1-烷基-3-甲基咪唑l-乳酸盐的合成及其物理性质

离子液体;手性离子液体;烷基甲基咪唑l-乳酸盐     

1-烷基-2-甲基咪唑衍生物的高效简便合成

本文优化了溴乙烷与2-甲基咪唑的N-烷基化反应条件,并且高收率地合成了一系列具有抗菌活性的1-烷基-2-甲基咪唑衍生物。     

1-烷基-3-甲基咪唑硫酸氢盐的物理性状研究

合成了系列酸性离子液体1-烷基-3-甲基咪唑硫酸氰盐（[CnMIm]HSO4,n=0,2,4,6,8）,并用FT-IR和^1H NMR表征其结构．测定了其密度、黏度、溶解性、酸度、电导率和热稳定性等物理性质,考察了不同烷基对物理性状的影响．结果表明,密度随咪唑环上烷基的增长而减小;由于受氢键与范德华力的共同作用,使[C4MIm]HSO4的黏度最小,其数值为16．359×10^-3Pa·s;在水溶液中,[CnMIm]HSO4的极限摩尔电导率均高于KCl,其中以[C4MIm]HSO4的极限摩尔电导率最大,其数值为570．93S·cm^3·mol^-1;在氢键和空间效应的共同影响下,使[C6MIm]HSO4的pKa最小,其数值为0．695;离子液体的溶解度与溶剂的极性有关,易溶于强极性溶剂,难溶于弱极性溶剂;[CnMIm]HSO4在低于240℃具有良好的热稳定性．     

溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑与甲基橙的相互作用

利用电导法和表面张力法,研究了离子液体表面活性剂溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑(C12mimBr)与阴离子染料甲基橙(MO)之间的相互作用。 通过分别测定C12mimBr、MO以及C12mimBr与MO混合溶液的电导率,计算了C12mimBr与MO的结合特性。 C12mimBr与MO以等摩尔比结合,在288.1、298.1和308.1 K下的结合常数分别为4.89×105、4.88×104和5.76×103 L/mol,该结合反应属于焓驱动的自发放热反应。 分别测定了C12mimBr与MO等摩尔混合体系及其在NaBr溶液中的临界胶束浓度(cmc),加入MO使C12mimBr的cmc从9.1×10-3 mol/L降低到7.3×10-5 mol/L,显著提高了C12mimBr的表面活性。     

离子液体1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐在水溶液中的聚集行为

采用等温滴定量热法、静态荧光猝灭法和电导法系统研究了典型离子液体1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Cnmim][BF₄])在水溶液中的聚集行为, 获得了胶束形成的临界胶束浓度(cmc), 摩尔焓变(ΔH_mic), 摩尔吉布斯自由能变(ΔG_mic), 摩尔熵变(ΔS_mic)以及不同浓度时[Cnmim][BF₄]胶束的平均聚集数等基本参数. 发现这类离子液体的聚集为熵驱动, 阳离子的烷基链越长, ΔG_mic越负, 聚集更容易发生. 此外, 结合[C_nmim]X (X=Cl^-, Br^-)的相关研究发现, 阳离子相同时, 体积越大和疏水性越强的阴离子与头基的结合能力越强, 能有效地降低头基之间的静电排斥, 降低cmc, 利于胶束的形成. 对于[C₁₂mim][BF₄], 添加剂β-环糊精(β-CD)的加入可使cmc增大, ΔH_mic和ΔS_mic减小, 而KBF₄则可使cmc和ΔH_mic减小, ΔS_mic增大.     

1-烷基-3-甲基咪唑系列室温离子液体表面张力的研究

合成了系列1-烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C_2～7mim]BF₄)及六氟磷酸盐([C_4～7mim]PF₆)室温离子液体, 并通过核磁氢谱、红外光谱、质谱等手段对其进行了结构表征; 采用Wilhelmy白金板法, 在293～338 K范围内测定了离子液体的表面张力, 测试结果显示, 同类离子液体表面张力γ随温度的升高而线性下降, 同种离子液体的表面张力呈现出较宽的变化范围, 如293 K下, 表面张力值从[C₂mim]BF₄的50.4 mJ/m²到[C₇mim]BF₄的36.1 mJ/m². 最后对离子液体的表面性能进行了讨论.     

