咪唑类离子液体的合成及表征[开题报告].doc

1、毕业论文 开题报告 环境工程 咪唑类离子液体的合成及表征 一、选题的背景、意义 绿色化学是国际科学研究的热点和前沿，是化学化工发展的新阶段，也是迈进 21 世纪人类解决环境和资源问题的根本出路之一。随着国家环保法规的日趋严格以及人们环保意识的不断增强，二氧化碳 是大宗工业生产的主要排放物之一，又是引起温室效应的主要气体。近年来，二氧化碳的排放量逐年升高 ,加剧了温室效应并给当今和未来的全球生态环境构成了严重威胁。京都议定书 ( Kyoto protocol) 倡议将二氧化碳的排放量恢复到 1990 年的水平，使得 二氧化碳的固定和利用成为一个国际性问题。 最近几年发展起来的离子液体，完全满足绿

2、色化学的需要。离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成，在温室或温室附近温度下呈液体状态的盐类，他们具有非挥发性或“零”蒸汽压、宽液程、宽的电化学窗口、强的静电场、良好的离子导电性与导热性、高热容及热能储存密度、高热稳定性，具有选择性溶解力和可设计性等特点，使得离子液体成为具有特殊功能与特性的“固体”液体。离子液体在化学化工领域的发展与应用研究在迅速扩大，每年发表的有关论文数量也在迅速增加。从“清洁”或“绿色”化学化 工领域扩展到功能材料科学、能源资源、环境科学、分析技术、生命科学等领域。 离子液体被广泛应用于一些重要反应过程，例如烷基化、催化合成、羰基合成等反应。离子液体家族经历了氯铝酸

3、体系 (2O世纪 9O年代前 )、耐水体系 (20世纪 90年代 )和功能化体系 (21世纪 )三个发展阶段。 二、相关研究的最新成果及动态 功能化离子液体的提出，是现在使用的主要研究思路，摆脱传统研究思路的狭隘，通过接枝上特定的官能团来对离子液体进行功能化修饰，充分利用离子液体的物化性质可随结构调变的优点，有目的地合成具有一定指标的离子液体。 丛晓辉等研究了 SO3H 功能化离子液体催化苯酚与叔丁醇的烷基化反应。结果表明在优化条件下，苯酚的转化率和选择性分别为 80.4和 60.2；离子液体重复使用三次，活性不变。常见的金属络合物主要为金属羰化物 ,目前已经成功地用于合成阴离子的有 Co(C

4、O)4 、HFe(CO)4 、 Rh(CO)2I2 等。 Dyson等根据 Co(CO)4 具有催化脱卤素和偶联的作用，将 1-丁基 -3-甲基咪唑四羰基钴盐离子液体 C4mimCo(CO)4离子液体用于化学反应中，在强碱性条件下将 2-溴苯 乙酮成功地转化为苯乙 酮。 范薇等 通过对 MMA与咪唑类离子液体混合体系的相关热力学性质研究，在有机化工原料甲基丙烯酸甲酯（ MMA）的绿色合成过程进行了基础物性数据的研究，合成并纯化了 BmimBF4、 BmimPF6两种典型的离子液体，利用国际先进的 Anton Paar系列测试仪，精确测定和研究了其与甲基丙烯类化合物混合体系的相关热力学性质，取得

5、了原创性的物性参数，填补了该领域相关研究在此方面的数据空白，具有创新性、前瞻性和实用性，居国际先进水平。为 MMA的清洁生产提供了重要的数据积累和开发依据，具有重要的 理论和应用价值。 此外，咪唑类离子液体作为催化剂在合成中的运用与发展有较为成熟的研究，在工业生产中的使用正在不断壮大，离子液体作为催化剂的优点也使其在各类研究中的应用得到长足的发展。 研究发现离子液体对二氧化碳和环氧化物环加成生成碳酸酯的反应具有很好的催化性能，该反应可以在较低温度、压力及较短时间内几乎定量的得到碳酸酯，反应的利用率是100%，符合绿色化学要求。邓友全课题组报道了 1-丁基 -3-甲基咪唑和丁基吡啶盐离子液体用于

