1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐
离子液体合成研究
摘 要
离子液体是指完全由正负离子所组成，并且在室温或接近室温下呈现液态的盐，也称为低温熔融盐。与传统的有机溶剂相比,它具有很多优点：(1) 几乎没有蒸汽压、不挥发、无臭；(2) 有较大的稳定温度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学窗口；(3) 通过阴阳离子的设计可调节其对水、有机物及聚合物的溶解性。
本实验通过微波辅助加热法制备1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体。制备的基本过程：将药品l-甲基咪唑、溴代正丁烷、六氟磷酸钾按一定比例混合于反应容器内，然后置于微波炉中加热。将制得的产物进行提纯，并进行红外分析，确定其是否为目标产品。
本实验通过对加热方法、加热时间及药品的配比等方面的改变，最终确定一个产率较高的实验方案：将混合好的药品（l-甲基咪唑、溴代正丁烷、六氟磷酸钾摩尔比为：1:1.1:1.6）放入微波炉，功率调至最低，采用加热3 s，暂停30 s的间歇加热方法，反应时间100 min，再用去离子水和乙醚分别对其洗涤数次，最后对产物进行减压蒸馏，最终产物产率在60%左右。
关键词：微波，提纯，离子液体，红外光谱，1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐
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STUDY ON SYNTHESIS OF
1-BUTYL-3-METHYLIMIDAZOLIUM HEXAFLUOROPHOSPHATE IONIC LIQUID
ABSTRACT
Ionic liquids are composed entirely of positive and negative ions, and present at or near room temperature liquid salt, also known as low-temperature molten salt. Compared with traditional organic solvents, it has many advantages: 1. almost no vapor pressure, non-volatile, colorless, odorless; 2. with a greater range of stable temperature, good chemical stability and wide electrochemical interface; 3. it can be adjusted the solubility for water, organic compounds and polymers through the design of ions.
In this study, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ionic liquid was prepared using microwave. The basic process of preparation: l-methylimidazole, n-butane bromide and potassium hexafluorophosphate were mixed in the container at a certain propotion, and then heated with the microwave. Purify the product, and take the infrared analysis to determine whether the target product.
The experimental program with a higher yield was ultimately established by changing heating method, heating time and the ratio of drugs and so on. Firstly, mixture of drugs were putted in the microwave ovens, most low-end gear prepared by heating 3 s, suspended 30 s intermittent heating method, reaction time was 100 min. Secondly, de-ionized water and ether were used to wash them several times, respectively. Finally, the products were carried on the reduced pressure distillation, and the final product yield was around 60%. -------------
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KEY WORDS: Microwave, purification, infrared spectroscopy, ionic liquid hexafluorophosphate, 1-butyl-3-methylimidazolium
