中国石油大学胜利学院本科毕业设计(论文)
第二章 实验部分
2.1 氯化1-丁基-3-甲基咪唑（[BmIm]Cl）的制备
2.1.1 实验仪器与药品 仪器：
集热式恒温磁力搅拌器 DF-101S 巩义市英峪仪器厂 电子天平 FA2004N 上海精密科学仪器有限公司 电子天平 YP402N 上海菁海仪器有限公司 微波催化合成萃取仪 XH-100A 北京祥鹄科技发展有限公司 100mL三口烧瓶、空气冷凝管、干燥管、球形冷凝管、烧杯、锥形瓶等 药品：
N-甲基咪唑 工业品 约翰逊·麦特西公司 氯代正丁烷 AR. 天津市光复精细化工研究所 氯化钙（无水） AR. 天津市博迪化工有限公司 2.1.2 实验原理
氯化1-丁基-3-甲基咪唑的合成反应方程式如下：
NNCH3n-C4H9ClNNCH3C4H9-nCl
N-甲基咪唑与氯代正丁烷反应时，由于N-甲基咪唑环上的三级氮原子有一对孤对电子，所以其本身就是亲核试剂。在反应时，氯代正丁烷受到N-甲基咪唑的进攻，生成离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑。需要注意的是在不同的反应温度、反应物物质的量之比、反应时间下，目标产物[BmIm]Cl的产率也不同，这些最佳反应条件都需要在实验中一步一步的探索。
2.1.3 实验步骤
（1）微波辅助下合成中间体[BmIm]Cl
用电子天平称取一定量的N-甲基咪唑和氯代正丁烷，加入100mL三口烧瓶中，放
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入转子，安装至微波仪中；左侧插入温度传感器，右侧插入玻璃塞，上口连接冷凝管（冷凝管上端加干燥管）；设置好功率、温度、反应时间，开始实验并记录下温度变化。反应结束观察产物底部为油状物与上层液体分层，摇晃后为白色，静置后为淡黄色，底部淡黄色油状物即为目标产物氯化1-丁基-3-甲基咪唑。冷却后放入磨口锥形瓶中，用玻璃塞塞好，然后进行产率测定。
（2）常规法合成中间体[BmIm]Cl
用电子天平称取一定量的N-甲基咪唑和氯代正丁烷，移入三口烧瓶中，加入转子，将三口烧瓶置于DF-101s集热式恒温加热磁力搅拌器中；三口烧瓶左侧与上口插入玻璃塞，右侧连接回流冷凝管；打开冷凝水进行循环冷凝，调节转子转速，使反应液能形成微小漩涡为最佳，设置好加热温度；反应结束后观察产物没有明显分层，呈淡黄色，取出三口烧瓶进行冷却，将得到的产物放入磨口锥形瓶中并用玻璃塞塞好，然后进行产率测定。
2.2 氢氧根型碱性离子液体的制备（离子交换法）
2.2.1 实验仪器与药品 仪器：
集热式恒温磁力搅拌器 DF-101S 巩义市英峪仪器厂 电子天平 FA2004N 上海精密科学仪器有限公司 电热恒温鼓风干燥箱 DJH-100L-M 上海简户仪器设备有限公司 循环水式多用真空泵 SHB-III 郑州长城科工贸有限公司 pH试纸 中国江苏镇江市化剂厂 药品：
氯化1-丁基-3-甲基咪唑 自制
氢氧化钠（片状） AR. 天津市巴斯夫化工有限公司 甲醇 AR. 山东省化工研究院 乙醇（无水乙醇） AR. 西陇化工股份有限公司 正丁醇 AR. 天津市光复科技发展有限公司 氯化钙（无水） AR. 天津市博迪化工有限公司 氯化钠 AR. 国药集团化学试剂有限公司 硝酸银（粉末） AR. 天津市赢达稀贵精细化工研究所
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2.2.2 实验原理
本实验中，用[BmIm]Cl分别在无水乙醇、正丁醇做溶剂条件下与NaOH在常规恒温水浴条件下进行离子交换合成氢氧根型碱性离子液体[BmIm]OH，反应式如下：
NNCH3C4H9-nNC4H9-nOHCl+NaOHNCH3+NaCl
该反应为置换反应，即碱性较强的NaOH置换出碱性较弱的氢氧根型碱性离子液体[BmIm]OH。该反应对温度的要求较高，温度较高时会使产物变黑，温度较低又会使产率降低，需要探索出最佳反应温度。由于反应产物之一NaCl在醇中的溶解度很小，故NaCl会以沉淀的方式析出，又NaCl在C1~C4醇的溶解度不同，溶解度越低越有利于NaCl从反应体系中析出，从而使该可逆反应向生成目标产物[BmIm]OH的方向进行，需要在实验中探索出溶剂的最佳选择。另外反应物的物质的量比、反应时间的长短都会对最终产物的产率造成影响，这些均需在实验中探索。此外目标产物[BmIm]OH具有较强的吸水性，所以反应过程中应注意空气中的水对产物的影响，需要在冷凝管上端加安装加有CaCl2的干燥管。 2.2.3 实验步骤
