃，2小時滴加完畢；（4）滴加完畢后繼續攪拌反應6小時，在此過程中，溫度自動維持在60~70℃，使用乙酸乙酯清洗、旋蒸，得到白色固體產品391.0g，總收率94.0%，經離子色譜分析，其內含有氯離子15.98g，溴離子113.93g；（5）將所得到的白色固體產品與219.58g的四氟硼酸鈉做離子交換反應，最終得到388.75g1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，總收率86.0%。1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽的核磁譜圖為：1HNMR(DMSO-D6)：9.44（s，1H，CH），7.89（t，1H，CH），7.80（t，1H，CH），4.19-4.15（t，2H，CH2），3.86(s，3H，CH3)，1.72-1.69（m，2H，CH2），1.本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低能耗咪唑類離子液體的制備方法，其特征在于包括以下步驟：（1）攪拌下，取原料鹵代物R1Xa與鹵代物R1Xb按照一定配比混合得到混合液A；?原料R1Xa與R1Xb的摩爾比為1：（0.2~3）；R1為C2~C8的烷基、烯丙基和乙酸乙酯基中的一種；Xa為Cl?，Xb為Br?或I?；（2）攪拌下，將混合液A與N?烷基咪唑按照摩爾比為（1~2）：1的混合攪拌反應，于溫度為25~70℃的條件下，反應?4~8?小時，靜置后，使用溶劑清洗多余原料，然后減壓蒸餾后得到固體產物B；N?烷基咪唑結構式如下：，其中R2為為C1~C4的烷基；（3）將步驟（2）得到的固體產物B與含有目標陰離子的鹽類MY進行陰離子交換反應，得到目標離子液體的溶液；MY為四氟硼酸鈉、四氟硼酸銨、六氟磷酸鉀、硫酸氫鈉、六氟銻酸鈉、高氯酸鋰和雙三氟甲磺酰亞胺鋰中的至少一種；（4）將步驟（3）得到的目標離子液體的溶液分離純化，真空干燥得到產品。

【技術特征摘要】
1.一種低能耗咪唑類離子液體的制備方法，其特征在于包括以下步驟：（1）攪拌下，取原料鹵代物R1Xa與鹵代物R1Xb按照一定配比混合得到混合液A；原料R1Xa與R1Xb的摩爾比為1：（0.2~3）；R1為C2~C8的烷基、烯丙基和乙酸乙酯基中的一種；Xa為Cl-，Xb為Br-或I-；（2）攪拌下，將混合液A與N-烷基咪唑按照摩爾比為（1~2）：1的混合攪拌反應，于溫度為25~70℃的條件下，反應4~8小時，靜置后，使用溶劑清洗多余原料，然后減壓蒸餾后得到固體產物B；N-烷基咪唑結構式如下：，其中R2為為C1~C4的烷基；（3）將步驟（2）得到的固體產物B與含有目標陰離子的鹽類MY進行陰離子交換反應，得到目標離子...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李凱明，方金法，劉艾軍，王存江，鄭勇，張君芳，
申請(專利權)人：林州市科能材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：河南;41