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目 录
第1章 绪 论 .................................................................................... 1
§ 1.1 离子液体的定义 ................................................................ 1 § 1.2 离子液体的发展史 ............................................................ 1 § 1.3 离子液体的分类 ................................................................ 2 § 1.4 离子液体的性质及应用 .................................................... 3
§ 1.4.1 离子液体的性质 ...................................................... 3 § 1.4.2 离子液体的应用 ...................................................... 3 § 1.5 离子液体的合成 ................................................................ 4
§ 1.5.1 离子液体的合成 ...................................................... 5 § 1.5.2 微波加热的原理 ...................................................... 5
第2章 试验材料与原理 ................................................................... 9
§ 2.1 试剂与仪器 ........................................................................ 9
§ 2.1.1 主要仪器 .................................................................. 9 § 2.1.2 主要试剂 .................................................................. 9 § 2.2 实验原理 .......................................................................... 10 第3章 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的合成 .............. 11
§ 3.1 [Bmim]PF6合成的工艺流程 ............................................ 11 § 3.2 微波炉加热方案的确定 .................................................. 12
§ 3.2.1 微波炉档位的确定 ................................................ 12 § 3.2.2 加热方法及时间的确定 ......................................... 12
第4章 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的提纯 .............. 14
§ 4.1 [Bmim]PF6粗产物的洗涤萃取 ......................................... 14 § 4.2 [Bmim]PF6产物的减压蒸馏 ............................................ 14 第5章 实验结果分析与讨论 ......................................................... 16
§ 5.1 [Bmim]PF6产率的计算 .................................................... 16 § 5.2 产物的红外光谱分析 ...................................................... 16 第6章 结 论 .................................................................................. 19
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§ 6.1 [Bmim]PF6的微波辅助法制备方案 ................................. 19 § 6.2 结束语.............................................................................. 19 参考文献 .......................................................................................... 20 致 谢 ................................................................................................ 22
