毕业设计（论文）-酯基功能化离子液体的合成与表征.doc

酯基功能化离子液体的合成与表征目录摘要IAbstractII引言1第一章 绪论21.1离子液体的历史21.2离子液体的种类21.3离子液体的性质31.3.1熔点31.3.2密度31.3.3粘度31.3.4溶解性41.3.5热稳定性41.3.6导电性41.3.7电化学窗口51.4离子液体的应用51.4.1作为绿色溶剂的应用51.4.2在电化学中的应用51.4.3在纳米材料制备中的应用61.4.4在催化剂中的应用61.5离子液体的合成61.5.1直接合成法61.5.2两步合成法71.5.3辅助合成法71.6研究目的和内容7第二章 实验部分82.1 离子液体的制备82.1.1实验试剂82.1.2实验仪器82.1.3实验步骤8第三章 离子液体的表征113.1 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐113.1.1红外光谱113.1.3电导率123.1.4密度133.1.5粘度143.2 1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐153.2.1红外光谱153.2.2核磁共振16第四章 总结与展望17致谢18参考文献19酯基功能化离子液体的合成与表征摘要：功能化离子液体一直以来都是被关注研究的热点，由于它良好的物化性质以及阴阳离子的可设计性，被用于不同的领域。它可以随机搭配不同阴阳离子组合，也可随机搭配不同官能团：COOR、COOH、OH、NH、CN、CH3、SO3H、以及双键等控制离子液体的性质和功能，去得到带有某种特定功能的离子液体。然后通过研究它的性质与结构之间的相互关系而得到设计功能化离子液体的理论依据和支持。本次试验是直接将咪唑与氯乙酸乙酯混合，然后用磁力搅拌器加热搅拌，反应过后除杂，提纯，可得到产物1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐。将药品氯乙酸乙酯换成4-溴丁乙酸乙酯，实验步骤与其相同。利用红外光谱、核磁氢谱等手段对离子液体的结构进行证实，并对离子液体的黏度、密度及电导率等进行测试，最终完成离子液体的合成以及表征。关键词：离子液体；酯基；合成；表征Synthesis and Characterization of Ester-based Functionalized Ionic LiquidsAbstract: Functionalized ionic liquids has long been a focus of research attention, due to its good physical and chemical properties and can design conditions of ion of Yin and Yang, are used in different fields. It can be random different ion of Yin and Yang combination collocation, can also be tie-in and different functional groups randomly: - COOR, - COOH, - OH,- NH, - CN, -CH3, - SO3H and control the properties of ionic liquids and functions such as double bonds, to get a certain function of the ionic liquid. Then the theoretical basis and support of designing functional ionic liquids were developed by studying the relation between its properties and the structure. This test is directly mix imidazole and ethyl chloroacetate, then stir with a magnetic stirrer heating, removing impurity, after the reaction purification, product can be obtained 1 - ethyl acetate base - 3 - methyl imidazole chloride salt. Switch the ethyl acetate to 4-bromo-butyl ethyl acid, and the steps are the same. By