离子液催化下无溶剂化甲基化反应研究设计、开题、综述

BIYESHEJI（20届）离子液催化下无溶剂化甲基化反应研究所在学院 专业班级 化学工程与工艺学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年月IIII摘要:本文针对对甲飙基甲苯传统甲基化反应中存在的问题，1•水相反应随着大量无机盐的生成影响甲基化Sn2亲核取代反应速率，存在着生产时间长的缺点。2•硫酸二甲酯为剧毒试剂，在工业化生产中存在着安全隐患。研究甲基化工艺中以低毒的氮甲烷代替硫酸二甲酯作甲基化试剂合成4-甲砚基甲苯的新工艺。新工艺以对甲苯亚磺酸钠和大董无机混合物通过离子液体催化加入少量4-甲矶基甲苯在无溶剂条件下合成4-甲砚基甲苯。优化了工艺探索了催化剂种类、4-甲矶基甲苯与对甲苯亚磺酸钠配比、得到最佳工艺条件：催化剂选用［EtPyJEtOSOj.4■甲矶基甲苯与对甲苯亚磺酸钠配比为1:0.7、催化剂用董2%(w/w原料％人反应温度80°C＞反应时间3・5h时4■甲砚基甲苯收率达到89%,经液相色谱分析合成产物纯度达100%。并将此工艺与水相合成工艺进行比较，得到该无溶剂化固液相转移催化甲基化工艺，反应速率比水相体系提商5倍左右。关键词:甲飙甲苯；离子液：甲基化：无溶剂化ionicliquidSolvent-freecatalyzedreactionofmethylationAbstract:ThisarticlefortheproblemsinMethylp-tolylsulfonesTraditionalmethylation1.withlotsofinorganicsaltformationinwaterphasereactioninfluencesMethylationSn2nucleophilicsubstitutionreactionrate・thereisthedisadvantageofalongproductiontime.2・Dimethylsulfateishighlytoxicreagents・therearesecurityrisksinindustrialproduction・NewtechnologyisSodiumtolueneandalargenumberofinorganicmixturewithionicliquidcatalystbyaddingasmallamount4-toluenesulfonylatsolvent-freeconditionstosynthesis4・Atoluenesulfonyl.Optimizetheprocesstoexploreacatalysts,theratioof4-AsulfonylSodiumtoluenewithSodiummethylbenzenetoobtaintheoptimumconditions:[EtPy]EtOSO3asacatalysts1:0.7ratioof4-AsulfonylSodiumtoluenewithSodiummethylbenzenex2%catalyst(w/wrawmaterials%)Reactiontemperature80°C、Whenthereactiontime3.5h4・Atoluenesulfonyl'syieldis89%,TheHPLCanalysisthepurityofSyntheticproductsis100%.Andthenewsynthesisprocesscomparewiththewaterphase,getthenon-solventsolid-liquidphasetransfercatalyticmethylationprocess'sreactionrateincreasedabout5timesthanwaterphasereaction.Keywords:Methylp-tolylsulfon;ionicliquid;methylation;solvent-free11目录TOC\o"1-5"\h\z摘要 IAbstract II第一章绪论 11.1课题背景 1第二章文献综述 22.1对甲矶基甲苯的合成研究状况 22.2 无溶剂合成 32.2.1无溶剂合成定义 32.2.2无溶剂合成机理 32.2.3无溶剂合成方法 32.3甲基化反应 42.3.1甲基化反应机理 42.3.2常用的甲基化试剂 52.4离子液体发展研究概况 62.4.1离子液的定义及组成 62.4.2离子液体的发展历史 72.4.3低熔点离子液的合成 82.4.4离子液在化学反应中的应用 92.5本文的研究内容 122.6本文的研究意义 12第三章实验部分 133.1实验流程 133.3实验内容 133.3.1低熔点离子液的介成 133.3.2对甲基苯亚磺酸钠的合成 153.3.3离子液催化合成甲矶甲苯 163.3.4甲基化产物的分离提纯 16第四章结果与分析 17第一章绪论1.1课题背景在一个需求持续增加、人口过剩的世界中，废弃物的防止和环境的保护是主要的需求。当前社会热点是提倡绿色化学、低碳生活，合成化学将为此继续开发各种各样的新技术，以获得最好的产品的同时对环境的影响最小。无溶剂有机合成，离子液催化都是其中相当具有应用前景的途径。离子液体(ionicliquids)就是在室温(或稍髙于室温的温度)下呈液态的离子体系，或者说,离子液体是仅由离子所组成的液体。具有阴阳离子可调性，低蒸气压，良好的导电性，具有较大稳泄温度范用等一系列突出的优点无溶剂有机反应研究的对象通常是低熔点有机物之间的反应。反应时，除反应物外不加溶剂,固体物直接接触发生反应，实验结果表明，很多固态下发生的有机反应，较溶剂更为有效和更能达到好的选择性对甲矶基甲苯为白色或米黄色粉状结晶，无味，中性。易溶于甲醇，乙醇，溶于苯，甲苯，微溶于乙陆石油醍，不溶于水。熔点：85〜88°CO堆积密度：600-750kg/m\化学性质稳圧。分子式为CH"02S,相对分子质量为170.2。对甲矶基甲苯是生产对甲矶基苯丝氨酸乙酯的主要原料，而对甲矶基苯丝氨酸乙酯又是生产甲砚签素、氟洛芬的主要原料。氟洛芬和甲砚霉素是国家二类新药，也是国家重点鼓励发展的产品。氟洛芬是美国先令公司开发开发研制的广谱性兽用抗生素，广泛用于杀火各种“革兰氏”阴阳性菌，目前是世界上最好的抗生素之一，是氯靈素的取代品⑴。与此同时，对甲飒基甲苯也是合成农用除草剂磺草酮的重要中间体，新农药磺草酮是一种用于防玉米出阔叶杂草及禾本科杂草的环己二酮类除草剂。我国是个农业大国，尤其玉米种植而枳占有较大的比例，对于除草剂的需求也是从未降低。以对甲矶基甲苯为原料合成磺草酮是目前比较经济可能的路线。从目前情况看,对甲砚基甲苯形势大好，其一因为对甲矶基甲苯是生产甲飒霊素，氟洛芬和磺草酮的必要原料；其二因为对甲砚基甲苯属于国际紧缺的医药中间体。因此，本课题拟将无溶剂反应，离子液催化引入甲眠甲苯的合成中，采用价廉易得的对甲基苯亚磺酰氯为起始原料，以毒性低的绿色甲基化试剂-氯甲烷替代硫酸二甲酯，减少环境污染，降低生产成本，实现牛甲砚基甲苯的绿色淸洁生产。

第二章文献综述2.1对甲砚基甲苯的合成研究状况对甲矶基甲苯的合成路线有以下四种匚以甲苯为原料合成MeSO3CI/CatMeSO3CI/Cat图1.以甲苯为原料合成对甲矶基『卩苯如图1,此路线由甲苯与氯磺酸甲酯为原料，在催化剂作用下反应而得到。该路线收率低,成本髙。以对氮甲苯为原料合成图2图2•以对氮甲苯为原料合成对甲％基甲苯如图2,该路线由对氯甲苯与硫氢化钠合成对疏基甲苯，再与硫酸二甲醋甲基化再氧化而得对甲砚基甲苯，该路线操作复杂，收率低，成本高。以对甲基苯磺酸为原料合成CICH2COONa CH3 ►ki/h2oso2ch3图3•以对屮基苯碰酸为原料合成对甲视基甲苯如图3,由对甲基苯磺酸与氧乙酸钠和碘化钾反应而得对甲矶甲苯。该路线步骤简单，但收率较低。以对甲苯磺酰氮为原料合成SO2Na甲基化so2SO2Na甲基化so2ch3图4.以对甲苯礎皑氮为原料合成对甲讽基甲苯在众多合成路线中，最经济可行的合成路线是第四条（如图4）,即是以廉价易得的对甲苯磺酰氯为起始原料经还原和甲基化反应来合成：第一步对甲基苯磺酰氯为原料，经亚硫酸钠还原成对甲基亚磺酸钠；第二步对甲基亚磺酸钠经硫酸二甲酯甲基化反应得到对甲矶基甲苯⑵，见图5。这是目前国内外工业生产4-甲砚基甲苯的主要方法。NaHCO^H.O图5.展主要的合成NaHCO^H.O图5.展主要的合成4-甲视基甲苯的路线该工艺存在的缺点：1.在还原工艺中，4-甲基苯磺酰氯固体分批投料，固体投料存在着操作工序中投料量不均衡，造成对甲苯磺酰氯过剩，水解生成副产物对甲苯磺酸钠，使转化率不稳左：又由于4-甲基苯亚磺酸钠与副产物4-甲基苯磺酸钠液相分离困难，还原转化率无法确定和最佳工艺条件的原位分析存在困难。2•甲基化试剂使用硫酸二甲酯，毒性大，严重影响环境：水相中反应速度慢，反应时间长，同时无法避免甲基化试剂的水解。因此，我们需要寻求一种合成4-甲砚基甲苯的新工艺，来解决这些问题，并且满足市场的需要。本课题主要研究解决第二个问题，采用无毒的甲基化试剂，并引入离子液作为催化剂来研究合成4-甲砚基甲苯的最佳工艺条件。2.2无溶剂合成2.2.1无溶剂合成定义无溶剂有机反应最初被称为固态有机反应，因为它研究的对象通常是熔点有机物之间的反应。反应时，除反应物外不加溶剂，固体物宜接接触发生反应。实验结果表明，很多固态下发生的有机反应，较溶剂更为有效和更能达到好的选择性。因此，90年代初人们明确提岀“无溶剂有机合成"。2.2.2无溶剂合成机理无溶剂反应机理与溶液中的反应一样，反应的发生起源于两个反应物分子的扩散接触，接着发生反应，生成产物分子。此时生成的产物分子作为一种杂质和缺陷分散在母体反应物中，当产物分子聚集到一立大小，岀现产物的晶核，从而完成成核过程，随着晶核的长大，岀现产物的独立晶相。2.2.3无溶剂合成方法无溶剂反应主要采取如下方法⑶：

