ИОННАЯ ЖИДКОСТЬ, АДДУКТ И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
IONIC LIQUID, ADDUCT AND METHODS OF THEIR OBTAINING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к органической химии и, в частности, к реакциям органических соединений. Настоящее изобретение предлагает способ получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость. В частности, настоящее изобретение относится к способу, включающему в себя осуществление реакции по меньшей мере одного акцептора электронной пары с по меньшей мере одним донором электронной пары с образованием аддукта. Аддукт в свою очередь реагирует с по меньшей мере одним акцептором электронной пары с получением жидкой соли по настоящему изобретению. Таким образом, способ по настоящему изобретению позволяет получить ионную жидкость без подвергания реагентов нагреванию. Настоящее изобретение также относится к применениям ионной жидкости по настоящему изобретению в различных органических реакциях.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Соли являются ионными соединениями, образующимися в результате реакции нейтрализации между кислотой и основанием. Они состоят из соответствующего количества катионов (положительно заряженных ионов) и анионов (отрицательных ионов), вследствие чего продукт получается электрически нейтральным (суммарный заряд равен нулю). Такие составляющие ионы могут быть неорганическими или органическими, а соли в целом могут быть одноатомными или многоатомными. Соли могут иметь твердую или жидкую форму, при этом соли в жидком состоянии называют ионными жидкостями.
Таким образом, ионные жидкости - это жидкости, полностью состоящие из ионов или комбинации катионов и анионов. Так называемые "низкотемпературные" ионные жидкости, как правило, являются органическими солями с температурами плавления ниже 100°С, зачастую даже ниже комнатной температуры. Ионные жидкости могут применяться, например, в качестве катализаторов и растворителей в реакциях алкилирования и полимеризации, а также в реакциях димеризации, олигомеризации, ацетилирования, реакциях метатезиса и сополимеризации.
4
6
2
7
2
7
3
2
2
3
2
3
4
4
3
-
-
-
-
-
-
-
К одному из классов ионных жидкостей относятся композиции расплавленных солей, которые плавятся при низкой температуре и используются в качестве катализаторов, растворителей и электролитов. Такие композиции представляют собой смеси компонентов, находящихся в жидком состоянии при температурах ниже собственных температур плавления компонентов. Наиболее распространены ионные жидкости, получаемые из органических катионов и неорганических или органических анионов. Наиболее распространенными органическими катионами являются катионы аммония. Ионные жидкости пиридиния и имидазолиния относятся, пожалуй, к наиболее часто используемым катионам. Анионы включают, не ограничиваясь этим, BF, PF, галогеналюминаты, такие как AlCl и AlBr, [(CFSO)N), алкилсульфаты (RSO), карбоксилаты (RCO) и многие другие. Наибольший интерес для использования в качестве катализаторов представляют ионные жидкости, получаемые из галогенидов аммония и кислот Льюиса (таких как AlCl, TiCl, SnCl, FeCl и тому подобное). Хлоралюминатные ионные жидкости являются едва ли не самыми распространенными каталитическими системами на основе ионных жидкостей.
Кислоты Льюиса, являющиеся акцепторами электронной пары, и основания Льюиса, являющиеся донорами электронной пары, реагируют с получением аддуктов, в которых образуется координационная ковалентная связь. Такой тип связи обычно изображают стрелкой. Сила взаимодействия между кислотой Льюиса и основанием Льюиса регулируется с помощью по меньшей мере двух факторов, электронного и стерического. Электронодонорные группы на атоме могут увеличивать льюисовскую основность этого атома, тогда как электроноакцепторные группы могут увеличивать льюисовскую кислотность.
Часто комплексные соединения металлов повышают свое координационное число при взаимодействии с основанием Льюиса. Это может происходить за счет межмолекулярной связи или путем образования аддукта с растворителем или доступными лигандами с сопоставимой лигирующей способностью. Физические свойства образующегося в результате комплекса зачастую существенно отличаются от свойств комплекса, не имеющего повышенного координационного числа. Способность взаимодействовать с основаниями, по-видимому, тесно связана с электронными свойствами лигандов в целом, а не только лишь атомов, соединенных с металлом.
3
3
В патентном документе WO/2011/064556 описано образование смеси, имеющей температуру затвердевания до 100°С, получаемую приведением 1 моль AlX, где X может быть CL, Br, F, в контакт с 1 или 2 моль R1-C(O)-N(R2)(R3), где заместители в группах от R1 до R3 могут быть алкилом, арилом или замещенными алкилом и арилом. Такая смесь может применяться для электролитического восстановления с получением металлического алюминия. Также описано образование твердого AlX с 3 моль амида. Однако в этом случае для получения качественной смеси, имеющей температуру затвердевания до 100°С, требуется нагревание.
Согласно способам предшествующего уровня техники, добавление кислоты Льюиса к слабому основанию Льюиса предполагает нагревание для начала реакции с образованием ионной жидкости. Таким образом, способы получения ионных жидкостей предшествующего уровня техники являются трудоемкими и требуют избыточного нагревания. Кроме того, ионные жидкости, получаемые с помощью таких способов предшествующего уровня техники, имеют высокую вязкость, что затрудняет их погрузку и разгрузку, перемещение, закачивание в реакционные аппараты и использование в производственных процессах. Задачей настоящего изобретения является преодоление недостатков, отмеченных у существующих способов, и обеспечение легкого и удобного способа получения ионных жидкостей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу получения соли, такой как жидкая соль, предпочтительно, ионная жидкость, путем осуществления реакции по меньшей мере одного акцептора электронной пары с по меньшей мере одним донором электронной пары с образованием аддукта и последующего взаимодействия аддукта с по меньшей мере одним акцептором электронной пары с получением соли.
Настоящее изобретение относится к способу получения ионной жидкости, при этом указанный способ включает в себя приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары с получением аддукта, и приведение аддукта в контакт с по меньшей мере одним акцептором электронной пары с получением ионной жидкости.
Согласно различным вариантам осуществления, настоящее изобретение относится к способу получения жидкой соли, предпочтительно, ионной жидкости, путем реагирования по меньшей мере одного акцептора электронной пары или кислоты Льюиса с по меньшей мере одним донором электронной пары или основанием Льюиса с образованием аддукта. После этого аддукт далее реагирует с по меньшей мере одним акцептором электронной пары или кислотой Льюиса с получением жидкой соли.
Настоящее изобретение также относится к ионной жидкости, полученной с помощью способа по настоящему изобретению, включающего в себя приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары с образованием аддукта; и приведение аддукта в контакт с по меньшей мере одним акцептором электронной пары с получением ионной жидкости. Согласно неограничивающему варианту осуществления, способ по настоящему изобретению осуществляют без подвергания реагентов нагреванию. Согласно другому неограничивающему варианту осуществления настоящего изобретения, донор электронной пары не является амином.
