1-Βουτυλ-3-τετραφθοροβορικό μεθυλιμιδαζόλιο (BMIM BF4)(Σύνδεσμος:https://www.bloomtechz.com/synthetic-chemical/api-researching-only/1-βουτυλ-3-methylimidazolium-tetrafluoroborate.html) είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο ιοντικό υγρό. Στην καθημερινή ζωή, η πιο κοινή μέθοδος είναι: σε έναν ξηρό αντιδραστήρα, το 1-μεθυλιμιδαζόλη και το 1-χλωροβουτάνιο αναμειγνύονται σε μοριακή αναλογία 1:1,1 και το μείγμα αντίδρασης που προκύπτει είναι περίπου 60. Η αντίδραση ήταν αναδεύτηκε σε βαθμό για περίπου 108 ώρες. Το έτσι ληφθέν 1-βουτυλ-3-μεθυλιμιδαζόλιο πλύθηκε με οξικό αιθυλεστέρα. Χρησιμοποιώντας το παραπάνω μείγμα στο δεύτερο στάδιο, το 1-βουτυλ-3-μεθυλιμιδαζόλιο που ελήφθη στο προηγούμενο στάδιο υποβλήθηκε σε επεξεργασία με 65 ml HBF4 και μερικά ml νερού έτσι ώστε το ιόν BF4- αντικατέστησε το ιόν χλωρίου και το προκύπτον μίγμα αντίδρασης αναδεύτηκε όλη τη νύχτα και στη συνέχεια διαλύθηκε το αντιδρών σε διχλωρομεθάνιο, πλύθηκε το αντιδρών με νερό και τελικά εξατμίστηκε υπό κενό για να ληφθεί τετραφθοροβορικό 1-βουτυλ-3-μεθυλιμιδαζόλιο ως μόριο προϊόντος-στόχου.
Επιπλέον, υπάρχουν ορισμένες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται συχνά στα εργαστήρια, τις οποίες θα περιγράψω παρακάτω για αναφορά.
1. Σύνθεση πρωτοταγών αμινών:
Σε αυτή τη μέθοδο, το BMIM BF4 λαμβάνεται με αντίδραση 1-βουτυλαμίνης με 3-μεθυλιμιδαζόλη παρουσία υδροφθορικού οξέος (HF). Η εξίσωση της αντίδρασης είναι η εξής:
C6H11N2O.C2F6ΟΧΙ4S2συν Γ4H11N συν HF → C8H15BF4N2συν H2O
Ακολουθήστε τα παρακάτω βήματα για να αντιδράσετε:
1. Προσθέστε ξηρή 1-βουτυλαμίνη σε ξηρή φιάλη με στρογγυλό πάτο.
2. Ενώ ανακατεύετε, προσθέστε αργά 3-μεθυλιμιδαζόλη στάγδην στη 1-βουτυλαμίνη.
3. Διατηρήστε τη θερμοκρασία σε θερμοκρασία δωματίου για την αντίδραση και συνεχίστε να αναδεύετε το μείγμα της αντίδρασης.
Βήμα 3: Προσθήκη υδροφθορικού οξέος
Προσθέστε κατάλληλη ποσότητα υδροφθορικού οξέος (HF) στο μίγμα της αντίδρασης.
Βήμα 4: Συνεχίστε το ανακάτεμα και τη θέρμανση
Η ανάδευση συνεχίζεται και το σύστημα αντίδρασης θερμαίνεται σε κατάλληλη θερμοκρασία, τυπικά 60-80 βαθμούς . Το μίγμα της αντίδρασης διατηρείται θερμαινόμενο και αναδεύεται για μια χρονική περίοδο για να εξασφαλιστεί ότι η αντίδραση θα προχωρήσει πλήρως.
Βήμα 5: Τέλος αντίδρασης και ψύξη
Όταν η αντίδραση φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, η θέρμανση μπορεί να σταματήσει και το σύστημα αντίδρασης μπορεί να ψυχθεί σε θερμοκρασία δωματίου. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το BMIM BF4 σταδιακά θα κρυσταλλωθεί και θα καταβυθιστεί.
