[發明專利]一種N,N-二甲基吡咯烷鎓鹽的一步制備方法

有效

• 申請號: 202110287385.4
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113045512B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 李振湖;郭德;劉雙翼
• 申請（專利權）人: 重慶中科超容科技有限公司
• 主分類號: C07D295/037
• 分類號: C07D295/037;C07D295/023
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 康奇剛

本發明屬于雙電層電容器的制備工藝技術領域，具體涉及一種N,N?二甲基吡咯烷鎓鹽的一步制備方法，將縛酸劑、離子交換試劑、有機仲胺和二鹵代烷置于溶劑中回流反應，然后冷卻、過濾、重結晶、過濾、真空干燥。本發明的合成路線短，后處理容易，原料易得，操作簡單，反應時間短，溫度低，效率高，對實驗設備要求極低，易于工業化生產，并且本發明制得的N,N?二甲基吡咯烷鎓鹽的純度高達99.9％，可直接滿足制作雙電層電容器電解液的要求，無需再提純。

技術領域

本發明屬于雙電層電容器的制備工藝技術領域，具體涉及一種N,N-二甲基吡咯烷鎓鹽的一步制備方法。

背景技術

雙電層電容器(EDLC)是一種介于傳統電容器及電池之間的可快速充放電的新型綠色環保儲能器件，廣泛的應用于新能源汽車、新能源發電、軌道交通、軍事及航天等領域。電解液作為EDLC的核心材料，可分為水系、有機系、離子液體系及固態電解質。有機系電解液因具有電化學窗口寬且穩定、分解電壓高、腐蝕性弱、工作溫度范圍寬而被廣泛研究。目前商用的超級電容器的有機系電解質材料主要為季銨鹽類，而環狀季銨鹽，特別是單環季銨鹽類材料因具有較低的離子半徑及較小的空間位阻，有利于提高電解液的溶解度及電導率、降低電解液的內阻，因此，常被開發應用作各類商用超級電容器的電解質材料。

目前已報道的合成環狀季銨鹽的方法可分為兩種：

方法一：環狀胺類烷基化后經離子交換等方法獲得各種不同陰離子的環狀季銨鹽。如專利申請號為201410514849.0的中國專利，以鹵代烷為烷基化試劑，以氟硼酸銨為離子交換試劑，通過兩步法，制備了一系列吡咯烷鎓鹽，然而，此類方法對于需甲基化的吡咯烷鎓鹽的合成及其后續的純化都較困難，不適宜作為合成N,N-二甲基吡咯烷類鎓鹽的方法；另外，其所制備的材料純度小于99.9％，且鹵素離子含量較高，不適合用作EDLC的電解液；專利申請號為201710150772.7的中國專利，以碳酸二甲酯作為烷基化試劑，通過兩步法，可以合成N,N-二甲基吡咯烷類鎓鹽，但合成過程中有大量副產物生成，使得后處理復雜，終產物的產率較低，不適宜用作大量N,N-二甲基吡咯烷類鎓鹽的生產。

方法二：二鹵代烷與伯胺在縛酸劑存在下，于介質中經親核取代反應得帶鹵素陰離子的N,N-二甲基吡咯烷鎓鹽，后再經離子交換等其他方法得帶不同陰離子的N,N-二甲基吡咯烷鎓鹽。如專利申請號為CN201510887921.9的中國專利，以水作溶劑，1,4-二氯丁烷與二甲胺在無機堿存在條件下反應得N,N-二甲基吡咯烷鎓氯鹽，脫水再溶解后與四氟硼酸銨經離子交換得N,N-二甲基吡咯烷鎓四氟硼酸鹽，然這種合成N,N-二甲基吡咯烷鎓四氟硼酸鹽的方法合成路線較長，去除溶劑-水的時間長，存在耗時長、操作多、溶劑用量大等問題，對于要求高效、環保、節能的工業化生產不利。專利申請號為CN201410594328.0的中國專利以水為反應溶劑，將銨鹽與鹵代烷在縛酸劑K₂CO₃存在下以一步法反應得到了對稱雙環的螺1,1-雙吡咯烷季銨鹽，其給出的核磁共振譜圖含有明顯的雜峰，表明所得產物含有其他雜質，另外其產率較低，銨鹽雜質完全除去，不適宜大量生產；而N,N-二甲基吡咯烷鎓鹽為單環，相較雙環的螺1,1-雙吡咯烷季銨鹽，對稱性下降，合成復雜性顯著提高，僅有通過簡單地把銨鹽與鹵代烷及縛酸劑進行加和，難以合成N,N-二甲基吡咯烷鎓鹽。

發明內容

本發明意在提供一種N,N-二甲基吡咯烷鎓鹽的一步制備方法，以高效制備高純度的N,N-二甲基吡咯烷鎓鹽。

為了達到上述目的，本發明的方案為：一種N,N-二甲基吡咯烷鎓鹽的一步制備方法，將縛酸劑、離子交換試劑、有機仲胺和二鹵代烷置于溶劑中回流反應，然后冷卻、過濾、重結晶、過濾、真空干燥。