Настоящее изобретение также относится к применениям жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, полученную по способу в соответствии с настоящим изобретением. Согласно одному из вариантов осуществления, ионная жидкость подходит для применений, включающих органические реакции, в том числе, не ограничиваясь этим, катализ, реакции алкилирования, трансалкилирования (переалкилирования), ацилирования, полимеризации, димеризации, олигомеризации, ацетилирования, метатезиса, перициклические реакции и реакции сополимеризации.
Настоящее изобретение также относится к способу получения аддукта акцептора электронной пары и донора электронной пары, при этом указанный способ включает в себя приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары с получением аддукта.
Настоящее изобретение также относится к аддукту, полученному в соответствии со способом по настоящему изобретению, включающим в себя приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары с получением аддукта. Согласно одному из вариантов осуществления, указанный аддукт способен образовывать ионную жидкость при последующей реакции с акцептором электронной пары.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу получения ионной жидкости, при этом указанный способ включает в себя следующие стадии:
а) приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары с образованием аддукта; и
b) приведение аддукта в контакт с по меньшей мере одним акцептором электронной пары с получением ионной жидкости.
Настоящее изобретение также относится к ионной жидкости, полученной в соответствии с указанным выше способом.
Настоящее изобретение также относится к применению указанной выше ионной жидкости для использования в химической реакции.
Настоящее изобретение также относится к способу получения аддукта акцептора электронной пары и донора электронной пары, при этом указанный способ включает в себя приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары с получением аддукта.
Настоящее изобретение также относится к аддукту, полученному в соответствии с указанным выше способом.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, способ получения ионной жидкости включает в себя следующие стадии:
a) приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары в присутствии или при отсутствии первого растворителя с получением смеси;
b) необязательно перемешивание и фильтрацию смеси со стадии (а) с получением фильтрата и необязательно промывку фильтрата или смеси со стадии (а) вторым растворителем с последующей сушкой с получением аддукта; и
c) приведение аддукта со стадии (b) в контакт с по меньшей мере одним акцептором электронной пары в присутствии или при отсутствии третьего растворителя с последующим перемешиванием с получением ионной жидкости.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, способ получения аддукта включает в себя следующие стадии:
a) приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары в присутствии или при отсутствии первого растворителя с получением смеси; и
b) необязательно перемешивание и фильтрация смеси со стадии (а) с получением фильтрата и необязательно промывку фильтрата или смеси со стадии (а) вторым растворителем с последующей сушкой с получением аддукта.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, стадию а) или стадию b) или их комбинацию выполняют в присутствии растворителя; акцептор электрона, использованный на стадии b), является таким же или отличается от использованного на стадии а); растворитель добавляют одновременно с перемешиванием; соотношение акцептора электронной пары и донора электронной пары на стадии а) варьируется приблизительно от 1:1 до 1:5; концентрация аддукта на стадии b) варьируется приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль; а соотношение аддукта и акцептора электронной пары на стадии b) варьируется приблизительно от 1:1 до 1:6.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, способ осуществляют в присутствии растворителя; причем растворитель добавляют одновременно с перемешиванием; при этом соотношение акцептора электронной пары и донора электронной пары варьируется приблизительно от 1:1 до 1:5.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, способ получения ионной жидкости осуществляют без нагревания; способ осуществляют в инертной атмосфере; при этом инертная атмосфера является атмосферой азота.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, акцептор электрона представляет собой соль катиона, выбранного из группы, включающей в себя алюминий, магний, кальций, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, галлий, германий, цирконий, скандий, ванадий, молибден, рутений, родий, индий, олово, титан, свинец, кадмий и ртуть или любую их комбинацию; акцептор электрона представляет собой соль катиона, выбранную из группы, включающей в себя ацетат, карбонат, хлорид, цитрат, цианид, фторид, нитрат, нитрит, фосфат и сульфат или любую их комбинацию; при этом концентрация акцептора электрона варьируется приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль.
Способ по пункту 1 или пункту 4, где донор электрона не является амином; донор электрона выбирают из группы, включающей в себя фосфин, амид, алкилсульфоксид, сложный эфир и спирт или любую их комбинацию; фосфин выбирают из группы, включающей в себя трифенилфосфин, трифенилфосфиноксид, триметилфосфин и трибутилфосфин или любую их комбинацию; амид выбирают из группы, включающей в себя мочевину, диметилформамид, ацетамид, N-метилпирролидин, тиомочевину, фенилтиомочевину, ацетанилид, пропанамид, 3-метилбутанамид, диметилацетамид и бутанамид или любую их комбинацию; алкилсульфоксид является диметилсульфоксидом; сложный эфир выбирают из группы, включающей в себя амилацетат, этилацетат и пропилацетат или любую их комбинацию; спирт представляет собой циклогексанол и изопропиловый спирт или любую их комбинацию; при этом концентрация донора электрона варьируется приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, первый растворитель, второй растворитель или третий растворитель являются одинаковыми или различаются; при этом растворитель выбирают из группы, включающей в себя этилацетат, бензол, толуол, этанол, уксусную кислоту, ацетонитрил, бутанол, четыреххлористый углерод, хлорбензол, хлороформ, циклогексан, 1,2-дихлорэтан, гептан, гексан, метанол, метиленхлорид, нитрометан, пентан, пропанол и ксилол или любую их комбинацию; при этом количество растворителя варьируется приблизительно от 1% до 80%.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, растворитель на стадии а) добавляют либо в акцептор электронной пары, либо в донор электронной пары перед приведением в контакт; при этом приведение в контакт осуществляют одновременно с перемешиванием; причем перемешивание выполняют в течение временного интервала длительностью от 1 минуты до 12 часов при температуре приблизительно от 5°С до 50°С; при этом перемешивание выполняют способом, выбранным из группы, включающей в себя взбалтывание, размол, взбивание, статическое смешение и измельчение или любую их комбинацию.
Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, химическую реакцию выбирают из группы, включающей в себя катализ, реакцию алкилирования, реакцию трансалкилирования, реакцию ацилирования, реакцию полимеризации, реакцию димеризации, реакцию олигомеризации, реакцию ацетилирования, реакцию метатезиса, перициклическую реакцию и реакцию сополимеризации или любую их комбинацию.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, термины "катализатор", "ионная жидкость", "ионно-жидкостной катализатор" и "ионный катализатор" используются взаимозаменяемо.
Настоящее изобретение относится к способу получения соли путем осуществления реакции по меньшей мере одного акцептора электронной пары с по меньшей мере одним донором электронной пары с образованием аддукта и последующего взаимодействия аддукта с по меньшей мере одним акцептором электронной пары с получением соли.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, настоящее изобретение относится к способу получения соли, предпочтительно, жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, путем осуществления реакции по меньшей мере одного акцептора электронной пары с по меньшей мере одним донором электронной пары с образованием аддукта и последующего взаимодействия аддукта с по меньшей мере одним акцептором электронной пары с получением жидкой соли.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, акцептор электронной пары, использованный в способе получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, является кислотой Льюиса, а донор электронной пары, использованный в указанном способе, является основанием Льюиса. Таким образом, настоящее изобретение предлагает способ получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, путем реагирования по меньшей мере одной кислоты Льюиса с по меньшей мере одним основанием Льюиса с образованием аддукта, который далее реагирует с по меньшей мере одной кислотой Льюиса с получением жидкой соли.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, способ по настоящему изобретению, предназначенный для получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, осуществляют без подвергания реагентов нагреванию.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, использование даже слабого основания Льюиса, такого как, без ограничения, мочевины, для образования ионной жидкости через посредство промежуточного аддукта не требует подвергания реагентов нагреванию.