infrared spectrum and nuclear magnetic hydrogen spectrum method to confirm the structure of the ionic liquid, and the viscosity, density and electrical conductivity of ionic liquids, such as testing, finishing, the synthesis and characterization of ionic liquids.Keywords: ionic liquid; ester group; synthesis; characterization20引言在社会高速发展的今天，工业化进程加速，环境污染日益加重，各方面治理均在进行，化学品污染治理效果不尽人意，然而绿色溶剂就受到了业内关注。其中离子液体由于它对环境友好，优良的物化学性质优良以及可设计性强，成为广泛研究对象。离子液体是由阴阳离子组合而成，作为一种熔融盐，它在室温下呈液态，既有有机化合物的性质又具备无机盐的性质，是一种良好的化学溶剂。离子液体具有难挥发、无味、易于产物分离、可多次循环反复使用等优点,关键是廉价无污染。很好地避免了使用传统有机溶剂所造成的一系列问题：污染环境、危害身体健康、安全得不到保障、并且设备收到腐蚀等。是公认的环境友好型绿色溶剂，符合当前所倡导的可持续发展清洁能源清洁技术的要求。目前，国外有学者因咪唑型离子液体良好的物化性质提取废水中的有毒重金属汞离子，并取得良好效果。国内也有学者基于酯基咪唑离子液体的物化性质，针对室内空气中存在不易降解的SVOCS，设计合成了五种酯基咪唑型离子液体，并对其进行了物化性质的研究。除外，不泛有学者基于对环境保护、环境治理方面的研究去设计并合成功能化离子液体。诸多文献表明，含酯基官能团的咪唑型离子液体作为有机溶剂、作为催化剂、以及对重金属的萃取都有很好的效果，但我国对于这方面的研究才刚起步，其研究空间依然很大，酯基咪唑型离子液体又是绿色化学研究的重要内容之一。鉴于此，本工作设计合成了两种酯基取代咪唑功能化离子液体，并对其结构进行了红外光谱、核磁共振质谱等表征，以及其粘度、密度、电导率进行了分析。第一章 绪论1.1离子液体的历史随着Walton在1914年的一篇报道，离子液体诞生拉开了帷幕1。当时Walton报道了一种物质，由乙胺和浓硝酸混合而成，它的熔点为12，所以极不稳定，易发生爆炸。这是最早的离子液体，却并没有赢得大家的关注。1951年，Hurler和Wier等2用N-乙基吡啶作为阳离子，氯化铝为阴离子，二者摩尔比为1:2合成了一种熔盐，室温下为液态，但其遇水会释放氯化氢气体，这对皮肤是有害的并在相对较狭窄的温度范围内离子化合物才呈现液态，这是第一个离子液体。70年代，Osteryoung和Wikes等3,4首次合成了温室下N-烷基吡啶的氯铝酸盐离子液体，奠定以后离子液体更广领域的运用。1979年Hussey等5合成了AlCl3与甲基吡啶合成的室温离子体,测定研究了该离子液体的性质。1982年Hussey等6通过研究氯铝酸盐离子同不同过渡金属配合物的电化性质以及光谱性质，把氯铝酸盐离子溶液作为非水极性溶剂应用，使得人们逐渐熟知了离子液体。到了1992年Wilkes等7又合成了氯化1-甲基-3-乙基咪唑，这种离子液体内存在了AlCl3，并且摩尔分数高达50%，熔点也达到了8。各种不俗的成果之后，离子液体得到了广泛的研究和应用，其研究领域也越发宽广。1.2离子液体的种类离子液体作为低温熔融盐种类很多，一种是二元离子液体。这种含有平衡的盐一般包括不同的离子系列，就像氯化1-甲基-3乙基咪唑盐和AlCl3()的混合物，它们的组成决定了它们熔点等性质8。另一种就是由阴阳离子组成的简单的盐。由于离子液体的可设计性，改变阴阳离子的组合就可得到不同的离子液体。它通常由无机或有机阴离子和有机阳离子构成，这是一个相对较大的体系，多样化也多元化。另外我们常见季铵盐类阳离子、烷基咪唑类阳离子、季膦盐类阳离子和吡咯盐离子等构成阳离子体系。而阴离子有卤素类、双三氟甲烷磺酰亚胺类、六氟磷酸盐类、羧酸盐类、四氟硼酸盐类等。另外还有一些金属类比如AlCl3、CuCl2等9。而离子液体的研究中，阴离子主要以无机酸离子以及卤素离子为主，阳离子主要以咪唑离子为主。1.3离子液体的性质1.3.1熔点一般来讲,熔点是评价离子液体的重要参数。而阴阳离子的结构和种类决定了室温离子液体熔点的大小。咪唑阳离子的对称性、大小、取代基以及电荷密度都会影响离子液体的熔点。当阴离子相同时,阳离子的对称性越低熔点越低。阴离子的对称性对离子液体的熔点也存在不小的影响。和阳离子一样，阴离子的对称性、大小也能决定离子液体的熔点。