摘 要

近年来，肼及偏二甲肼在航天航空领域被大量使用，因其强致癌性，高饱和蒸气压，易挥发的特点，使其在处理，运输保存，均十分复杂，同时对人和环境都造成了极大的影响，含能离子液体的出现，极好的解决了传统肼类燃料的缺点。但此类离子液体的合成与设计尚无系统的指导。本文基于双组元推进剂，以硼氢根离子液体为主体，尝试合成与优化此类离子液体。

参考相关文献，合成了1-丁基-3甲基咪唑硼氢离子液体、1-烯丙基-3甲基咪唑硼氢离子液体、1-乙基-3甲基咪唑硼氢离子液体。硼氢类离子液体的制备通过形成卤代咪唑而后进行离子交换合成：（1）合成出来中间产物氯化1-丁基-3-甲基咪唑、氯化1-烯丙基-3甲基咪唑、溴化1-乙基-3-甲基溴化咪唑，氯化1-烯丙基-3甲基咪唑使用柱层析提纯氯代咪唑；（2）通过离子交换使用硼氢化钠作为硼氢源，合成目标产物1-丁基-3甲基咪唑硼氢盐、1-烯丙基-3甲基咪唑硼氢盐、1-乙基-3甲基咪唑硼氢盐，将三种目标产物进行点火试验对比。

本文成功制备了1-丁基-3甲基咪唑硼氢盐、1-烯丙基-3甲基咪唑硼氢盐、1-乙基-3甲基咪唑硼氢盐，合成路径安全性较高，与使用银盐合成方式相比较成本较低。两步法的使用提升了产率，同时通过提纯方式的尝试确定， 为下一步设计并合成新型含能离子液体奠定了基础。

关键词：离子液体 液体推进剂 硼氢阴离子

Synthesis of Boron Hydrogen Green Energetic Ionic Liquids

Abstract

Recent years , the hydrazine and Dimethylhydrazine are used widely as propellant in the aerospace ., The Carcinogenicity , high vapor pressure, Volatility make it difficulty to deal with and save.Meanwhile, it seriously affected the environment and human health. The energetic ionic liquid seem to be a good choice to overcome these drawbacks .. However, the research of this ionic liquid has been in the initial stage, the principle of the systemic synthesis is still not well understood . Propellant which based on the two-component liquid can simplify the ignition system of rocket engine, this paper focuses on the hypergolic ionic liquid with strong reducing B-H bond, and attempts to explore and optimize the synthesis of such hypergolic ionic liquid.

Referring to related literature, 1-butyl-3-methylimidazolium borate hydrogen ionic liquid, 1-allyl-3-methylimidazolium borate hydrogen ion liquid, and 1-ethyl-3-methylimidazolium borate hydrogen ion liquid boron were synthesized. Hydrogen ionic liquids are prepared using a two-step synthesis method: (1) synthesis of intermediates 1-propyl-3-methylimidazolium bromide, 1-allyl-3 methylimi dazolium bromide, 1-Br 3-methylimidazolium bromide, 1-allyl-3-methyli midazolium chloride and the Intermediate product was isolated and purified using conventional column chromatography.(2)Using NaBH₄ as the sources of boron .synthesis of target product 1-butyl-3-methylim -idazolium boron hydrogen salt, 1-ene Propyl-3-methyl imidazolium hydrogen bromide, 1-ethyl-3-methylimidazolium boron hydrogen salt and optimized experimental protocol..

In this paper, through several sets of comparative experiments, the best reaction conditions and storage methods for intermediate products were determined. The optimal conditions for the formation of the three target products were determined by control experiments and column chromatography. The IR characterization results provide sufficient data support for the successful preparation of three borohydride energetic ionic liquids.1-allyl-3-methylimidazolium boron hydrogen salt, 1-ethyl-3-methylimidazolium boron hydrogen salt were successfully prepared and synthesized, and the preparation cost was low. Higher operating safety. The two-step optimization results significantly improved the operability and repeatability of the experiment, and clarified the product purification process, laying the foundation for the design and synthesis of novel auto-ignition ionic liquids in the next step.