Согласно неограничивающему варианту осуществления настоящего изобретения, кислота Льюиса, реагирующая с аддуктом в способе по настоящему изобретению, является той же кислотой Льюиса, которая реагировала изначально с основанием Льюиса с образованием аддукта. Согласно другому неограничивающему варианту осуществления настоящего изобретения, кислота Льюиса, реагирующая с аддуктом в способе по настоящему изобретению, отличается от кислоты Льюиса, которая реагировала изначально с основанием Льюиса с образованием аддукта.
Согласно одному из вариантов осуществления, добавление акцептора электронной пары (кислоты Льюиса) к донору электронной пары (основанию Льюиса) вызывает реакцию с образованием аддуктов, в которых формируется координационная ковалентная связь. Такой тип связи обычно изображают стрелками. Сила взаимодействия между акцептором электронной пары и донором электронной пары регулируется с помощью по меньшей мере двух факторов, электронного и стерического. Электронодонорные группы на атоме увеличивают льюисовскую основность этого атома, тогда как электроноакцепторные группы увеличивают льюисовскую кислотность. Комплексные соединения металлов повышают свое координационное число за счет взаимодействия с основанием Льюиса. Это происходит при посредстве межмолекулярной связи с растворителем или путем образования аддукта с растворителем или благодаря доступности лигандов с сопоставимой лигирующей способностью. Физические свойства образующегося в результате комплекса зачастую существенно отличаются от свойств комплекса, не имеющего повышенного координационного числа. Комплексы ML4 (М = металл; L = лиганд) в значительной степени различаются по своей способности взаимодействовать с основаниями Льюиса. Способность взаимодействовать с основаниями тесно связана с электронными свойствами лигандов в целом, а не только атомов, соединенных с металлом.
m
n
m
M1X+nLB→[M1(LB)X],
где М1 - металл, X - галогенид, LB - основание Льюиса, n зависит от координационной способности М1. М1 может быть Cu, Zn, Fe, Al, Ga, In, Zr, Sc, Ti, V, Ca, Mg, Mn, Co, Ru, Rh, Sn, Pb, Mb, Hg и так далее.
2
3
Согласно одному из вариантов осуществления, образование аддукта зависит от типа металла и лиганда, присоединенного к нему. Например, CaCl образует аддукт с 2 донорами электронов, тогда как AlCl образует аддукт с 3 донорами электронов. Настоящее изобретение основано на теории координационных связей между заполненными орбиталями электронообогащенной молекулы, перекрывающими незаполненные орбитали электронодефицитных молекул, π-электроны, участвующие в таком связывании, поляризуют молекулу, приобретающую кислотные центры, подходящие для таких химических реакций, как алкилирование.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, благодаря варьированию используемых соли металла и основания Льюиса образуются различные типы ионной жидкости. Согласно одному из примеров осуществления, полученная ионная жидкость (ИЖ, англ. IL, от lonic Liquid) представляет собой:
3
3
1) кислую ИЖ: такую как AlCl-мочевина: + AlCl,
2
2
2) основную ИЖ: такую как MgCl-мочевина + MnCl,
2
2
3) нейтральную ИЖ: такую как ZnCl-мочевина + ZnCl.
Согласно одному из вариантов осуществления, ионная жидкость настоящего изобретения образуется при реагировании акцептора электронной пары с донором электронной пары в определенном порядке.
Согласно одному из вариантов осуществления, аддукт акцептора электронной пары и донора электронной пары является стабильным и приводит к образованию ионной жидкости. Согласно одному из вариантов осуществления, стабильность прямо пропорциональна соотношению между основанием Льюиса и кислотой Льюиса. Стабильность аддукта также зависит от типа донора электронной пары и акцептора электронной пары.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, ионная жидкость образуется при реагировании аддукта основания Льюиса и кислоты Льюиса с кислотой Льюиса, а не при реагировании соли основания Льюиса и кислоты Бренстеда с кислотой Льюиса. Кислота Бренстеда образует с основанием Льюиса соль, а не аддукт.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Для образования ионной жидкости из соли основания Льюиса и кислоты Бренстеда, такой как хлорид 1-бутил-3-метилимидазолия ([BMIM][Cl]), соль реагирует с галогенидом металла, таким как AlCl, при соотношении соль : AlCl от 1:1 до 1:3. Если указанное соотношение превышает 1:3, AlCl начинает выпадать в осадок из образовавшейся ионной жидкости, и поэтому концентрация AlCl в образовавшейся ионной жидкости не должна более чем в три раза превышать концентрацию соли. Однако, как это имеет место в настоящем изобретении, в случае, когда ионная жидкость образуется из аддукта, который в свою очередь образуется из акцептора электронной пары (галогенида металла, такого как AlCl) и донора электронной пары, потребуется приблизительно 3 моль AlCl, и после образования ионной жидкости она сможет дополнительно захватить приблизительно на 3 моль больше AlCl, доводя соотношение аддукт : AlCl до 1:6. Таким образом, в случае ионной жидкости, образованной при посредстве аддукта, растворяется более высокая концентрация AlCl на моль аддукта по сравнению с ионной жидкостью, образованной при посредстве соли.
Согласно одному из вариантов осуществления, ионные жидкости настоящего изобретения на основе аддукта могут растворять больше галогенида металла. Благодаря этому свойству ионные жидкости на основе аддукта также могут применяться для осаждения металлов. Кроме того, ионные жидкости на основе аддукта имеют более высокую активность в качестве катализатора благодаря наличию в своем составе высокоактивного катализатора.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, образование аддукта осуществляется путем реагирования одной кислоты Льюиса с одним основанием Льюиса, одной кислоты Льюиса с двумя основаниями Льюиса, одной кислоты Льюиса с тремя основаниями Льюиса, одной кислоты Льюиса с четырьмя основаниями Льюиса и так далее, в зависимости от вакантных орбиталей центрального атома металла кислоты Льюиса. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, аддукт образуется между акцептором электронной пары (кислотой Льюиса) и донором электронной пары (основанием Льюиса), когда соотношение акцептора электронной пары и донора электронной пары варьируется приблизительно от 1:1 до 1:5
Согласно одному из вариантов осуществления, добавление большего количества кислоты Льюиса к образовавшемуся аддукту приводит к потере целостности структуры аддукта, что ведет к образованию ионной жидкости.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, ионная жидкость образуется между упомянутым выше аддуктом и акцептором электронной пары (кислотой Льюиса), когда соотношение аддукта и акцептора электронной пары варьируется приблизительно от 1:1 до 1:6.