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第1章 绪 论
§ 1.1 离子液体的定义
离子液体是指在室温或接近室温下呈现液体状态的、完全由阴阳离子组成的盐，也称作低温熔融盐。离子液体作为离子化合物，其熔点较低的主要原因是由于其结构中某些取代基的不对称性使离子不能规则地堆积成晶体所致。目前所研究的离子液体中，阳离子主要以咪唑阳离子为主，阴离子主要以卤素离子和其它无机酸离子（如四氟硼酸根等）为主。
§ 1.2 离子液体的发展史
离子液体的历史可以追溯到1914年，当时Walden报道了(EtNH3)N03的合成(熔点12 ℃) 。这种物质由浓硝酸和乙胺反应制得称为硝基乙胺盐，这是最早的离子液体。糟糕的是，硝基乙胺盐离子液体容易发生爆炸，于是很快就被人们忘记了。1948年美国报道了三氯化铝和卤化乙基吡啶离子液体的专利，此类液体主要应用于电镀领域，可称为第一代室温离子液体。此类液体有一个缺点：遇到水很容易分解变质。由于氯铝酸的离子液体价格相对便宜，至今仍被应用。20世纪60年代，美国空军研究院有关研究人员对上述专利中的氯铝酸烷基吡啶离子液体进行了一系列的物理化学性质测定，标志着系统研究离子液体的开始。在美国空军研究院John S. Wilkes博士等的努力下，合成了电化学稳定性更好的氯铝酸二烷基咪唑正离子。由于二烷基咪唑正离子结构和化学性质特别适合作为离子液体的阳离子，所以，这类离子液体是被研究最广泛、最深入并且直到现在仍被研究和应用的一类阳离子。1992年，Wilkes研究小组合成了低熔点、抗水解、稳定性强的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([Emim]BF4)后，离子液体的研究应用才得以迅速发展。此后，-------------
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离子液体作为绿色溶剂、反应试剂和催化剂等应用于有机合成中，有了很大的发展。
§ 1.3 离子液体的分类
根据有机阳离子母体的不同，可大体将常见的离子液体分为四大类：二烷基咪唑离子、烷基吡啶离子、烷基季胺离子、烷基季膦离子。常见离子液体结构如图1-1所示。
图1-1 常见离子液体的各类阳离子的结构
由于取代烷基的不同而衍生出各种各样的阳离子还有：三唑、嗯唑、吡唑、噻唑、吡咯、异喹啉等杂环阳离子；以及锍盐、聚合阳离子等(图1-1) 。而阴离子除了常见的卤素离子，还包括：Brönsted[1]酸根类：ClO4—、SO42—、SCN—、CH3SO3—、C6H5SO3— 等；Lewis酸根类：A1C14—、InCl4—、ZnCl3—、SnC13— 等；含氟阴离子：BF4—、PF6—、Nb(V)F6—、CF3SO3— 等；硼烷及硼盐类：CB11H12—、[1-Et-SnB11H11]—、SnB11H11— 等； 羰基化合物：Co(CO) 4—、Mn ( CO) 5—、[ HFe(CO) 4]— 等；其他如N(CN)2—、不对称酰胺阴离子等。总之，离子液体的种类非常多。
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§ 1.4 离子液体的性质及应用
§ 1.4.1 离子液体的性质
离子液体具有宽液体范围，这使得离子液体中的许多反应具有比较优良的动力学可控性。一般认为，阳离子结构的对称性越低，离子间相互作用越弱，阳离子电荷分布均匀，则其熔点越低；阴离子体积增大，也会促进熔点降低[2]。离子液体的熔点大都在0～100 ℃范围内。研究者还发现很多离子液体在-80～100 ℃左右表现出较宽温度范围内的玻璃态，这说明它们的结晶速度很慢，并具有相当长的熔程[3]。离子液体的热稳定性分别受碳-杂键和氢键作用力的影响，一般在高于200 ℃时仍具有较好的热稳定性。含水量对其热稳定性也存在影响[4]。
其密度主要由阴阳离子的类型而定，咪唑系离子液体常温(291～303 K)密度大致在1.1～1.7 g·cm3之间[5]，离子液体的密度与咪唑盐阳离子上N-烷基链的长度几乎呈线性关系。通常阴离子越大，离子液体的密度越大[67]。
在与传统有机溶剂和电解质相比时，离子液体具有一系列突出的优点：(1) 液态范围宽，从低于或接近室温到300 ℃以上，有高的热稳定性和化学稳定性；(2) 蒸汽压非常小，不挥发，在使用、储藏中不会蒸发散失，可以循环使用，消除了挥发性有机化合物（VOCs，即volative organic compounds）环境污染问题；(3) 电导率高，电化学窗口大，可作为许多物质电化学研究的电解液；(4) 通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超酸；(5) 具有较大的极性可调控性，粘度低，密度大，可以形成二相或多相体系，适合作分离溶剂或构成反应—分离耦合新体系；(6) 对大量无机和有机物质都表现处良好的溶解能力，且具有溶剂和催化剂的双重功能，可以作为许多化学反应溶剂或催化剂载体。由于离子液体的这些特殊性质和表现，它被认为与超临界和水一起构成三大绿色溶剂，具有广阔的应用前景[8]。
§ 1.4.2 离子液体的应用
离子液体主要应用于有机合成反应、催化反应和萃取分离过程。离子液体被广泛应用于一些重要反应过程，例如烷基化[2]、催化合成[9-------------
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、羰基合
