[发明专利]磺酸功能化的咪唑离子液体催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了磺酸功能化的咪唑离子液体催化剂及其制备方法和应用。主要解决以往技术中制备磺酸功能化咪唑离子液体的技术问题。本发明通过两步合成的方法将咪唑与烷基磺酸在35～300℃下加热；再将酸加入到上一步骤中，在30～330℃下充分反应，经过提纯处理得到的目标产物，该方案较好的解决了上述技术问题。所述的磺酸功能化咪唑离子液体包括咪唑、烷基磺酸和酸根离。本发明设计的离子液体催化剂应用于酸或酸酐与醇的酯化反应中，具有较高的催化活性、高稳定性、反应速率快且副产物少，有利于工业化应用。

技术领域

本发明属于液体催化剂技术领域，具体涉及磺酸功能化的咪唑离子液体催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

酯是一种重要的有机化合物，常用作有机溶剂和有机合成原料。其传统的合成方法一般都采用以酸、醇为原料，以浓硫酸或钛系物质为催化剂，长时间加热，直接酯化合成。传统上采用的浓硫酸作为催化剂价格低廉，同时浓硫酸具有酯化、脱水和氧化作用，会导致一系列副反应的发生，使反应产物中含有少量醚、硫酸酯及羟基化合物，给产物的精制和原料的回收带来困难.从而也限制了其在工业上的应用。钛系催化剂在催化酯化过程中产生的副产物少但其能耗过高，对工业生产了一定难度。因此，开发出催化活性高且稳定，价格便宜的环境友好型酯化催化剂尤为重要。目前具有酸性的离子液体作为酯化催化剂受科学家广泛研究。

离子液体是由阴阳离子构成的低温熔盐，可依据目标选择相应的阴阳离子或者设计出具有特异性官能团的阳离子，因此离子液体种类繁多。离子液体因其液态温度范围宽、有较好的热稳定性和化学稳定性(操作温度范围可达到-40℃～300℃)、蒸气压低、不易挥发且稳定性好、对无机物以及有机物都有较好的溶解性，可以作为环境友好型溶剂和催化剂，因而成为催化酸醇酯化反应的研究热点。含有磺酸基的有机酸具有较强的酸性，可以代替浓硫酸充当含有酸的催化剂，并且腐蚀性比浓硫酸更小。所以在离子液体中引入磺酸基团合成磺酸功能化的离子液体是增加离子液体酸性的重要途径，且引入磺酸基团的离子液体稳定性高、催化活性好且重复使用率高。

在目前对于磺酸功能化咪唑离子液体的研究中，顾彦龙等(Esterification ofaliphatic acids with olefin promoted by Bronsted acidic ionic liquids.Journalof Molecular Catalysis A：Chemical 212(2004)71-75)合成咪唑环上引入磺酸基团的酸性离子液体，提出离子液体阳离子另一N上所连烷基链长对脂肪酸与烯烃的酯化反应的转化率和选择性都有较大的影响。Cole等(Novel Bronsted acidic ionic liquids andtheir use as dual solvent-catalysts.J.Am.Chem.Soc.2002，124，5962-5963)首次报道了咪唑或季麟阳离子上带磺酸基团的功能化离子液体的合成，这种Bronsted酸性离子液体可应用于酯化、频哪醇重排等酸催化反应。专利CN101456844中报道了其在60～90℃下合成了包含N-(甲、乙、丙、丁、戊)烷磺酸咪唑离子液体的磺酸型咪唑离子液体，用于多元酸与醇的酯化反应中，结果表明酯化反应的收率均接近100％，比传统的催化剂活性显著提高。专利CN 10779336中报道了在70～80℃下，合成了[MIMPS]⁺[CH₃SO₃]-磺酸型咪唑离子液体，在呫吨酮的合成反应中呈现高稳定性和催化活性。可见磺酸功能化咪唑离子液体催化性能较好且可以应用领域较广泛。本公开中引入了烷基侧链更长的磺酸，并应用于酯化反应中，展现了磺酸功能化的咪唑离子液体的较高的催化活性。

发明内容

针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种磺酸功能化的咪唑离子液体催化剂及其制备方法和应用。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明第一方面提供一种磺酸功能化的咪唑离子液体催化剂，以解决现有技术无法提供的磺酸功能化的离子液体的技术问题。