Согласно одному из вариантов осуществления, ионная жидкость настоящего изобретения является стабильной, обладает хорошей теплопроводностью, биосовместимостью и повышенной площадью активной поверхности. Она находит различные применения в промышленности и других областях. Согласно одному из вариантов осуществления, ионные жидкости настоящего изобретения могут быть регенерированы и возвращены в оборот.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, кислота Льюиса, используемая в настоящем изобретении, представляет собой соль катиона, включающего, не ограничиваясь этим, алюминий (Al), магний (Mg), кальций (Са), хром (Cr), марганец (Mn), железо (Fe), кобальт (Со), никель (Ni), медь (Cu), цинк (Zn), галлий (Ga), германий (Ge), индий (In), цирконий (Zr), скандий (Sc), ванадий (V), молибден (Mb), рутений (Ru), родий (Rh), олово (Sn), титан (Ti), свинец (Pb), кадмий (Cd) и ртуть (Hg).
Согласно неограничивающему варианту осуществления, кислота Льюиса используемая в настоящем изобретении, представляет собой соль катиона, в которой анионный фрагмент соли включает, не ограничиваясь этим, неорганический, органический, одноатомный и многоатомный фрагменты. Согласно одному из примеров осуществления, анионный фрагмент соли включает, не ограничиваясь этим, ацетат, карбонат, хлорид, цитрат, цианид, фторид, нитрат, нитрит, фосфат и сульфат.
3
Согласно неограничивающему варианту осуществления, основание Льюиса, используемое в настоящем изобретении, выбирают из группы, включающей в себя соединение класса фосфинов, соединение класса амидов, соединение класса алкилсульфоксидов, соединение класса сложных эфиров и соединение класса спиртов или любую их комбинацию. Согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения, соединение класса фосфинов выбирают из группы, включающей в себя трифенилфосфин, трифенилфосфиноксид и трибутилфосфин или триметилфосфин (РМе) или любую их комбинацию; соединение класса амидов выбирают из группы, включающей в себя мочевину, диметилформамид (ДМФА, англ. DMF - dimethyl formamide), ацетамид, N-метилпирролидин (англ. NMP - N-methyl pyrrolidine), тиомочевину, фенилтиомочевину, ацетанилид, пропанамид, 3-метилбутанамид и бутанамид, диметилацетамид (ДМА, англ. DMA - Dimethylacetamide) или любую их комбинацию; соединение класса алкилсульфоксидов является диметилсульфоксидом (ДМСО, англ. DMSO - dimethyl sulfoxide); соединение класса сложных эфиров выбирают из группы, включающей в себя амилацетат и пропилацететат и этилацетат (англ. EtOAc - ethyl acetate) или любую их комбинацию; спирт выбирают из группы, включающей в себя циклогексанол и изопропиловый спирт (ИПС, англ. - IPA, isopropyl alcohol) или их комбинацию.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, способ по настоящему изобретению осуществляют без использования амина в качестве основания Льюиса.
Амин является токсичным и обладает низкой биоразлагаемостью по сравнению с другими основаниями Льюиса, такими как амиды, спирты, сложные эфиры и так далее. Поэтому избегают использования амина для образования ионной жидкости, чтобы сделать ионные жидкости настоящего изобретения более удобными в употреблении и экологически благоприятными.
Согласно одному из примеров осуществления, способ получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, согласно настоящему изобретению включает в себя следующие стадии:
a) приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары в присутствии или при отсутствии растворителя с образованием аддукта; и
b) приведение аддукта в контакт с по меньшей мере одним акцептором электронной пары в присутствии или при отсутствии растворителя с получением жидкой соли настоящего изобретения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, по меньшей мере один акцептор электронной пары приводят в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары в присутствии растворителя в атмосфере азота с получением суспензии. Суспензию перемешивают и затем подвергают фильтрации с последующей промывкой растворителем с образованием аддукта.
Аддукт приводят в контакт с по меньшей мере одним акцептором электронной пары в присутствии растворителя в атмосфере азота с получением массы. Массу дополнительно перемешивают с получением жидкой соли настоящего изобретения.
Согласно одному из примеров осуществления, способ получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, согласно настоящему изобретению включает в себя следующие стадии:
a) приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с первым растворителем в атмосфере азота с получением смеси;
b) добавление по меньшей мере одного донора электронной пары в смесь со стадии (а) с получением суспензии;
c) перемешивание и фильтрация суспензии со стадии (b) и промывка вторым растворителем с последующей сушкой с образованием аддукта;
d) приведение аддукта со стадии (с) в контакт с третьим растворителем в атмосфере азота с последующим перемешиванием с получением смеси; и
е) добавление по меньшей мере одного акцептора электронной пары в смесь со стадии (d) с последующим перемешиванием с получением жидкой соли.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, по меньшей мере один донор электронной пары добавляют в смесь при перемешивании с получением суспензии. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, аддукт приводят в контакт с растворителем при перемешивании с получением смеси, после чего смесь выдерживают на водяной бане перед добавлением по меньшей мере одного акцептора электронной пары.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, акцептор электронной пары, использованный в способе получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, является кислотой Льюиса, а донор электронной пары, использованный в указанном способе, является основанием Льюиса. Согласно неограничивающему варианту осуществления настоящего изобретения, кислота Льюиса, реагирующая с аддуктом в способе по настоящему изобретению, является той же кислотой Льюиса, которая реагировала изначально с основанием Льюиса с образованием аддукта. Согласно другому неограничивающему варианту осуществления настоящего изобретения, кислота Льюиса, реагирующая с аддуктом в способе по настоящему изобретению, отличается от кислоты Льюиса, которая реагировала изначально с основанием Льюиса с образованием аддукта.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, аддукт способа настоящего изобретения непосредственно выдерживают в атмосфере азота без третьего растворителя.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, акцептор электронной пары или кислота Льюиса, использованный в способе получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, присутствует в количестве приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль, предпочтительно, приблизительно от 0,3 моль до 0,8 моль.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, донор электронной пары или основание Льюиса, использованный в способе получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, присутствует в количестве приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль, предпочтительно, приблизительно от 0,3 моль до 0,8 моль.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, аддукт, использованный для реакции с по меньшей мере одним акцептором электронной пары для получения жидкой соли настоящего изобретения, присутствует в количестве приблизительно от 0,01 моль до 0,9 моль, предпочтительно, приблизительно от 0,1 моль до 0,7 моль.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, способ получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, согласно настоящему изобретению включает в себя следующие стадии:
a) приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в количестве приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль в контакт с первым растворителем в атмосфере азота с получением смеси;
b) добавление по меньшей мере одного донора электронной пары в количестве приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль в смесь со стадии (а) при перемешивании с получением суспензии;
c) перемешивание и фильтрацию суспензии со стадии (b) и промывку вторым растворителем с последующей сушкой с образованием аддукта;
d) приведение аддукта со стадии (с) в количестве приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль в контакт с третьим растворителем в атмосфере азота с последующим перемешиванием с получением смеси; и
e) добавление по меньшей мере одного акцептора электронной пары в количестве приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль в смесь со стадии (d) при перемешивании с последующим дополнительным перемешиванием с получением жидкой соли.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, по меньшей мере один донор электронной пары добавляют в смесь со стадии (а) способа по настоящему изобретению в течение приблизительно от 1 минуты до 60 минут при температуре приблизительно от 10°С до 50°С.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, перемешивание суспензии способа по настоящему изобретению осуществляют в течение приблизительно от 1 часа до 10 часов.
