论文部分内容阅读
针对目前离子液体酸性较弱，酸催化反应存在局限性的问题，以烷基化反应为基点，在理论研究的基础上提出了离子液体酸性增强方案，结合实验总结出磺酸型功能化离子液体酸性增强的一般性规律。该研究方案操作简单，改性过程中不使用任何挥发性溶剂，从根本上解决了现有液体酸催化过程中存在的严重环境污染问题，得到温和条件下的绿化催化工艺，以及较优的催化效果。以磺酸功能化离子液体N-(4-磺酸丁基)吡啶硫酸氢盐[C4SO3HPy]HSO4为研究对象，对其结构、酸量、酸强度及热稳定性进行了表征。采用密度泛函理论，对两性化合物[C4SO3Py]±、阳离子[C4SO3HPy]+、离子液体[C4SO3HPy]HSO4进行了结构优化、频率分析及能量计算，并进行了相互作用能和电荷分析。研究发现在两性离子、阳离子、离子液体的稳定构型中，氢键扮演着重要的角色。离子液体最稳定构型是阴离子与阳离子功能基团发生相互作用时形成的，当它们之间形成氢键时，HSO3-中的氢更易与HSO4-中的氧结合，最后以两性离子与H2SO4相互作用的形式存在。通过电荷分析发现离子液体中除阴离子及阳离子功能基团上的氢具有酸性外，吡啶环中的11H也表现出一定的酸性。在理论研究的基础上采用金属氯化物、强酸耦合对离子液体进行酸性增强，研究发现两种改性手段均对离子液体酸性增强起到了一定的作用，当n(BaCl2)：n([C4SO3HPy]HSO4)=0.305； n(CaCl2)： n([C4SO3HPy]HSO4)=0.482； n(AlCl3)：n([C4SO3HPy]HSO4)=0.361；硫酸的质量含量为总催化体系的6.04%时，离子液体体系的酸强度都与98%的硫酸相当。考察改性离子液体的催化性能，研究发现，金属氯化物改性的离子液体并未取得较好的催化效果，而采用硫酸改性时，当硫酸含量达到7.77%时，产物4-TBC的选择性为92.5%，远远高于纯硫酸的催化水平。用氯化钡、硫酸耦合手段对离子液体1-磺酸丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([C4HSO3Hmim]HSO4)、N-(4-磺酸丁基)三乙胺硫酸氢盐([C4HSO3HN(CH2CH3)3]HSO4)进行改性，验证了这两种改性手段对磺酸类功能化离子液体酸性增强的普遍适用性。对离子液体[C4SO3HPy]HSO4负载于酸性分子筛γ-Al2O3、Hβ的酸性增强进行了初步探讨，验证了离子液体对沸石分子筛的酸性增强存在一定的影响，分子筛对离子液体的酸性增强效果还需进一步探讨。这为离子液体的酸性增强提供了新的思路。