【導讀】物工程以及能源等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的應(yīng)用最為廣泛的離子液體為烷基甲。因此設(shè)計開發(fā)新型的、具有特殊功能的離子液體材料來滿足不同的。需求并豐富離子液體基礎(chǔ)化學理論，具有重要意義。咪唑表面活性劑是一類新型的表面活性劑。對于1-烷基-3-甲基咪唑溴而言，當烷。而當它的烷基鏈較長時，則類似于傳統(tǒng)的陽離子表面。研究表明，與傳統(tǒng)的陽離子。產(chǎn)物經(jīng)分離純化后用紅外光譜測試技術(shù)進行表征，最后測試了合成產(chǎn)物的熔。點，以及表面活性。

　　

【正文】 設(shè)想若把離子液體和傳統(tǒng)的表面活性劑復配，那么復配體系勢必會兼具離子液體及傳統(tǒng)表面活性劑的雙重功效。然而，目前雖然對傳統(tǒng)表面活性劑復配系統(tǒng)的研究較多，但對 表面活 性離子液體 與其它表面活性劑的復配體系性質(zhì)的研究還鮮有報道。 基于此，本文以離子液體和表面活性劑混合體系的應(yīng)用研究為背景， 合成了具有表面活性的離子液體。 這些研究無論是對于理論發(fā)展或者實際應(yīng)用都將具有重要意義。 西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 引言 研究離子液體表面活性劑的制備及性能，一方面可以補充表面活性劑的種類，另一方面可以擴大離子液體的應(yīng)用途徑。 通過改變陰 /陽離子的不同組合可以獲得不同種類的離子液體，因而離子液體表面活性劑必然也具有豐富的種類?；瘜W家們發(fā)現(xiàn)離子液體表面活性劑在參與構(gòu)建分子有序組合體方面顯示了良 好的應(yīng)用前景，其必將在化學催化反應(yīng)、萃取分離和功能材料制備等多個領(lǐng)域發(fā)揮出重要作用。隨著對離子液體表面活性劑的深入研究，含有 1，3二烷基取代咪唑類離子液體表面活性劑是近期的研究熱點，因為通過改變烷基鏈的長短或在烷基鏈上添加官能團可以使之某些性質(zhì)發(fā)生根本性變化。鹵代 1烷基 3甲基咪唑類離子液體表面活性劑是眾多 1， 3二烷基取代咪唑類離子液體表面活性劑中較為常見的，而且制備方法相對來說較為簡單，可以用商品化的甲基咪唑與鹵代烴直接反應(yīng)制備相應(yīng)的鹵代 1烷基 3甲基咪唑，再通過陰離子交換得到含有不同陰離子的 離子液體表面活性劑；而陰離子交換這一步反應(yīng)可以不進行，因為得到的中間產(chǎn)物鹵代 1烷基 3甲基咪唑本身也是一種離子液體表面活性劑，完全具備離子液體與表面活性劑所具有的雙重特性。 本 節(jié) 利用 N甲基咪唑和溴代正烴烷經(jīng)過親核取代反應(yīng)一步合成了離子液體表面活性劑 —— 溴代 1烷基 3甲基咪唑 (C12mimBr)，并表征了其結(jié)構(gòu)和簡單測試出其物化性質(zhì)，以期為將來進一步研究由該系列離子液體表面活性劑參與構(gòu)建的分子有序組合體的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、作用機理等奠定初步基礎(chǔ)。 2. 2 實驗 試劑 表 實驗 試劑 Table Reagents 試劑名 級別 備注 N甲基咪唑 CP 成都市科龍化工試劑廠 1溴代十二烷 CP 成都市科龍化工試劑廠 溴化鉀 AR 成都市科龍化工試劑廠 乙酸乙酯 AR 成都市科龍化工試劑廠 一種表面活性離子液體的合成 15 實驗儀器 圓底燒瓶 ；鐵架臺； 恒溫水浴鍋， 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀； 磁力攪拌器 ；氮氣裝置（氮氣瓶）；真空干燥箱 ；分析天平 FA1004 (上海 精科天平 )； 差示掃描量熱儀 （ DSC） ； 紅外光譜儀 （ 北京 瑞利分析儀器） 。 2. 4 合成路線 N甲基咪唑與 1溴代十二烷發(fā)生如下反應(yīng)： + RBr R=C12H25 在 氮氣保護下，將 N甲基咪唑和溴代正烴烷按 a： b 的摩爾比投入圓底燒瓶中， T℃條件下加熱攪拌 X 小時以上。