[发明专利]1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体合成方法

说明书

本发明公开了1‑丁基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体合成方法，采用N‑丁基咪唑和硫酸二甲酯为原料在压力反应器中反应得到中间体1‑丁基‑3‑甲基咪唑硫酸甲酯盐，再将得到的中间体1‑丁基‑3‑甲基咪唑硫酸甲酯盐和四氟硼酸钠在压力反应容器中反应后，经过滤、浓缩即得1‑丁基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体。本发明工艺步骤简单，可操作性强，合成过程中不产生固废物，环保，产物收率高。

技术领域

本发明涉及离子液体合成技术领域，尤其是涉及1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体合成方法。

背景技术

离子液体是一类结构和功能可以设计的绿色有机化合物。由于其有特殊的性质，具有不易挥发、液态范围和电化学窗口宽等优点，在石油化工、抗静电和化学催化等领域得到了广泛的应用。其中，咪唑类离子液体是最常见的离子液体，由于其毒性低和廉价等优点被广泛用于有机溶剂、润滑剂、抗静电剂和其他助剂等。

目前，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体[BMIM]BF₄的常规合成方法为两步法：首先是将N-甲基咪唑和氯代正丁烷或N-甲基咪唑和溴代正丁烷按照一定比例混合，选择甲苯或乙酸乙酯等作为溶剂，放入热反应器中保持70～80度反应一段时间后，分层，去除溶剂相，再浓缩得到中间体[BMIM]Cl或[BMIM]Br，然后将相应的盐如NaBF₄或KBF₄用乙乙醇等做溶剂溶解，与中间体[BMIM]Cl或[BMIM]Br搅拌混合进行离子交换，产生的卤盐通过过滤的方式去除，收集离子液体[BMIM]BF₄的溶液，最后将溶剂浓缩得到离子液体[BMIM]BF₄纯品。

现有的两步法存在以下缺陷：整个过程中会产生大量的卤盐杂质，成为固废物，不环保，处理相对复杂，造成工业化生产时三废处理成本高，不利于工业化顺利进行。

因此，如何研究一种避免产生卤盐杂质的工业化离子液体[BMIM]BF₄的合成方法是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明是为了解决现有技术的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体合成方法所存在的上述技术问题，提供了一种工艺步骤简单，可操作性强，合成过程中不产生固废物，环保，产物收率高的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体合成方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体合成方法，包括以下步骤：

(1)将N-丁基咪唑和硫酸二甲酯加入到压力反应容器中，抽真空后充入惰性气体调整反应压力，在搅拌状态下反应，反应结束后得中间体混合物。N-丁基咪唑和硫酸二甲酯反应时，由于硫酸二甲酯自身结构的因素，甲基化活性比较高，绝大部分原料可以反应掉，但是当主原料N-丁基咪唑残留很少时，反应将难以完全进行，常规条件难以形成游离状态与咪唑上的氮原子产生作用，因此本发明中充入惰性气体给予一定的压力以促使反应完全。

(2)将中间体混合物用乙酸乙酯洗涤、分层后，去除上层液，将下层液真空浓缩，得中间体1-丁基-3-甲基咪唑硫酸甲酯盐。通过乙酸乙酯洗涤以除去多余的硫酸二甲酯；通过浓缩去除残留低沸杂质。

(3)将中间体1-丁基-3-甲基咪唑硫酸甲酯盐和四氟硼酸钠加入压力反应容器中混合后，加入适量溶剂丙酮，在搅拌条件下反应，反应结束后得反应粗产物。1-丁基-3-甲基咪唑硫酸甲酯盐和四氟硼酸钠反应时，由于四氟硼酸的酸性大于硫酸氢甲酯的酸性，所以四氟硼酸根与硫酸甲酯根离子的离子交换易于进行；溶剂丙酮对1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体的溶解性很好，而对其中形成的副产品硫酸甲酯钠盐无溶解性，反应结束后，通过过滤、浓缩即可有效分离、提纯产品，操作非常方便；副产品硫酸甲酯钠作为硝基甲烷或缓血酸胺中间体的制备原料进行使用或销售。

(4)将反应粗产物过滤后，将滤液真空浓缩得油状透明液体，即为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体。