宁波理工学院毕业设计（论文）题 目 几种酸性离子液体的制备及条件优化姓 名 蔡文武学 号 3031014102专业班级 03生物工程4班指导教师 应丽艳分 院 生物与化学工程分院完成日期 2007年5月25日摘要离子液体又称室温熔盐，与无机和有机电解质溶液相比较，具有一系列优良的特性，如化学稳定性，低挥发性和宽的电化学窗口，以及对于环境友好等。
离子液体以其良好的物理、化学性质，日益引起人们越来越多的关注,离子液体的合成成为研究离子体性质和应用首先要解决的问题。
本文以N-甲基咪唑为原料合成了离子液体溴化1-丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Br)、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐（[Bmim]+ [HSO4]-）、1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氢盐（[Bmim]+ [H2PO4] -）、1-甲基咪唑硫酸氢盐（[Hmim]+ [HSO4]-）、1-甲基咪唑磷酸二氢盐（[Hmim]+ [H2PO4] -），优化了合成条件并对合成的产物作红外光谱表征。
关键词： 离子液体；合成；红外光谱AbstractIonic liquids are also known as room temperature molten salts which have a serial of good properties, such as chemical stability, a wide liquid range and electrochemical window. The ionic liquids, with their excellent physical and chemical property, cause more and more concerns of people increasingly. The synthesis of ionic liquids thus becomes the first problem the researchers face in studying the property and application1-butyl-3-methylimi-dazolium、l-butyl-3-methylimidazolium hydrogen sulfate ([Bmim]+[HSO4]-)、l-butyl-3-methylimidazolium dihydrogen phosphate ([Bmim]+[H2PO4]-)、 1-methylimidazolium hydrogen sulfate([Hmim]+[HSO4]-)、1-methylimidazolium dihydrogen phosphate ([Hmim]+ [H2PO4]-) are synthesized from1-methylimidazole. Optimize their synthesis condition and their structures are characterized and analyzed by IR.Key words:ionic liquids；synthesis；infrared spectrum目 录摘 要 (I)Abstract (II)目 录 (III)第一章 引言 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 问题的提出与分析 (3)1.3研究的基本内容 (4)第二章 实验部分 (6)2.1 主要的仪器和试剂 (6)2.2 实验步骤 (6)2.3 实验装置图 (7)第三章 结果和讨论 (8)3.1 实验温度的选择 (8)3.2 加入量的选择 (9)3.3 通氮气的选择 (9)3.4 反应产物的产率 (9)3.5 红外光谱分析 (10)第四章 结论 (14)参考文献 (15)致 谢 (16)第一章引言1.1 研究背景离子液体( Room Temperature Ionic Liquid ,简写为RTIL)就是指在室温(或稍高于室温的温度)下呈液态的离子体系，或者说，仅由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的有机阳离子和无机或有机阴离子构成的液体[1、3、6]。
在组成上,它与我们概念中的“盐”相近，而其熔点通常又低于室温，所以，也有人把离子液体叫做室温离子液体或室温熔融盐，也称非水离子液体、液态有机盐等。
离子液体最早发现的是硝基乙胺，它的熔点为12℃。
但是,由于其在空气中很不稳定而极易爆炸,使其开发和应用受到了限制。
1986年Seddon等在Nature上发表论文报道，他们采用N ,N′二烷基取代咪唑与三氯化铝组成的离子液体作为非水溶剂,研究过渡金属配合物的电子吸收波谱。
直到1992年，Wilkes领导的研究小组合成了低熔点、抗水解、稳定性强的[EMIM]BF4离子液体后，离子液体的研究取得了令人惊异的进展。
[4]北大西洋公约组织于2000年召开了有关离子液体的专家会议，欧盟委员会制定有关离子液体的3年计划，日本、韩国也有相关研究的相继报道。
在我国，中国科学院兰州化学物理研究所西部生态绿色化学研究发展中心、北京大学绿色催化实验室、华东师范大学离子液体研究中心等机构取得重大突破，率先在国际上实现了离子液体中环己酮的分子Backmann重排，率先制备了多种咪唑类离子液体润滑剂。