Согласно другому неограничивающему варианту осуществления, аддукт приводят в контакт с растворителем при перемешивании с получением смеси, после чего смесь выдерживают на водяной бане, имеющей температуру приблизительно от 30°С до 50°С, перед добавлением по меньшей мере одного акцептора электронной пары.
Согласно другому неограничивающему варианту осуществления, по меньшей мере один акцептор электронной пары добавляют в смесь со стадии (d) способа по настоящему изобретению при перемешивании в течение приблизительно от 1 минуты до 60 минут. Согласно другому неограничивающему варианту осуществления, дальнейшее перемешивание смеси с получением жидкой соли осуществляют в течение приблизительно от 1 часа до 10 часов.
Согласно другому неограничивающему варианту осуществления настоящего изобретения, растворитель, изначально приведенный в контакт с по меньшей мере одним акцептором электронной пары (первый растворитель), растворитель, использованный для промывки суспензии настоящего изобретения (второй растворитель), и растворитель, приведенный в контакт с по меньшей мере одним акцептором электронной пары с получением жидкой соли настоящего изобретения (третий растворитель), либо все являются одинаковыми, либо все являются разными, либо представляют собой комбинацию того и другого.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, способ получения жидкой соли настоящего изобретения выполняют в присутствии растворителя, предпочтительно, органического растворителя, включая, не ограничиваясь этим, полярный и неполярный растворитель. Согласно одному из примеров осуществления, растворитель включает, не ограничиваясь этим, этилацетат, метилацетат, бензол, толуол, этанол, уксусную кислоту, ацетонитрил, бутанол, четыреххлористый углерод, хлорбензол, хлороформ, циклогексан, 1,2-дихлорэтан, гептан, гексан, метанол, метиленхлорид, нитрометан, пентан, пропанол, и ксилол. В качестве альтернативы, способ получения жидкой соли настоящего изобретения осуществляют без какого-либо растворителя.
Согласно одному из примеров осуществления, способ получения аддукта включает в себя приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары в присутствии или при отсутствии растворителя с образованием аддукта.
Согласно одному из примеров осуществления, по меньшей мере один акцептор электронной пары приводят в контакт с по меньшей мере одним донором электронной пары в присутствии или при отсутствии растворителя в атмосфере азота с получением суспензии. Суспензию перемешивают и после этого подвергают фильтрации с последующей промывкой растворителем с образованием аддукта.
Согласно одному из примеров осуществления, способ получения аддукта включает в себя следующие стадии:
a) приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в контакт с первым растворителем в атмосфере азота с получением смеси;
b) добавление по меньшей мере одного донора электронной пары в смесь со стадии (а) с получением суспензии; и
c) перемешивание и фильтрацию суспензии со стадии (b) и промывку вторым растворителем с последующей сушкой с образованием аддукта.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, акцептор электронной пары или кислота Льюиса, использованный в способе получения, включая, но не ограничиваясь этим, аддукта, присутствует в количестве приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль, предпочтительно, приблизительно от 0,3 моль до 0,8 моль.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, донор электронной пары или основание Льюиса, использованный в способе получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, аддукт, присутствует в количестве приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль, предпочтительно, приблизительно от 0,3 моль до 0,8 моль.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, способ получения аддукта включает в себя следующие стадии:
a) приведение по меньшей мере одного акцептора электронной пары в количестве приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль в контакт с первым растворителем в атмосфере азота с получением смеси;
b) добавление по меньшей мере одного донора электронной пары в количестве приблизительно от 0,001 моль до 0,9 моль в смесь со стадии (а) при перемешивании с получением суспензии; и
c) перемешивание и фильтрацию суспензии со стадии (b) и промывку вторым растворителем с последующей сушкой с получением аддукта.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, первый растворитель предпочтительно является этилацетатом, метилацетатом, этанолом и метанолом или любой их комбинацией. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, количество первого растворителя варьируется приблизительно от 1 мас. % до 80 мас. %, предпочтительно, приблизительно от 30 мас. % до 50 мас. %.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, второй растворитель предпочтительно является этилацетатом, метилацетатом, этанолом, метанолом и гексаном или любой их комбинацией. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, количество второго растворителя варьируется приблизительно от 1 мас. % до 80 мас. %, предпочтительно, приблизительно от 5 мас. % до 30 мас. %.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, третий растворитель выбирают из группы, включающей в себя бензол, толуол и ксилол или любую их комбинацию. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, количество третьего растворителя варьируется приблизительно от 1 мас. % до 80 мас. %, предпочтительно, приблизительно от 30 мас. %) до 70 мас. %).
Согласно неограничивающему варианту осуществления, аддукт способа настоящего изобретения непосредственно выдерживают в атмосфере азота без третьего растворителя. Таким образом, согласно одному из вариантов осуществления, акцептор электронной пары добавляют в аддукт без какого-либо растворителя.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, при взаимодействиях между молекулами ароматического растворителя и ионами ионной жидкости (ионного твердого вещества) образуются жидкие соединения клатратного типа, которые разделяют уплотняющие взаимодействия катион-анион в достаточной степени, так что происходит образование локализованных структур, подобных клеткам. Если взаимодействие очень слабое, ионная жидкость полностью смешивается/или не смешивается с ароматическим соединением. Если взаимодействия ион-ион очень сильные, происходит кристаллизация соли / ионной жидкости. Таким образом, образование жидкого клатрата зависит от физических свойств органических солей.
Настоящее изобретение также относится к соли, полученной с помощью способа по настоящему изобретению, включающему в себя осуществление реакции по меньшей мере одного акцептора электронной пары с по меньшей мере одним донором электронной пары с образованием аддукта и последующее взаимодействие аддукта с по меньшей мере одним акцептором электронной пары.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, настоящее изобретение относится к соли, предпочтительно, жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость, полученной по способу в соответствии с настоящим изобретением, включающим в себя осуществление реакции по меньшей мере одного акцептора электронной пары с по меньшей мере одним донором электронной пары с образованием аддукта, и последующее взаимодействие аддукта с по меньшей мере одним акцептором электронной пары с получением указанной жидкой соли.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, плотность ионной жидкости измеряют с помощью метода, основанного на измерении удельной плотности. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, вязкость ионной жидкости измеряют с помощью вискозиметра Оствальда.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, ионная жидкость подходит для применений, включающих химическую реакцию. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, химическая реакция является органической реакцией.
