[發明專利]一種螺環季銨鹽的制備方法

有效

• 申請號: 201410765701.4
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN105732645B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 關士友;馮磊;熊亞超;閆薪竹
• 申請（專利權）人: 華東理工常熟研究院有限公司;華東理工大學
• 主分類號: C07D487/10
• 分類號: C07D487/10
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦;王衛彬

本發明公開了一種螺環季銨鹽的制備方法，其包括以下步驟：在水中，將化合物3與氨氣進行親核取代反應，生成螺環季銨鹽2即可，所述的反應的溫度為?40℃～200℃。本發明的方法原料便宜、低毒，產物金屬離子含量低、純度高，操作簡便，并且適用于工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種螺環季銨鹽的制備方法。

背景技術

超級電容器具有長壽命、可快速大電流充放電、不使用重金屬環境友好等特點，在開發高功率電源上顯現出巨大的應用潛力。超級電容器的電解質使用季銨鹽離子，包括脂肪族季銨鹽離子(CN1503778)和芳香族季銨鹽離子(CN1361716，CN1524853)，已被廣泛研究并應用于超級電容器(US5086374，JP2004146592)。螺環季銨鹽作為一類新的化合物，在專利文獻(US2007201185，WO2005022571，JP2006186052等)中敘述了含有該類季銨鹽的超級電容器有機電解液。該電解液可以滿足超級電容器的電化學和化學穩定性的要求，提供較高的容量，提高超級電容器的能量密度和功率密度。

作為螺環季銨鹽合成方法，在專利(US20070049750，JP2005294332)和期刊論文(Zeitschrift für Naturforschung B 2004,59,259-263)中描述了在堿存在下環狀胺與二鹵代烷進行親核反應，先合成相應的鹵代鹽，再通過離子交換制備螺環季銨鹽的合成過程，反應的整個過程如式1所示。在反應過程中使用的堿多為堿金屬或堿土金屬的氫氧化物或其碳酸鹽，以中和反應中生成的鹵代氫，引入了大量的金屬離子，直接用于配制超級電容器的電解液時，會導致電解液穩定性下降，超級電容器的漏電流增加，耐電壓性下降，降低了超級電容器的壽命。為了滿足電化學產品的要求，必須對反應得到的電解質鹽進行多次的重結晶等提純，增加了電解質鹽的生產操作，而且該方法使用了價格昂貴且對人體有毒的環狀胺，對實驗操作人員危害大，因此作為規模化生產方法存在明顯不足。

式1：

其中X′、X″各自獨立地為鹵素或擬鹵化物；n獨立地為大約0到6的整數；R₁獨立地為CH₂，CHF，CF₂，CH，CF；R₂為CF，CH₂，CR₃，CHF，CF₂，CHR₃，CR₃R₃，NH，O，S，3-8元環或雜環，或其中每個環為3-8元的多環或多雜環；R₃獨立地為H；C₁-C₆烷基、C₁-C₆烷氧基或C₁-C₆烯基；或鏈長為大約1到大約6的雜烷基；和R₄為CF、CH₂、CR₃、CHF、CF₂、CHR₃、CR₃R₃、NH、O或S。

綜上所述，工業生產中亟需一種原料便宜、低毒，產物金屬離子含量低、純度高，操作簡便的螺環季銨鹽的制備方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了克服現有的螺環季銨鹽的制備方法中原料價格昂貴、有毒，產物金屬離子含量高、純度低，操作繁瑣等缺點而提供了一種與現有技術完全不同的螺環季銨鹽的制備方法，本方法用氨氣取代了價格昂貴且對人體有毒的環狀胺，而且氨氣也可以中和反應過程中生成的鹵代氫，無需另外添加起中和作用的堿金屬或堿土金屬的氫氧化物或其碳酸鹽，在合成電解質鹽后不需要去除金屬離子。本方法原料便宜、低毒，產物金屬離子含量低、純度高，操作簡便，并且沒有金屬離子引入，省略了多次重結晶等純過程，適用于工業化生產。