除此之外，电荷分布均匀，则相对的离子液体熔点低，并且分子间的作用力越弱离子液体的熔点越低，阴阳离子对称性越低熔点越低，阴阳离子尺寸越大和取代基越小，离子液体的熔点也越低10。由此表明离子液体的熔点和阴、阳离子的大小、电荷分布情况、几何结构、相互作用等息息相关。1.3.2密度密度对于离子液体的研究也是存在重要意义。阴阳离子的结构、大小、分子质量，烷基链的长度，以及温度，离子液体水含量的大小，都能决定或影响离子液体的密度。而咪唑类离子液体密度在291303 K之间的其密度在1.11.7 g/mL。取代咪唑环2号位上的H后，密度降低，也就是可以通过改变阳离子的结构去改变离子液体的密度。除外，离子液体密度和烷基链长度具有线性关系，烷基链的增长使得密度减小。阴阳离子也同样能够影响离子液体密度。在阳离子相同的情况下，阴离子分子质量与离子液体密度是成正比的，随着分子的增大密度也增大。阳离子越大，离子密度越小。还有外界因素的影响，比如温度越高，分子运动加强，运动范围增广，离子液体密度越小。此外，离子液体比较容易吸的水分子，这同样大大影响了离子液体密度。还有实验中的其他杂质，也对密度产生影响。所以在制备离子液体的前提下，一定要设计好严谨的合成路线，严格实行操作。致使得到较为纯净的产物，较为正确的数据11。1.3.3粘度离子液体的粘度往往比传统有机溶剂高，所以，为了提高应用过程中的传递性能，避免给应用过程带来负面影响，则必须将离子液体的粘度降低。而决定离子液体粘度的因素为阴阳离子间的结构对称性、范德华力、和氢键等12.有的烷基链的长度与离子间的范德华力成正比，也与粘度成正比。即烷基链越长范德华力越强，粘度越大。比如PF613。有的则刚好相反，与烷基链的长度呈线性关系的粘度随温度的上升而下降，如CnmimNTf2，温度在2550 之间较为明显，尤其是50 下的粘度只占25 时的30%左右。另外，由于氢键的作用，通常情况下含有酯基阳离子的离子液体会比不含酯基阳离子的离子液体粘度大。朱立业等14在探究含酯基离子液体对摩擦学性质时发现含酯基官能团的离子液体粘度较大,因为EamimBF4所含的酯基官能团在摩擦表面形成了化学吸附边界润滑膜,所以抗磨性比BmimBF4好。1.3.4溶解性离子液体的溶解性也是一个闪光点，它具备可设计性以及多样性，作为非质子熔盐性溶剂，离子环境较高，能够与有机液体、无机液体、气体、高分子材料和有机金属相互溶解，对于催化反应、有机合成、分离萃取，以及提纯起到重要作用。对于咪唑类离子液体来说,阳离子可以通过调节碳烷基链长度来改变离子液体的溶解性，阴离子决定了离子液体的水溶性。李雪辉等15发现，酯基的引入可改变离子液体的相溶性，吡啶类离子液体与乙酸乙酯的相溶性降低，阴离子不同则相溶性不同。1.3.5热稳定性与上边离子液体物化性质相同的是，离子液体的热稳定性也与阴阳离子的组成结构有关。此外，离子液体水的含量阳离子以及阴离子配位能力的强弱也能影响离子液体的热稳定性。阳离子对于离子液体热稳定性的影响倒不大，阴离子具有亲水性，其亲水性越强，伴随着离子液体的热稳定性越低。李红红16制备了八种酯基离子液体，并研究了其热稳定性，发现所制备的这些离子液体都具备良好的热稳定性，分别到200以上才出现失重现象。但酯基取代的咪唑型离子液体较之烷基离子液体热稳定性有所偏低。离子液体比绝大多数有机溶剂和水有更广的液态范围，能够为实验的操作温度提供更宽的范围，这也决定了它适用于更多的实验更广的领域。1.3.6导电性电导率能反应离子液体中阴阳离子的结合状态以及其分子间的相互作用状况，是重要的参数。室温下，离子液体通常导电系数为10-1 -1m-1数量级。决定离子液体导电性的主要有密度、分子量、粘度、实验温度、离子体积大小等因素。影响离子液体导电性的因素中，粘度最为明显，对于一些化合物，粘度大的离子液体导电性差，密度则与之相反，密度小的导电性差。当密度和粘度都对等的情况下，离子大小以及分子量决定了导电性，离子小的导电性好。还有就是阳离子结构越表现为平面化，其导电性能越好,如1-烷基-3-甲基咪唑，其导电性就大于四烷基铵盐。另外，酯基取代的咪唑型离子液体会随着咪唑环上取代基碳链的增长，电导率也将逐渐降低17。1.3.7电化学窗口通常离子液体比一般有机溶剂的电化学窗口宽。原则上，阴离子决定氧化电位高低，阳离子决定还原电位高低，它们之间的差值为电化学窗口。影响离子液体电化学窗口的除了阴阳离子本身外，还有水、卤素离子等杂质。水的含量也影响电化学窗口，这表现在极少量的水也改变阴、阳离子电位的高低，使窗口减小。而当离子液体需要卤素离子制备时，难免地，氯离子、溴离子等杂质存留下来，它们容易受到氧化，浓度高时的电化学窗口会变窄。另外一点，电极材料的不同，则它的电化学活性便存在差异，进一步影响电化学窗口18。杨培霞等19合成的溴化N-甲基-N-乙酸甲酯基吡啶电化学窗口为5.5 V，具备良好的电化学性质，可以很好地应用于金属电沉积和锂离子电池领域。