Βήμα 6: Κρυστάλλωση και συλλογή προϊόντων
Το ληφθέν προϊόν αντίδρασης κρυσταλλώνεται και ο κρύσταλλος μπορεί να διαχωριστεί από τον διαλύτη με διήθηση ή φυγοκέντρηση. Τέλος, οι λαμβανόμενοι κρύσταλλοι τετραφθοροβορικού 1-βουτυλ-3-μεθυλιμιδαζολίου (BMIM BF4) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για περαιτέρω καθαρισμό και εφαρμογή.
2. Σύνθεση με μέθοδο ανταλλαγής ιόντων:
Αυτή είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος για τη σύνθεση του BMIM BF4, η οποία χρησιμοποιεί άλλα ιοντικά υγρά που περιέχουν ανιόντα BF4 για την ανταλλαγή κατιόντων 1-βουτυλ-3-μεθυλιμιδαζολίου για την παρασκευή του BMIM BF4. Για παράδειγμα, το BnBu3N (τριβουτυλοβενζυλαμμώνιο) μπορεί να αντιδράσει με το KBF4 (φθοροβορικό κάλιο) για να δημιουργήσει BMIM BF4. Η εξίσωση της αντίδρασης είναι η εξής:
C19H34BrN συν BF4K → 2 C8H15BF4N2συν Γ19H34BrN
Βήμα 1: Προετοιμάστε το σύστημα αντίδρασης
Στο εργαστήριο, τα αντιδραστήρια και ο εξοπλισμός που χρειάζονται για τη σύνθεση πρέπει να προετοιμαστούν πρώτα. Ακολουθούν τα γενικά βήματα προετοιμασίας:
- Προετοιμάστε αντιδραστήρια όπως το BMIM X (όπου X μπορεί να είναι διαφορετικά ανιόντα όπως Cl, Br κ.λπ.) και τετραφθοροβορικό οξύ (HBF4).
- Προετοιμάστε μια στήλη με ρητίνη ανταλλαγής κατιόντων, πλήρως ρυθμισμένη και εξισορροπημένη.
Βήμα 2: Προεπεξεργασία της ρητίνης ανταλλαγής κατιόντων
Βάλτε την κατιονανταλλακτική ρητίνη στη στήλη, πλύνετε και εξισορροπήστε με τον κατάλληλο διαλύτη. Ο σκοπός αυτού του βήματος είναι να αφαιρεθούν οι ακαθαρσίες από τη ρητίνη και να διασφαλιστεί ότι η ρητίνη βρίσκεται σε βέλτιστη κατάσταση για ανταλλαγή ιόντων.
Βήμα 3: Αντίδραση ανταλλαγής ιόντων
1. Τοποθετήστε την προεπεξεργασμένη κατιονανταλλακτική ρητίνη σε γυάλινη στήλη και προσθέστε την κατάλληλη ποσότητα διαλύματος BMIM X.
2. Με τη βαρύτητα ή την πίεση, περάστε αργά το διάλυμα μέσα από τη στήλη για να έρθει σε πλήρη επαφή με τη ρητίνη ανταλλαγής κατιόντων.
3. Το HBF4 στη ρητίνη ανταλλαγής κατιόντων θα ανταλλάσσεται με το ανιόν στο BMIM X για να σχηματίσει το προϊόν στόχο BMIM BF4.
Βήμα 4: Συλλέξτε το προϊόν
Το προϊόν που ελήφθη με την αντίδραση ανταλλαγής ιόντων συλλέχθηκε. Το BMIM BF4 μπορεί να εκχυλιστεί και να καθαριστεί χρησιμοποιώντας κατάλληλους διαλύτες και μεθόδους, όπως πλύσιμο, ξέβγαλμα κ.λπ.
