离子液体溴代1丁基3甲基咪唑盐合成的红外光谱分析

离子液体溴代1-丁基-3-甲基咪唑盐合成的红外光谱分析

刘波平1周妍2罗香1秦华俊2曹树稳2

(1.江西省分析测试研究所,南昌330029;2.南昌大学生命科学学院,南昌330047)

摘要:本实验建立以红外光谱法,利用特征吸收频率处的红外吸收率测得合成离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的中间产物溴代1-丁基-3-甲基咪唑盐的含量,应用于探索1-丁基-3-甲基溴代咪唑盐合成的最佳反应条件,结果表明反应温度为65e,时间50分钟时产物得率高。

关键词:离子液体;溴代1-丁基-3-甲基咪唑盐;红外光谱

中图分类号:O657133文献标识码:A

0引言

溴代1-丁基-3-甲基咪唑盐(1-Butyl-3 -m ethylimidazolium bro mide,BM IBr)是合成离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(1-Butyl -3-methy limidazo lium,BM IBr)的中间产物,而它本身也是离子液体。目前报道该盐的合成通常是用等量甲基咪唑与溴代丁烷在110e搅拌反应48h,反应温度高,时间长,反应条件较为复杂。本文利用红外光谱分析测定该反应过程中反应产物转化的程度,从而确定最佳反应温度和反应时间。

1实验部分

1.1仪器与试剂

78-1型磁力加热搅拌器,460型傅立叶红外光谱仪(美国N icolet公司),电子天平,真空干燥器。

甲基咪唑(分析纯),溴代丁醇(分析纯),乙酸乙酯(分析纯,用无水Na2SO4处理),三氯甲烷(分析纯)。

1.2标准曲线

1.2.1标准溶液的配制

根据文献[1]所述量取溴代丁烷9.5m L于烧瓶中加入搅拌子加热110e搅拌回流,再逐滴加入甲基咪唑7.25g混合反应48h,反应完成后用50mL 乙酸乙酯清洗2~3次,再真空110e干燥4h,即可得到红褐色液体(参3),用红外光谱检测其为1-丁基-3-甲基溴代咪唑,将其作为标准溶液。

用电子天平称取溴代1-丁基-3-甲基咪唑标准溶液2.5130g于25m L容量瓶中,用三氯甲烷定容,其浓度为100.52mg/mL。分别取上述所配溴代1-丁基-3-甲基咪唑标准溶液0.5m L、1m L、1.5mL、2mL、2.5mL于5m L容量瓶中用三氯甲烷定容,待用。

1.2.2绘制标准曲线

用红外光谱分别测定溴代1-丁基-3-甲基咪唑、溴代丁烷、甲基咪唑和三氯甲烷,将四种物质的吸光度进行比较(如图1所示),发现在1570cm-1处只有溴代1-丁基-3-甲基咪唑具有明显的特征峰,故可将此峰的峰面积定为衡量溴代1-丁基-3-甲基咪唑含量的标准峰。

再用红外光谱分别测定标准溶液系列在1570cm-1处吸光度的峰面积(见表1所列),得到溴代1-丁基-3-甲基咪唑浓度与峰面积之间的标准曲线,且线形方程为:

Y=-0.0479+0.0101X(1)式中,Y为1570cm-1处吸光度的峰面积;X为1-丁基-3-甲基溴代咪唑浓度。

表1溴代1-丁基-3-甲基咪唑标准系列

在1570cm-1处的峰面积

N o.12345

浓度X

(mg/mL)

10.05220.10430.150.20850.260

峰面积Y0.0770.1530.2480.3290.452 1.3反应温度的确定

将等量的溴代丁烷和甲基咪唑于烧瓶中混合,分别在室温(约为25e)、35e、45e、55e、65e和75e 条件下搅拌反应,用红外光谱测定不同温度下反应液中溴代1-丁基-3-甲基咪唑的含量来确定反应完全所用的时间,得出反应时间(见表2所列)。

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表2不同温度下反应完全所用的时间

温度室温(约25e )35e 45e 55e 65e 75e 反应时间24h 10h

4h

2h

50min 30min

1.4 反应时间的确定

将等量的溴代丁烷和甲基咪唑于烧瓶中混合于65e 条件下反应,分别在反应了5min 、10min 、20min 、30min 、40min 、50min 、60min 时从反应液中取适量的反应液于5ml 的容量瓶中用三氯甲烷定容,再用红外测定其吸光度(Abs),得到不同反应时间下1-丁基-3-甲基溴代咪唑在1570cm -1

处的峰面积。

2 结果与讨论

2.1 图谱分析

所合成的1-丁基-3-甲基溴代咪唑的红外光谱分析其特征峰为(cm -1):3023(v =C -H ),2614(v -CH 2),2468(v -CH 2),2073(v -CH 2),1768(v C=C),1635(v C=C),1571(v C =N ),1548(v C=N ),1088(v C-Br).3172、3125[T

(C -H )芳环]

,2966、2878[

T (C -H )脂肪链].3418,3024,2617,2469,2075,1766,1633,1573,1545,1447,1286,1173,1086,825,756,623。

(a)1-丁基-3-甲基溴代咪唑的红外光谱图

(b)溴代正丁烷的红外光谱图

(c)3-甲基咪唑的红外光谱图

图1 合成1-丁基-3-甲基溴代咪唑反应物

和产物的红外光谱图

2.2 反应温度对结果的影响

由表2可知,不同温度条件下反应速度大不相同,室温条件下反应时间较长,随着温度的升高反应速度加快。但由于溴代1-丁基-3-甲基咪唑极易吸水且水分不易除去,当反应温度过高反应结束时溴代1-丁基-3-甲基咪唑就迅速吸收空气中的水分,从而影响了溴代1-丁基-3-甲基咪唑的浓度,且产物颜色深,故将65e 定为最佳反应时间。2.3 反应时间对结果的影响

在65e 条件下反应时,随着时间的增长吸光度的峰面积增大,即产率不断增加。将不同时间下测得的峰面积代入线性方程(1)中,算出溴代1-丁基-3-甲基咪唑的含量从而确定反应的产率(表3),结果表明在65e 时反应50min 即可完成。

表3

在65e 条件下不同时间下反应的程度

反应时间

min 5102030405060产率%

33135

70108

75120

88148

9518

9918

9918

3 结论

经过一系列条件优化实验最后得出将等量的溴代丁烷与甲基咪唑反应合成溴代1-丁基-3-甲基咪唑的最佳反应条件为:反应温度为65e ,反应时间为50min 。

参考文献:

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