[发明专利]一种聚乙二醇功能化的三臂星形离子液体及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种拓扑结构离子液体及其制备方法，具体地说是一种聚乙二醇功能化的三臂星形离子液体及其制备方法。

二、背景技术

随着绿色化学兴起而发展起来的功能化离子液体是一类因阴、阳离子中引入有一个或多个官能团而呈现出某种特殊功能或特性的离子液体，其在室温及其附近温度氛围内呈液态。功能化离子液体有结构可设计性强、理化性质特殊等特点，已经在化学化工、材料科学与工程中得到了广泛的应用。

聚乙二醇无毒、热稳定性高、且具有良好的生物相容性和生物可降解性，其在有机合成、生物医学、生命科学、电化学以及功能材料等领域已得到应用。基于聚乙二醇所具有的优良特性，近年来将其引入离子液体结构中，设计合成醚键功能化的离子液体齐聚物已受到科研工作的的广泛关注。相关研究发现聚乙二醇的引入赋予了功能化离子液体新的理化特性，如低温两相，高温均相等。目前聚乙二醇功能化的离子液体主要集中于线性结构分子设计，而星形拓扑结构则未见文献报道。

三、发明内容

本发明旨在提供一种聚乙二醇功能化的三臂星形离子液体及其制备方法，本发明三臂星形离子液体的结晶度低，热稳定性高，与大多数有机溶剂的混溶性好，并且生物可降解，有利于环保。

本发明以聚乙二醇单甲醚为原料，以三羟甲基丙烷为核中心，合成出一种以聚乙二醇单甲醚为臂的星形拓扑结构离子液体，其结构简式如下：

式中n=8，12，16或22；

X^—选自Cl^—、Br^—、BF₄^—、PF₆^—或N(CF₃SO₂)₂^—。

本发明三臂星形离子液体在室温下是一种高粘度的离子型软胶，其结晶度低，热稳定性高，并且还具有与大多数有机溶剂的混溶性好等特点。

本发明三臂星形离子液体的制备方法，其特征在于按如下步骤合成：

1）将三羟甲基丙烷、三乙胺（TEA）和N，N′-二甲基甲酰胺（DMF）加入反应器中，开启搅拌使三羟甲基丙烷溶解，然后在氮气保护下于0-60℃滴加卤代乙酰卤的DMF溶液，加完后升温至60-100℃反应12-36小时，反应完毕后经分离、洗涤和干燥得到中间体I；所述卤代乙酰卤、三乙胺与三羟甲基丙烷的摩尔比为(3-6):(3-6):1；

所述卤代乙酰卤的结构式为：

式中Y为Cl或Br。

按如下反应过程得到中间体I：

2）将聚乙二醇单甲醚（mPEG）、对甲苯磺酰氯（TsCl）和二氯甲烷（CH₂Cl₂）置于反应器中，在氮气保护下于0-40℃滴加吡啶（Pyridine）的二氯甲烷溶液，加完后升温至40-60℃反应24-48h，反应完毕后经分离、洗涤和干燥得到中间体II；所述对甲苯磺酰氯、吡啶与聚乙二醇单甲醚的摩尔比为(1-4):(1-4):1；

反应过程如下：

式中n=8、12、16或22。

3）将氢化钠（NaH）、咪唑以及四氢呋喃（THF）加入反应器，在氮气保护下于0-40℃搅拌反应1-4h，然后在0-40℃下加入所述中间体II，并于40-70℃下保温反应24-48h，反应结束后经分离、洗涤和干燥得到中间体III；所述咪唑、氢化钠和中间体II的摩尔比为(1-2):(1-2):1；

反应过程如下：

式中n=8、12、16或22。

4）将所述中间体I、所述中间体III和溶剂乙腈（CH₃CN）置于反应器中，在氮气保护下于40-100℃搅拌反应24-168h，反应结束后减压蒸馏移除溶剂，再经洗涤、沉淀和干燥后得到阴离子为Y^—的三臂星形离子液体；所述中间体III与中间体I的摩尔比为(3-6):1；

反应过程如下：

式中n=8、12、16或22；Y为Cl或Br，Y^—为Cl^—或Br^—。