Согласно одному из примеров осуществления, жидкая соль, включающая, не ограничиваясь этим, ионную жидкость, подходит для применений, включающих органические реакции, в том числе, не ограничиваясь этим, катализ, реакции алкилирования, трансалкилирования, ацилирования, полимеризации, димеризации, олигомеризации, ацетилирования, метатезиса, перициклические реакции и реакции сополимеризации. Согласно одному из примеров осуществления, жидкая соль, включающая, не ограничиваясь этим, ионную жидкость, подходит для органической реакции, включающей, не ограничиваясь этим, реакцию Дильса-Альдера.
Дополнительные варианты осуществления и особенности настоящего изобретения будут очевидны обычному специалисту в данной области техники с учетом описания, приведенного в данном документе. Представленные в описании варианты осуществления предусматривают различные особенности и их предпочтительные подробности. Описания известных/стандартных методов и технологических приемов опущены, чтобы не перегружать чрезмерно приведенные здесь варианты осуществления. Представленные в данном контексте примеры предназначены исключительно для облегчения понимания путей, которыми могут быть осуществлены на практике приведенные здесь варианты осуществления, а также чтобы облегчить специалистам в данной области практическую реализацию представленных вариантов. Соответственно, следующие примеры не следует рассматривать, как ограничивающие объем представленных в данном документе вариантов осуществления.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
Приготовление ионной жидкости из аддукта ДМСО-хлорид алюминия
(а) Приготовление аддукта ДМСО-хлорид алюминия
3
2
Приблизительно 2,7 г (0,020 моль) AlCl и приблизительно 20 мл этилацетата загружают в круглодонную колбу емкостью 250 мл в атмосфере N. Медленно при перемешивании добавляют приблизительно 5 г (0,064 моль) ДМСО в течение приблизительно 10 минут при температуре приблизительно от 15°С до 20°С с получением суспензии. После этого всю массу перемешивают в течение приблизительно 4 часов. Затем полученную смесь разделяют фильтрацией. Полученный твердый осадок промывают приблизительно 25 мл свежего этилацетата и после сушки получают приблизительно 6,8 г аддукта ДМСО-хлорид алюминия.
(b) Приготовление ионной жидкости с хлоридом алюминия в качестве акцептора электронной пары (без растворителя)
2
3
Приблизительно 15 г (0,040 моль) аддукта ДМСО-хлорид алюминия, полученного выше, помещают в одногорлую круглодонную колбу емкостью 100 мл, оборудованную магнитной мешалкой. Внутри колбы обеспечивают поток N. Колбу выдерживают на водяной бане при температуре приблизительно от 30°С до 35°С. Внутрь колбы помещают магнитную иглу для перемешивания. В колбу медленно добавляют приблизительно 32,7 г (0,245 моль) AlCl при перемешивании в течение приблизительно 30 минут. Полученную массу перемешивают в течение приблизительно от 3 до 4 часов. Образующуюся при этом ионную жидкость выдерживают в атмосфере азота в замкнутых условиях. Плотность ионной жидкости (ИЖ, англ. IL) измеряют с помощью метода, основанного на измерении удельной плотности, при этом она составляет приблизительно 1,62, а вязкость ИЖ измеряют с помощью вискозиметра Оствальда, при этом она составляет приблизительно 220 сП (сантипуаз).
(с) Приготовление ионной жидкости с хлоридом алюминия в качестве акцептора электронной пары в присутствии растворителя
2
3
Приблизительно 15 г (0,040 моль) аддукта ДМСО-хлорид алюминия, полученного выше, и приблизительно 20 мл бензола загружают в одногорлую круглодонную колбу емкостью 100 мл, оборудованную магнитной мешалкой. Внутри колбы обеспечивают поток N. Колбу выдерживают на водяной бане при температуре приблизительно от 30°С до 35°С. Внутрь колбы помещают магнитную иглу для перемешивания. В колбу медленно добавляют 32,7 г (0,245 моль) AlCl при перемешивании в течение приблизительно 30 минут. Полученную массу перемешивают в течение приблизительно от 3 до 4 часов. Образующуюся при этом ионную жидкость выдерживают в атмосфере азота в замкнутых условиях. Плотность полученной ионной жидкости составляет приблизительно 1,40, а ее вязкость составляет приблизительно 25 сП.
Пример 2
Приготовление ионной жидкости из аддукта ДМФА-хлорид алюминия
(а) Приготовление аддукта ДМФА-хлорид алюминия
3
2
Приблизительно 2,7 г (0,020 моль) AlCl и приблизительно 20 мл этилацетата загружают в круглодонную колбу емкостью 250 мл в атмосфере N. Медленно при перемешивании прибавляют приблизительно 4,5 г (0,063 моль) ДМФА (англ. DMF) в течение приблизительно 10 минут при температуре приблизительно от 15°С до 20°С с получением массы. После этого всю массу перемешивают в течение приблизительно 4 часов. Затем полученную смесь разделяют фильтрацией. Полученный твердый осадок промывают приблизительно 25 мл свежего этилацетата и после сушки получают приблизительно 6,5 г аддукта ДМФА-хлорид алюминия.
(р) Приготовление ионной жидкости с хлоридом алюминия в качестве акцептора электронной пары (без растворителя)
2
3
Приблизительно 14,1 г (0,040 моль) аддукта ДМФА-хлорид алюминия, полученного выше, помещают в одногорлую круглодонную колбу емкостью 100 мл, оборудованную магнитной мешалкой. Внутри колбы обеспечивают поток N. Колбу выдерживают на водяной бане при температуре приблизительно от 30°С до 35°С. Внутрь колбы помещают магнитную иглу для перемешивания. В колбу медленно добавляют 32,7 г (0,245 моль) AlCl при перемешивании в течение приблизительно 30 минут. Полученную массу перемешивают в течение приблизительно от 3 до 4 часов. Образующуюся при этом ионную жидкость выдерживают в атмосфере азота в замкнутых условиях.
(с) Приготовление ионной жидкости с хлоридом алюминия в качестве акцептора электронной пары в присутствии растворителя
2
3
Приблизительно 14,1 г (0,040 моль) аддукта ДМФА-хлорид алюминия, полученного выше, и приблизительно 20 мл бензола загружают в одногорлую круглодонную колбу емкостью 100 мл, оборудованную магнитной мешалкой. Внутри колбы обеспечивают поток N. Колбу выдерживают на водяной бане при температуре приблизительно от 30°С до 35°С. Внутрь колбы помещают магнитную иглу для перемешивания. В колбу медленно добавляют 32,7 г (0,245 моль) AlCl при перемешивании в течение приблизительно 30 минут. Полученную массу перемешивают в течение приблизительно от 3 до 4 часов. Образующуюся при этом ионную жидкость выдерживают в атмосфере азота в замкнутых условиях. Плотность полученной ионной жидкости составляет приблизительно 1,45, а ее вязкость составляет приблизительно 32 сП.
