[发明专利]一种具有咪唑阳离子、丙二腈阴离子结构的两性离子及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及有机非线性光学材料和两性离子领域，具体为一种具有咪唑阳离子、丙二腈阴离子结构的两性离子及其制备方法和用途。

背景技术

随着通讯技术和IT技术的飞速发展，人们对非线性光学材料提出了更高的要求。同无机非线性光学材料相比，有机材料具有结构可设计、响应快、光学非线性系数大、价格低廉等突出优点。它的缺点在于热稳定性较低、吸收波长较大，从而限制了有机非线性光学材料的实际应用(J.Am.Chem.Soc.，2003，125，15651)。

有机非线性光学材料通常是由大共轭体系构成(Functional Organic Materials[M].Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA：Weinheim，2007)，近十几年来，许多具有大的非线性系数、良好的光学透过性和耐高温的新型有机非线性光学材料不断地被人们开发出来(Chem.Commun.，2006，131)，其中比较新颖，引人注意的是有机离子类有机非线性光学材料(J.Org.Chem.，1997，62，5755；Proc.SPIE.，1999，3803，18；Chem.Mat.，2002，14，3758；Chem.Eur.J.，2003，9，1991；Angew.Chem.Int.Ed.，2005，44，7922；Chem.Mater.，2006，18，1079；J.Am.Chem.Soc.，2007，129，3267；Spectrochimica Acta Part A，2007，68，1)。但这些有机离子类非线性光学材料合成路线繁琐，种类单一。

两性离子(zwitterion)是一类特殊的离子型分子，其独特之处在于，其分子中一端带有正电荷，另一端带有负电荷，而对外总电荷为零，呈电中性。两性离子通常也被称为内盐(inner salts)。最常见的两性离子是氨基酸，但氨基酸没有共轭结构，所以不具有非线性光学性能，无法作为有机非线性光学材料应用。

发明内容

本发明提供了一种具有咪唑阳离子、丙二腈阴离子结构的两性离子及其制备方法，以解决现有有机非线性光学材料热稳定性较低、吸收波长较大等技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种具有咪唑阳离子、丙二腈阴离子结构的两性离子，具有如下结构式：

其中R₁为C₁-C₁₂直链烷基中的任意一种；R₂、R₃、R₄为氢原子、甲基或者苯基。

该两性离子的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备N-芳基咪唑；(目前制备N-芳基咪唑的工艺比较成熟，比如常规的通过二卤代的芳香烃与咪唑在催化剂条件下合成N-芳基咪唑。)

(2)在50-120℃温度下，苯、甲苯、乙二醇二甲醚中的一种或任意几种混合的溶剂中，将(1)所得的N-芳基咪唑与氢化钠或者氢化钙、丙二腈在四(三苯基膦)钯或者氯化钯催化下反应1-10小时；然后除去杂质，再用盐酸中和后干燥得到2-芳基丙二腈；所述N-芳基咪唑、氢化钠或者氢化钙、丙二腈、四(三苯基膦)钯或者氯化钯分别占这四种组分总量的摩尔百分含量为20-24％，49.6-55％，20-24％，2.4-5％；

(3)在0-60℃温度下，非质子有机溶剂中，将步骤(2)所得的2-芳基丙二腈与R-OTf或者R-I反应0.5-5小时，得到咪唑离子盐；所述2-芳基丙二腈与R-OTf或者R-I的摩尔比为1∶1-1∶3；

(4)在0-50℃温度下，水、甲醇、乙醇中的任意一种或几种的混合溶剂中，将步骤(3)所得的咪唑离子盐与碱或碱性盐反应10-120分钟，所述咪唑离子盐与碱或碱性盐的摩尔比为1∶1-1∶10；然后经纯化分离最终得到两性离子产品。

上述步骤(2)中反应1-10小时后的处理过程最好是将产物经旋蒸除去溶剂后再用苯回流(可除去催化剂等杂质)，将回流后的固体溶于水，过滤后用盐酸中和，再过滤，干燥。

上述步骤(4)中所述的碱或碱性盐一般选择氢氧化钠或者氢氧化钾或者碳酸钠或者碳酸钾，优选氢氧化钠或者氢氧化钾。

上述步骤(2)反应过程中通入氮气或者氩气保护(以确保无水、无氧的反应环境，效果更佳)。

上述步骤(3)中所述非质子有机溶剂最好选择苯、甲苯、乙二醇二甲醚、二氯甲烷中的任意一种或几种的混合溶剂。

本发明的步骤(1)制备N-芳基咪唑的过程还可以是如下方法：