Key words: Ionic Liquid; liquid propellant；Boron Hydrogen anion 目录

硼氢类绿色含能离子液体的制备研究 I

摘要 I

Synthesis of Boron Hydrogen Green Energetic Ionic Liquids II

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 离子液体 1

1.2液体推进剂 2

1.3 含能离子液体 5

1.3.1 含二氰胺或硝基氰胺阴离子的含能离子液体………………5

1.3.2 含硼簇阴离子的含能离子液体………………………………5

1.3.3 含硼烷添加剂的含能离子液体………………………………6

1.3.4 强还原性硼氢键的含能离子液体……………………………6

1.4含能离子液体研究难点 10

1.5 本文研究内容与目的 11

第二章 实验部分 12

2.1 实验试剂与仪器 12

2.1.1 实验试剂……………………………………………………..12

2.1.2 主要仪器……………………………………………………..13

2.2 含能离子液体的中间产物的制备 13

2.2.1 溴化1-乙基-3-甲基溴化咪唑的制备……………………...13

2.2.2 氯化1-丁基-3-甲基咪唑的制备…………………………...14

2.2.3 氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑的制备………………………...15

2.3 含能离子液体目标产物的制备 16

2.3.1 1-烯丙基-3-甲基咪唑硼氢离子液体的制备……………..16

2.3.2 1-丁基-3-甲基咪唑硼氢离子液体的制备………………..16

2.3.3 1-乙基-3-甲基咪唑硼氢离子液体的制备………………..17

2.3.4 浓硝酸的蒸制………………………………………………17

第三章 反应条件优化与产物表征分析 19

3.1 溴化1-乙基-3-甲基溴化咪唑合成的结果与讨论 19

3.1.1 反应机理……………………………………………………..19

3.1.2 实验条件……………………………………………………..19

3.1.3 结构表征与分析……………………………………………..20

3.2合成氯化1-丁基-3-甲基咪唑的结果与讨论 21

3.2.1 反应机理……………………………………………………..21

3.2.2 实验条件……………………………………………………..21

3.2.3 结构表征与分析……………………………………………..22

3.3合成氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑的结果与讨论 23

3.3.1 反应机理……………………………………………………..23

3.3.2实验条件……………………………………………………...23

表3-3………………………………………………………………...23

3.3.3 结构表征与分析……………………………………………..24

3.4 产物点火实验分析 25

第四章 结论与展望 27

4.1 结论 27

4.2 展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第一章 文献综述

1.1 离子液体

离子液体（IL）作为一种由有机阴阳离子构成的新材料，因其液程宽泛，室温下呈现液态，具有热稳定性好、不易挥发、环境友好等特点。离子液体成为超临界CO₂之后又一理想绿色溶剂^[1]。

离子液体的阴阳离子较大的体积差异，较低的对称性。松散的结构，低程度的相互作用，极小的作用力，是导致离子液体室温下呈液态的主要原因。

目前，已见报道的离子液体有成千上万种，依据其阳离子的差别，可将其区分为：咪唑类、三唑类、四唑类、季铵盐类、吗啡啉类、胍类、噻唑类和季膦类。阴离子通常为卤素负离子、NO₃^-、BF₄^-、PF₆^-等无机阴离子或功能化有机阴离子。离子液体广受关注的缘由是其可设计性强，依据不同的应用和不同的需求，通过向阴阳离子上引入不同官能团，或改变阴阳离子组成，可得到不同性质的离子液体。比如亲疏水性、黏性、传导率、电化学窗口和酸碱性等性质的设计，使其满足使用者的特别要求。

与传统有机溶剂相比，离子液体具有一系列显著的优点^[2]：（1）饱和蒸气压较低，不易挥发，毒性低，对人体的危害更小；（2）热稳定好，在温度较高时也不分解；（3）液态温度范围宽；（4）具有良好的电化学稳定性和电导率，在许多电化学领域可作为理想的电解质；（5）可做无机物或有机物的良好溶剂；（6）具有小的粘度而大的密度，因此容易从混合物中分离，可用于反应溶剂分离以及催化反应中；（7）设计性强，可以调控阴阳离子实现在较大范围内调节离子液体的物化性质，以满足不同需求。

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