Βήμα 5: Ανάπτυξη κρυστάλλων (προαιρετικό)
Εάν είναι απαραίτητο να ληφθεί BMIM BF4 σε κρυσταλλική κατάσταση, η ανάπτυξη των κρυστάλλων μπορεί να προωθηθεί με εξάτμιση διαλύτη ή άλλες μεθόδους κρυστάλλωσης. Αυτό το βήμα βοηθά στην περαιτέρω αύξηση της καθαρότητας και της κρυσταλλικότητας του προϊόντος.
|
|
|
3. Μη υδατική ηλεκτροχημική σύνθεση:
Η μέθοδος είναι η απευθείας σύνθεση του BMIM BF4 από αντίστοιχες πρόδρομες ενώσεις σε ένα άνυδρο σύστημα μέσω ηλεκτροχημικής αναγωγής ή ηλεκτροχημικής οξείδωσης. Οι κοινώς χρησιμοποιούμενοι διαλύτες ηλεκτρολυτών περιλαμβάνουν το χλωριούχο αμμώνιο και τον τετραχλωράνθρακα. Η εξίσωση της αντίδρασης είναι η εξής:
C6H11N2O.C2F6ΟΧΙ4S2συν Γ4H11N συν BF3 → C8H15BF4N2συν H2O
Τα συγκεκριμένα βήματα είναι τα εξής:
Βήμα 1: Προετοιμάστε τον εργαστηριακό εξοπλισμό και τα αντιδραστήρια
- Προετοιμασία ηλεκτρολύτη, ηλεκτροδίων (άνοδος και καθόδου) και παροχή ρεύματος.
- Παρασκευάστε την κατάλληλη ποσότητα αντιδραστηρίων χλωριούχου 1-βουτυλ{-3-μεθυλιμιδαζολίου (BMIM Cl) και τετραφθοροβορικού οξέος (HBF4).
- Ετοιμάστε ένα κατάλληλο διάλυμα ηλεκτρολυτών, όπως ακετονιτρίλιο κ.λπ.
Βήμα 2: Παρασκευή διαλύματος ηλεκτρολύτη
Χρησιμοποιώντας προπιονιτρίλιο ως διαλύτη, προσθέστε μια κατάλληλη ποσότητα BMIM Cl σε κατάλληλο δοχείο και ανακατέψτε καλά για να παρασκευαστεί ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη.
Βήμα 3: Αντίδραση Ηλεκτρόλυσης
1. Εισαγάγετε την άνοδο και την κάθοδο στο ηλεκτρολυτικό στοιχείο, διασφαλίζοντας ότι υπάρχει κατάλληλη απόσταση μεταξύ τους.
2. Ρίξτε το διάλυμα ηλεκτρολύτη στο ηλεκτρολυτικό στοιχείο, βεβαιωθείτε ότι τα ηλεκτρόδια είναι πλήρως βυθισμένα στο διάλυμα.
3. Εφαρμόζεται κατάλληλο ρεύμα και τάση και πραγματοποιείται η ηλεκτρολυτική αντίδραση. Το οξυγόνο απελευθερώνεται στο θετικό ηλεκτρόδιο (άνοδος), ενώ αντιδράσεις αναγωγής συμβαίνουν στο αρνητικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος).
4. Ενώ εκτελείτε ηλεκτρόλυση, ρίξτε αργά μια κατάλληλη ποσότητα τετραφθοροβορικού οξέος (HBF4) στο ηλεκτρολυτικό στοιχείο.
Βήμα 4: Συλλέξτε το προϊόν
Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης ηλεκτρόλυσης, το BMIM Cl θα οξειδωθεί σε BMIM BF4 και θα καταβυθιστεί. Μετά την αντίδραση, το προκύπτον στερεό BMIM BF4 συλλέχθηκε.
Βήμα 5: Καθαρισμός και ξήρανση
Το προκύπτον BMIM BF4 καθαρίζεται και ξηραίνεται για να ληφθεί ένα προϊόν υψηλής καθαρότητας. Το BMIM BF4 μπορεί να εκχυλιστεί και να καθαριστεί χρησιμοποιώντας κατάλληλους διαλύτες και μεθόδους, όπως πλύσιμο, ξέβγαλμα κ.λπ.