由于离子液体的优点明显,随着对其研究的深入与广泛，应用的范围也越来越宽，目前已经有不同包装与规格的商品出售。
离子液体的研究近年来已经受到越来越大的关注，这是因为离子液体几乎没有蒸气压，对环境的污染相对较小，而传统溶剂由于比较容易挥发，结果是对环境造成了污染；另外，离子液体的溶解性能强，有利于反应的进行。
由于其显著的化学、物理特性以及作为一种环境友好的高效催化剂、良好的有机反应溶剂以及在分离、电化学、聚合及材料功能等方面的应用[2]，成为国内外学者研究的热点。
在已知的离子液体的组成中，阳离子主要是含有取代基团的咪唑、吡啶、喹啉、异喹啉等含氮有机杂环，阴离子则主要是Cl-、Br-、BF4-、PF6-、A12C17-、FeCl4-等。
而酸性离子液则是将阴离子替换为能电离出H的阴离子，如HSO4-、H2PO4- 等。
它不仅可以作为反应的溶剂，使反应能够在均相条件下进行，还可以利用其所具有的Bronzed酸性或Lewis酸性催化需要酸作为催化剂的反应。
其具有传统溶剂不可比拟的独特性能，离子液体除了它们所表现出的高活性、高选择性外, 还具有如下优点: ①离子液体具有非挥发特性，几乎没有蒸气压，可用在高真空体系中，同时可减少因挥发而产生的环境污染问题；②具有较宽的稳定温度范围， 通常在300℃范围内为液体，有利于动力学控制, 在高于200℃时具有良好的热稳定性和化学稳定性；③具有良好的溶解性能, 对无机和有机材料表现出良好的溶解能力；④通过对阴、阳离子的合理设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超酸； ⑤易于与其他物质分离, 可以循环利用； ⑥稳定、不易燃、可传热、可流动；⑦制备简单，如[Bmim]AlCl4 ，可由商业品甲基咪唑和卤代烷直接合成中间产物，再与含有目标阴离子的无机盐反应生成相应的离子液体；⑧具有较弱的配位趋势[7]、[9]。
室温离子液体研究的潜在价值已经得到了世界各国化学工作者的广泛认可，特别是近几年来，RTIL作为一种“绿色”溶剂或催化剂，在催化和有机反应中发挥了独特的作用。
离子液体种类繁多，改变阳离子和阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。
一般阳离子为有机成分，并根据阳离子的不同来分类。
离子液体中常见的阳离子类型有烷基铵阳离子、烷基铃阳离子、Ⅳ一烷基吡啶阳离子和Ⅳ，Ⅳ’一二烷基咪唑阳离子等,其中最常见的为Ⅳ，Ⅳ’一二烷基咪唑阳离子。
离子液体合成大体上有2种基本方法：直接合成法和两步合成法。
⑴直接合成法就是通过酸碱中和反应或季铵化反应一步合成离子液体，操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。
例如硝基乙胺离子液体就是由乙胺的水溶液与硝酸中和反应制备。
具体制备过程是：中和反应后真空除去多余的水，为了确保离子液体的纯净，再将其溶解在乙腈或四氢呋喃等有机溶剂中，用活性炭处理，最后真空除去有机溶剂得到产物离子液体。
最近，Hirao等用此法合成了一系列不同阳离子的四氟硼酸盐离子液体。
另外通过季铵化反应也可以一步制备出多种离子液体，如1一甲基咪唑酸盐[Bmim]X、[Bmim]Br等，其反应式如下（HX为强酸、X为酸根）：⑵两步合成法如果直接法难以得到目标离子液体，就必须使用两步合成法。
首先通过季铵化反应制备出含目标阳离子的卤盐([阳离子]x型离子液体)；然后用目标阴离子Y-置换出X一离子或加人Lewis酸MXy来得到目标离子液体。
在第二步反应中，使用金属盐MY(常用的是AgY或NH4Y)时，产生Ag、沉淀或NH3、HX气体而容易除去；加人强质子酸HY，反应要求在低温搅拌条件下进行，然后多次水洗至中性，用有机溶剂提取离子液体，最后真空除去有机溶剂得到纯净的离子液体。
其原理如下：应特别注意的是：在用目标阴离子(Y-)交换x-阴离子的过程中，必须尽可能地使反应进行完全，确保没有x-阴离子留在目标离子液体中，因为离子液体的纯度对于其应用和物理化学特性的表征至关重要。
高纯度二元离子液体的合成通常是在离子交换器中利用离子交换树脂通过阴离子交换来制备[5]。
另外直接将Lewis酸(MXy)与卤盐结合，可制备[阳离子][MnXnY+1]型离子液体，如氯铝酸盐离子液体的制备就是利用这个方法。
离子液体可设计，品种多，性能独特，应用领域广泛。
寻找一条最优化的工艺，缩短反应时间，减少合成过程中的污染问题，降低生产成本，尽快实现离子液体的规模化生产，是人们非常关心的问题。
运用微波和超声波辅助合成离子液体无需有机溶剂，反应速度快，产品收率高，纯度好。
1.2 问题的提出与分析作为一种新颖功能材料，室温离子液体给化学化工提供了一个全新的研究领域。
未来离子液体研究的重点内容应当包括：离子液体理论的建立，新型、功能化离子液体的合成，离子液体与各种传统技术和过程的进一步结合，低成本、简便的离子液体合成与生产，推进离子液体研究的工业化进程。
近些年来对离子液体的研究主要集中在新型离子液体的合成、物理和化学特性的表征及其作为溶剂和电解质的应用研究等方面。
迄今为止，离子液体尚未实现大规模的工业生产。
其主要原因在于离子液体目前还未实现大规模的工业应用。
此外，实验数据、毒性数据、环境影响数据缺乏[8]，生产过程中大量废料及失效离子液体本身的无害化处理，采用Ag盐的方法制备室温离子液体的造价昂贵，并且产品的提纯还有一定的困难。
所以，要真正实现离子液体的工业应用，关键在于降低离子液体的生产成本和产品的提纯问题。