[发明专利]氮杂环双卡宾亚基硼烷类离子液体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种氮杂环双卡宾亚基硼烷类离子液体及其制备方法。所述氮杂环双卡宾亚基硼烷类离子液体的结构如式I所示。制备式I所示化合物的方法，其主要步骤是：由1,2,4‑三氮唑和碳酸酯类化合物通过烷基化反应，再与卤代烃发生季胺化反应，最后与硼氢化钠反应，得到目标产物。本发明所提供的离子液体可以用作自燃型绿色火箭推进剂燃料，具有点火延迟时间短，水稳定性好，密度比冲值大等优势。式I中，R₁选自烷基中的任意一种；R₂选自烃基取代基中的任意一种。

技术领域

本发明涉及一种自燃离子液体及其制备方法，具体地说，涉及一种氮杂环双卡宾亚基硼烷类离子液体及其制备方法。

背景技术

近年来，随着航天技术及国防领域的不断拓展，推进剂性能指标已成为影响推进系统发展的关键性因素。肼类液体推进剂燃料因其毒性大、挥发度高，对环境和人体健康危害大，对热刺激、冲击波撞击等外部因较为敏感等缺点，其实际应用价值受到制约。

离子液体(ILs)，凭借其液程宽、蒸汽压低、可设计性强、物理化学性能稳定等特性，在化学化工、材料、能源等领域受到广泛关注。本世纪初，美国爱德华兹空军基地首先对离子液体结构中阴、阳离子的“含能化”及“可燃化”的设计，在理论上提出了新型自燃离子液体的概念，这为针对某一特定人群、环境、器械的工程应用找到最适宜的含能材料提供了可能。与传统的肼类燃料相比，自燃离子液体具有环保、安全、便于存储运输和实际操作等优点。

理想的推进剂燃料要求其具有极短的点火延迟时间，良好的水、热稳定性，高密度比冲，环境友好等特点。然而，目前所报道的自燃离子液体仍不能同时满足上述要求，如：-N(CN)₂与-N(NO₃)(CN)类离子液体虽然具有良好的水稳定性，但其点火延迟时间过长；-BH₄和-Al(BH₄)₄类离子液体虽然具有较短的点火延迟时间，但其水稳定性较差，不利于长期保存；-BH₂(CN)₂类离子液体虽然同时具有良好的水稳定性和较短的点火延迟时间，但其合成原料剧毒且成本昂贵。因此，针对于上述自燃离子液体存在的问题，设计新型含能离子液体同时兼顾点火延迟时间短、水和热稳定性好、密度比冲高的特点将成为未来该领域研究热点。

发明内容

本发明的一个目的在于为了改进现有技术的不足而提供一种新型的氮氮杂环双卡宾亚基硼烷类离子液体。本发明还有一目的是提供上述氮杂环双卡宾亚基硼烷类离子液体的制备方法。

本发明的技术方案为：一种氮杂环双卡宾亚基硼烷类离子液体，其结构如式I所示：

其中R₁选自烷基中的任意一种；R₂选自烃基取代基中的任意一种。

优选1,2,4-三氮唑4号位上的取代基R₁选自甲基、乙基、丙基或正丁基。优选1,2,4-三氮唑1,2号位上的取代基R₂选自烷基或、烯基或炔基。

本发明还提供了上述氮杂环双卡宾亚基硼烷类离子液体的制备方法，其具体步骤为：

(1)将碳酸酯类化合物加入到1,2,4-三氮唑(式Ⅱ所示化合物)和碳酸盐的混合物中，所得悬浮液于在氮气保护下于回流反应；真空除去反应余液中挥发物，溶剂洗涤，过滤固体杂质，滤液旋蒸，得到无色液体4-烷基-1,2,4-三氮唑(式Ⅲ所示化合物)；

(2)将步骤(1)得到的4-烷基-1,2,4-三氮唑与卤代烃在氮气保护下搅拌，回流反应发生季胺化反应，产物经溶剂洗涤、旋蒸，得到淡黄色液体1,2-二烃基-4-烷基-1,2,4-三氮唑卤化物(式Ⅳ所示化合物)；