[發明專利]一種極性可調的離子液體及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201310198560.8
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN104177362B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 劉植昌;胡鵬程;孟祥海;張睿;徐春明
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: C07D487/04
• 分類號: C07D487/04;C07C279/04;C07C31/38;C07C7/10;C07C9/15;C07C9/21;C07C15/107;C07C11/02;C07C13/18;C07C13/20
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 韓蕾

本發明提供了一種極性可調的離子液體及其制備方法與應用，特別是該可調性離子液體對水分不敏感，能以CO₂為分子開關來調控體系的極性，用于循環分離低極性的有機化合物。所述可調性離子液體是以有機堿和氟代醇為原料經質子轉移反應而制得的，且在吸收CO₂前后都是離子液體。本發明的可調性離子液體成本低、制備方法簡單。吸收了CO₂的可調性離子液體極性增大，能分離出溶解在可調性離子液體中低極性的有機化合物。之后通過小幅升溫能夠釋放出CO₂，恢復可調性離子液體的低極性，可調性離子液體能夠從混合物和反應體系中反復溶解低極性的有機化合物，之后通過CO₂將低極性的有機化合物分離且重復性能良好。

技術領域

本發明是關于一種極性可調的離子液體及其制備方法與應用，屬于有機化工領域。

背景技術

在化工生產中經常涉及多步的反應和分離過程，且每一步驟需要的最佳溶劑又可能不同。傳統的溶劑物理性質較為固定，在每一反應步驟結束后，溶劑需要被移除或者是替換，這既增加了經濟成本又給環境帶來了污染。超臨界流體以及氣體膨脹性液體能通過溫度和壓力來改變其物理性質，可用于萃取分離但所需壓力較高，操作復雜。因而開發一種新型的溶劑來簡化繁瑣的化工分離步驟具有重要的意義。

離子液體是由陰陽離子構成的且在常溫附近呈液態的鹽類，被譽為綠色溶劑。離子液體作為反應溶劑展現出了溶解性能好、揮發性低的優點，但離子液體的循環使用以及溶質的分離問題在未來的工業應用中將是主要的挑戰。極性可調溶劑與極性可調離子液體能通過氣體分子開關改變體系的物理性質，從而實現溶質的分離；通過加熱或惰性氣體吹掃趕走氣體分子開關，實現溶劑的循環使用。目前已有一些研究者在極性可調溶劑與極性可調離子液體的開發上進行了探索。

Jessop等（Nature，2005，436，1102）首次報道了以1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene（DBU）和脂肪醇等摩爾比的混合液可作為一種極性可調的CO₂開關型雙組份溶劑。在吸收CO₂前，體系是分子形式的、低極性的；吸收CO₂后，體系是離子形式的、高極性的，因而實現了以CO₂來調控體系物性的改變，從而實現對低極性化合物的分離。Jessop等實驗發現：當體系中加入低極性的癸烷后，癸烷溶于DBU/正己醇混合體系（低極性）；當通入CO₂后，癸烷與該體系分為兩層，上層為癸烷下層為離子液體（高極性）。55℃加熱并通入N₂或Ar除去CO₂后，體系重新互溶。但這類極性可調溶劑在分子形式時溶劑揮發性依然存在。

Jessop等在隨后的專利US20080058549A1、US20117982069B2、US20120116076A1中報道了一類以CO₂、SO₂、CS₂或COS為分子開關調節溶劑的極性來循環分離溶質的方法。這類雙組份極性可調溶劑是脒或胍與含羥基化合物（如水、醇）的混合液，能通過吸收和加熱移除CO₂在分子和離子形式間可逆地進行轉換。但是這類極性可調溶劑在用于分離低極性化合物時，如果有水的存在會生成不溶的碳酸鹽懸浮在體系中降低分離效果，因此需要在嚴格干燥的條件下進行，因而原料需要極其苛刻的脫水過程，這不僅對實驗設備提出了更高的要求也限制了其應用。

Yamada等（Chemistry of Materials，2007，19(5)：967-969）開發了一類以脒與胺的混合液構成的雙組份極性可調溶劑。實驗發現，這類極性可調溶劑能循環分離低極性化合物。以N’-辛基-N,N-二甲基乙基脒與正己胺的等摩爾比混合液為例，未通入CO₂時體系是分子形式的，其極性與甲苯接近；通入CO₂后得到離子液體其極性介于丙酮和二甲基亞砜之間，加熱并通入N₂排除CO₂后，極性可調溶劑還原。文獻報道這類極性可調溶劑在一定程度上降低了對水的敏感性，但仍需要對原料進行脫水處理。