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摘 要

绿色化学在工业生产中对催化剂、反应介质等的要求较高，离子液体作为环境友好型的反应介质或催化剂，已经引起了人们越来越多的关注。有“高温均相、低温两相”功能的离子液体温控两相体系，具有不易挥发，熔点低，有良好的热稳定性，可溶解的物质范围广，分子可设计等诸多优点，1-(3-磺丙基)咪唑磷钨酸盐是一类具有酸性与氧化性的高效双功能催化剂，可以用在均相或者非均相的催化剂环境，在催化领域已经被广泛地研究。

本文通过用1-3-丙烷磺酸内酯溶于甲苯，在氮气保护下得到为1-(3-磺丙基)-3-甲基咪唑（MIMPS）。将所得产物加入到磷钨酸溶液中直接得到目标产物1-(3-磺丙基)咪唑磷钨酸盐。然后我们通过红外对产品进行了表征，初步表明产物为目标产物。研究过程中，对1-(3-磺丙基)咪唑磷钨酸盐在乙酸异戊酯的酯化反应中的催化性能进行了测试，并且与磷钨酸进行了对比。结果表明，对于乙酸异戊酯的酯化反应，其具有高效，易回收，重复使用特性。反应70分钟，酯化率可达97.4%。是一种优良的环境友好酯化反应催化剂。

关键词： 离子液体 1-(3-磺丙基)咪唑磷钨酸盐 1-3-丙烷磺酸内酯 磷钨酸

Preparation and catalytic properties of acidic ionic liquids

Abstract

1-(3-sulfopropyl)-3- methyl-imidazole (MIMPS) were prepared by 1-3- propane sultone dissolving in toluene under nitrogen. Then the resultant product was added to a solution of phosphotungstic acid directly to get target product 1- (3- sulfopropyl) imidazole phosphotungstate. The resulting product was characterized by FIIR. The result showed that the product was the target product. The catalytic activity of the samples was evaluated for the esterification of isoamyl acetate. The results revealed that synthesized catalysts was heterogeneous catalysts, the esterification rate of isoamyl acetate was 98.9%, It was highly efficient and environmentally catalysts.

Keywords: ionic liquid; 1- (3- sulfopropyl) imidazole Phosphotungstate; 1-3 - propane sultone; phosphotungstic acid

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 离子液体的结构、性质及其制备方法 1

目前离子液体的合成方法主要有以下几类： 1

1.2.1 传统法 2

1.2.2 一步法 2

1.2.3 两步法 3

1.2.4 微波法 4

1.2.5 离子液体的组成 4

1.2.6 离子液体的特性 5

1.3 离子液体的改性 6

1.4 离子液体催化剂在有机合成中的应用 6

1.5 本课题研究的目的与意义 7

第2章 磷钨酸盐的制备和表征 9

2.1 前言 9

2.2 实验试剂与仪器 9

2.2.1 试剂 9

2.2.2 仪器 10

2.3 实验操作 10

2.3.1 1-(3-磺丙基)-3-甲基咪唑的合成 10

2.3.2 1-(3-磺丙基)咪唑磷钨酸盐的合成 10

2.4 催化剂的表征 11

2.4.1 傅利叶变化红外分析法（FT-IR） 11

2.5 结果与讨论 12

第3章 磷钨酸盐的酯化性能 13

3.1 前言 13

3.2 实验试剂与仪器 13

3.3 实验操作 14

3.4 结果与讨论 15

3.4.1催化剂的催化性能 15

3.4.2 [MIMPS]₃PW₁₂O₄₀的重复使用性能……..................................15 3.4.3 乙酸异戊酯反应机理探讨.................................................................15

第4章 结论与展望 17

参考文献 19

致谢 21

第1章 文献综述

1.1 引言

磷钨杂多酸是一类同时具有酸性和氧化性的高效双功能催化剂，以其特殊的性质，在催化领域已经被广泛应用^[1]，但是由于磷钨杂多酸的易溶性，所以导致了该类催化剂难分离，难回收的问题，同时，作为一类固体酸，它的比表面积较小，不利于充分发挥其催化反应性能，所以导致该类催化剂难以应用到实际的生产中，为了解决这些缺点，科学工作者将杂多酸有效地负载于多孔载体上^[2,3]，负载型杂多酸增加了其裸露的外表面积，也增加催化剂的反应活性中心数量，但是在催化反应过程中，却受到更大的传质阻力，而且由于杂多酸的脱溶，使得催化剂活性与重复性都降低。因此如何解决上述问题，成为了当前杂多酸研究的重要方向。

离子液体是一类全部由离子组成的液体，是一种低温下呈液态的盐，一般情况下，离子液体是由有机阳离子和无机阴离子组成的^[4~5]，但是，离子液体与一般的离子化合物有很大的区别与性质，最大的区别在于离子液体在100℃下为液态，而一般的离子化合物只有在高温下才可以变为液态，这也决定了离子液体在绿色化学研究方面重要的地位^[6]。目前，离子液体主要应用有：在电化学反应中作电解质，在一些化学反应中用作催化剂或者反应的介质，在一些分离中作为气体的吸收剂等。近年来，离子液体（Ionic liquids, ILs）作为一种新型的绿色溶剂和催化剂以其优良的物理化学性质被广泛关注^[1]，离子液体具有良好的溶解性，可以溶解无机物，金属有机物和高分子聚合物，此外，它还具有不挥发性、不易燃、易爆性和叫好的热稳定性，同时，离子液体还可以改变反应机理，诱导出新的催化活性，提高反应的转化率和选择性。

本文主要对磷钨酸（盐）的研究现状、结构、性质、制备及其应用等的新进展进行较为详细的评述，并指出该类催化剂在今后的发展方向和其研究重点。

1.2 离子液体的结构、性质及其制备方法

目前离子液体的合成方法主要有以下几类：

1.2.1 传统法

一般情况下，室温离子液体的合成不需要特殊的手段，只需采用常规加热方法就可以完成，反应条件简单，但存在下面的一些缺点：1.需要较长的反应时间；2.需要使用大量的有机溶剂作为反应介质或用于洗涤纯化；3.产物的收率普遍较低。

1.2.2 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，或是N-烷基咪唑与硫酸、磷酸等烷基酯发生烷基化反应。T Nishida ^[7]在30℃温度下，以甲苯为溶剂，在氮气保护下搅拌，溴乙烷和1-甲基咪唑经亲核取代反应后，得到1-乙基-3-甲基咪唑溴盐 ([Emim]Br)，产率为95%。该合成方法主要是用来合成烷基咪唑离子液体的卤盐，此类离子液体的应用面较窄，一般作为其它离子液体合成的前躯体。一般合成路线如图1.1

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