1.4离子液体的应用离子液体的应用相当广泛，不同的领域不同应用价值。咪唑类离子液体以其独特的优势（催化性强、较大的极性、良好的可设计性、良好的导电性、粘度低、难挥发、密度大、液态温度范围广11），广泛应用于多种领域。1.4.1作为绿色溶剂的应用与多数有机溶剂相比离子液体的液态状温度的范围较宽，与水相比，溶解能力较强，不仅溶解有机物，而且能溶解无机物，二者效果均为良好。由于离子液体的可设计性，离子液体多种多样，有较多的选择性，可针对不同物质不同实验进行选用。亲疏水性的不同也可用于不同情况。1.4.2在电化学中的应用离子液体最初的存在是应用于电化学作为电解液。相较水而言，其导电性更强、电化学窗口宽，不与金属反应。离子液体在各个领域，如太阳能电池、光电池、锂电池、电容器、电镀、电解很好地代替了溶剂。例如离子液体用于蒸气压较低、但导电性较高的光伏打电池，是由于其400 下依然是稳定液态，且电化学窗口大于4 V。溴化N-甲基-N-乙酸甲酯基吡啶离子液体具备良好的电化学性质，可以很好地应用于金属电沉积和锂离子电池领域19。另外由于离子液体用于新型高性能电池是由于其高的导电性高、较强的热稳定性以及耐酸性。1.4.3在纳米材料制备中的应用离子液体低表面张力使大物体具有很好的稳定性以及使无机材料成核率变高从而得到较小粒子。另外，离子液体高稳定性使使反应在非压力容器中可以承受100 以上的温度。再一个，离子液体可以辅助极性反应物在几乎无水的条件下产生晶体。这些特质使离子液体同样适用于无机纳米材料。1.4.4在催化剂中的应用作为反应重要媒介催化剂，离子液体可替代污染环境、有毒、低效的传统催化剂。磺酸类离子液体因其环境友好、催化效率高、易分离产物而可用于催化棉籽油从而得到生物柴油。另外，王道皓20通过将含酯基的离子液体与氯化钯苯甲腈反应制得N-钯配合物，从而用作有机相Suzuki交联偶合反应的催化剂。何鸣元等21进行了1-甲基咪唑作为阳离子，BF4作为阴离子的离子液体在酯化反应中作为催化剂的化学反应。HmimBF4是在0下HBF4和N-甲基咪唑直接合成的，在这次实验中，该离子液体显示了它良好的催化功能以及可循环利用的优点。1.5离子液体的合成离子液体多种多样，合成方法也不胜繁多。大致分为三种：直接合成法和两步合成法以及较为现代化的其他辅助合成法。1.5.1直接合成法直接合成法，顾名思义，把反应物直接混合反应，生成产物。其中，根据反应机理，直接合成法又可分为两类，一种是亲核加成反应或者说季胺化反应，另一种是酸碱中和反应。本次实验采用的就是亲核加成反应，是指亲核试剂（咪唑）与酯基（氯乙酸乙酯和溴-丁酸乙酯）发生亲核反应，当然，亲核试剂也可与卤代烃发生亲核反应22。这种合成方法优点在于产生的副产物减少，纯度高且便于提纯并且操作简便。1.5.2两步合成法第一步，用亲核试剂与卤代烃发生季胺化反应，得到含卤素阳离子的盐。第二步，将上述盐进行复分解反应，置换出目标离子液体。这种方法适用于多数离子液体的制备，且收率较高。1.5.3辅助合成法以上两种是传统的离子液体合成方法，虽然应用较多，但还是存在部分缺点，比如合成时间长，且需要大量有机溶剂，对环境还存在一定污染。而超声波法、微波法、加热回流法、以及电化学法等新型的辅助方法有效地避免了这些缺点，并且大大提高了离子液体的产率。1.6研究目的和内容根据以上绪论，离子液体作为良好的绿色溶剂，对于各个领域都有其重要意义。这使得众多学者针对各种各样的离子液体进行研究探讨。但一般常见的烷基咪唑类离子液体生物毒性高，环境降解性差。经过不断地实验探索，发现根据离子液体的可设计性，改变其取代基，引入特殊官能团，可改变离子液体物化性质，使其具有专一性、功能性，并且环境友好。而含酯基的咪唑型离子液体对于有害气体的吸收、重金属的萃取以及作为催化剂的应用都有很好效果。然而这类离子液体的研究并不完善，其功能及应用有待开发，这需要对其物化性质深入彻底的研究。因此，本次实验选用较为常见的氯乙酸乙酯以及4-溴丁酸乙酯作为原料，采用直接合成法一步合成了两种离子液体1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯离子液体以及1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴离子液体，并采取红外光谱、核磁共振等表征手段对其进行结构的分析鉴定。之后，分别用密度-微量粘度联用仪和电导仪对其粘度、密度以及电导率等物化性质进行测量分析，并探讨总结。第二章 实验部分本章主要讲述了实验中合成离子液体所用到的试剂及其规格和生产厂家、仪器及其型号和生产厂家，还叙述了1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐和1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐的整个制备过程。