RHR+HCI+AICIRHR+HCI+AICI3图7•芳烧甲基化反应机理b•疑基官能团上的甲基化反应ASN2 ciASN2 ci NaCI图8•梵基上的甲基化反应该甲基化反应属于亲核取代反应，亲核试剂苯氧负离子作为亲核试剂进攻氯甲烷。C・胺基官能团上的甲基化反应胺可与卤桂或甲醇等甲基化作用，氨基上的氢原子被甲基取代。脂肪族或芳香族伯胺与卤烷作用，发生烷基化反应而产生仲胺，叔胺和季彼盐。工业上也可以在加压，加热和无机酸催化下,用甲醇来进行甲基化。例如，苯胺和甲醇及硫酸的混合物在2・5~3Mpa,23O°C作用，得到N■甲基NKCH苯胺（如图9）。NKCHNH2 h2so4+ch3oh2.5・3Mpa,230C图9•苯胺的屮基化反应反应机理如图10所示:CH3OH+ >n!h2rCH3OH+ >n!h2rOHh2so4nh2ch3oh2图10・苯胺甲基化反应机理2.3.2常用的甲基化试剂1）硫酸二甲酯甲基化试剂无色或微黄色，略有葱头气味的油状可燃性液体，毒性极强，成人口服致死M-o其毒理作用

为抑制机体氧化还原酶系统的反应，影响甲基化过程，其水解后产生的甲醇、硫酸及中间产物硫酸

氢甲醋，可引起全身中毒，致肝肾、心肌损害。图11•硫酸二甲酣与磺酸盐的甲基化目前普遍采用的合成4-甲矶基甲苯的方法（如图11）：以对甲苯磺酰氮为原料在水相中经亚硫酸钠还原成对甲苯亚磺酸钠，再通过硫酸二甲酯甲基化反应的甲矶甲苯。该工艺的缺点是：硫酸二甲酯作甲基化试剂，由于硫酸二甲酯毒性强、价格贵、运输难，对生产和生态环境的威胁严重，需对工艺改进。2） 碳酸二甲酯碳酸二甲酯（DMC）,是近年来得到快速发展的一种绿色化工原料，具有无毒无腐蚀等特点，是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有按基、甲基和甲氧基等官能团，作为硫酸二甲酯、光气及卤甲烷等传统试剂的替代品可广泛用于按基化、甲基化、甲氧基化和按基甲基化等有机合成反应。碳酸二甲酯毒性较小，但相对的其活性也较低。3） 卤代甲烷卤代甲烷的反应活性顺序是:CH3I>CH5Br>CH3Clo碘甲烷是一种高活性的甲基化试剂，但价格昂贵，属于剧毒类试剂，在实际的生产中，是并不理想的甲基化试剂。氯甲烷为无色气体，有联样的微甜气味。由于氯甲烷常温为气体，反应必须在耐压设备中进行。氯甲烷属于低毒的甲基化试剂，具有广泛的应用前景。因此，用氯甲烷作甲基化试剂可避免生产过程中的危险、设备腐蚀及环境污染。2.4离子液体发展研究概况2.4.1离子液的定义及组成目前被人们关注的液体离子的种类比较多，但大体上说起来，其中的阳离子主要有以下四类:烷基季钱离子：［NRI-k］例如［BuNMe］：烷基季鳞离子：［PR］例如［PhPOc］；N-烷基取代毗咙离子，记为［RPyl：1,3-二烷基取代咪哇离子，或称为N,N-二烷基取代咪呼离子，记为［RRimf。