4. Σύνθεση με μέθοδο εξουδετέρωσης οξέος-βάσης:
Σε αυτή τη μέθοδο, το BMIM BF4 λαμβάνεται με αντίδραση 3-μεθυλιμιδαζόλης και 1-βουτυλαμίνης υπό όξινες συνθήκες και στη συνέχεια εξουδετέρωσης με βασικά άλατα όπως το NaBF4. Η εξίσωση της αντίδρασης είναι η εξής:
C6H11N2O.C2F6ΟΧΙ4S2συν Γ4H11N συν HBF4 → C8H15BF4N2συν H2O
Το τετραφθοροβορικό 1-βουτυλ-3-μεθυλιμιδαζόλιο μπορεί να συντεθεί με αντίδραση εξουδετέρωσης οξέος-βάσης. Ακολουθεί μια βασική επισκόπηση:
Βήμα 1: Προετοιμάστε τον εργαστηριακό εξοπλισμό και τα αντιδραστήρια
- Προετοιμάστε την κατάλληλη ποσότητα αντιδραστηρίων 1-βουτυλ-3-μεθυλιμιδαζόλης και τετραφθοροβορικού οξέος.
- Προετοιμάστε κατάλληλη ποσότητα οργανικών διαλυτών, όπως ακετονιτρίλιο κ.λπ.
- Προετοιμάστε το κατάλληλο δοχείο αντίδρασης, μαγνητικό αναδευτήρα και εξοπλισμό ελέγχου θερμοκρασίας.
Βήμα 2: Επεξεργασία με διαλύτη
Προσθέστε έναν οργανικό διαλύτη όπως ακετονιτρίλιο στο δοχείο αντίδρασης και εκτελέστε ξήρανση ή άλλη επεξεργασία όπως απαιτείται.
Βήμα 3: Αντίδραση εξουδετέρωσης οξέος-βάσης
1. Προσθέστε αργά 1-Βουτυλ-3-μεθυλιμιδαζόλη στάγδην στο διαλύτη ενώ ανακατεύετε για να διευκολυνθεί η ανάμειξη.
2. Προσθέστε σταδιακά τετραφθοροβορικό οξύ στο σύστημα αντίδρασης και συνεχίστε την ανάδευση.
3. Ρυθμίστε τη θερμοκρασία και το χρόνο της αντίδρασης. Μερικές φορές είναι απαραίτητο να ελέγξετε μια χαμηλότερη θερμοκρασία ή να εκτελέσετε αργή στάγδην προσθήκη για μια συγκεκριμένη αντίδραση.
4. Αφού πραγματοποιηθεί η αντίδραση για ένα χρονικό διάστημα, θα σχηματιστεί το προϊόν.
Βήμα 4: Κρυστάλλωση και απομόνωση
Η κρυστάλλωση του προϊόντος μπορεί να προκληθεί με έλεγχο της θερμοκρασίας ή με προσθήκη άλλων διαλυτών όπως απαιτείται. Αφού ολοκληρωθεί η κρυστάλλωση, το προϊόν διαχωρίζεται από το διάλυμα χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως η διήθηση ή η φυγοκέντρηση.
Βήμα 5: Ξήρανση και καθαρισμός
Το προϊόν στεγνώνει για να αφαιρεθεί ο υπολειμματικός διαλύτης ή η υγρασία. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατάλληλος εξοπλισμός ή μέθοδοι ξήρανσης, όπως ξήρανση υπό κενό ή ξήρανση υπό αδρανή ατμόσφαιρα. Περαιτέρω επεξεργασίες καθαρισμού όπως ανακρυστάλλωση ή χρωματογραφία στήλης μπορούν να πραγματοποιηθούν εάν είναι επιθυμητό.
Πρέπει να σημειωθεί ότι η συγκεκριμένη μέθοδος σύνθεσης BMIM BF4 εξαρτάται από τις πραγματικές ανάγκες και τα αρχικά υλικά που χρησιμοποιούνται. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύνθεσης, θα πρέπει να τηρούνται αυστηρά οι κανονισμοί ασφαλείας των χημικών εργασιών και η κατάλληλη βελτιστοποίηση της διαδικασίας και ο έλεγχος των συνθηκών αντίδρασης θα πρέπει να πραγματοποιούνται σύμφωνα με την πραγματική κατάσταση.