反應(yīng)所得到產(chǎn)品的提純方法為將粗產(chǎn)品用乙酸乙酯重結(jié)晶提純， 再用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 除 去乙酸乙酯， 真空干燥，得到白色粉末狀固體。 2. 5 反應(yīng)機理 探討 本實驗采用的是 原料互相發(fā)生親和取代從而制得目標產(chǎn)物。 親核取代反應(yīng)是指有機分子中與碳相連的某原子或基團被作為親核試劑的某原子或基團取代的反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，取代基團提供形成新鍵的一對電子，而被取代的基團則帶著舊鍵的一對電子離去。 親核取代反應(yīng)，或稱親核性取代反應(yīng)，通常發(fā)生在帶有正電或部份正電荷的碳上，碳原子被帶有負電或部份負電的親核試劑進攻而取代。常分為兩種反應(yīng)機構(gòu)： 單分子親核取代反應(yīng)（ SN1） 雙分子親核取代反應(yīng)（ SN2） 這類反應(yīng)是有機化學中非常重要的一類反應(yīng)，不論在理論研究中還是在有機合成實際中都是極其有用的一類反應(yīng)。 如果新化學鍵的形成在先，而舊化學鍵的斷裂在后，那就要求兩個分子先結(jié)合，即化學鍵的形成必然與兩種反應(yīng)物（濃度）都有關(guān)系，這類親核取代反應(yīng)為 SN2 反應(yīng) 。 所以認為 本實驗則是屬于 SN2 的范疇。（ 雙分子 親核取代反應(yīng) ） 西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 本次反應(yīng)機理 ： (中間過渡態(tài) ) 2. 6 合成條件研究 反應(yīng)最佳時間 在氮氣保護下，將 N甲基咪唑和溴代正烴烷按 1： 2 的摩爾比投入圓底燒瓶中，在 75℃ 條件下加熱攪拌 X 小時。反應(yīng)所得到產(chǎn)品的提純方法為將粗產(chǎn)品用乙酸乙酯重結(jié)晶提純， 再用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀出去乙酸乙酯， 真空干燥， 得到白色粉末狀固體。 這里取甲基咪唑 ， 1溴代十二烷 。 理論產(chǎn)量根據(jù)反應(yīng)方程式計算出來的，因為反應(yīng)時 1： 1 反應(yīng)，所以理論產(chǎn)量為。因此下列三點條件研究的理論產(chǎn)量同理可得。 表 反應(yīng)時間對產(chǎn)率的影響 Table Effect of reaction time on yield 反應(yīng)時間 理論產(chǎn)量 (g) 實際產(chǎn)量 (g) 產(chǎn)率 (%) 12 14 16 18 20 由表 ： 隨 時間的增加，產(chǎn)量不斷增大，當 16 小時后，產(chǎn)率增加速率變緩，故本實驗 最佳反應(yīng)時間 取 16 小時 或者 以上。 一種表面活性離子液體的合成 17 確定合成最佳溫度 在氮氣保護下，將 N甲基咪唑和溴代正烴烷按 1： 2 的摩爾比投入圓底燒瓶中，在 T℃ 條件下加熱攪拌 16 小時 。反應(yīng)所得到產(chǎn)品的提純方法為將粗產(chǎn)品用乙酸乙酯重結(jié)晶提純，再用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀出去乙酸乙酯，真空干燥，得到白色粉末狀固體。 這里取 N甲基咪唑 表 反應(yīng)溫度對產(chǎn)率的影響 Table Effect of reaction temperature on yield 最終溫度 (℃ ) 理論產(chǎn)量（ g） 實際產(chǎn)量（ g） 產(chǎn)率 (%) 70℃ 75℃ 80℃ 85℃ 90℃ 由表 可見 ： 起初 產(chǎn)率隨溫度的上升而上升，在 90℃之后反應(yīng)顏色開始加深，反應(yīng)物以及反應(yīng)產(chǎn)物 開始發(fā)生分解，產(chǎn)率下降。故反應(yīng)溫度不易超過 90℃，故本次反應(yīng)采取 85℃的溫度作為反應(yīng)最佳溫度。 確定最佳的 配料比 在氮氣保護下，將 N甲基咪唑和溴代正烴烷按 a： b 的摩爾比投入圓底燒瓶中，在 40℃條件下加熱攪拌 14 小時到 85℃ ，并在 85℃保溫 2 小時 。