------------- 成[11]等反应。
离子液体家族经历了氯铝酸体系(20世纪90年代前)、耐水体系(20世纪90年代)和功能化体系(21世纪) 三个发展阶段。
1、 氯铝酸系离子液体
陈治明等[12]研究了在具有Lewis酸性的离子液体体系中进行的乙酸乙酯反应，结果表明：各种离子液体均具有很高的催化活性，转化率在短时间内可以达到92%。与H2SO4相比，催化活性显著提高，生成的乙酸乙酯易于分离，且催化剂可重复使用。三氯化铝体系离子液体具有可控的酸碱性，在酸催化过程中扮演了重要的角色。但是其对水和空气不稳定、重复使用性差，其应用受到了限制。
2、 耐水系离子液体
以氟硼酸盐为代表的耐水体系离子液体的出现带动了离子液体的高速发展。Zhu等[13]用1-甲基咪唑四氟硼酸盐[Hmim]BF4催化乙酸丁酯等酯化应，乙酸转化率均大于90%。这种离子液体合成简便，催化活性强，除水后可重复使用。
3、功能化离子液体
功能化离子液体的提出，是要摆脱使用现成的研究思路，通过接枝上特定的官能团来对离子液体进行功能化修饰，充分利用离子液体的物化性质可随结构调变的优点，有目的地合成具有一定指标的离子液体。丛晓辉等[14]研究了SO3H—功能化离子液体催化苯酚与叔丁醇的烷基化反应。结果表明在优化条件下，苯酚的转化率和选择性分别为80.4％和60.2％；离子液体重复使用三次，活性不变。
4、离子液体在萃取分离中的应用研究
用离子液体萃取水溶液中有机物质，表现出和其他的萃取剂相类似的一些性质[15]。单以离子液体萃取金属离子时分配系数较低，但是通过引人其他的金属萃取剂可以获得很好的效果。Robin等使用了[Rmim] PF6 ( R指烷基取代基)作为离子液体和水形成两相，结果表明绝大多数的金属离子萃取分配系数仅仅为0.105。
§ 1.5 离子液体的合成
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§ 1.5.1 离子液体的合成
对于离子液体来说，合成的方法还是比较多的，主要的有以下三类： 1、传统加热法
(1) 一步法
一步法合成咪唑类离子液体，主要是通过N-烷基咪唑与卤代烷发生亲核加成反应，或者是N-烷基咪唑与硫酸、磷酸等的烷基酯发生烷基化反应。
(2) 两步法
目前大多数咪唑离子液体的合成都采用两步法，在卤化烷基咪唑离子液体的基础上，采用复分解反应得到 BF4—、PF6—、ClO4—、NTf —、OTf2—、N [C2F5SO2]2—等阴离子的咪唑类离子液体。诱导期后开始放热，由于反应物量比较大，升温速度较快，需要及时把热量转移。 2、微波法
微波合成法是在微波作用下，无需有机溶剂且反应速度快、产率高、产品纯度好的合成方法。较传统法有极大的改进。此方法中，部分离子液体采用间歇加热的方法。 3、超声波法
超声波借助于超声空化作用可以在离子液体内部形成局部高温高压微环境，由[16]于超声波的振动搅拌作用可以极大地提高反应速率，尤其是非均相化学反应。
§ 1.5.2 微波加热的原理
微波是一种高频率的电磁波，其频率范围约在300～300000 MHz(相应的波长为100～0.1 cm)之间。它具有波动性、高频性、热特性和非热特性四大基本特性。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波量子的能量为1. 99×l0
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～1.99×10 J。它与生物组织的相互作用主要表现为热效应和非热
效应。微波能够透射到生物组织内部使偶极分子和蛋白质的极性侧链以极高的频率振荡，引起分子的电磁振荡，增加分子的运动，导致热量的产生。微波还能够对氢键、疏水键和范德华力产生作用，使其重新分配，从而改变蛋白质的构象与活性。生物体的非热特性——生物效应是微波的重要特性之一，-------------
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它已成为医学、细胞学等方面研究的一个重要方面，同时它也能为微波理疗或微波手术等方面提供理论依据，随着人们对微波加热技术认识的深入，它已引起了许多科学工作者的关注，并在一些方面进行了深入而广泛的研究。 1、微波的特性
(1) 选择性加热
物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的介质损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同，产生的热效果也不同。水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。因此，对于食品来说，含水量的多少对微波加热效果影响很大。
(2) 穿透性
微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。微波透入介质时，由于介质损耗引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，物料内外加热均匀一致。
(3) 热惯性小
微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温度可以迅速的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。 2、微波的热效应