6、无溶剂体系中催化二氧化碳与环氧化物的环加成反应。并表明 1-丁基 -3-甲基咪唑四 氟硼酸盐离子液体具有最好的催化活性。他们还通过蒸馏的方法实现离子液体作为催化剂的循环使用，初步探讨反应机理是离子液体的阳离子活化了环氧化物开环。 目前对离子液体的合成与应用研究主要集中在如何提高离子液体的稳定性，降低离子液体的生产成本，解决离子液体中高沸点有机物的分离以及开发既能用作催化反应溶剂，又能用作催化剂的离子液体新体系等领域。作为一种新颖功能材料，常温离子液体不仅给化学化工提供了一个全新的研究领域，而且将给相关其它工业的可持续发展带来突破性的进展，充分研究和利用离子液体，完全可以形成一个面貌 全新的绿色

7、化高科技产业。只要上述问题能够圆满解决，相信离子液体绿色溶剂的大规模工业应用指日可待。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 研究路线：是由 N-甲基咪唑与不同链长的溴代正烷烃反应得到相应的离子液体。本次实验中用到的溴代物主要有：溴代正 乙烷、溴代正丙烷、 溴代正丁烷 、溴代正戊烷、溴代正己烷、溴代正庚烷、溴代正壬烷等等。 试验中的难点是产物不纯导致产物出现颜色，或者没有得到需要的产物。试验预测通过实验合成得到较高纯度的离子液体，再利用分析仪器 如高效液相色谱；傅立 叶变换红外分光光度计；核磁共振氢谱仪，紫外可见分光光度计等对产物进行了相应的结构分析和色谱分析

8、，为进一步开展离子液体的研究工作作准备 。 四、论文详细工作进度和安排 2010 年 11 月 25 日之前 完成选题 2010 年 11 月 26 2011 年 1 月 10 日 完成文献综述、开题报告及外文翻译 2011 年 2 月 21 日 2011 年 4 月 10 日 毕业设计实验 2011 年 4 月 10 日 2011 年 5 月 10 日 毕业论文撰写 五、主要参考文献 1王轶博 ,高丽华 ,滕雯著，离子液体中 CO2 固定过程的研究和应用，北京工商大学化学 与环境工程学院 , 北京 100037 2张锁红，徐春明，吕兴梅，周清等编著，离子液体与绿色化学 J，北京：科学出版社，

9、2009 3王军主编，离子液体的性能及应用 J，北京：中国纺织出版社， 2007.5 4张星辰等编著，离子液体 从理论基础到研究进展 J，北京：化学工业出版社， 2008.6 5周雅文等，离子液体的性质及其应用，天津科技大学材料科学与化学工程学院，第 3期 6李汝雄编著，绿色溶剂 离子液体的合成与应用，北京：化学工业出版社， 2004.2 7李娟著，咪唑类离子液体性 质、制备及应用的研究进展， (青岛科技大学化 SE学院，山东青岛 26604 8王均风 , 张锁江 , 陈慧萍 , 等 . 离子液体的性质及其在催化反应中的应用 J . 过程工程学报 , 2003 , 3(2) : 1772185

10、. 9孙辉，离子液体作相转移催化剂在烷基化反应中的应用，华东师范大学，硕士毕业论文，2007.5.1 10邓友全编著，离子液体 -性质、制备与应用 J，北京：中国石油出版社， 2006， 11唐传球，离子液体的研究进展，郧阳师范高等专科学校学报， 2008年 12月第 28卷第 6期 12陶亮，室温离子液体中选择性催化环己烯氧化反应的研究，湖南师范大学，硕士毕业论文， 2006.5.1 13张磊等，离子液体的性能及应用，中国科学院青岛生物能源与过程研究所，生物加工过程第 7卷第 2期 2009年 3月 14 Welton J Room teinperalure ionic liquids： s

11、olvents for synthesis and catalysisfj1 Chem Rev 1999， 99： 2071-2083 15王方慧，离子液体的制备及其电化学性质的测定，北京化工大学， 硕士学位论文，2006.6.5 16HeterocyclicJ.ChemEfficientSynthesisof1-Alkyl(aralkyl)-3-methyl(ethyl)-imidazoliumHalides， Department of Chemistry and Biochemistry , Texas Tech University, Lubbock, Texas， 38, 265 (2001). 17杨阳，离子液体在工业上的应用与前景展望，内蒙古石油化工， 2009 年第 18 期， 91