PDF《综合化学实验》

综合化学实验 绿色溶剂离子液体的制备 指导教师: 雷鸣 背景知识 ? 离子液体的概念: 在室温或室温附近温度下呈液态的 由离子构成的物质,称为室温离子液体、 室温熔融盐、有机离子液体等,简称离 子液体.

1 ? 在离子化合物中,阴阳离子之间的作用力为 库仑力,其大小与阴阳离子的电荷数量及半 径有关,离子半径越大,它们之间的作用力 越小,这种离子化合物的熔点就越低.某些 离子化合物的阴阳离子体积很大,结构松散, 导致它们之间的作用力较低,以至于熔点接 近室温.

2 离子液体的特点 ? 离子液体可作为绿色反应溶剂,离子液体与传统的 有机溶剂相比: (1)不易燃易爆、不易挥发性、热稳定性好;

(2)对许多有机和无机化合物具有良好的溶解性;

(3)作为有机合成反应介质可以减少使用传统的挥 发性有机溶剂对环境的污染,还可提供一种新的反 应环境,有可能改变传统的反应机制,提高反应的 速率和选择性.

3 实验目的 ?掌握常规离子液体的制备方法,了解离子 液体的基本特性和用途.

4 实验试剂 ? N-甲基咪唑(> 99%) ? 正溴丁烷(AR) ? 乙腈(AR) ? 四氟硼酸钠(AR) ? 六氟磷酸钾(AR) ? 二氯甲烷(AR) ? 乙酸乙酯(AR) ? 乙腈(AR)

5 N-甲基咪唑 ? 结构式: ? 性状:液体 ? 熔点:-60℃ ? 沸点:198℃ ? 密度:(g/cm3)1.036(水=1)

6 正溴丁烷 ? 外观与性状: 无色液体 ? 沸点: 100~104℃ ? 溶解性: 不溶于水,溶于乙醇、乙醚 ? 密度: 相对密度(水=1)1.27

7 1-丁基-3-甲基咪唑f六氟磷酸盐 ? 熔点 6.5 °C ? 沸点 >340°C ? 密度 1.38 g/mL (20 °C) 1-正-丁基-3-甲基咪唑f四氟硼酸盐 ? 熔点 -71 °C ? 密度 1.21 g/mL (20 °C)

8 实验仪器 ? 三口圆底烧瓶,恒压滴加漏斗,球形冷凝管, 旋转蒸发仪等

9 实验内容与要求 ? 制备两种最常用的离子液体 [bmim]BF4 和[bmim]PF6 ? 了解两种最常用的离子液体的基本性质

10 合成反应方程式

11 合成方法及操作步骤 ? 在装有冷凝管(装干燥管)和滴加漏斗的 250ml三颈瓶(称重)中加入N-甲基咪唑 (0.3mol)和25ml乙腈,搅拌均匀,并在90-

100 ℃ 油浴中加热,同时滴加正溴丁烷(0.33mol)的乙腈(25ml)溶液,加完后继续 加热回流2-3小时,冷却至室温,在旋转蒸发 仪上浓缩出去乙腈,加入等体积的乙酸乙酯 搅拌洗涤,静置后分出上层,重复两至三次, 尽量移去乙酸乙酯并旋转蒸发至干,得到1- 丁基-3-甲基咪唑溴盐.

12 13 ? 用50ml乙腈溶解1-丁基-3-甲基咪唑溴盐并等 分为两份,分别与1.05当量的四氟硼酸钠和六 氟磷酸钾进行离子交换反应,混合液在室温下 搅拌48小时后过滤出白色固体,滤液浓缩除去 乙腈后加入等体积的二氯甲烷,混合均匀后析 出白色固体,过滤出固体,滤液浓缩除去二氯 甲烷,继续在油泵上抽干至恒重,得浅黄色油 状液体,称重.

14 15 拓展实验: 离子液体在有机合成中的应用 ? Knoevenagel 缩合反应是形成碳-碳双键的重要方法.反 应可以碱性或酸性条件下进行.也可采用Lewis 酸等作催 化剂,在均相或非均相中反应.近年来文献报道了TiC

14、 AlPO

4、A12O

3、ZnC

12、KF、LiCl、K3PO4等催化的以及无 需溶剂和催化剂的Knoevenagel反应.基于离子液体的特 殊结构和性质,其可用于催化有机反应或作为溶剂使用.

16 思考题 ?为什么不直接滴加N-甲基咪唑? ?用乙酸乙酯和二氯甲烷洗涤的目的是什么? 17