负离子:正离子:RREtNH：BF：,PF6HSO4NO负离子:正离子:RREtNH：BF：,PF6HSO4NO3^HgCO/SbF6AICI/GuCI；图12•离子液体的主要阳离子和阴离子示意图2.4.2离子液体的发展历史最早的离子液体可以追溯到1914年，Walden3采用乙胺与浓硝酸混合得到了硝基乙胺(mp=12C)⑸，这就是今天所说的离子液体的原形。1951年，Hurley和Wicr等人报道了由AlCb和浪化乙基毗咙(摩尔比为1:2)形成的室温熔盐，并利用这种熔盐进行金属的电沉积。Hurley还研究了由金属的硫酸盐和硝酸盐与澳化乙基毗咙形成的熔盐⑹。1976年，Ostcryoimg等利用离子液体具有良好导电性的性质，用它作为电解液，研究了六甲基苯的电解行为⑺。1986年，Seddon等在Na(ure上发表论文报道，他们采用N,N二烷基取代咪哇与三氯化铝组成的离子液体作为非水溶剂，研究过渡金属配合物的电子吸收波谱。1992年，Welton等在1,3-二烷基咪哇盐离子液的基础上，把氮铝酸盐离子液体中对水和空气敏感的氯铝酸根置换为BFf,PFe-等阴离子。同传统的氯铝酸盐离子液体相比，这一类新型的离子液体具有对水和空气稳立，种类多样的特点。而同时Wikcs等合成了低熔点、抗水解、热稳肚性强的1-乙基-3-甲基咪卩坐四氟硼酸盐([Emim]BF4)离子液体后，离子液的研究才得到迅速发展。2000年4月北大西洋公约组织召开了有关离子液体的第一届国际性会议。讨论了离子液的优点°2001年，Leone和Anthony等人报道了一些具有长链取代基的配体形成的配合物在室温下呈液态，开辟了离子液体的新篇章。Tames等人报道了噬呼类离子液体。随后在有机合成、电化学、分离技术等领域得到了广泛应用。我国兰州化学研究所邓友全研究员负责的课题组在离子液体淸洁催化应用研究中获得重要进展，在离子液体中率先实现了环己酮胯的Backmann重排。刘维民研究员负责的课题组在国际上率先制备了3种液体润滑剂，发现离子液体是一类具有良好润滑性能的低蒸气压、宽使用温度范用的新型液体润滑材料。室温离子液体及其在催化和有机合成中的应用。2004年四川大学姜方胜首次探讨并实现了在咪哇翁盐离子液中进行苯偶姻缩合反应，发现当反应在65°C以下和0.5当量存在下以及在离子液体4-丁基-1-甲基咪卩坐翁四氟硼酸盐中进行时，苯偶姻产率可达91%02.4.3低熔点离子液的合成无溶剂合成法1） 直接合成法近年来发展了一些减少合成过程中有机溶剂使用的新合成方法，不仅改进了合成工艺，还简单可行，纯度也髙。所谓直接合成法，就是合成过程中无需加入任何溶剂作为反应介质，对亲水性离子液体的分离提纯需用有机溶剂，且有机溶剂较易回收循环使用：对疏水性离子液体的分离提纯可以用水作溶剂。例如，方东等⑻用无溶剂一锅法合成1-丁基-3冲基咪卩坐四氟硼酸盐和1-丁基-3-甲基咪哇六氟磷酸盐室温离子液体。该方法省略了纯化中间体的环节，所合成的离子液体仅需一次纯化，用硝酸银检验是否已无卤离子存在即可。另外，通过季彼化反应也可以一步制备多种卤代离子液体。Pci等19）直接用N-甲基咪呼和淚代烷合成一系列的滉代亠烷基-3-甲基咪卩坐离子液体。直接合成法不仅无溶剂污染，而且副产物很少，但不足之处是适合的反应体系有限，而且无法用于物质的萃取和分离。2） 微波合成法近几年，采用微波合成法表现出了一泄的优势，该方法目前针对的是常见的烷基咪哇类和烷基毗咙类离子液体。Varma等（⑼最先报道了在家用微波炉中不用溶剂合成离子液体的方法。但随着离子液体的生成•吸收能量增多，反应体系很容易过热和失控，造成卤代炷的气化和产物的分解。为了解决这一问题，Varma等采用微波间歇辐射，并且间歇混合反应物的操作，快速地合成了离子液体。Khadilkar等⑴I通过温度控制微波照射的时间，进行了密闭体系中离子液体的微波辅助合成。虽然操作复杂，但提高了反应的安全性和稳左性。仇明华等以N-甲基咪哇为原料，微波辐射一锅法合成了1-竣甲基-3-甲基味哇四氟硼酸离子液体。该实验表明微波辐射一锅法的反应结果比两步法好，更有利于反应进行。微波合成法最大的优点是缩短合成时间，提髙产率，但同时短时间内释放的大星微波辐射使得反应不容易控制、副反应极易发生，造成离子液体颜色较深，较难大规模工业化生产离子液体。而且不适合制备低沸点的卤代离子液体，如［EmimJBr等，这时还是建议用常规法合成卩戮有溶剂合成法1）存在溶剂的非均相体系合成目前大多数离子液体还是采用两步法在不同的有机溶剂中进行合成的。张青山等I⑶以氯乙酸乙酯和氮杂环化合物（1-甲基咪哇、毗咙、N-乙基哌咙、N-甲基吗咻）为原料，以丙酮或乙腊为反应溶剂介成了一类新型的酯类离子液体。李肖华等（期通过两步法，同样以丙酮或乙腊为溶剂合成了[CH2CH2OHmim]BF4.[CH2COOHmim]BF4.[CH2COOCH3mim]BF43种离子液体。由于生成的离子液体不溶于溶剂，所以更能促使反应向正方向进行，从而使反应进行得更充分。存在溶剂的非均相体系合成优点在于原料溶于溶剂而产物不溶，随着反应进行，产物逐渐与溶剂分层，但由于互溶性不好不利于离子液体的后期纯化。2）存在溶剂的均相体系合成虽然人们普遍认为在合成离子液体的过程中应该保持干燥，但对于有些离子液体仍要用水去纯化。从这点考虑，Shen等【⑸认为如果水的存在不会引起副反应的话，可以在反应中引入水。通过对[Bmim]Br、[Bmim]BF4、|Hmim]Br离子液体的加水为溶剂，和无溶剂合成方法的比较，发现以水为溶剂的均相体系合成法能得到无色的离子液体。或者对于某些离子液体来说，水是最佳的反应溶剂，不仅“绿色"，省时，成本低，而且不用纯化就可以得到无色的离子液体。但这种方法得到的离子液体含有一定量的水，不易除去。但是仅限于烷基咪卩坐和淚代烷基咪呼离子液体，对于英他卤代烷基咪哇离子液体也不一立适合。耿丽等IB在冰水浴中加水作为溶剂合成得到无色透明的离子液体[Hmim]HSO4o存在溶剂的均相体系合成虽然反应效果好，但延长了纯化时间以及对真空条件的要求提高。由此可见，以上各种合成方法都有各自的优缺点，如果方法的缺点对离子液体的应用没有影响的话，应选择最简单可行的合成方法。2.4.4离子液在化学反应中的应用下而是一些近几年报导的一些例子。1）环加成反应环加成反应包括Diels-Alder反应、1,3-二偶极环加成反应、CCh同环氧丙烷的环加成、自由基环化加成反应、苯乙烯衍生物同醍类的加成反应等。在室温离子液体中进行Diels-Alder反应有一些明显的优点：体系有足够低的蒸气压、可再循环、无爆炸性、热稳泄且易于操作第一个被研究的反应是在（EtNH3][NO3]中环戊二烯与丙烯酸甲酯和甲基酮的反应（如图13）,反应生成内旋和外旋产物，且溶剂组成对内外旋比例有影响，与非极性有机溶剂相比，该反应表现出明显的高内旋产物倾向和快的反应速率特征。

图13•环戊二烯与丙烯酸甲酯的反应图13•环戊二烯与丙烯酸甲酯的反应Seddon等M研究了在室温离子液体如1-丁基・3■甲基咪哇三氟甲基磺酸盐（[bmim][OTf]）、[bmim][PF6]・[bmim][BF4]和[bmim][lactate]中进行的Diels-Alder反应,发现反应的速率及选择性与在LPDE中进行时的相类似。苴髙的反应速率及选择性也正好符合绿色化学过程的要求。同时替代了LPDE的使用，从而避免了高氯酸锂基废物，还避免了由于使用二乙基联和高压操作而带来的不安全问题。2）烷基化反应烷基化反应是有机化合物分子中连在碳、氧和氮上的氢原子被烷基所取代的反应。传统反应条件下烷基化反应往往需要使用强碱性催化剂如NaH,NaOR,BuLi,t-BuOK,Et3N,KOH等，使用非质子极性溶剂如DMF,DMSO,HMAP,THF,CH3CN等，或者在相转移催化剂、微波辐射作用下进行，但是溶剂和催化剂的回收.产物和溶剂的分离非常困难，往往产生很多环境污染问题。Ranu等阳使用碱性离子液体[bmIm]OH作为催化剂.研究了活泼亚甲基化合物与卤代烷的烷基化反应（如图14）0结果表明，使用[bmlmJOH作为烷基化反应催化剂，操作简便，反应时间短，产率高。图14图14•活泼亚甲基化合物与卤代烷的烷基化反应Le的课题组问研究了以卤代绘为烷基化试剂.[bmim]0H为催化剂催化毗咯和I别卩朵N・烷基化反应（如图15）。研究表明，|bmim]OH能有效促进毗咯和“引喙N・烷基化反应，该方法且具有操作简便.反应条件温和、时间短（1〜2h）、产率髙（75%〜98%）等优点。+RX+RX图15•吐咯和财唏N・烷基化反应选择氢化反应芳香族化合物的氢化可通过几种方法进行改进，包括高压催化氢化、溶解金属还原和用TFA与盐的离子氢化。同样氢化反应也可在室温离子液体中进行。K.ScddoN沏等研究了室温三氯化铝离子液体中碳环芳香族化合物高效立体选择性还原反应。当多芳环化合物如恿在室温三氯化铝离子液体中溶解时，可形成顺磁性深色溶液。研究发现，在[cmim]C12AlCb(x=0.67)离子液体中碳环芳香族化合物可以质子化。而后发现，一电负性的金属元素与质子化芳香碳氢化合物相作用时可使之还原。以前的研究还发现在含有金属锂的[emim]Cl2AICl3(x=0.67)离子液体中有湿空气存在时恿可变成绿色，绿色消退后形成98%的9.10-二氢蔥(如图16)。图16•蔥在室温离子液体中的氢化反应氧化反应Song和Roh⑵I最近的研究结果证实了离子液体在选择性氧化反应上的应用也有英优势。他们在[bmim]PF6和CH2C12混合溶剂中研究了2,2-二甲基苯并毗喃与手性⑷和复合催化剂的环氧化反应，发现当把离子液体加入到有机溶剂中时，催化剂的活性有明显提高。在离子液体存在下，2h后的转化率为86%；不加藹子液体时6h后才能达到86%的转化率。而且使用离子液体溶剂可使催化剂容易循环使用而不需任何修饰，用水洗去有机相，用己烷提取产物，离子催化剂溶液就可恢复再利用。近来有研究表明，一些离子液体在强氧化性的发烟硫酸中稳左，因此进一步在离子液体中研究氧化反应将很有前景。除此以外，离子液体还可用于过渡金属催化的C-C偶联反应、按基化反应和酯化反应、Heck反应、聚合反应、按基合成、氯节的亲核取代反应、环丙烷化反应、不饱和化合物的卤化和硝化、脱水反应、Beckmann重排、Baylis-Hillman反应、制备硅烷基醇庭和硅氢化反应、Witlig反应，离子液体也可用于电化学聚合反应中。最近Seddon'22'领导的研究小组在咪哇类离子液体(如[bmim]PF6)中研究了Cu(【)催化的甲基丙烯酸甲酯(MMA)的活性自由基聚合，将N-丙基2吐咙甲亚胺与CuBr按1:1的物质的量之比加入到[bmim]PF6中，室温下形成深棕色均相溶液，用2-澳异丁酸酯为引发剂，反应在70°C下90min后转化率为87%,聚合反应速度比在非极性溶剂中快。Cu(I)催化剂易溶于[bmim]PF6中，却与有机溶剂如甲苯不混溶，因此可用甲苯洗涤提取PMMA产品，催化剂留在离子液体层中可被重复使用。