用电子天平称量一定量的中间体产物[BmIm]Cl、NaOH（粉末），用适量的醇（甲醇、乙醇、正丁醇）溶解后加入到100mL三口烧瓶中，最后把磁力转子放入三口烧瓶中，此时溶液呈现淡黄色。三口烧瓶的一个侧口与带有干燥管的空气冷凝管连接，其余两侧口装入磨口玻璃塞。打开冷凝水进行循环冷凝，调节转子为合适的旋转速度，设定好温度。在集热式恒温水浴下进行反应合成氢氧根型碱性离子液体，加热过程中，反应液颜色逐渐变深，最后出现分层，上层呈现出酒红色，下层为白色沉淀。反应结束后将产物冷却、抽滤，得到的上层母液精确测出体积V，滤出的白色沉淀NaCl放入烘箱中烘干并称量出其质量m。
2.3 AgNO3溶液的配制及标定
用分析天平称取NaCl 1.1498g（此NaCl已在烘箱中进行200℃烘干7h的处理），将称量好的NaCl放入烧杯中，加新鲜的蒸馏水溶解；用玻璃棒移入250mL的容量瓶中，用蒸馏水洗涤烧杯2~3次并移入容量瓶中，定容至250mL，充分摇匀后静置。
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粗称一定量的AgNO3（约4.2g）粉末，将其用新鲜蒸馏水溶解于烧杯中，定容到500mL的容量瓶中，备用。
精确移取10mL NaCl于锥形瓶中，滴入2~3滴5% K2CrO4指示剂后呈现淡黄色，用待标定的AgNO3 溶液滴定至呈现砖红色，保持半分钟不褪色即为终点。平行测定三组并做空白实验。
AgNO3标准溶液的浓度按下式计算： cAgN3O?0.6838?mV?Vo 2-1
式中：cAgNO3——AgNO3标准溶液的物质的量浓度，mol/L； V——滴定氯化钠消耗的AgNO3标准溶液的体积，mL；
Vo——空白实验消耗的AgNO3标准溶液的体积，mL；
0.6838—— 与1.00mLAgNO3标准溶液相当的以克表示的当量NaCl的质
量，g；
m ——NaCl的质量，g
2.4 中间体[BmIm]Cl产率的测定
2.4.1 实验仪器与药品 仪器：
电子天平 FA2004N 上海精密科学仪器有限公司 酸式滴定管、锥形瓶、移液管、玻璃棒、胶头滴管、50mL棕色容量瓶、 250mL容量瓶； 药品：
氯化1-丁基-3-甲基咪唑（自制）、硝酸银标准溶液（自制）、铬酸钾指示剂（5%） 2.4.2 实验原理
本实验中，用已标定的AgNO3滴定制备的中间体产物中的氯离子，因为[BmIm]Cl为离子液体在水溶液中会电离出氯离子，与银离子结合生成AgCl沉淀，而C4H9Cl则不会发生此反应。 2.4.3 实验步骤
用电子天平称量0.6178g中间体产物，定容于50mL棕色容量瓶中，精确移取10mL于锥形瓶中，加入2~3滴K2CrO4后呈现淡黄色，用已标定的AgNO3滴定至呈现砖红
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色，保持半分钟不褪色即为终点，平行测三组，同时做空白实验。
[BmIm]Cl浓度按下式计算：
c[BmImCl]?cAgNO3?(V?Vo)10 2-2
式中：cAgNO3——已标定的AgNO3溶液的浓度，mol/L； V——滴定[BmIm]Cl消耗的AgNO3标准溶液的体积，mL； Vo——空白实验消耗的AgNO3标准溶液的体积，mL； [BmIm]Cl纯度按下式计算： 产率=?100% 2-3
200?mmc?M式中：c——三组[BmIm]Cl浓度的平均值，mol/L； M——[BmIm]Cl的相对分子质量，g/mol； m——称取中间体产物的质量，g
2.5 目标产物[BmIm]OH产率的测定
2.5.1 实验仪器与药品 仪器：
电子天平 FA2004N 上海精密科学仪器有限公司
酸式滴定管、锥形瓶、移液管、吸量管、玻璃棒、胶头滴管、50mL棕色容量瓶； 药品：
标准硝酸银溶液、铬酸钾指示剂（5%） 2.5.2 实验原理
本实验是利用测定反应时产生的NaCl质量，从而间接地知道[BmIm]OH的量，进
而计算出[BmIm]OH的产率，因为反应产生的NaCl的量和目标产物的量是相等的。应注意的是抽滤反应产生的沉淀NaCl时，操作应规范，以减小实验误差。
2.5.3 实验步骤
将抽滤得到得沉淀物NaCl烘干并粗称，将其用蒸馏水溶于烧杯中，用玻璃棒移入250mL的容量瓶中，用蒸馏水洗涤烧杯2~3次并移入容量瓶中，定容至250mL，充分摇匀后静置；精确移取1mL NaCl于锥形瓶中并加入25mL蒸馏水进行稀释，滴加2滴
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