2.1 离子液体的制备2.1.1实验试剂表2.1 实验试剂试剂名称规格备注氯乙酸乙酯分析纯阿拉丁（上海）有限公司4-溴丁酸分析纯玛雅试剂有限公司N-甲基咪唑分析纯玛雅试剂有限公司丙酮分析纯北京化学试剂公司乙醚分析纯北京化学试剂公司2.1.2实验仪器表2.2 实验仪器仪器名称型号备注分析天平MS204S瑞士Mettler Toledo公司旋转蒸发器RE-52C北京凯亚仪器有限公司循化水式多用真空泵SHZ-D(III)北京凯亚仪器有限公司真空干燥箱DZF-6020上海精宏实验设备有限公司集热式磁力加热搅拌器DF-I金坛市城东宏业实验仪器厂密度-微量粘度联用仪DMA 5000M奥地利安东帕有限公司密度-微量粘度联用仪Lovis 2000 ME奥地利安东帕有限公司核磁共振波谱仪av-400MHz瑞士Bruker公司傅里叶变换红外光谱仪iS10美国Nicolet公司电导仪DDS-307杭州雷磁仪器分析厂其中设备精度：分析天平： 0.0001 g；密度-微量粘度联用仪密度： 0.000001 g/cm3，温度： 0.001 ；密度-微量粘度联用仪粘度： 0.001 mPas；温度： 0.005 ；电导率仪： 0.01 mS/cm。2.1.3实验步骤（1）1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐取浓度为99%的N-甲基咪唑18.0555 g与99%的氯乙酸乙酯溶液32.3343 g放入100 mL圆底烧瓶内并将其放在磁力搅拌器上搅拌反应，设置温度70 反应15分钟溶液放热剧烈，并由最初的淡黄色变为棕色、褐色、直至墨绿色。之后反应归于平静继续油浴加热46 h，停止反应。将合成的溶液用乙醚清洗三次，放入旋转蒸发器内，设置压力为0.05 MPa，时间15 h。旋转蒸发完成后，放入真空干燥箱内，设置压力0.07 MPa，真空干燥时间12 h，最后取出溶液。称其质量38.7513 g，产率为77.68%。图2.1 1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐合成路线图2.2 1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐立体结构式（2）、1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐取浓度为99%的N-甲基咪唑13.3637 g与98%的4-溴-丁乙酸乙酯36.4610 g放入圆底烧瓶内，在集热式磁力加热搅拌器内油浴70持续加热反应48h，溶液由最初的淡黄色变为棕黄色。将其用丙酮清洗三次，放入旋转蒸发器内并设置压力0.05 MPa，旋转蒸发时间3 h，后置于压力为0.07 MPa真空干燥箱内12 h，取出称其质量48.0071g。产率为98.07%。合成路线为：图2.3 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐合成路线图2.4 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐立体结构式第三章 离子液体的表征本章节主要讲述了通过密度-微量粘度联用仪、核磁共振波谱仪、傅里叶变换红外光谱仪以及电导仪对1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐和1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐进行结构上的测定以及其粘度、密度、电导率等物化性质数据的测量，并对其结构和物化性质进行分析。3.1 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐3.1.1红外光谱图3.1 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐的红外光谱图由上图可知，2978.14 cm-1处的吸收峰对应与咪唑环上氮原子相连的甲基的吸收，1766.23 cm-1处有很强的吸收峰，对应碳氧双键的伸缩震动，1571.68 cm-1处的吸收峰对应咪唑环骨架振动吸收，1318.29 cm-1处的吸收峰对应CN键，而1170.28 cm-1的强吸收峰对应CC键的振动吸收，而3395.02 cm-1处的吸收峰表示存在另一种甲基，也就是碳链上的甲基。由此，我们可以得到该产物含有酯基取代咪唑的结构。3.1.2核磁共振溴代1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑1H NMR：（ppm）=9.83（s，1H），7.49（d，2H），4.21（s，1H），3.82（m，6H），2.14、1.97、1.87（t，5H），0.94(s，3H)。