[发明专利]一种合成有机离子化合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机离子化合物的合成方法，具体涉及具有较低熔点的有机离子化合物的合成方法。

背景技术

有机离子化合物是一类由有机阳离子与阴离子构成的物质，阳离子通常是咪唑鎓离子、吡啶鎓离子、季铵离子、吡咯烷离子或哌啶鎓离子，代表性分子结构如下：

当阴离子是BF₄^-、PF₆^-、ClO₄^-、CF₃SO₃^-、C₄F₉SO₃^-、[(CF₃SO₂)₂N]^-、[(C₂F₅SO₂)₂N]^-、[B(COOCOO)₂]^-、[(CN)₂N]^-、BF₂(CF₃)₂^-、BF(CF₃)₃^-、PF₃(C₂F₅)₃^-、PF₃(CF₃)₃^-中的一种时，此类有机离子化合物通常具有较低的熔点，因此，又称室温离子液体(室温熔融盐)。

低熔点有机离子化合物通常具有以下特点：1)液态温度范围宽(或熔程宽)，传统溶剂液态范围都比较窄，例如水的液态范围温度是0℃～100℃，碳酸二甲酯液态范围是2℃～90℃，而大多数离子液体的液态温度范围可以达到-20℃～400℃；2)溶解能力强且可调控(通过调整阳离子与阴离子的结构)，能溶解多种有机物和无机物，例如，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐可以与碳酸丙烯酯完全互溶；3)无显著蒸汽压，即使在较高温度下，也不易挥发；4)稳定性高，离子液体具有较好的热稳定性和化学稳定性，大多数离子液体的分解温度在250℃以上，化学稳定性体现在离子液体在一般条件下与很多物质不起化学反应；5)导电性良好，一般离子液体电导率为1～10mS/cm数量级；6)电化学窗口宽，一般在0～4V之间；7)不易燃烧或不可燃(用明火无法点燃)。

同时因其本身的特性，低熔点有机离子化合物可以为有机合成反应提供一个崭新的反应环境，可以避免因使用大量易挥发有机溶剂所带来的环境污染和对人类的危害，是绿色替代溶剂；应用于催化反应中，可以改变反应的机理，导致新的催化活性，提高转化率和选择性，甚至其本身可以用作催化剂直接应用于催化反应中。

相比传统有机溶剂，低熔点有机离子化合物的电导率高(1～10mS/cm)，具有较好离子导电性，可应用于电化学领域。电导率与粘度、分子量、密度以及离子大小等因素有关，其中粘度的影响最明显，粘度越大，离子导电性越差。通过调整离子液体阳离子、阴离子的结构可以降低粘度，从而增加其电导率。电化学窗电化学稳定电位窗口就是离子液体开始发生氧化反应的电位和开始发生还原反应的电位的差值。有机离子化合物的电化学窗口较宽，对其在电化学领域的应用也非常重要，大部分离子液体的电化学稳定电位窗为4V，这与一般有机溶剂相比是比较宽的，这也是其优点之一。

合成此类低熔点有机离子化合物的传统路线如下：

以1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为例。首先，N-甲基咪唑与溴乙烷在有机溶剂如1，1，1-三氯乙烷中反应生成1-乙基-3-甲基咪唑溴化盐，然后咪唑溴化盐与四氟硼酸钠在丙酮中反应或与四氟硼酸银在水溶液中进行阴离子交换反应，生成1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。显然，利用金属卤化物在有机溶剂中溶解度小的特点使卤离子以沉淀形式析出实现离子交换的目的，必然存在反应不彻底的现象，即最终产物中残留原阴离子(溴离子)。利用银盐在水溶液中进行，可以反应完全，但成本过高。