[发明专利]一种乙烯基吡咯烷酮盐磁性纳米颗粒的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及固载化离子液体的制备领域，具体涉及一种乙烯基吡咯烷酮盐磁性纳米颗粒的制备方法及其应用。以巯基磁性纳米颗粒为载体，与1‑乙烯基‑2‑吡咯烷酮进行自由基加成反应，再与常见有机/无机酸进行成盐反应，得到吡咯烷酮盐磁性纳米颗粒。本发明制备出的吡咯烷酮盐磁性纳米颗粒的酸强度高，应用于催化缩醛(酮)反应时催化剂用量少，反应条件温和，目标产物收率高；反应结束后，利用外加磁场可以快速分离回收催化剂，催化剂可以反复使用多次。因此，本发明提供了一种适用于缩醛(酮)反应的环境友好型催化剂。

技术领域

本发明涉及固载离子液体的制备领域，具体涉及一种乙烯基吡咯烷酮盐磁性纳米颗粒的制备方法，还涉及其作为催化剂在缩醛(酮)反应的应用。

背景技术

缩醛(酮)反应是醛、酮和酮酯等羰基化合物和醇作用生成二氧戊环或二氧六环类化合物的反应，在有机合成中广泛应用于保护羰基或作为有机物中间体。缩醛(酮)化合物，香气类型多，留香持久，是香精香料中的高档香料，有些香料的味道酷似价格昂贵的天然檀香，在化妆品、洗涤剂、食品饮料、烟草等都有应用。缩醛(酮)传统的合成方法是用无机酸(如浓硫酸、盐酸和磷酸)催化下进行，其优点是产品收率高，催化剂廉价易得；但该法存在副反应多、产品纯度不高、设备腐蚀严重、后处理中含有大量的废水、环境污染风险高等缺点。

吡咯烷酮盐是一种价格低、毒性小的离子液体。阴离子相同的情况下，吡咯烷酮经酸化处理后得到的吡咯烷酮盐，其酸性强于咪唑、吡啶等常见离子液体的酸性(化学学报，2008，66，1837)，可以媲美于磺酸型咪唑基离子液体，而前者的合成成本要明显低于磺酸型咪唑基离子液体。作为催化剂已经成功应用于酯化、Prins等酸催化反应。但因为在这些反应体系中，吡咯烷酮盐为均相催化剂，催化剂的分离回收操作比较繁琐耗能。而吡咯烷酮盐的固载化可以解决该类离子液体的分离回收问题，但到目前为止鲜见文献报道，主要是吡咯烷酮盐阳离子的设计存在技术难点。

在目前固载离子液体的常用载体，合成分子筛等无机材料的水热稳定性不高；而合成树脂等有机载体，其热和机械稳定性均不理想，并且这些载体的价格都较为昂贵。

发明内容

本发明针对固载型磺酸型咪唑基离子液体催化剂制备过程中原辅材料成本较高，固载吡咯烷酮盐离子液体研究应用不充分，催化剂分离回收后处理操作复杂耗能等问题，提出一种制备成本低廉、催化活性高、复用稳定性高、催化剂分离操作简便的新型环保型催化剂的制备方法。本发明使用巯基硅烷偶联剂对MNPs修饰后，可以接枝吡咯烷酮离子液体，作为酸催化剂应用于缩醛(酮)反应，不仅催化性能良好，而且在反应结束后利用外加磁场来分离回收磁性颗粒十分方便，明显降低了溶剂和能源的消耗量，符合绿色化工的目标。

本发明采用的技术方案是：

本发明涉及的乙烯基吡咯烷酮磁性纳米颗粒的结构式如下：

结构中，X为磷钨酸根PW₁₂O₄₀^3-、硅钨酸根SiW₁₂O₄₀^4-、磷钼酸根PMo₁₂O₄₀^3-、对甲苯磺酸根p-CH₃(C₆H₄)SO₃^-、Cl^-或HSO₄^-。

本发明的乙烯基吡咯烷酮盐磁性纳米颗粒的制备方法，以巯基磁性颗粒Fe₃O₄-SH为载体，先与1-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)进行加成反应制备出吡咯烷酮磁性颗粒Fe₃O₄-pyrr，再经酸化处理成盐，得到吡咯烷酮盐磁性纳米颗粒Fe₃O₄-[pyrr]X。