2.5本文的研究内容本文研究下列工艺路线合成4-甲隔基甲苯，实现苴淸洁生产。反应方程式为（如图17）：CH3ch3CH3Na2SC）3 CH3CINaHCO3 IonicliquidsSO2CIgOzNaSO2CI图17•对甲视基甲苯合成工艺路线具体研究内容主要包括以下五个方面：（1） 对甲苯亚磺酸钠无溶剂甲基化反应路线探索（2） 无溶剂甲基化反应与水相甲基化反应性能比较（3） 离子液种类对对甲苯亚磺酸钠甲基化反应收率的影响（4） 甲砚甲苯用量对对甲苯亚磺酸钠甲基化反应收率的影响（5） 产品纯化与分离方法研究2.6本文的研究意义在合成4-甲矶基甲苯的甲基化反应中，硫酸二甲酯是剧毒品，在运输、储存和工业生产中，都增加了诸多不安全因素，同时对操作人员和环境造成较大的危害，不符合绿色化学和淸洁合成的要求。选择活性低、价格便宜、低毒的氯甲烷作为烷基化试剂，并在高压下进行反应以提髙其活性，可以降低生产成本和实现淸洁合成工艺。离子液具有淸洁无污染、无蒸汽压，是一种绿色淸洁的高效催化剂，选择离子液作为亲核取代反应的催化剂，预加入产物4-甲砚基甲苯熔融状态下作为反应介质，解决氯甲烷的水解，提高反应活性，实现了4-甲砚基甲苯的髙效淸洁化生产。第三章实验部分3.1实验流程1） 低熔点离子液的合成2） 对甲基苯亚磺酸钠的合成3） 离子液体催化下对甲基苯亚磺酸钠无溶剂甲基化研究4） 甲基化反应后产品分离提纯5） 产物表征3.3实验内容3.3.1低熔点离子液的合成实验试剂及仪器试剂：N-甲基咪哇，浪代正丁烷，甲苯，四氣硼酸钠，甲醇，六氟磷酸钠，硫酸二乙酯，毗咙，丙酮仪器：三口瓶（250ml）,单口瓶（250ml）,磁力搅拌装置，汕浴加热装置a.咪哇类离子液的合成1） 1-甲基-3-丁基咪哇四氟硼酸盐的合成反应方程式（如图18）:_ ,— NaBF4!\CK旦 /NgN、RR=C4H9Br' BF4_图18.1-甲基-3-丁基咪昨四氛硼酸盐合成路线实验步骤:在250ml的三口瓶中，加入0.2molN-甲基咪哇和0.2mol澳代正丁烷，加入50ml溶剂甲苯及磁石。油浴加热，在65°C下磁力搅拌回流反应12h左右，反应液体在60C下减压蒸馅蒸出溶剂甲苯，得白色固体1-丁基-3-甲基咪哇浪盐。称出该浪盐的质疑，并计算岀它的摩尔数，放进250ml的单口瓶，按1:1比例往里加入四氟硼酸钠，并加入50ml甲醇。回流反应24h,反应液体在40°C下减压蒸憾蒸出甲醇，蒸餾结束后，过滤。得无色粘稠液体。2） 1-甲基-3-丁基咪哇六氟磷酸盐的合成反应方程式（如图19）：

RBrNaPF6R=C4HgRBrNaPF6R=C4Hg图19.1-甲基-3-丁基磷酸盐合成路线实验步骤：在250ml的三口瓶中，加入0.2moIN-甲基咪卩坐和0.2mol浪代正丁烷，加入50ml溶剂甲苯及磁石。油浴加热，在65°C下磁力搅拌回流反应12h左右，反应液体在60C下减压蒸馆蒸出溶剂甲苯，得白色固体1-丁基-3-甲基咪哇淚盐。称出该浪盐的质量，并计算岀它的摩尔数，放进250ml的单口瓶，按1:1比例往里加入六氟磷酸钠，并加入50ml甲醇。回流反应24h,反应液体在40C下减压蒸懈蒸岀甲醇，蒸餾结朿后，过滤。得无色粘稠液体。3） 1-甲基-3-乙基咪呼硫酸乙酯盐的合成反应方程式（如图20）:Och3ch2o-总-och2ch3 _ 2 .JN%OCH3CH2SO3-图20.1•甲基・3•乙基咪吹硫酸乙酣盐合成路线实验步骤：在一个250ml的三口瓶中.加入0.2molN-甲基咪哇，100ml甲苯及磁石。油浴加热，稳定在40°C磁力搅拌下缓慢滴加0.2mol硫酸二乙酯，恒温反应1.5h。用甲苯洗涤3次，分液,得下层淡黄色液体后，经50C减压蒸锚除去甲苯，得淡黄色产物。b毗咙类离子液的合成1）1•丁基毗咙四氟硼酸盐的合成反应方程式（如图21）:图21.1-丁基毗唳阿氛硼酸盐合成路线反应方程式（如图21）:图21.1-丁基毗唳阿氛硼酸盐合成路线BF4r=c4h9实验步骤:在250ml的三口瓶中加入0.1mol毗咯0.1mol代正丁烷,加入20ml甲苯及磁石，加入20ml甲苯，磁力搅拌加热，稳立在75°C左右，恒温12h,反应液经60°C减压蒸馅蒸岀甲苯，得到红棕色液体N-丁基毗咙渙盐，称得其重呈:。按1：1的比例加入四氟硼酸钠，并加入30ml丙酮，稳立在400恒温反应24h,抽滤后旋转蒸发除去丙酮。

2）1■乙基毗咙硫酸乙酯盐的合成反应方程式（如图21）:Och3ch2o-^-och2ch3十夕ch2ch3CH3十夕ch2ch3CH3CH2SO4-图21.1-乙基毗呢硫酸乙酯盐的合成路线实验步骤:在250ml的三口瓶中加入毗唳0.2mol,加入50ml甲苯,缓慢滴加硫酸二乙酯0.2mol°在50°C下恒温lh,反应液用甲苯洗涤3次，分液，得到下层淡黄色液体，经60°C减压蒸馅得淡黄色液体。3.3.2对甲基苯亚磺酸钠的合成对甲基苯亚磺酸钠是由对甲基苯磺酰氯在还原剂亚硫酸钠的作用下还原得到。原料对甲基苯

磺酰氯不溶于水，但在水中易水解；而还原剂亚硫酸钠不溶于任何有机溶剂，只溶于水。因此目前常用的工艺一般采用水相反应，将对甲基苯磺酰氯固体分批加入亚硫酸钠的水溶液中。反应过程产生的氯化氢使体系酸度增大，因此在反应过程中还加入弱碱碳酸氢钠，作为缚酸剂，控制pH。该工艺中由于固体的对甲基苯磺酰氯需分批投入，部分对甲基苯磺酰氯在水中水解，使收率降低,一般收率在80%〔23）左右。并且目前对该产物没有较好的分析方法，还原收率很难确左，产物中的杂质如无机盐等对下一步甲基化反应无彫响，因此还原产物结晶抽滤后直接用于甲矶甲苯的合成。反应方程式（如图22）：h3c2NaHCO3EC0+Na2SO3 +2NaCl+Na2SO4h2o v/SO2C1—SO2Na图22•对甲基苯亚碗酸钠的合成路线实验试剂及仪器：试剂：4■甲基苯磺酰氯（工业级）；亚硫酸钠（工业级）：30%液碱（工业级）：二氯甲烷（分析纯）。仪器：反应釜（2L）,恒温水浴装置，机械搅拌装垃实验步骤:在装有搅拌器的1L反应釜中,加入0.5mol亚硫酸钠,1.05mol碳酸氢钠，350ml

