吗啡啉功能化酸性离子液体的合成、表征及其催化酯化性能

制备和表征了三种新型质子酸离子液体: 吗啡啉硫酸氢盐([Hnhm]HSO4)、4-甲基吗啡啉硫酸氢盐 ([Hnmm]HSO4)和SO3H-功能化的4-(3-磺丙基)吗啡啉硫酸氢盐([C3SO3Hnhm]HSO4). 以氯乙酸(CAA)和乙醇合成氯乙酸乙酯的酯化反应考察了它们的酸性和催化活性, 并与1-(3-磺酸基)丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐、1-(3-磺丙基)吡啶硫酸氢盐、1-(3-磺丙基)-2-吡咯烷酮硫酸氢盐等三种具有不同氮杂环的SO3H-功能化酸性离子液体以及浓硫酸相对照. 结果表明, 上述SO3H-功能化离子液体对酯化反应的催化性能比非SO3H-功能化的[Hnhm]HSO4和[Hnmm]HSO4都高, 等同甚至优于浓硫酸. 当反应条件为: n(EtOH)∶n(CAA)∶n([C3SO3Hnhm]HSO4)＝1.3∶1∶0.2, 反应温度80 ℃, 反应时间3 h, 酯收率可达93.4%. 而且离子液体经真空干燥重复使用9次, 催化活性仍无明显下降. 以[C3SO3Hnhm]HSO4催化乙酸和不同醇的酯化反应获得较高的酯收率和选择性, 离子液体跟酯产物均能自动分相. 还考察了SO3H-功能化酸性离子液体对奥氏体316不锈钢的腐蚀性. 尽管SO3H-功能化离子液体与硫酸的酸性相近, 但对钢试样的腐蚀率不到硫酸的1/3.     

Brönsted酸性离子液体催化酯化反应研究

合成了以2-吡咯烷酮和N-甲基咪唑为阳离子([Hnhp]＋和[Hmim]＋), , 和 为阴离子的一系列Brönsted酸性离子液体. 考察了这些离子液体的热稳定性和酸性. 以乙酸和异戊醇酯化合成乙酸异戊酯的反应考察了不同离子液体分别在不分水与分水条件下的催化效果, 结果表明, 不分水时, 当醇/酸/[Hnhp]HSO4物质的量比为1.2∶1∶0.2, 100 ℃下回流反应2 h, 酯收率可达93.6%, 反应结束后[Hnhp]HSO4体系可以顺利分相, [Hnhp]BF4则不能; 分水时, [Hnhp]BF4可与酯自动分相, 当醇/酸/[Hnhp]BF4物质的量比为1.2∶1∶0.01, 120 ℃下回流反应1.5 h时, 酯收率可达96.8%, 比相同条件下[Hnhp]HSO4的略高. 这两种体系中的离子液体均具有良好的重复使用性能. 实验中还探讨了不同离子液体的酸性和催化酯化反应后与酯产物的分相效果对其催化活性的影响, 结果表明, 离子液体的酸性和与酯的不可混溶性对其在不同体系中酯化反应的催化活性有不同程度的影响. 此外, 在上述不分水酯化条件(醇∶酸∶催化剂物质的量比均为1.2∶1∶0.2, 100 ℃油浴)下回流浸渍6 h比较离子液体[Hnhp]HSO4/BF4, [Hmim]HSO4/BF4和硫酸对奥氏体316不锈钢的腐蚀性, 测得离子液体腐蚀率比硫酸低; 除了[Hnhp]BF4, 离子液体[Hnhp]HSO4, [Hmim]HSO4和[Hmim]BF4的腐蚀性呈现随酸性递减而下降的趋势. 所测离子液体中[Hnhp]BF4腐蚀性最高. [Hnhp]BF4和硫酸中试样的腐蚀率分别为20.1和41.8 g/(m2•h).     

Bronsted酸性离子液体催化酯化反应研究

合成了以2-吡咯烷酮和N-甲基咪唑为阳离子([Hnhp] [Hmim] ),HSO4-,H2PO4-和BF4-为阴离子的一系列Br(o)Pnsted酸性离子液体.考察了这些离子液体的热稳定性和酸性.以乙酸和异戊醇酯化合成乙酸异戊酯的反应考察了不同离子液体分别在不分水与分水条件下的催化效果,结果表明.不分水时,当醇/酸/[Hnhp]HSO4物质的量比为1.2∶1∶0.2,100℃下回流反应2 h,酯收率可达93.6%,反应结束后[Hnhp]HSO4体系可以顺利分相,[Hnhp]BF4则不能;分水时,[Hnhp]BF4可与酯自动分相,当醇/酸/[Hnhp]BF4物质的量比为1.2∶1∶0.01,120℃下回流反应1.5 h时,酯收率可达96.8%,比相同条件下[Hnhp]HSO4的略高.这两种体系中的离子液体均具有良好的重复使用性能.实验中还探讨了不同离子液体的酸性和催化酯化反应后与酯产物的分相效果对其催化活性的影响,结果表明,离子液体的酸性和与酯的不可混溶性对其在不同体系中酯化反应的催化活性有不同程度的影响.此外,在上述不分水酯化条件(醇∶酸∶催化剂物质的量比均为1.2∶1∶0.2,100℃油浴)下回流浸渍6 h比较离子液体[Hnhp]HSO4/BF4,[Hmim]HSO4/BF4和硫酸对奥氏体316不锈钢的腐蚀性,测得离子液体腐蚀率比硫酸低;除了[Hnhp]BF4,离子液体[Hnhp]HSO4,[Hmim]HSO4和[Hmim]BF4的腐蚀性呈现随酸性递减而下降的趋势.所测离子液体中[Hnhp]BF4腐蚀性最高.[Hnhp]BF4和硫酸中试样的腐蚀率分别为20.1和41.8g/(m2·h).     

酸性离子液体的合成和光谱表征

合成了基于N-甲基咪唑、2-吡咯烷酮阳离子的两个Br nsted酸性离子液体系列:[Hmim]HSO4/BF4、[Hnhp]HSO4/BF4以及两种—SO3H功能化酸性离子液体1-(3-磺酸基)丙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([C3SO3Hmim]HSO4)、N-(3-磺酸基)丙基吡咯烷酮硫酸氢盐([C4SO4Hnnp]HSO4)。其中,[Hnhp]HSO4/BF4,[C4SO4Hnnp]HSO4是本实验设计合成的新型酸性离子液体,而咪唑类离子液体用于对照。上述6种离子液体均以核磁共振、电喷雾质谱、红外光谱和紫外光谱分析法对结构加以表征并确认;并以它们作为溶剂和催化剂对乙酸、乙醇酯化反应进行初步试验,结果表明所合成的新型酸性离子液体(尤其是引入磺酸基的)是酯化反应较理想的绿色液体酸催化剂。