论文部分内容阅读
离子液体凭借其独特的物理化学性能在化学化工行业有着广阔的应用前景。本文以2-甲基吡啶为原料,在无溶剂条件下按照三条不同的合成路线合成了 2-甲基吡啶盐、在2-甲基吡啶上引入烷基碳链盐、在2-甲基吡啶上引入烷基磺酸基链盐共三大类14种离子液体。由于离子液体的合成产率主要由第一步决定,本文通过反应温度和反应时间的单因素实验得到了制备这些离子液体第一步的最适宜工艺条件。对各离子液体的酸性进行了 UV-vis表征,考察了离子液体结构与其酸性的关系。并将合成的离子液体用于催化合成癸酸三聚甘油酯的酯化反应,考察了离子液体酸性等影响因素与其催化活性的关系。通过合成各离子液体的反应温度和时间的单因素实验结果得到了合成各离子液体第一步的最适宜工艺条件分别为:2-甲基吡啶盐离子液体:[2-MPy]HS04:60℃,20min;[2-MPy]H2P04:60℃,40min;在2-甲基吡啶上引入烷基碳链中间体盐离子液体:[EMPy]Br:70℃,10h;[BMPy]Br:140℃,10h;在 2-甲基吡啶上引入烷基磺酸基链中间体盐离子液体:[2-MPy-PS]:40℃,1.5h;[2-MPy-BS]:120℃,4h。对各离子液体的UV-vis表征结果表明,离子液体的酸性与组成它的阴阳离子的结构有着密不可分的关系。阳离子相同时,阴离子原料酸极性越强,越容易电离出质子H+,因而酸性越强。阴离子相同时,在阳离子上引入的烷基碳链的吸电子效应导致吡啶环上的电子云向烷基碳链上移动,使得吡啶环上的质子H+更容易电离因而使酸性增强。烷基碳链的延长减弱了它的吸电子效应,使吡啶环上质子越难电离,因而引入的烷基碳链越长酸性越弱。阴离子相同时,在阳离子上引入烷基磺酸基链增加了分子中的酸活性位,使得酸密度增加因而使酸性增强。吡啶环的吸电子效应使电子向环的方向偏移,使磺酸基的负电荷分散且趋于稳定,磺酸基碳链的增长削弱了这种诱导效应,因而引入的烷基磺酸基链越长酸性越弱。通过将离子液体用于合成癸酸甘油酯的实验得到了离子液体的酸性是其催化活性的主要影响因素,而其酸性能否在酯化反应中充分发挥在一定程度上受到其结构的影响的结论。阳离子相同时,阴离子原料酸酸性越强,离子液体酸性越强,因而催化活性越强。阴离子为HSO4-时,在阳离子上引入烷基碳链、烷基磺酸基链均能使酸性增强因而催化活性增强。引入烷基碳链或烷基磺酸基链越长虽然酸性有所减弱但其亲油性增强了,在反应相中分散效果更好了,从而使其酸性得以更充分发挥,因而催化活性增强了。阴离子为H2P04-时,在阳离子上引入烷基碳链、烷基磺酸基链使离子液体的酸性增强的同时却导致了黏度的增大,使其在反应相中分散效果变差,因而极大地制约了其酸性的充分发挥,因而催化活性变弱。引入碳链、烷基磺酸基链越长,酸性越弱同时黏度越大,在反应相中分散效果越差,因而催化活性越差。离子液体的黏度和亲油性均与其结构有着密切关系,因此归根结底是其结构影响了其酸性的充分发挥,从而影响了催化活性。2-甲基吡啶类离子液体在癸酸三聚甘油酯合成酯化反应中所表现出的高催化活性和容易分离等优点表明2-甲基吡啶类离子液体可以取代传统催化剂用于酯化反应。