水。开动机械搅拌，通入40C的恒温水浴，溶解完全后，再将0.5mol的对甲苯磺酰氯在2h内分

批加入，控制反应温度在64°C.反应液PH值保持在7・2~7・5之间。加完对甲苯磺酰氯后，在64C

下保温搅拌12反应结朿后，静置冷却至室温，冷却完全后，过滤，抽干。得雪花片状结晶，称

重。3.3.3离子液催化合成甲砚甲苯由牛甲基苯亚磺酸钠水相中与硫酸二甲酯甲基化合成4-甲砚基甲苯。该甲基化反应是Sn2亲核取代反应，水相中反应随着大量无机盐的生成影响SN2亲核取代反应速率，因此存在着生产工艺时间长的缺点：硫酸二甲酯为剧毒物品从淸洁合成角度看，必须以更涓洁的甲基化试剂代替硫酸二甲酯。因此研究一种反应速率高，对环境友好的甲基化试剂，和易于工业化生产的新工艺显得尤为重要。作者试图用价廉，低毒的氯甲烷代替硫酸二甲酯作甲基化试剂，在无溶剂和一宦的圧力下提高氯甲烷的浓度，加入离子液作为催化剂提髙亲核取代速率。反应方程式（如图23）：IonicliquidsCH3IonicliquidsCH3图23•离子液催化合成甲砚甲苯实验试剂和仪器：试剂：氯甲烷（工业级）；对甲基苯亚磺酸钠（自制）：离子液（自制）仪器：GSHA-2型髙压反应釜实验步骤：在2L髙压反应釜中加入自制的对甲苯亚磺酸钠，根据与对甲苯亚磺酸钠特怎的比例加入少量甲矶甲苯作为反应底物，然后加入原料质量2%的离子液作催化剂。密封完全后，插入感温器，通入氯甲烷压力达0.5MPa,开始搅拌，打开调压器，升温至80°C,并连续通入氯甲烷。期间注意通冷却水保持温度稳泄，反应3.5h后，关闭充气阀，降温至室温放空，然后升温至60°C岀料。3.3.4甲基化产物的分离提纯岀料时甲砚甲苯在高压釜中呈熔融状态，放入烧杯中即为凝聚为固态，往烧杯中加入300ml水，放入85°C的恒温水浴中，不断搅拌，等凝聚为固态的料液全部化开后，洗去无机盐离子液，即发现有大量的白色不溶的粉末。抽滤干燥后，得到白色固体。第四章结果与分析4.1甲砚甲苯用量对收率的影响对甲基苯亚磺酸钠参与的甲基化反应中，高压釜中80°C下熔融状态的甲矶甲苯，作为溶剂，实现甲砚甲苯的无溶剂反应。甲砚甲苯为客体，对甲基苯亚磺酸钠为主体，而主客体在一圮比例的情况下形成包结化合物。若甲砚甲苯的加入量太少，固态的对甲基苯亚磺酸钠与氯甲烷将不能充分接触，影响甲矶甲苯的收率。但加入量过大，对甲基苯亚磺酸钠将被大量熔融状态的甲矶甲苯包结，将也很难接触到氯甲烷，甲砚甲苯的产率也将减低，同时也将延长甲矶甲苯的循环时间。由图24可知：对甲苯业磺酸钠与甲矶甲苯的质量比为1：0.7时，为最佳原料配比。图24•甲矶甲苯的用址对收率的影响4.2离子液种类对收率的影响离子液由阳离子和阴离子组成，如何改变正负藹子的大小差异，具有很大的可设汁性。目前离子液种类很多，其生产成本各不相同。希望通过不同离子液的催化效果，找出最佳离子液。由图24可知，第5号1-乙基毗唳硫酸乙酯盐催化效果最好。离子液由有机物正离子和无机负离子组成，通常正离子比较庞大，为带坯基的咪哇环或毗咙环。正电荷集中在咪哇环或毗唳环的杂原子上，其余部分是亲油基。而带苯环的亲核试剂与离子液中带正电的基团结构相似，亲油部分具有相溶性，但带电部分电荷相反，正负电荷相互吸引，故离子液和亲核试剂刚好能形成近似平行的结构，见图26。[EtPy]EtOSO3和（BuPy]BF4催化效果较好可能是由于毗咙环与苯环同为六元环结构相似的原因造成。尿&桑frstb89%-80%-71%-70%-68%-12 3 4 5尿&桑frstb89%-80%-71%-70%-68%-12 3 4 5离子液种类图25.离子液的种类对收率的影响4.2.1离子液催化机理PhaseOrganicPhaseQ+CfQ*crInorganicPhaseOrganicPhaseQ+CfQ*crInorganic图26•离子液催化机理离子液也就是相转移催化剂与苯氧负离子可进行阴离子交换，有机阳藹子携带了苯氧负离•子与卤代炷在有机相中进行反应，实现了对甲苯亚磺酸钠与氯甲烷的气固两相催化反应，见图26。我们认为此反应中离子液不仅仅是相转移催化剂，从离子液的结构分析它有着庞大的毗咙环作为有机阳离子，另一合成研究报道了咪卩坐芳环离子液与反应物苯氧负离子可能以平而叠加方式结合,这样使苯氧负离子较好的溶解在英中并与钠离子偶极化脱离，成为裸露离子，裸露离子在有机相中更容易与卤代坯接触，增强了苯氧负离子活性。4.3无溶剂与水相中甲基化反应比较氯甲烷是一个反应活性弱于硫酸二甲酯和碘甲烷的甲基化试剂，沸点低，在水中有一泄的溶解度，并且易水解。采用加压反应能提高氯甲烷的浓度和反应活性，但是水相反应水的蒸汽压和氯甲烷的水解使氯甲烷作甲基化试剂反应有一立的难度。甲矶甲苯熔点86°C-88°C,髙压釜中反应温度达80°C时刚刚熔化，将产物甲飒甲苯作底物，无溶剂状态下反应，可以避免氯甲烷的水解和釜内不产生的额外压力，同时无机盐也没有溶解的介质，使反应液内极性对SN?亲核取代速率的影响降至最低。比较了两种体系下对甲苯亚磺酸钠甲基化合成甲砚甲苯工艺的氯甲烷用量，反应时间，以及收率，结果见表1。水相反应体系数据参考髙庆辉等的研究。表1•氮甲烷为甲基化试剂时水相与无溶剂化反应比较反应体系甲基化时间(h)产率(以对甲苯磺酰氯计)水相18-1985%无溶剂3.589%4.4无溶剂方案可行性对甲基苯亚磺酸钠甲基化后的产物甲砚甲苯的熔点为86°C-88°C,在0.5MPa下，80°C时甲矶甲苯即呈熔融状态。对温度及压强的要求均在可达到的范囤内。本实验选用低毒的氯甲烷作为甲基化试剂，但氯甲烷在水中有一立的溶解性，而反应过程中产生无机盐将会溶解在水相中，影响甲基化反应速率。同时水的蒸汽压亦会影响氯甲烷的浓度。因此采用无溶剂合成能有效提高对甲苯亚磺酸钠甲基化的反应速率。反应进行时，如图26,催化剂离子液会携带苯氧负离子液进入甲矶甲苯所在的有机相，与氯甲烷进行反应。自制的对甲苯亚磺酸钠中的无机盐与反应生成的无机盐将形成无机相。有机相越变越大，直至反应结束。无溶剂合成甲矶甲苯亦可减少废水的排放和简化纯化产物的步骤。4.5红外谱图分析008060402000806040205004000 3500 3000 2500 2000 1500 1000500Wavenumbers(cmJ)图27•甲矶甲苯红外谱图在3030cm1为苯环上=C・H伸缩振动。在2920cm-1是一CH3伸缩振动。在1607cnr1和1497cnr1是苯环C=C骨架伸缩振动。在1220-1040cnr1有S=O的吸收逢。综上四点对甲苯甲矶的特有官能团在图谱都有体现“第五章结论通过近两个月的申业论文实验，基本上完成了预期目的。在实验中，综合运用了所学的理论知识，并对所学知识加以巩固、提高和充实。系统掌握了实验操作方法与步骤，并且加强了查阅文献资料的能力，锻炼了自己的动手能力，学到了许多知识，为今后踏上工作岗位和进行进一步的研究作了充分的准备。本文研究了以低毒的氯甲烷代替硫酸二甲酯作甲基化试剂，在80°C熔融状态下的对甲飒基甲苯为溶剂，对甲砚基苯亚磺酸钠与其形成固液体系，在一泄的压力下通氯甲烷，离子液作为相转移催化剂提高甲基化反应速率，并得到了最佳的工艺条件：催化剂选用[EtPy]EtOSO3.对甲砚基苯亚磺酸钠与甲砚甲苯的配比为1：0.7、催化剂用屋2%（\v/w原料％）、反应温度80oC、反应时间3.5h时4-甲矶基甲苯收率达到89%o（1） 合成4-甲基苯亚磺酸钠，对甲基苯磺酰氯的还原产物中的杂质对下一步甲基化反应无影响，因此结晶抽滤后，即称重，投入高压反应釜中。注意抽滤时尽可能除去水分。