1-烷基-3-甲基咪唑氯化物焓变的热重分析

The structures of ionic liquids (ILs) based on 1-alkyl-3-methylimidazolium chloride [C_nmim]Cl (n = 2, 4, 6), (1-ethyl-3-methylimidazolium chloride [C₂mim]Cl, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride [C₄mim]Cl, and 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride [C₆mim]Cl) were elucidated by ¹H NMR and ¹³C NMR experiments. The vaporization characteristics of these ILs were studied by thermogravimetric analysis. Dynamic and isothermal thermogravimetric experiments were conducted in this study. The purpose of the dynamic experiments was to determine the initial decomposition temperature of the experimental sample and the temperature range for the isothermal thermogravimetric experiments. The purpose of the isothermal experiments was to record the mass dependence of the sample on time in the experimental temperature range. The Langmuir equation and Clausius-Clapeyron equation were used to fit the experimental data and obtain the vaporization enthalpies of these ILs at the average temperature within the experimental temperature range. However, in order to expand the applicability of the estimated values and to compare them with the literature data, the vaporization enthalpy ΔH_vap(T_av) measured at the average temperature was converted into vaporization enthalpy ΔH_vap(298) at ambient temperature. The difference between the heat capacities of the ILs in the gaseous and liquid states at constant pressure, Δ_l^gC_pm^ө proposed by Verevkin, was used in this conversion process. The experimental data for substance density and surface tension at other temperatures were obtained by referring to the literature. In addition, the data for density and surface tension at T = 298.15 K were obtained by applying the extrapolation method to the literature values for other temperatures. The vaporization enthalpy of the 1-octyl-3-methylimidazolium chloride IL [C₈mim]Cl was estimated by using the new vaporization model we had proposed in our previous work and compared with the reference value. The estimated value for [C₈mim]Cl was on the same order of magnitude as the reference value. We compared the vaporization enthalpies in the present study with those for the carboxylic acid imidazolium and amino acid imidazolium ILs ([C_nmim]Pro (n = 2-6) and [C_nmim]Thr (n = 2-6), respectively in our previous work. The results revealed that a change in the anion type affects the vaporization enthalpy of the ILs in the order amino acid imidazolium > carboxylic acid imidazolium > halogen imidazolium, when the cation is the same. Considering the structural differences between the three kinds of ILs, the abovementioned order may be related to the intermolecular hydrogen bonds. There were no intermolecular hydrogen bonds in the [C_nmim]Cl (n = 2, 4, 6) ILs studied here. Therefore, the vaporization enthalpy of [C_nmim]Cl (n = 2, 4, 6) was the lowest among the three kinds of ILs considered.     

1-烷基-3-甲基咪唑硫酸氢盐系列离子液体的热力学性质

在293.15~343.15 K温度范围内,用MYX-1密度计测定了系列离子液体 1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐[C4mim]HSO4 (1-butyl-3-methylimdazolium hydrosulfate)、1-己基-3-甲基咪唑硫酸氢盐[C6mim]HSO4 (1-hexyl-3-methylimdazolium hydrosulfate)、1-辛基-3-甲基咪唑硫酸氢盐[C8mim]HSO4 (1-octyl-3-methylimdazolium hydrosulfate)、1-癸基-3-甲基咪唑硫酸氢盐[C10mim]HSO4 (1-decyl-3-methylimdazolium hydrosulfate)的密度。利用不同温度下的密度值计算得出了离子液体的热膨胀系数及分子体积。利用Glasser经验方程计算了离子液体的标准熵和晶格能,并进一步对其热力学性质进行了讨论。     

离子液体表面活性剂1-丁基-3-甲基咪唑烷基硫酸酯的合成及其在水溶液中的聚集行为

采用离子交换法,由1-丁基-3甲基咪唑氯盐（C4mimCl）和烷基硫酸钠合成了一系列无卤素的阴离子表面活性离子液体—1-丁基-3-甲基咪唑烷基硫酸酯[C4mim][CnH2n 1SO4](n=8,12,16),利用表面张力仪、稳态荧光光谱等手段考察了表面活性离子液体在水溶液表面及体相中的聚集行为,结果表明,与传统无机反离子相比,有机咪唑阳离子[C4mim] 作为反离子的离子液体型表面活性剂具有较高的表面活性,[C4mim] 产生的氢键引起的抑制分子规则排列的作用小于其促进分子有序排列的疏水作用。长烷基链的阴离子是界面膜及胶束的主要组成成分,阴离子疏水烷基碳链的增长虽然可促进胶束的形成,但却在一定程度上抑制[C4mim] 离子参与界面或胶束的形成;阴离子所带烷基链越长,越不利于阳离子[C4mim]＋参与界面膜或胶束的形成,界面膜或胶束中表面活性剂排布越松散,即界面张力越大,体系中胶束聚集数较小。     

1-烷基-3-甲基咪唑溴化盐离子液体的晶体结构及性能

以不同链长溴代烷烃和N-甲基咪唑反应得到1-烷基-3-甲基咪唑溴化盐,用元素分析和核磁共振对化合物进行了表征.室温下用溶剂蒸发法得到了单晶,并用X射线单晶衍射法测定了晶体结构,该晶体属于三斜晶系,空间群为P-1.化合物采用双分子层结构,水分子参与结构的形成,整个化合物由交叉的线性烷基链、咪唑头基、溴离子和水分子组成,溴离子和水分子之间较强的氢键作用在(010)方向上形成了一个无限的O-H···Br氢键链.用偏光显微镜、差示扫描量热(DSC)技术研究了其液晶行为,证明其一水合物为近晶相热致液晶.液晶区域的温度范围较宽说明水分子起到稳定作用.     