Пример 3
Приготовление ионной жидкости из аддукта ИПС-хлорид алюминия
(а) Приготовление аддукта изопропиловый спирт-хлорид алюминия
3
2
Приблизительно 2,7 г (0,020 моль) AlCl и приблизительно 20 мл этилацетата загружают в круглодонную колбу емкостью 250 мл в атмосфере N. Медленно при перемешивании прибавляют приблизительно 3,8 г (0,063 моль) изопропилового спирта (ИПС, англ. IPA) в течение приблизительно 10 минут при температуре в диапазоне от 15°С до 20°С с получением массы. После этого всю массу перемешивают в течение приблизительно 4 часов. Затем полученную смесь разделяют фильтрацией. Полученный твердый осадок промывают приблизительно 25 мл свежего этилацетата и после сушки получают приблизительно 5,04 г аддукта ИПС-хлорид алюминия.
(b) Приготовление ионной жидкости с хлоридом алюминия в качестве акцептора электронной пары
2
3
Приблизительно 12,53 г (0,040 моль) аддукта ИПС-хлорид алюминия, полученного выше, и приблизительно 20 мл бензола загружают в одногорлую круглодонную колбу емкостью 100 мл, оборудованную магнитной мешалкой. Внутри колбы обеспечивают поток N. Колбу выдерживают на водяной бане при температуре приблизительно от 30°С до 35°С. Внутрь колбы помещают магнитную иглу для перемешивания. В колбу медленно добавляют 32,7 г (0,245 моль) AlCl при перемешивании в течение приблизительно 30 минут. Полученную массу перемешивают в течение приблизительно от 3 до 4 часов. Образующуюся при этом ионную жидкость выдерживают в атмосфере азота в замкнутых условиях.
Пример 4
Приготовление ионной жидкости из аддукта ДМСО-хлорид алюминия и хлорида цинка в качестве акцептора электронной пары
(а) Приготовление аддукта ДМСО-хлорид алюминия
Аддукт ДМСО-хлорид алюминия готовят с помощью способа, описанного согласно настоящему изобретению, и протоколов примеров, включающих, не ограничиваясь этим, Пример 1 и Пример 3 выше.
(b) Приготовление ионной жидкости с хлоридом цинка в качестве акцептора электронной пары
2
2
Приблизительно 14,7 г (0,04 моль) аддукта ДМСО-хлорид алюминия загружают в стеклянный реактор емкостью 100 мл, оборудованный верхнеприводной мешалкой, помещенный на водяную баню с температурой 30-35°С. Затем в него добавляют приблизительно 32,7 г (0,24 моль) хлорида цинка (ZnCl) при постоянном перемешивании. Внутри реактора обеспечивают поток N. Смесь перемешивают в течение приблизительно 3 часов, и получают ионную жидкость.
Пример 5
Приготовление ионной жидкости из аддукта ДМСО-хлорид алюминия и хлорида железа в качестве акцептора электронной пары
(а) Приготовление аддукта ДМСО-хлорид алюминия
3
2
Приблизительно 22,8 г (0,17 моль) AlCl и приблизительно 100 мл этанола загружают в стеклянный реактор емкостью 250 мл, оборудованный верхнеприводной мешалкой, помещенный на водяную баню. Затем в него медленно добавляют приблизительно 40,9 г (0,17 моль) ДМСО при постоянном перемешивании. Внутри реактора обеспечивают поток N. Смесь перемешивают в течение приблизительно 4 ч и получают твердое вещество белого цвета. Реакционной массе дают возможность отстояться в течение приблизительно 10 минут. Твердое вещество отделяют и сушат при температуре приблизительно 100°С с получением аддукта ДМСО-хлорид алюминия.
(b) Приготовление ионной жидкости с хлоридом железа в качестве акцептора электронной пары
3
2
Приблизительно 14,7 г (0,04 моль) аддукта ДМСО-хлорид алюминия загружают в стеклянный реактор емкостью 100 мл, оборудованный верхнеприводной мешалкой, помещенный на водяную баню с температурой 30-35°С. Затем в него медленно добавляют приблизительно 39 г (0,24 моль) хлорида железа (FeCl) при постоянном перемешивании. Внутри реактора обеспечивают поток N. Смесь перемешивают в течение приблизительно 3 часов, и получают ионную жидкость.
Пример 6
Приготовление ионной жидкости из аддукта мочевина-хлорид алюминия и хлорида алюминия в качестве акцептора электронной пары
(а) Приготовление аддукта мочевина-хлорид алюминия
2
3
13,84 г (0,22 моль) мочевины и приблизительно 60 мл этанола загружают в круглодонную колбу емкостью 250 мл в атмосфере N в течение 1-2 часов. Медленно при перемешивании прибавляют приблизительно 9,62 г (0,072 моль) AlCl в течение приблизительно 30 минут при температуре приблизительно 15-20°С с получением массы. После этого всю массу перемешивают в течение приблизительно 4 часов. Затем полученную смесь разделяют фильтрацией. Твердые вещества промывают приблизительно 50 мл свежего этанола и после сушки получают приблизительно 22,3 г соли мочевина-хлорид алюминия.
3
3
3
AlCl+ 3Мочевина → [Al МочевинаСl]
(b) Приготовление ионной жидкости с хлоридом алюминия в качестве акцептора электронной пары (с растворителем)
2
3
Приблизительно 10 г (0,030 моль) всего твердого вещества, полученного в Примере 6-а, и приблизительно 20 мл бензола загружают в одногорлую круглодонную колбу емкостью 100 мл, оборудованную магнитной мешалкой. Внутри колбы обеспечивают поток N. Колбу выдерживают на водяной бане при температуре приблизительно 30-35°С. Внутрь колбы помещают магнитную иглу для перемешивания. В колбу медленно добавляют 24,4 г (0,18 моль) AlCl при перемешивании в течение приблизительно 30 минут. Полученную массу перемешивают в течение приблизительно 3-4 часов при комнатной температуре. Образовавшуюся ионную жидкость хранят в инертной атмосфере. Плотность ионной жидкости составляет 1,25, а вязкость - 9 сП.
(с) Приготовление ионной жидкости с хлоридом алюминия в качестве акцептора электронной пары (без растворителя)
2
3
Приблизительно 10 г (0,030 моль) всего твердого вещества, полученного в Примере 6-а, помещают в одногорлую круглодонную колбу емкостью 100 мл, оборудованную магнитной мешалкой. Внутри колбы обеспечивают поток N. Колбу выдерживают на водяной бане при температуре приблизительно 30-35°С. Внутрь колбы помещают магнитную иглу для перемешивания. В колбу медленно добавляют 24,4 г (0,18 моль) AlCl при перемешивании в течение приблизительно 30 минут. Полученную массу перемешивают в течение приблизительно 3-4 ч. Образовавшуюся ионную жидкость хранят в инертной атмосфере. Плотность ионной жидкости составляет 1,61.