（2） 无溶剂合成牛甲矶基甲苯，甲基化过程采用低毒的氯甲烷代替硫酸二甲酯作甲基化试剂，加入一部分产物作熔融底物，提供良好的反应界而，同时在一泄的压力下提髙氯甲烷的浓度，加入离子液作为催化剂提高亲核取代速率。通过研究甲矶甲苯的用量对收率的影响，得知对甲苯亚磺酸钠与甲飒甲苯的质量比为1：0.7时，反应收率即能达到89%o（3） 通过研究不同种类离子液对甲基化反应收率的影响，得出在2%离子液[EtPyJEtOSO.,催化下，4-甲基苯亚磺酸钠与氯甲烷的甲基化反应时间为3.5h,收率可达89%o（4） 通过无溶剂与水相甲基化反应的比较，可以得知无溶剂方案的优越性，不仅缩短了反应时间，更提高了甲矶甲苯的收率。同时由液相色谱图可知，无溶剂甲基化反应提供了一种纯化甲基化产物的新思路。本次实验由于时间仓促和本人水平有限，有些工作有待于以后进行：（1） 离子液作为催化剂加入，为其应用到工业化生产中提供了可能，但如何减少离子液体的损耗，降低成本的问题仍有待解决。（2） 对甲基苯亚磺酸钠的合成及其还原产率的确定在有机合成和催化方面，离子液是传统催化剂的最合适的替代品。因为他们能促进两相反应并利于催化剂的回收。离子液应用于甲网甲苯的无溶剂合成的实验结果表明，离子液作为相转移催化剂的在该反应中催化效果优异。因此，离子液催化有机合成的确值得深入研究。第六章参考文献何成红.对甲血基甲苯的生产工艺[P]・中国：200810162619.7.2009.5.20.郭胜.除草剂磺草酮的合成方法[J].农药,2001.40(7):20-21.⑶唐林生，冯柏成.无溶剂有机合成的促进方法及其前景[J]精细石油化工进展.2008.9(3)：19-35.张英锋，李长江，包富山等.藹子液体的分类、合成与应用[J].化学教冇,2005,(2):7-12.胡徳荣，张新位，赵景艺离子液体简介•首都师范大学学报(自然科学版)[J].2005,26(2):40-45.赵忠奎，袁冰，李宗石等.环境友好的离子液体及苴在付克反应中的应用[J].中国基础科学•科学前沿.2004.1:19-25.⑺孟黎.离子液体及苴在有机合成和生物催化中的应用[J].医药化工.(8):33-3&方东，施群荣，巩凯等.咪呼型室温离子液体的绿色合成研究[J].化学试剂.2007,29(1):4-6.PeiYC,WangJJ,XuanXP.etal.Factorsaffectingionicliquidsbasedremovalofanionicdyesfromwater!J].EnvironSciTechnol2007,41(14):5090-5095.VarmaRS.NamboodiriVV.AnExpeditiousSolvent2FreeRoutetoIonicLiquidsUsingMicrowaves[J].ChemConimun,2001,15(3):643-644.[1lJKhadilkarBM.RebeiroGL.Microwave2AssistedSyn2thesisofRoom2TenipcratureIonicLiquidPrecursorinClosedVessel[J].OrgProcessResDev,2002,6(6):826-828.范杰平，曹姑,孔涛.离子液体的合成、纯化及回收方法研究进展[J].南昌大学学报.2009.31(4):334-33&张青山,赵丹,赵君波等.一类新型酯类离子液体的合成卩].有机化学.2007,27(9):1167-1170.李肖华，李卫坤，宋旭东等.离子液体的合成及在分离中的应用[J].浙江化工,200&39(2):6-&ShenY,ZhangY.HanD、etal.Preparationofcolor-lessionicliquidsfc4onwater'fbrspectroscopy]J].Talan-ta,2009.78(3):805-808・阎立邮，朱淸时.离子液体及其在有机合成中应用.化学通报.2001,11:673-679HolbreyJD,SeddonKRJ.chcm.soc・DaltonTrans,1999,13:2133-2139Ranu,B.C.Banerjee,S.Jana,R.Tetrahedron2007,63,776.Lc,乙G.Zhong,T.Xie,Z.B.XuJ.P.Heterocycles2009,78.2013.AdamsJC,EarleMJ.SeddonKS.mun,1999,1043-1044SongCE.RohEJ.mun,2000:837-838CarmichaelAJ,EarleMJ,SeddonKRetal.Org.Lett.,1999,1:997-1000潘仕荣，易武.聚六亚甲基碳酸酯聚氨酯腺的体外老化试验[J]・髙分子材料科学与工程.2005,21(1):218-221.[24|高庆辉，侯诗东，韩己强.对甲飒基甲苯的制备方法[P]•中国.200910018412.7.2010.03.03附录液相色谱图对甲矶甲苯e>uo405308°u.O 3.06.09.012.0(Minutes]组分组分名保留时间峰高峰面积(min)(mV)(mV.sec)1 甲飒甲苯6.47333160.32160.32面积百分比(%)100文献综述离子液的应用和甲矶甲苯的合成1前言部分传统的化学反应和分离过程对环境造成的严重污染，绿色化学日趋受到人们的重视。而开发挥发性有机溶剂的代替物和无毒无害的高效催化剂，以减少环境污染，是绿色化学的重要内容之一。近年来，一种新型的髙效緑色溶齐一离子液体已成为绿色化学研究的热点之一⑴。室温离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的、在室温或室温附近温度下呈液体状态的盐类,以下简称离子液体（ILs）0它是从传统的髙温熔盐演变而来的，但与一般的离子化合物有着非常不同的性质和行为，最大的区别在于一般离子化合物只有在高温状态下才能变成液态，而离子液体在室温附近很大的温度范带I内均为液态，最低凝固点可在-96"。离子液体与目前广泛应用的有机溶剂相比，具有以下独特的优点：①蒸汽压低，不易挥发，通常无色无嗅：②具有较大的稳泄温度范帀（-100〜4（XTC）和较高的化学稳左性；③具有较大的结构可调性，因为离子液体的溶解性、液体状态范用等物理化学性质取决于阴、阳离子及其取代基的构成和配对，可根据需要设计离子液体体系，既可以形成两相，也可以形成多相体系，以适合用作分离溶剂；④具有介质和催化双重功能，对于许多无机和有机物质都表现出了良好的溶解能力，使许多化学反应得以在均相中完成，副反应减少，产率提髙；⑤离子液体作为电解质具有较大的电化学窗口、良好的导电性、热稳左性和极好的抗氧化性等⑶⑷。由于离子液体的这些特殊性质和表现，它被认为与超临界CO2和双水相一起构成三大绿色溶剂，具有广阔的应用前景。对甲矶甲苯为浅棕色粉状结晶，熔点86~88°C。不溶于水，溶于一般有机溶剂。它为新型广谱抗生素甲砚霉素、甲矶靈素甘氨酸醋盐酸盐的重要中间体。由于甲飒每素及衍生物甘氨酸醋盐酸盐毒性低、副作用小、疗效长、具有优异抗菌作用，抗菌活性较氯鑼素强6倍以上。在国外己广泛允许用于免疫抑制状态抗生素以及用作食品、饲料添加剂等，需求量逐年增长⑸。目前甲砚靈素采用对甲飒甲苯合成对甲矶苯丝氨酸为原料路线，该路线原料易得，操作简单，工艺路线短,设备利用率及收率均比英他方法高。此法在劳动保护及降低成本方而具有较高的生产价值。故80年代中期，国内甲砚卷素合成均采用对甲砚甲苯为原料法，产量越来越大。造成对甲砚甲苯国内生产量满足不了市场需求⑹。因此对英合成进行研究也具有重要的意义。本文主要针对离子液的应用与甲矶甲苯的合成做一些简单阐述。