根据电子屏蔽作用和化学环境分析，化学位移7.49、4.21 ppm的峰表示咪唑环上4、5位上的两个氢，化学位移9.83 ppm的单峰表示咪唑环上2号位的活泼氢，化学位移3.82 ppm的多重峰代表碳链上相连三个碳原子上的6个氢，化学位移2.14、1.97、1.87 ppm的峰代表碳链上的乙基，化学位移为0.94 ppm的单峰为咪唑环上与氮原子相连的甲基上的三个氢。图3.2 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐的核磁共振质谱图根据上图的分析，得到氢的位置、数量、峰型都与离子液体的标准相一致。另外，因为图中未显示明显杂质峰，表示该物质纯度较高。3.1.3电导率测量前对仪器进行预热，约30分钟。数据见下表3.1：表3.1 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐电导率温度/K电导率/(ms/cm)2930.392980.643030.923081.433131.863182.483233.233284.153335.443386.943438.60根据以上数据，可将数据整理如下图：图3.3 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐电导率和温度关系图如图所示，电导率数据符合VFT公式（3.1）： （3.1）其中A（Scm-1）,B（K）和C（K）为经验常数，经数据拟合，可得到如下关系式（3.2）： （3.2）由图可知，温度的升高，使离子液体中的阴阳离子活动能力增强，摆脱氢键的束缚，导电性不断增强，电导率不断加大。3.1.4密度表3.2 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐密度温度/K密度/(g/cm3)328.151.319379323.151.323179318.151.327042313.151.330858308.151.334709由以上数据可根据公式：做出如下函数关系图：图3.4 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐密度和温度关系图由图可知，密度受温度影响较为明显，随着温度的增大密度逐渐降低，根据公式（3.3）： （3.3）其中A(gcm-3)，B(gcm-3K-1)及C(gcm-3K-2)为经验常数，经数据拟合可得关系式为（3.4）： （3.4）3.1.5粘度表3.3 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐粘度温度/K粘度/(mPas)328.15174.6323.15228.2318.15324.1313.15457.6根据313.15328.15 K内不同温度不同粘度点的数据，可列下图：图3.5 1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐粘度和温度关系图由图可知，由于阴阳离子间结构对称性和氢键以及范德华力力的影响，粘度随温度的减小而减小，并且变化较明显。我们可以根VFT公式（3.5）： （3.5）其中A（mPas），B（K）及 C（K）为经验常数，经数据拟合可以得到-T关系式（3.6）： （3.6）3.2 1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐3.2.1红外光谱图3.6 1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐的红外光谱图由上图可知，2981.75 cm-1处的吸收峰对应与咪唑环上氮原子相连的甲基的吸收，1741.32 cm-1处有很强的吸收峰，对应碳氧双键的伸缩震动，1624.74 cm-1处的吸收峰对应咪唑环振动吸收，1342.54 cm-1处的吸收峰对应CN键，而1219.22 cm-1的强吸收峰说明实验产物中存在羧酸酯结构，1170.25 cm-1处的吸收峰表示存在另一种CN键的吸收。所以该产物含有酯基取代咪唑的结构。3.2.2核磁共振图3.7 1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐的核磁共振质谱图1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐1H NMR：（ppm）=10.33（s，1H），7.72（s，1H），7.61（s，1H），5.51（s，2H），4.26、4.09(d，5H)。