微波对生物体的热效应是指由微波引起的生物组织或系统受热而对生物体产生的生理影响。热效应主要是生物体内有极分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热；体内离子在微波作用下振动也会将振动能量转化为热量；一般分子也会吸收微波能量后使热运动能量增加．如果生物体组织吸收的微波能量较少，它可借助自身的热调节系统通过血液循环将吸收的微波能量(热量)散发至全身或体外。如果微波功率很强，生物组织吸收的微波能量多于生物体所能散发的能量，则引起该部位体温升高。局部组织-------------
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温度升高将产生一系列生理反应，如使局部血管扩张，并通过热调节系统使血液循环加速，组织代谢增强，白细胞吞噬作用增强，促进病理产物的吸收和消散等。 3、微波的非热效应
微波的非热效应是指除热效应以外的其他效应，如电效应、磁效应及化学效应等。在微波电磁场的作用下，生物体内的一些分子将会产生变形和振动，使细胞膜功能受到影响，使细胞膜内外液体的电状况发生变化，引起生物作用的改变，进而可影响中枢神经系统等。微波干扰生物电(如心电、脑电、肌电、神经传导电位、细胞活动膜电位等)的节律，会导致心脏活动、脑神经活动及内分泌活动等一系列障碍。对微波的非热效应，人们还了解的不很多。当生物体受强功率微波照射时，热效应是主要的(一般认为，功率密度在在10 mW／cm者多产生微热效应。且频率越高产生热效应的阈强度越低)；长期的低功率密度(1 mW／cm 以下)微波辐射主要引起非热效应。 4、微波的加热优点
微波自身的特性决定了微波具有以下优点:
(1)加热迅速，均匀。不需热传导过程，且具有自动热平稳性能，避免过热。
(2)加热质量高，营养破坏少，能最大限度的保持食物的色、香、味，减少食物中维生素的破坏。
(3)安全卫生无污染，对食品的杀菌能力强。因为微波能是控制在金属制成的加热室内和波导管中工作，所以微波泄露被有效的抑制，没有放射线危害及有害气体排放，不产生余热和粉尘污染。既不污染食物，也不污染环境。微波杀菌除了热效应之外还有生物效应，许多病菌在微波加热不到100 ℃时就全部被杀死。
(4)节能高效。由于含有水分的物质极易直接吸收微波而发热，没有经过其他中间转换环节，因此除少量的传输损耗外几乎无其他损耗。比一般常规加热省电约30%～50%。
(5)具有快速解冻功能。在微波场中，冻结食品在从内到外同时吸收微波能量，使冻结食品整体发热，容易形成整体均一的解冻，缩短解冻时间，迅
2
2
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速越过-50 ℃～0 ℃这个易发生蛋白质变性、食品变色变味的温度带，以保持食品的品质不致下降。
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第2章 试验材料与原理
§ 2.1 试剂与仪器
§ 2.1.1 主要仪器
1.微波炉
格兰仕，WP800TL23K-1型，广东格兰仕集团有限公司 2.电热套
ZDHW型，北京中兴伟业仪器有限公司 3.真空泵
SHZ-D(Ⅲ),河南省予华仪器有限公司 4.减压蒸馏装置 5.分液漏斗 6.天平
河南兄弟仪器公司
§ 2.1.2 主要试剂
1. l-甲基咪唑 CH3（CH）3N2 (上海晶纯实业有限公司) 2. 溴代正丁烷 CH3（CH2）3Br （国药集团化学试剂有限公司） 3. 六氟磷酸钾 KPF6 (上海晶纯实业有限公司) 4. 乙醚 CH3-CH2-O-CH2-CH3 （洛阳市化学试剂厂） 5. 去离子水 H2O 所用试剂均为分析纯
主要药品的基本性质如表2-1：
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表2-1主要药品的基本性质
名称 分子式 分子量 沸点/℃ 密度g/mL
性质
1-甲基咪唑 CH3（CH）3N2
82.01 198 1.036 无色透明液
体
六氟磷酸钾
KPF6 184.07 2.75 溶于热水，微溶于冷水，加热至高温时
分解
溴代正丁烷
乙醚
CH3（CH2）3Br CH3-CH2-O-CH2-CH3
137.03 100～104 1.2758 不溶于水，易溶
74.12 34.6 0.7135
极易挥发，极易燃，溶
于醇、醚、丙酮、于低碳醇、苯、氯仿、氯仿、苯和CCl4 石油醚和油类，微溶水
§ 2.2 实验原理
1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体[Bmim]PF6合成原理：在70 ℃的微波环境下使药品l-甲基咪唑、溴代正丁烷、六氟磷酸钾充分反应。 化学反应方程式：
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第3章 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的合成
§ 3.1 [Bmim]PF6合成的工艺流程
图3-1为制备[Bmim]PF6的工艺流程图，微波加热阶段需采用间歇加热的方法。
摩尔比为：1:1.1:1.6 l-甲基咪唑、溴代正丁烷、六氟磷酸钾置于烧瓶中混合均匀 加热3 s，暂停30 s，将烧瓶放入微波炉中加热反应时间100 min 冷却至室温 将产品倒入烧杯，取50 mL去离子水分3次洗涤烧瓶，将洗涤液倒入烧瓶混合均匀 利用分液漏斗 分别用去离子水和乙醚对产物进行洗涤3次 0.09 Mpa，电热套50 V，加热30 min 利用减压蒸馏装置对产物进行进一步提纯 得到较纯净的[Bmim]PF6
图3-1 制备[Bmim]PF6的工艺流程图
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§ 3.2 微波炉加热方案的确定
§ 3.2.1 微波炉档位的确定
