中国石油大学胜利学院本科毕业设计(论文) 表3.3 不同反应时间下的[BmIm]Cl产率
反应编号
1 2 3 4
反应时间/h
8 9 10 11
产率/% 87.62 90.58 89.18 86.73
91 90 89 [BmIm]Cl产率/% 88 87 86 7 8 9 10 反应时间/h 图3-3 反应时间与[BmIm]Cl产率的关系 11 12 13
由表3.3可以看出：在其他条件不变的情况下，反应时间为8h时[BmIm]Cl产率为87.62%；当反应时间增加为9h时，[BmIm]Cl产率为90.58%，增长比较明显；而反应为10h时，[BmIm]Cl产率下降为89.18%；反应11h时下降到86.73%比10h下降了2.45%，下降幅度比较明显；这种变化趋势在图3-3中直观的反映出来。这主要是因为开始从8h到9h时，反应还没进行完全，随着时间的增长反应越完全，所以[BmIm]Cl产率呈现增长的趋势；9h左右反应达到了化学平衡点，[BmIm]Cl产率不在升高，时间继续升高时，平衡有利于逆向进行，从而使[BmIm]Cl产率下降。因此反应时间控制在9h为最佳时间条件。
3.1.4 微波加热与常规方法的比较
微波加热条件：温度为90℃，反应物比例为1∶1.2，反应时间分别为0.5h、1h、1.5h、2h，功率为600W。
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恒温磁力搅拌器的加热条件：温度为90℃，反应物比例为1∶1.2，反应时间分别为 8h、9h、10h、11h。
N-甲基咪唑与氯代正丁烷在微波和常规条件下分别反应的产率，如表3.4和图3-4及3-5：
表3.4 微波与常规两种反应方式在各自反应时间下的[BmIm]Cl产率 编号 1 2 3 4 95 [BmIm]OH产率/% 85 80 75 70 65 0.5 1 反应时间/h 图3-4 微波法在其反应时间下的[BmIm]Cl产率 1.5 2 90 微波反应时间/h
0.5 1 1.5 2
微波法产率/%
71.23 80.73 85.52 87.02
常规反应时间/h
8 9 10 11
常规法产率/%
87.62 90.58 89.18 86.73
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95 [BmIm]OH产率/% 90 85 80 75 70 65 8 9 反应时间/h 10 11 图3-5 常规法在其反应时间下的[BmIm]Cl产率 由表3.4可以看出：在其他条件不变的情况下，微波和常规两种反应方式在各自的反应时间下[BmIm]Cl产率的比较。首先与常规法比较，微波法合成离子液体使反应过程更加简单高效，可以弥补常规法耗时较长的缺点，但是微波法制备的[BmIm]Cl离子液体的产率较常规法的低，而且使用微波设置时间超过1h，使用它的意义就不大。并且合成[BmIm]Cl离子液体要使氯代正丁烷充分的冷凝回流，常规法制备时冷凝回流的充分产率高。考虑到微波法制备[BmIm]Cl离子液体的技术不够成熟，[BmIm]Cl产率较常规法偏低。因此得出最佳反应方法是常规法N-甲基咪唑和氯代正丁烷摩尔比1∶1.2，设置反应温度为90℃，反应时间为9h。
3.2 [BmIm]Cl与NaOH反应制取[BmIm]OH
3.2.1 反应物比例对[BmIm]OH产率的影响（无水乙醇作溶剂）
将 [BmIm]Cl（0.0500 mol）分别与NaOH（0.0525 mol、0.0550mol、0.0575mol、0.0600mol）加入到100ml三口烧瓶中，用无水乙醇作溶剂，采用集热式磁力搅拌器进行反应，固定反应温度为60℃，反应时间为9h，考察反应物比例对[BmIm]OH产率的影响。
[BmIm]Cl与NaOH在不同反应物比例下的[BmIm]OH产率及反应物比例与[BmIm]OH产率的关系，如表3.5和图3-6：
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中国石油大学胜利学院本科毕业设计(论文) 表3.5 不同反应物比例下[BmIm]OH的产率
反应编号
1 2 3 4
n（NaOH）/n（[BmIm]Cl）
1.05 1.10 1.15 1.20
产率/% 61.27 74.68 74.72 76.23
80 75 70 65 60 55 [BmIm]OH产率/% 1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 n（NaOH）/n（[BmIm]Cl） 图3-6 反应物比例与[BmIm]OH产率的关系
由表3.5可以看出，在相同反应条件下，反应物摩尔比为1.05时，产率为61.27%；反应物摩尔比为1.1时，产率为74.68%，与摩尔比为1.05相比，产率增加了13.41%，增加幅度很大；反应物摩尔比为1.15时，产率为74.72%，仅仅比摩尔比为1.1时，产率增加了0.04%，产率基本没有变化；当反应物摩尔比为1.2时，产率为76.23%，比摩尔比为1.1时的产率仅增加了1.55%；这种随着反应物摩尔比增加而产率增大的趋势从图3-6中明显表现出来。这主要是因为[BmIm]Cl不可能完全和NaOH发生反应，摩尔比在1.1以下时，随着NaOH的量增加，参加反应的[BmIm]Cl的量在不断增加，随之[BmIm]OH的产率也在不断增加；当摩尔比在1.1以上时，由于[BmIm]Cl的量一定，即使再增加NaOH的量，[BmIm]OH的产率基本上变化不大。由此可以得出，无水乙醇做溶剂，常规法合成[BmIm]OH,反应物NaOH与[BmIm]Cl的最佳摩尔比为1.1。 3.2.2 反应温度对[BmIm]OH产率的影响（无水乙醇作溶剂）
将0.050mol [BmIm]Cl与0.055 mol NaOH（1∶1.1）加入到100ml三口烧瓶中，用
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无水乙醇作溶剂，采用集热式磁力搅拌器进反应，反应时间为9h，进行一系列平行实验，改变反应温度（60℃、65℃、70℃ 、75℃），考察反应温度对[BmIm]OH产率的影响。
[BmIm]Cl与NaOH在不同反应温度下的[BmIm]OH产率及反应温度与[BmIm]OH产率的关系，如表3.6和图3-7：
表3.6 不同反应温度下的[BmIm]OH产率
反应编号
1 2 3 4
反应温度/℃
60 65 70 75
产率/% 74.68 80.72 72.25 61.79
85 80 [BmIm]OH产 率 /% 75 70 65 60 55 55 60 65 70 反应温度 / ℃ 75 80 图3-7 反应温度与[BmIm]OH产率的关系 由表3.6可以看出：在其他条件不变的情况下，选无水乙醇作溶剂。当反应温度由60℃升高至65℃，[BmIm]OH产率逐渐升高。根据阿伦尼乌斯公式lnk=lnA-(E/RT)，其他条件不变，温度升高，反应速率常数k增大，即反应速率加快，此过程为化学反应动力学控制；当反应温度由65℃升高至75℃，[BmIm]OH产率逐渐减小。原因在于此反应为放热反应，温度升高时化学平衡向着吸热方向移动，导致[BmIm]OH产率下降，此过程为热力学控制。因此以无水乙醇作溶剂时，65℃为适宜的反应温度。
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