根据电子屏蔽作用和化学环境分析，化学位移10.33 ppm的单峰表示咪唑环2号位上的活泼氢，化学位移为7.72、7.61 ppm的峰表示咪唑环上4、5位上的两个氢，化学位移为5.51 ppm的峰表示碳链上与咪唑环上氮原子相连的碳上的两个氢，化学位移为4.26、4.09 ppm的双峰表示碳链上的乙基上的5个氢，化学位移为1.30 ppm的峰表示与咪唑环上氮原子相连的甲基上的三个氢。根据上图的分析，得到氢的位置、数量、峰型都与离子液体的标准相一致。另外，因为图中存在明显杂质峰，表示该物质纯度较低，实验有待改进。第四章 总结与展望本次试验中，1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐的反应是相对1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐较为剧烈的，且前者的粘度及密度是较大的，因此1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐只表征红外光谱以及核磁共振，而1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐还对其密度、粘度以及电导率进行了分析：（1）溴离子液体的密度：离子液体的密度受碳链长度以及溴离子的影响，当温度从308.15 K升到328.15 K，密度降低了0.01533 g/cm3，呈现出密度随温度的升高而降低的趋势，且变化均匀符合二次方程。（2）溴离子液体的粘度：离子液体受氢键之间作用力的影响，温度越高，离子液体内的分子越活跃，易挣脱氢键的束缚，则作用力越弱，粘度越小。溴离子液体的温度由328.15 K降到313.15 K，粘度升高了283 mPas，可见温度对离子液体粘度影响较大。（3）溴离子液体的电导率：测定了该离子液体从293.15 K到343.15 K之间不同温度下的电导率，分别测定两次，一次升温时的电导率，一次降温时的电导率，升温时电导率从0.467 ms/cm升到8.68 ms/cm，降温时则从8.52 ms/cm降到2.94 ms/cm，平均下来，温度改变了50 K电导率改变了8.21 ms/cm，其变化跨度还是挺大的，可以判断电导率随温度的升高而升高，随温度的降低而降低。另外，根据红外光谱以及核磁共振氢谱的显示，本次试验所合成的1-丁酸乙酯基-3-甲基咪唑溴盐的杂质峰都是较少的，纯度较高，且各项数据指标较为良好，实验较为成功。而1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑氯盐则因为氯离子的缘故反应放热且剧烈，所以实验开始未加瓶塞，由于实验条件限制，也没有在惰性气体保护下反应，使之在反应过程中吸收了空气中的杂质。红外光谱以及核磁共振氢谱也都反映了这点。总的来说，这次试验收获了很多。在初步了解了离子液体的同时意识到了自己实验思路不够严谨，经验欠缺，操作手法有待锻炼，各项能力有待提高。离子液体是一个较为宽广的领域，具有很高的使用价值与潜在价值，需要我们用专业的水平去研究探索。相信在不久的将来，离子液体会成为我们绿色生活中不可缺少的一部分，为我们的现代化绿色健康生活保驾护航。参考文献1 Jason P. Hallett, Walton T. Room-temperature ionic liquids: solvents for synthesis and catalysisJ. Chem. Rev, 2011, 111(5): 350835762 Hurley F H, Wier T P. Electrodeposition of metals form fused quaternary ammonium saltsJ. Journal of the Electrochemical Society, 1951, 98(5): 203-2063 Osteryoung R A, Chum H L, Koch V R, et al. Electrochemical scrutiny of organometallic iron complexes and hexamethylbenzene in a room temperature molten saltJ. Journal of the American Chemical Society, 1975, 97(11): 3264-32654 Wilkes J S, Levisky J A, Wilson R A, et al. Dialkylimidazolium chloroaluminate melts: a new class of room-temperature ionic liquids for electrochemistry spectroscopy and synthesisJ. Inorg. Chem, 1982, 21(3): 1263-12645 Huss