本实验采用微波辅助加热法制备1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体，由于实验室条件的限制，所用微波炉无法达到源设计方案的要求（原设计方案中，微波炉许可以设定具体功率和温度，现在所用的达不到），温度不易控制，故需先确定实验加热所需的档位和时间。
为节约药品，先用水试验。
方法如下：烧杯中加入适量的水，调整一个档位，放在微波炉中加热，加热完成后测定其温度。
实验结果如下：
第1次：70 mL水，解冻档，加热10 min后余40 mL，水温88 ℃ 第2次：65 mL水，较第1次降1档，加热10 min后水爆出余10 mL，水温68 ℃
第3次：60 mL水，同第2次档，加热10 min后余40 mL，水温69℃ 第4次：60 mL水，同第2次档，加热15 min后余20 mL，水温69℃ 第5次：60 mL水，同第2次档，加热5 min后余58 mL，水温80℃ 第6次：50 mL水，同第2次档，加热1 min后余49 mL，水温58℃ 第7次：60 mL水，较第1次降2档，加热2 min后余59 mL，水温69℃ 第8次：60 mL水，同第7次档，加热5 min后余59 mL，水温83℃ 第9次：60 mL水，同较第1次降3档，加热5 min后余59 mL，水温86℃
第10次：60 mL水，低火（最低功率），加热5 min后余59 mL，水温80 ℃
分析讨论：
由以上试验结果可以看出，采用最低功率加热已超过反应所需的温度要求，所以实验采用最低功率加热。
§ 3.2.2 加热方法及时间的确定
微波炉的档位已经确定，取适量药品进行试验确定加热的方法及时间。 -------------
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第一步：称取药品：l-甲基咪唑：4.15 g（约0.05 mol），溴代正丁烷：7.5 g（约0.055 mol），六氟磷酸钾：14.7 g（约0.08 mol）；
第二步：将药品放入烧瓶混合均匀，放入微波炉准备加热。将微波炉调制最低功率，加热时间15 min；
第三步：加热1 min左右时出现异常，烧瓶塞弹出，液体减少，固体呈白色絮状。停止加热（讨论认为由于温度过高导致反应异常，故决定采用间歇加热的方法进行加热）；
第四步：首先采取加热30 s，暂停10 s的方法加热，一共加热8次； 第五步：反应结束后，烧瓶内固体为白色颗粒状，有少量黄色固体产生，无液体；
第六步：用去离子水洗涤产物固体逐渐消失，出现黄色油状液体（为目标产物[Bmim]PF6）；
第七步：分别用去离子水和乙醚洗涤萃取后然后减压蒸馏提纯后得到较纯净的液体，但产率较低（讨论认为加热30 s，暂停10 s的加热方法，加热时间过长，暂停时间过长，导致温度过高，反应不完全）；
第八步：更换为加热3 s，暂停30 s 的方法加热，反应100 min； 第九步：反应结束后，烧瓶内固体为白色颗粒状，有少量黄色固体产生，无液体；
第十步：用去离子水洗涤产物固体逐渐消失，出现黄色油状液体（为目标产物[Bmim]PF6）；
第十一步：经提纯后得到较纯净的液体，提纯后产率在60%左右。由于实验条件的限制，基本达到要求。
分析讨论：
由以上试验结果分析得出应采取加热3 s，暂停30 s，共加热100 min的加热方法。
确定最终的加热方案：档位：低火（最低功率），加热3 s 暂停30 s，一共加热100 min。
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第4章 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的提纯
对1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的提纯主要包括对产物的洗涤萃取和减压蒸馏。
§ 4.1 [Bmim]PF6粗产物的洗涤萃取
1、去离子水洗涤萃取
(1) 将粗产物由烧瓶倒入分液漏斗，取适量去离子水清洗烧瓶，将清洗液倒入分液漏斗；
(2) 晃动分液漏斗，使产物和去离子水充分混合，以萃取出产物中的杂质（去离子水在上部分，产物在下部分）；
(3) 充分混合后，静止5 min左右，将产物分离出来； (4) 按以上步骤用去离子水对产物洗涤3次。 2、乙醚洗涤萃取
(1) 将水洗后的产物倒入分液漏斗，取适量乙醚清洗烧瓶，将清洗液倒入分液漏斗；
(2) 晃动分液漏斗，使产物和乙醚充分混合，以萃取出产物中的杂质（乙醚在上部分，产物在下部分）；
(3) 充分混合后，静止5 min左右，将产物分离出来； (4) 按以上步骤用乙醚对产物洗涤3次。
经过去离子水和乙醚的数次洗涤萃取后，产物已经由深黄色浑浊的油状物变为淡黄色透明粘稠的油状液体。
§ 4.2 [Bmim]PF6产物的减压蒸馏
经过洗涤的产物已经比较纯净，但有可能残留有洗涤剂去离子水、乙醚及剩余的反应物，所以设计用减压蒸馏装置将杂质去除。 -------------
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1、将减压蒸馏装置组装好（真空度0.09 Mpa），把烧瓶固定在铁架台置于电热套内准备加热；
2、由于电热套无调节温度功能，先将电压调至80 V加热；
3、加热15 min后液体沸腾，液体颜色加深（讨论认为温度过高，导致液体颜色变深）；
4、将电压调至最低档50 V加热，10 min左右有气泡冒出，以后基本无明显变化，共蒸馏30 min。
经过减压蒸馏，产物进一步得到净化，达到实验要求。
确定最终的提纯方案：去离子水和乙醚分别洗涤3次，真空度0.09 Mpa电热套调至最低电压50 V减压蒸馏30 min。