2主体部分2.1 甲矶甲苯合成2.1.1碘甲烷或硫酸二甲酯作甲基化剂如图1，以廉价易得的对甲基苯亚磺酸钠为原料较为实用，但采用碘甲烷或硫酸二甲酯作烷基化剂的两种工艺，由于碘甲烷价格昂贵，硫酸二甲酯毒性强，对生产和生态环境的威胁严重，故需慎重考虑m叭ch3SO2ch3SO2Na-图1•碘甲烷或硫酸二甲酯作甲基化剂时甲砚甲苯的合成2.1.2氯乙酸作甲基化剂SO2CH3ch3SO2Na*如图2,氯乙酸代替硫酸二甲酯和碘甲烷作甲基化剂是成功的，对甲基苯甲砚的收率达SO2CH3ch3SO2Na*C1CH2COCH图2•氯乙酸作甲基化剂时甲隔甲苯的合成2.1.3甲基硫酸钠作甲基化试剂甲基硫酸钠为维生素Bi的下脚料，大大降低了生产成本，并经反复研究论证.取得了满意的结果。生产反应式如图3所示，产品总收率达到88%以上（文献值71%）,对甲枫甲苯含量超过98%⑹。图3•甲基硫酸钠作甲基化剂时甲飒甲苯的合成2.1.4 一氯甲烷作甲基化剂对甲基亚磺酸钠盐溶液进入甲基化反应釜后，开动搅拌，升温至60°C：接通貞•空系统，将釜内压力降低至-0.07Mpa后，关闭真空阀，开始通入一氯甲烷，釜内压力不断上升，当釜内压力升至0.2Mpa后，控制温度82°C-93°C,压力0.20Mpa-0.30Mpa之间条件下，继续通入一氯甲烷，甲基化时间在18-19小时之间，釜内的物料不再吸收气体为反应终点，完成下列图4所示反应M）：2.2 离子液体应用根据离子液体的特性，目前离子液体的应用研究领域主要为：化学反应、分离过程、电化学3方面。2.2.1化学反应中的应用下而是一些近几年报导的一些例子。5）环加成反应环加成反应包括Diels-Alder反应、1,3-二偶极环加成反应、CO?同环氧丙烷的环加成、自由基环化加成反应、苯乙烯衍生物同醍类的加成反应等。在室温离子液体中进行Diels-Alder反应有一些明显的优点：体系有足够低的蒸气压、可再循环、无爆炸性、热稳泄且易于操作〔川。第一个被研究的反应是在[EtNH川NO3]中环戊二烯与丙烯酸甲酯和甲基酮的反应（如图5）,反应生成内旋和外旋产物，且溶剂组成对内外旋比例有影响，与非极性有机溶剂相比，该反应表现出明显的髙内旋产物倾向和快的反应速率特征。图5•环戊二烯与丙烯酸甲酯的反应Seddon等〔⑵研究了在室温离子液体如1-丁基-3-甲基咪哇三氟甲基磺酸盐（[bn】im][OTf]）、[bmim][PF&].[bmim][BF4]和[bmim][lactatc]中进行的Diels-Alder反应,发现反应的速率及选择性与在LPDE中进行时的相类似。英高的反应速率及选择性也正好符合绿色化学过程的要求。同时替代了LPDE的使用，从而避免了高氯酸锂基废物，还避免了由于使用二乙基醸和髙压操作而带来的不烷基化反应是有机化合物分子中连在碳、氧和氮上的氢原子被烷基所取代的反应。传统反应条件下烷基化反应往往需要使用强碱性催化剂如NaH,NaOR,BuLi,t-BuOK,Et3N,KOH等，使用非质子极性溶剂如DMF,DMSO,HMAP,THF,CH3CN等，或者在相转移催化剂、微波辐射作用下进行，但是溶剂和催化剂的回收，产物和溶剂的分离非常困难，往往产生很多环境污染问题。Rami等冋使用碱性离子液体［bmIm］OH作为催化剂，研究了活泼亚甲基化合物与卤代烷的烷基化反应（如图6）。结果表明，使用［bmIm］OH作为烷基化反应催化剂，操作简便，反应时间短,产率高。图6•活泼亚甲基化合物与卤代烷的烷基化反应Le的课题组｛⑸研究了以卤代坯为烷基化试剂，（bmlmlOH为催化剂催化毗咯和呵際N-烷基化反应（如图7）。研究表明，［bmlmlOH能有效促进毗咯和耐卩朵N-烷基化反应，该方法且具有操作简便、反应条件温和、时间短（1〜2h）、产率髙（75%〜98%）等优点【⑹。图7•毗咯和眄I味N-烷基化反应6）选择氢化反应M芳香族化合物的氢化可通过几种方法进行改进，包括高压催化氢化、溶解金属还原和用TFA与盐的离子氢化。同样氢化反应也可在室温藹子液体中进行。K-Seddon117'等研究了室温三氯化铝离子液体中碳环芳香族化合物髙效立体选择性还原反应。当多芳环化合物如恿:在室温三氯化铝离子液体中溶解时，可形成顺磁性深色溶液。研究发现，在［cmim］C12AlCb（x=0.67）离子液体中碳环芳香族化合物可以质子化。而后发现，一电负性的金属元素与质子化芳香碳氢化合物相作用时可使之还原。以前的研究还发现在含有金属锂的［emim］C12AlC13（x=0.67）离子液体中有湿空气存在时恿可变成绿色，绿色消退后形成98%的9.10-二氢煩（如图8）〔小。图&葱在室温离子液体中的氢化反应7）氧化反应Song和Roh冏最近的研究结果证实了离子液体在选择性氧化反应上的应用也有其优势。他们在[bmim]PF6和ionicliquids)CH2Cl2混合溶剂中研究了2,2・二甲基苯并毗喃与手性Mn如复合催化剂的环氧化反应，发现当把离子液体加入到有机溶剂中时，催化剂的活性有明显提高。在离子液体存在下，2h后的转化率为86%；不加离子液体时6h后才能达到86%的转化率。而且使用离子液体溶剂可使催化剂容易循环使用而不需任何修饰，用水洗去有机相，用己烷提取产物，离子催化剂溶液就可恢复再利用。近来有研究表明，一些离子液体在强氧化性的发烟硫酸中稳定，因此进一步在离子液体中研究氧化反应将很有前景卩叭除此以外，离子液体还可用于过渡金属催化的C-C偶联反应、按基化反应和酯化反应、Heck反应、聚合反应、按基合成、氯节的亲核取代反应、环丙烷化反应、不饱和化合物的卤化和硝化、脱水反应、Beckmann重排、Baylis-Hillman反应、制备硅烷基醇庭和硅氢化反应、Witlig反应，离子液体也可用于电化学聚合反应中。最近Seddon'20'领导的研究小组在咪哇类离子液体(如[bmim|PF6)中研究了Cu(【)催化的甲基丙烯酸甲酯(MMA)的活性自由基聚合，将N-丙基2吐咙甲亚胺与CuBr按1:1的物质的量之比加入到[bmim]PF6中，室温下形成深棕色均相溶液，用2-澳异丁酸酯为引发剂，反应在70°C下90min后转化率为87%,聚合反应速度比在非极性溶剂中快。Cu(I)催化剂易溶于[bmim]PF6中，却与有机溶剂如甲苯不混溶，因此可用甲苯洗涤提取PMMA产品，催化剂留在离子液体层中可被重复使用0)(22】。2.2.2在分离过程中的应用分离提纯回收产物一直是合成化学的难题。用水提取分离只适用于亲水产物，蒸馅技术也不适宜用于挥发性差的产物，使用有机溶剂又会引起交叉污染。现在全世界每年的有机溶剂消耗达50亿美元，对环境及人体健康构成极大威胁。随着人们环境保护意识的提高，在全世界范围内对绿色化学的呼声越来越髙，传统的溶剂提取技术急待改进。因此设计安全的、环境友好的分离技术显得越来越重要。离子液体具有苴独特的理化性能，非常适合作为分离提纯的溶剂。尤英是在液-液提取分离上，离子液体能溶解某些有机化合物、无机化合物和有机金属化合物，而同大量的有机溶剂不混溶，其本身非常适合作为新的液-液提取的介质123】。而使用离子液体进行萃取研究还仅仅是开始。由于离子液体可以通过变化阴阳离子来进行分子设计从而适应不同的体系，这一点可以说是极为有利于分离过程的。同时由于离子液体的低挥发性、低溶解性，可以实现将经济因素和环境因素结合于一体而实现真正意义上的可持续发展。对于离子液体而言，它的萃取行为在很多方而和传统的萃取剂极为相似，在很多情况下萃取的分配行为也有随pH值摆动的现象，这对于萃取后的反萃是极为有利的0)。