反應(yīng)所得到產(chǎn)品的提純方法為將粗產(chǎn)品用乙酸乙酯和乙腈重結(jié)晶提純，再用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀出去乙酸乙酯，真空干燥，得到白色粉末狀固體。 這里取 N甲基咪唑為 。 西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 表 原料配比對產(chǎn)率的影響 Table Effect of reaction mixture position on yield a： b 理論產(chǎn)量（ g） 實際產(chǎn)量（ g） 產(chǎn)率 (%) 1： 1 1： 1： 2 1： 1： 3 產(chǎn)物 表征（ IR） 紅外光譜的測定 于瑪瑙研缽中，將已在紅外燈下烘干的質(zhì)量比為 1： 200 的產(chǎn)品與溴化鉀混合物研細；取出 100 mg 左右的粉末均勻鋪灑于干凈的壓模內(nèi)，于壓片機上制成透明薄 片 ，并將此薄片裝于樣品架上；在紅外光譜儀進行背景掃描之后，將樣品架插 入試樣安放處開始測試，掃描波段范圍為 4000400 cm1，分辨率取 2 cm1。 表 C12mimBr 的紅外光譜數(shù)據(jù) Table Infrared spectroscopy data of the C12mimBr 吸收帶的波速（ cm1） 波帶的歸屬 3475 芳香仲胺的伸縮振動 3072 芳香 CH 伸縮振動 2918， 2852 脂肪族 CH 伸縮振動 1631 芳香仲胺的彎曲振動 1573， 1472 芳香骨架振動 1385 MeCH 變形振動 1176 芳香 CH 面內(nèi)變形振動 721 碳數(shù)大于 4 的長鏈亞甲基的骨架振動峰 一種表面活性離子液體的合成 19 產(chǎn)物物化性能測試 熔點的測定 評價離子液體特性的一個關(guān)鍵參數(shù)就是熔點。而 C12mimBr 在常溫下是白色固體。本小節(jié)采用差示掃描量熱法來測定 C12mimBr 熔點。 稱取少量 C12mimBr 固體平鋪于鋁制坩堝內(nèi)，使之與底部緊 密 接觸，密封好后將試樣盤放在 DSC 池內(nèi)的試樣座上，另取一空試樣盤作參照物。通入氮氣，待基線穩(wěn)定后，開始實驗。其中，氮氣流量 250 ml/min，溫度范圍為 0~120℃ ，升溫速率 5℃/min。 20 30 40 50 60 70 800 .00 .20 .40 .60 .81 .01 .21 .41 .61 .8DSC(mW/mg)t( ℃ ) 圖 DSC 法測定 C12mimBr 的樣品融化曲線 由熔化曲線可知 DSC 法測出 C12mimBr 的樣品熔點為 ℃ 。 表面張力的測定 測定方法： 于 25 ml 容量瓶中加入不同體積的 C12mimBr 溶液，定容到刻度并混勻。平衡后 直接在表 /界面張力儀上，采用吊片法測定其表面張力，儀器自動讀取數(shù)值。 圖 是目標產(chǎn)物 C12mimBr 的水溶液在 25℃下的表面張力與濃度的關(guān)系曲線，圖的 轉(zhuǎn)折點處得 臨界 膠束濃度 103mol/L，在 臨 界膠束濃度下的表面張力為西南石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 。表 列出了 一些常用表面活性劑 的 cmc 和 γ cmc 數(shù)據(jù) 。 目標物具有高表面活性的原因在于它的特殊分子結(jié)構(gòu) 。 C12mimBr 分子結(jié)構(gòu)具有兩親特性 。 因此，其碳氫鏈間更容易產(chǎn)生疏水締合相互作用。這使得目標物分子更容易聚集形成膠束；同時在氣液界面上鏈狀疏水基團采取比較豎直的排列，將更多的甲基 — CH3暴露在空氣一側(cè)，有效地降低表面張力。 0 5 10 15 20 25 303540455055606570??(mN.m1)c/ (m m o l. L1) 圖 目標產(chǎn)物的 臨界膠束濃 度與表面張力的關(guān)系 表 其它表面活性劑的 CMC 與 γ cmc Table The CMC and γcmc of some surfactants 表面活性劑 cmc/ γ cmc/ C12H25SO3N