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第5章 实验结果分析与讨论
先后一共进行了4次制备实验，其中第2次由于操作失误导致实验失败，故只作其余三组的结果分析和讨论。
§ 5.1 [Bmim]PF6产率的计算
产率有以下两个公式计算：
理论产量＝l-甲基咪唑的物质的量×[Bmim]PF6的摩尔的量 产率＝
实际产量×100%
理论产量三次实验的产率：
第1次：理论产量＝0.05×284.18 g＝14.209 g
产率＝
7.20×100%＝50.67% 14.209第3次：理论产量＝0.05×284.18 g＝14.209 g
产率＝
8.00×100%＝56.3% 14.209第4次：理论产量＝0.15×284.18 g＝42.627 g
产率＝
27.20×100%＝63.81%
42.627§ 5.2 产物的红外光谱分析
为确定制备出的产物是否为目标产物，在第三次实验后对第1次和第3次的产物分别进行了红外光谱分析。 -------------
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下图5-1为第1次制得的产物的红外光谱图
95 901029.161139.471113.693673.593594.97 85%透过率 803423.57 752939.062878.513124.801574.79 651169.29 55 4000 3500 3000 2966.11 603171.20 2500 2000 波数 (cm-1) 1500 1000 832.53751.58 701469.431431.631385.241338.901302.01
图5-1第1次制得的产物的红外光谱图
分析结果：3124.80 cm
2966.11 cm峰； 1574.79 cm
-1-1-1-1
处为咪唑环上的C-H伸缩振动吸收峰； 和2878.51 cm
-1
-1
处为饱和的C-H伸缩振动吸收
和1431.63 cm
-1-1
处为咪唑环骨架振动峰； 处为芳基碳C-N伸缩振动；
-1
-1
1338.90 cm和1302.01 cm
1169.29 cm、1139.47 cm、1113.69 cm处为烷基碳C-N伸缩振动； 832.53 cm
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-1
—
-1
和1029.16 cm
处为PF6吸收峰。
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下图5-2为第3次制得的产物的红外光谱图
98 96 941092.471028.67 923676.063671.163595.373423.71 90 88 86%透过率1339.89 82 801385.08 841617.231113.40697.84838.29779.63751.70740.952939.082878.533125.13 78 76 74 72 70 68 66 4000 1575.791467.231431.673171.62 3500 3000 2966.33 2500 2000 波数 (cm-1) 1500 1169.20 1000 图5-2第3次制得的产物的红外光谱图
分析结果：3125.13 cm
-1-1
处为咪唑环上的C-H伸缩振动吸收峰； 和2878.53cm
-1
2966.33 cm峰； 1575.79 cm
处为饱和的C-H伸缩振动吸收
-1-1
和1431.67 cm
-1
处为咪唑环骨架振动峰；
-1
-1
1339.89 cm处为芳基碳C-N伸缩振动；
-1
1169.20 cm、1113.40 cm、 1092.47 cm处为烷基碳C-N伸缩振动； 838.29 cm
-1
—
-1
和1028.67 cm
处为PF6吸收峰。
讨论：两次产物的红外光谱图基本相同，通过分析确定为目标产物。
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650.79
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第6章 结 论
§ 6.1 [Bmim]PF6的微波辅助法制备方案
1、混合药品，l-甲基咪唑、溴代正丁烷、六氟磷酸钾摩尔比为：1:1.1:1.6；
2、微波加热步骤：微波炉档位：低火（最低功率），加热3 s 暂停30 s，反应时间100 min；
3、提纯步骤：首先分别用去离子水和乙醚将产物洗涤萃取3次，再用减压蒸馏装置（真空度0.09 Mpa，电热套调至最低电压50 V）蒸馏30 min；
4、红外分析：对产物进行红外光谱分析，确定是否为目标产物。
§ 6.2 结束语
离子液体的研究越来越受到国内外的关注，特别是其具有“零”蒸汽压、高热稳定性、和催化功能，使其在代替挥发性高、有毒、易燃、易爆的传统溶剂和催化剂方面备受关注。并且由于其自身的特性，其作为新型的功能材料和介质，在能源、信息、生命科学等方面也有很好的应用前景。
微波辅助法制备1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体[Bmim]PF6时对温度的要求较为苛刻。由于实验条件的限制，实验产率并不是很高。在条件允许的条件下，微波辅助法还是相对简单易操作的。但不适合大规模生产时采用。
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致 谢
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