咪唑类酸性离子液体催化剂的制备及其表征

【摘 要】本文用一步合成法制备了三种咪唑类Br？nsted酸性离子液体：[Hmim]CH3COO、[Hmim]H2PO4、[Hmim]C4H7O2，收率分别为85.5%、79.0%、87.0%， 并通过FT-IR对三种离子液体进行了表征， 对其结构及性质进行了初步的研究。

【关键词】咪唑；酸性离子液体；FT-IR

0 概述

离子液体，是由一系列杂环阳离子和多种阴离子组合而成[1]。在电化学业、重金属离子提取、相转变催化、重合、增溶作用以及在酶反应中做低挥发的有机溶剂等领域有着潜在的商业应用[2]。离子液体虽然为离子组成，但其组成可调变，故称为“设计溶剂”（designed solvents）。采用一步合成法制备离子液体，操作简便，没有副产物，产品易分离，纯化[3-4]。离子液体可用波谱学、物理学方法和电化学等手段对其进行表征。通过IR图谱的分析，可以证实产物（特别是阳离子部分）是否正确[5]。本文合成三种咪唑类离子液体[Hmim]CH3COO、[Hmim]H2PO4、[Hmim]C4H7O2，并采用光谱法对其结构及性质进行了初步的研究。

1 实验部分

1.1 试剂

N-甲基咪唑（wt≥98%，浙江省宁海市凯乐化工公司）、冰醋酸（化学纯，上海凌峰化学试剂有限公司）、磷酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、正丁（分析纯，上海化学试剂有限公司）等。

1.2 离子液体催化剂制备

[Hmim]CH3COO的制备

称量摩尔比为1：1的N-甲基咪唑8.21g和醋酸6.01g于250ml三口烧瓶中，加入少量水作溶剂，旋转搅拌，将温度控制在80℃，反应进行6h，得到淡黄色液体。将得到的淡黄色液体进行减压蒸馏，控制减压蒸馏的真空度为0.07MPa，顶部温度为92℃，蒸馏时间为3h，即得到咪唑醋酸盐离子液体[Hmim]CH3COO。

[Hmim]C4H7O2的制备

称量摩尔比为1：1的N-甲基咪唑8.21g和正丁酸8.82g于250ml三口烧瓶中，加入少量水作溶剂，加热并搅拌，反应温度控制在80℃，反应7h，得到黄色液体。将得到的液体进行减压蒸馏，控制真空度为0.05MPa，顶部温度为75℃左右，蒸馏时间为4h。即得到黄色透明咪唑正丁酸盐离子液体[Hmim]C4H7O2。

[Hmim]H2PO4的制备

称量摩尔比为1：1的N-甲基咪唑16.4g和磷酸19.6g于250ml三口烧瓶中，加入少量水作溶剂，加热并搅拌，反应温度控制在80℃，反应7h，得到黄色液体。将得到的液体进行减压蒸馏，控制真空度为0.05MPa，顶部温度为75℃左右，蒸馏时间为3h。得到白色固体，即咪唑磷酸盐离子液体[Hmim]H2PO4。

1.3 催化剂表征

催化剂的FT-IR光谱分析采用Avatar-360型FT-IR 红外光谱仪，美国Nicolet公司制造。

2 结果与讨论

2.1 催化剂制备结果

表 1 离子液体制备反应结果

本试验制备的咪唑类离子液体是由N-甲基咪唑和不同的酸经一步反应制得。所采用的酸为醋酸，磷酸，正丁酸。反应结果列于表1，由表1看出，离子液体[Hmim]CH3COO、[Hmim]H2PO4、[Hmim]C4H7O2，所得收率分别为85.5%、79.0%、87.0%。

2.2 催化剂表征

2.2.1 [Hmim]CH3COO的IR光谱分析

[Hmim]CH3COO的IR谱如图1所示，在4000～2000 cm-1区域出现C-H基团的伸缩振动峰，在3120cm-1处为芳香环上C-H基团的特征峰，2962、2835cm-1处为脂肪链上C-H基团的特征峰；在1527、1425cm-1的吸收峰为C=C基团的特征吸收峰；在1711、1269cm-1的吸收峰为C=O基团的特征吸收峰。

图 1 [Hmim]CH3COO 红外谱图

2.2.2 [Hmim]H2PO4的IR光谱分析

[Hmim]H2PO4的IR谱如图2所示。在4000～2000cm-1区域出现C-H基团的伸缩振动峰，在3139cm-1处为芳香环上C-H基团的特征峰，2943、2863 cm-1处为脂肪链上C-H基团的特征峰；在1540、1462 cm-1的吸收峰为C=C基团的特征吸收峰；在1280cm-1的吸收峰为P=O基团的特征吸收峰；1200～850cm-1的宽谱带为磷酸的特征吸收峰。

图2 [Hmim]H2PO4 红外谱图

2.2.3 [Hmim]C4H7O2的IR光谱分析

[Hmim]C4H7O2的IR谱如图3所示，在4000～2000cm-1区域出现C-H基团的伸缩振动峰，在3122cm-1处为芳香环上C-H基团的特征峰，2961、2880cm-1处为脂肪链上C-H基团的特征峰；在1526、1462 cm-1的吸收峰为C=C基团的特征吸收峰；在1715、1220cm-1的吸收峰为C=O基团的特征吸收峰。

图 3 [Hmim]C4H7O2红外谱图

3 结论

1）通过实验，采用一步合成法制备了四种Br？nsted酸性离子液体：[Hmim] CH3COO，[Hmim]H2PO4和[Hmim]C4H7O2，收率分别为85.5%、79.0%、87.0%。

2）利用红外光谱法对三种离子液体的化学结构进行初步表征，在4000～2000 cm-1区域出现C-H基团的伸缩振动峰，且分别出现1711、1269 cm-1（ C=O基团的特征吸收峰）、1280cm-1（P=O基团的特征吸收峰），和预期结构相符。

【参考文献】

[1]邓友全.离子液体-性质、制备与应用[M].北京：中国石化出版社，2006.

[2]黎子进，黄宝华，张维刚，等.离子液体[Hnmp]HSO4催化合成乙酸正丁酯的动力学研究[J].工业催化，2008，16（3）：45-48.

[3]陈人杰.离子液体在电池中的应用[J].化学进展，2011，23（2/3）：366-373.

[4]毛泽星， 潘一.离子液体的应用研究进展[J].当代化工，42（2）：196-198.

[5]万霞，朱宏.烷基咪唑类离子液体的合成与表征[J].华南师范大学学报，44（1）： 82-85.