新型离子液体1-烷基-3-甲基咪唑苯甲酰基三氟硼酸盐的合成与性质

合成了新型离子液体1-烷基-3-甲基咪唑苯甲酰基三氟硼酸盐[C_nmim][BTB](n=4,6,8),并通过NMR、差热、热重等方法研究了其基础物化性质。 结果发现,3种离子液体的分解温度在200 ℃左右;随着阳离子碳链的增长,离子液体的粘度、熔点逐渐升高,并从亲水性变为疏水性。 尤其是疏水性的[C₆mim][BTB]和[C₈mim][BTB]在与水长时间的混合中表现出较好的稳定性,基本解决了四氟硼酸盐离子液体亲水性强、$BF^{-}_{4}$易水解的缺点,有望用于乏燃料后处理并提高临界安全。     

离子液体表面活性剂烷基硫酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓盐的合成及其在水溶液中的聚集行为

采用离子交换法,由氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓(C_4mimCl)和烷基硫酸钠合成了一系列无卤素的阴离子表面活性离子液体—烷基硫酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓盐[C_4mim][C_nH_(2n+1)SO_4](n=8,12,16),利用表面张力仪、稳态荧光光谱等手段考察了表面活性离子液体在水溶液表面及体相中的聚集行为。结果表明,与传统无机反离子相比,有机咪唑阳离子[C_4mim]~+作为反离子的离子液体型表面活性剂具有较高的表面活性,[C_4mim]~+产生的氢键引起的抑制分子规则排列的作用小于其促进分子有序排列的疏水作用。长烷基链的阴离子是界面膜及胶束的主要组成成分,阴离子疏水烷基碳链的增长虽然可促进胶束的形成,但却在一定程度上抑制[C_4mim]~+参与界面或胶束的形成;阴离子所带烷基链越长,越不利于阳离子[C_4mim]~+参与界面膜或胶束的形成,界面膜或胶束中表面活性剂排布越松散,即界面张力越大,体系中胶束聚集数较小。     

1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸盐的制备及其对酯化反应的催化性能

以溴化1-丁基-3-甲基咪唑盐([bmim]Br)和磷钨酸(H3PW12O40)为原料制备了1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸盐([bmim]3PW12O40)催化剂,并用傅里叶变换红外光谱、热重分析-差示扫描量热法、正丁胺电位滴定及元素分析等技术对催化剂进行了表征,考察了催化剂对乙醇与乙酸酯化合成乙酸乙酯反应的催化活性.结果表明,[bmim]3PW12O40中有3个结晶水,并保持有H3PW12O40的Keggin结构和酸强度,[bmim]3PW12O40的酸量明显少于H3PW12O40的酸量.在乙醇与乙酸酯化合成乙酸乙酯反应中,[bmim]3PW12O40催化剂具有较高的催化活性和较好的重复使用性能.     

1,3-双十二烷基咪唑硅钨酸盐的制备及热性质

以N-三甲基硅基咪唑、1-溴十二烷为主要原料合成了一个具有双长链的咪唑离子液体——溴化1,3-双十二烷基咪唑(C_(12)MC_(12))。C_(12)MC_(12)与多金属氧酸盐(H_4SiW_(12)O_(40))通过离子交换反应制备了1,3-双十二烷基咪唑硅钨酸盐(C_(12)MC_(12)-SiW_(12))。并通过~1H-NMR、傅里叶变换红外(FT-IR)、热重(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)和变温X射线衍射(XRD)对C_(12)MC_(12)和C_(12)MC_(12)-SiW_(12)的性质进行表征。结果表明C_(12)MC_(12)具有液晶性质,为层状介晶结构。当用多酸阴离子SiW_(12)O_(40)~(4-)取代C_(12)MC_(12)中的Br~-后,C_(12)MC_(12)-SiW_(12)的熔点升高,液晶性质消失,但仍为准层状结构。     