2.2.3在电化学中的应用离子液体是完全由离子组成的液态电解质。20年前Osteryoung等宙】就在离子液体中进行了电化学研究，后来的研究展现了离子液体宽阔的电化学电位窗、良好的离子导电性等电化学特性，使英在电池、电容器、晶体管、电沉积等方而具有广泛的应用前景。离子液体用作电解液的缺点是黏度太髙，但只要混入少量有机溶剂就可以大大降低其黏度，并提高苴离子电导率，再加上其高沸点、低蒸气压、宽阔的电化学稳泄电位窗等优点，使其非常适合用于光电化学太阳能电池的电解液〔2儿瑞七联邦技术研究所的Bonh研究用离子液体做太阳电池的电解质，因其蒸气压极低，黏度低，导电性高，有大的电化学窗口，在水和氧存在下有热稳泄性和化学稳泄性，耐强酸，研究了一系列正离子IR.Rsim]*与憎水的负离子形成的离子液体，熔点在-30°C至常温之间，特别适用于应排除水气且长期操作的电化学系统。离子液^[emim](CF3SO2)2N的电化学窗口＞4V,在空气中400°C下仍然稳定，适用于要求髙导电性，低蒸气压的光伏打电池〔2叭锂离子电池一直被认为是有吸引力的能源而被广泛应用，鉴于安全和稳定性的考虑，人们一直在寻求具有高的锂离子导电性的固体电解质材料。由于离子液体固有的离子导电性、不挥发、不燃，电化学窗口比电解质水溶液大许多，可以减轻自放电，作电池电解质不用像熔盐一样的高温，可用于制造新型髙性能电池。MacFarlane等㈣设计出新型离子液体为塑晶网络，再将锂离子掺杂其中，由于这种晶格旋转无序性且存在空位，锂离子可在其中快速移动，导电性好，使离子液体在二次电池上的应用很有前景。美国AirForceAcadc2my化学研究中心的Wilkes等画研制的DIME电池中使用的离子液体包含正离子为[emim]+、[epmimF，负离子为BF4、PF6、A1CU、CF3SO3等的离子液体。固体电解质不流动因而比液体电解质使用方便。而髙分子电解质使用则更方便，因其具有髙分子优越的机械性质，易于加工成各种形状。传统的高分子电解质有两类：一类是无机盐电解质分散在髙分子中，有的要加添加剂，以髙分子为固态溶液，如聚陋高分子电解质：另一类离子交换树脂则需含浸适当溶液。为得到高离子导电聚合物，可在髙分子中引入离子液体。这些高离子导电聚合物可在聚合物锂离子电池、太阳能电池、燃料电池、双电层电容器等方而得到应用129113013总结部分离子液体发展到现在，经历了萌芽时代、氯铝酸时代、耐水时代和功能化时代，随着离子液体更多官能团的引入，离子液体在有机催化反应中必定会越来以其可重复利用和环境友好的性能越来越受到人们的青眛。进一步改善其催化性能和降解性能，将推进离子液体的工业化。离子液体工业化的实现，有利于化学化工产品的淸洁生产，改善化学化工过程中所产生的环境污染状况，改善反应过程，提高反应效率，催动化学工业的发展⑶)。当前一方而离子液体的应用已经处于工业试验阶段，即将进入工业应用：另一方面也可以说对离子液体的研究才刚刚开始，因为离子液体种类很多，而且可以说每一个化学反应在离子液体中进行都有可能取得与传统化学不同的令人惊异的结果，巨大的化学新发现宝藏有待我们去开发卩2)。而甲矶甲苯为合成医药、染料、农药的重要中间体，在有机合成过程中也有很好的应用前景。4参考文献梁飞，张磊，方伟成等.离子液体的分类、合成及在氟化工艺中的应用[J].有机氟工业.2007.4:40-43.刘坤临杨会娥，李峰等.离子液体及其在氟化反应中的应用[J].浙江化工.2010,41(2):14⑶赵卫星，姜红波，张来新.离子液体在萃取分离中的研究应用[J].应用化工.2010.39(7):1079-1083[4]贾春晓，辛炳炜.离子液体在有机反应中的应用[J].山东化工.2005.34(2):28-31徐勤丰.甲砚靈素合成路线概述[J],中国医药工业杂志.1994,25(2):88-90胡新河.对甲砚甲苯的研制[J].浙江化I.1995,26(3):27-28JeanMarieDumont,PaulRumpf.Preparationofmixedaromatic-aliphaticsulfones[J].BullSocChemFrance.1962,1213-121&RichardWBrown.Aconvenientmethodforthepreparationof(alkylsulfonyl)benzoicacids|J].JOrgChem.1991,56(16):4974-4976.黄银华，贾建洪，金宁人.对竣基苯甲砚的合成研究[J].浙江工业大学学报.2002,30(1):62-67髙庆辉，侯诗东，韩己强.对甲矶基甲苯的制备方法:中国.CN200910018412[P]阎立峰，朱清时.离子液体及其在有机合成中应用.化学通报.2001,11:673-679HolbreyJD.ScddonKR.J.chcm.soc.DaltonTrans,1999,13:2133-2139应安国，叶伟东，刘i乐等.离子液体在有机合成中的应用研究进展[J].有机化学.200&28(12):2081-2094[14JRanu.B.C.Banerjee,S.Jana.R.Tetrahedron2007,63/776.Le.乙G.Zhong,T.Xie,Z.B.XuJ.P.Heterocycles2009,78.2013.冯淸华.离子液体在有机合成中的应用[J]・髙校理科研2008.12:98-99AdamsJC.EarleMJ.SeddonKS.mun.1999J043-1044SongCE.RohEJ.cheni.conimuik2000:837-838桑潇.离子液体的特点及在化学反应中的应用[J].科技信息.2010.27:439-517CarmichaelAJ,EarleMJ,SeddonKRetal.Org.L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种在室温及接近室温的情况下完全以离子状态存在的液体。由一个不对称的大体积阳离子和小体积阴离子组成，如图1所示，阳离子主要有咪卩坐型、毗唳型、季彼型等，阴离子主要有卤素、四氟硼酸根、六氟磷酸根等。理论上，离子液体可由不同的阴阳离子任意组合，数目庞大。它们的极性、疏水或亲水性、溶解度、熔点等物理化学性质不仅与阳离子和阳离子的取代基相关，而且也与阴离子的大小和极性有重要关系。因此可以通过阴阳离子的组合或基团修饰来调节上述性质⑴。PF6HSO4HX(X=CI.Br,l)PF6HSO4HX(X=CI.Br,l)图1.离子液体的主要阳离子和阴离子示意图同时由于现在人们的环境保护意识日益增强，传统的易挥发性有机溶剂给环境所造成的污染受到越来越多的关注，所以一直以来都在不断寻找无公害、对环境友好的绿色溶剂来代替传统有机溶剂。离子液体就是在这种情况下孕育而生的，它的出现可以说是一种变革，它拥有传统有机溶剂无法比拟的优点。同时最吸引人的特点是：无蒸汽压，不挥发，沸点高。因其独特的性质使其在有机合成、天然产物有效成分分离、电化学等方而有了更广阔的应用前景。近年来，离子液体的合成及应用已经成为一个研究热点，越来越多的研究组加入到这个行列中，因此快速掌握离子液体的合成方法成了一个迫切的需求⑵。1.2研究意义对甲矶甲苯为新型广谱抗生素甲砚監素、甲砚签素甘氨酸醋盐酸盐的重要中间体。由于甲砚霊素及衍生物甘氨酸醋盐酸盐毒性低、副作用小、疗效长、具有优异抗菌作用，抗菌活性较氯赛素强6倍以上。在国外己广泛允许用于免疫抑制状态抗生素以及用作食品、饲料添加剂等，需求量逐年增长⑶。目前甲砚需素采用对甲飒甲苯合成对甲枫苯丝氨酸为