壳聚糖在1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐溶液中的流变行为

离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐（[EMIM]Ac）对壳聚糖具有良好的溶解能力。利用新一代旋转流变仪哈克MARS-Ⅲ考察了壳聚糖-[EMIM]Ac溶液的稳态流变和动态流变性能。稳态流变结果表明：当低黏均分子量壳聚糖离子液体溶液的质量分数在3%以下时,溶液呈牛顿性流体特征,高于此质量分数时溶液呈假塑性流体特征;壳聚糖离子液体溶液的黏度、结构黏度指数随着温度升高而降低;在同一质量分数下,溶液黏度随壳聚糖黏均分子量的增大而增加,溶液的恒剪切活化能黏流活化能随着剪切速率的增大而降低。动态流变结果表明：溶液的储能模量和损耗模量随着温度的升高而下降,储能模量与损耗模量存在一个交叉点,该交叉点随着温度升高向高频区移动。     

1-丁基-3-甲基咪唑氯化锌离子液体的合成、表征及催化性能

本文合成了1-丁基-3-甲基咪唑氯化锌([BMIM][Zn2Cl5])离子液体,通过红外光谱、TGA、DSC以及1H-NMR等方法对[BMIM][Zn2Cl5]进行了结构表征,实现了对于[BMIM][Zn2Cl5]的定性分析。以尿素醇解合成碳酸二乙酯反应为探针,考查了[BMIM][Zn2Cl5]离子液体的催化性能,结果显示,[BMIM][Zn2Cl5]表现出较好的催化活性及重复利用性能,碳酸二乙酯的收率接近30%。     

氯化1-乙基-3-甲基烷基咪唑分子结构及其氢键作用能的密度泛函研究

采用量子化学密度范函方法计算研究了氯化1-乙基-3-甲基咪唑盐（[EMIM]C1）正负离子间相互作用的平衡构型和Cl^-离子从不同方位与咪唑阳离子的结合能．计算发现Cl^-可在咪唑环平面上结合形成离子键，其结合能为．368．97kJ／mol，还可与环上的三个H原子形成氢键，其氢键键长和结合能分别为0．2000nm／-378．03kJ／mol、0．2339nm／-344，69kJ／mol和0．2301nm／-346，01kJ／mol．结合能包括氢键作用能和正负离子的静电作用能，后者为主要贡献．从理论上展示了该离子液体的氢键结构．     

聚苯乙烯磺酸钠在1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐中的流变行为

研究了聚苯乙烯磺酸钠(Na PSS)在1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AmimCl)中的流变行为,并与其在AmimCl/H_2O混合溶剂中的流变行为进行了对比.聚合物浓度单位为每升溶剂中所含链段单元的摩尔数(mol/L).研究发现,Na PSS在AmimCl中表现出与其在无盐、有盐水溶液以及中性聚合物在离子液体(ILs)溶液中不同的流变行为.Na PSS在AmimCl含量不同的AmimCl/H_2O混合溶剂中的流变行为也不相同,随着AmimCl含量的增加,Na PSS在混合溶剂中的特性黏数[η]逐渐降低,表明分子线团逐渐塌缩,溶液的增比黏度随Na PSS浓度变化的标度所表现出的性质由聚电解质无盐水溶液特点逐渐变为中性聚合物溶液在θ状态下特点.当溶剂为纯AmimCl时,0.007~0.8 mol/L的浓度范围在0.29 mol/L处被分成2个浓度区.动态流变行为研究表明c0.29 mol/L浓度区为稀溶液区,溶液的增比黏度和弛豫时间随Na PSS浓度变化的标度关系为:ηsp~c1.4p和τ~c0p,与无盐聚电解质水溶液在缠结区的行为相似;c0.29 mol/L浓度区为溶液的亚浓非缠结区,溶液在该浓度区内增比黏度和弛豫时间随Na PSS浓度变化的标度关系为:ηsp~c3.5p和τ~c1.9p,接近于中性聚合物良溶液在亚浓缠结区的行为.这一特殊现象可能由混合体系中强烈的长程静电耦合作用引起.     

1-甲基-3-己基咪唑碘的合成及在染料敏化太阳电池中的应用

利用高压釜使1-甲基咪唑和碘代正己烷直接反应生成离子液体1-甲基-3-己基咪唑碘, 并考察了温度对反应的影响. 结果表明, 升高反应温度, 可使1-甲基咪唑和碘代正己烷按化学计量比进行反应, 产率近100%, 该方法操作简单, 所得产品纯度高, 反应过程不需要使用有机溶剂, 且对环境友好. 同时还测量了I-3在1-甲基-3-己基咪唑碘和1-甲基咪唑混合液中的表观扩散系数及其所组成的染料敏化太阳电池的光伏性能.     

微波法合成离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的研究

离子液体(ionic liquids)是在室温下液态的一种熔融盐,又称为室温离子液体,一般由有机阳离子和无机阴离子或者有机阴离子构成,可以通过调节阴阳离子的种类来改变离子液体的性能,因此敢称为一种"可以设计的溶剂".