Пример 7
Приготовление ионной жидкости из аддукта ДМФА-хлорид алюминия и хлорида железа в качестве акцептора электронной пары
(a) Приготовление аддукта ДМФА-хлорид алюминия
3
2
Приблизительно 2,7 г (0,020 моль) AlCl и приблизительно 20 мл этилацетата загружают в круглодонную колбу емкостью 250 мл в атмосфере N. Медленно при перемешивании прибавляют приблизительно 4,65 г (0,063 моль) ДМФА в течение приблизительно 10 минут при температуре приблизительно 15-20°С с получением массы. После этого всю массу перемешивают в течение приблизительно 4 часов. Образующуюся при этом смесь разделяют фильтрацией, и полученное твердое вещество промывают приблизительно 25 мл свежего этилацетата с последующей сушкой при температуре приблизительно 100°С и получают приблизительно 6,5 г аддукта ДМФА-хлорид алюминия.
(b) Приготовление ионной жидкости с хлоридом железа в качестве акцептора электронной пары
3
2
Приблизительно 14,2 г (0,04 моль) аддукта ДМФА-хлорид алюминия загружают в стеклянный реактор емкостью 100 мл, оборудованный верхнеприводной мешалкой, помещенный на водяную баню, поддерживаемую при температуре 30-35°С. Затем в него медленно добавляют приблизительно 38,9 г (0,24 моль) хлорида железа (FeCl) при постоянном перемешивании. Внутри реактора обеспечивают поток N. Смесь перемешивают в течение приблизительно 3 часов, и получают ионную жидкость.
Пример 8
Приготовление ионной жидкости из аддукта N-метилпирролидон-хлорид алюминия и хлорида алюминия в качестве акцептора электронной пары
(a) Приготовление аддукта N-метилпирролидон-хлорид алюминия
3
Приблизительно 13,36 г (0,1 моль) безводного AlCl добавляют при медленном перемешивании в 10 г (0,1 моль) N-метилпирролидона в круглодонной колбе, и смесь выдерживают на водяной бане при комнатной температуре в течение приблизительно 240 минут. Два реагента смешиваются, при этом протекает экзотермическая реакция, в результате которой они сплавляются с образованием кристаллического аддукта N-метилпирролидон-хлорид алюминия (аддукт 1:1) белого цвета.
(b) Приготовление ионной жидкости с хлоридом алюминия в качестве акцептора электронной пары
Приблизительно 5 (0,021 моль) г твердого аддукта N-метилпирролидон-хлорид алюминия смешивают с приблизительно 2,86 (0,021 моль) г хлорида алюминия в круглодонной колбе с продувкой азотом при комнатной температуре. Полученную смесь перемешивают в течение приблизительно 3,5 ч, образующаяся в результате гомогенная эвтектическая жидкость является ионной жидкостью.
Пример 9
Приготовление ионной жидкости из аддукта NMP-хлорид алюминия (а) Приготовление аддукта NMP-хлорид алюминия
3
2
Приблизительно 13,36 г (0,1 моль) AlCl и приблизительно 20 мл этилацетата загружают в круглодонную колбу емкостью 250 мл в атмосфере N. Медленно при перемешивании прибавляют приблизительно 10 г (0,1 моль) NMP (англ. N-methylpyrrolidone - N-метилпирролидон) в течение приблизительно 10 минут при температуре приблизительно от 15°С до 20°С с получением суспензии. После этого всю массу перемешивают в течение приблизительно 4 часов. Затем полученную смесь разделяют фильтрацией. Полученный твердый осадок промывают приблизительно 25 мл свежего этилацетата и после сушки получают приблизительно 20 г аддукта NMP-хлорид алюминия (аддукт 1:1).
(b) Приготовление ионной жидкости с хлоридом алюминия в качестве акцептора электронной пары (без растворителя)
2
3
Приблизительно 5 г (0,021 моль) аддукта NMP-хлорид алюминия, полученного выше, помещают в одногорлую круглодонную колбу емкостью 100 мл, размещенную на магнитной мешалке. Внутри колбы обеспечивают поток N. Колбу выдерживают на водяной бане при температуре приблизительно от 30°С до 35°С. Внутрь колбы помещают магнитную иглу для перемешивания. В колбу медленно добавляют 2,86 г (0,021 моль) AlCl при перемешивании в течение приблизительно 30 минут. Полученную массу перемешивают в течение приблизительно от 3 до 4 часов. Образующуюся при этом ионную жидкость выдерживают в атмосфере азота в замкнутых условиях.
(c) Приготовление ионной жидкости с хлоридом алюминия в качестве акцептора электронной пары в присутствии растворителя
2
3
Приблизительно 5 г (0,021 моль) аддукта NMP-хлорид алюминия, полученного выше, и приблизительно 5 мл бензола загружают в одногорлую круглодонную колбу емкостью 100 мл, оборудованную магнитной мешалкой. Внутри колбы обеспечивают поток N. Колбу выдерживают на водяной бане при температуре приблизительно от 30°С до 35°С. Внутрь колбы помещают магнитную иглу для перемешивания. В колбу медленно добавляют 2,86 г (0,021 моль) AlCl при перемешивании в течение приблизительно 30 минут. Полученную массу перемешивают в течение приблизительно от 3 до 4 часов. Образующуюся при этом ионную жидкость выдерживают в атмосфере азота в замкнутых условиях.
Пример 10
(а) Приготовление аддукта акцептор электронной пары-донор электронной пары
3
2
Приблизительно 13,35 г (0,1 моль) AlCl и приблизительно 20 мл этилацетата загружают в круглодонную колбу емкостью 250 мл в атмосфере N. Медленно при перемешивании прибавляют приблизительно 22,2 г (0,3 моль) диэтилового эфира в течение приблизительно 10 минут при температуре приблизительно от 15°С до 20°С с получением суспензии. После этого всю массу перемешивают в течение приблизительно 4 часов. Затем полученную смесь разделяют фильтрацией. Полученный твердый осадок промывают приблизительно 25 мл свежего этилацетата и после сушки получают приблизительно 20 г аддукта диэтиловый эфир-хлорид алюминия; аддукт, образующийся в этом случае, представляет собой аддукт 1:1.
3
Аналогично, приблизительно 19 г аддукта тетрагидрофуран-хлорид алюминия образуется при использовании приблизительно 13,35 г (0,1 моль) AlCl и 21,6 г (0,3 моль) тетрагидрофурана в качестве донора электронной пары вместо диэтилового эфира. Аддукт, образующийся в этом случае, также представляет собой аддукт 1:1.
3
Аналогично, приблизительно 18 г аддукта этиленгликоль-хлорид алюминия образуется при использовании приблизительно 13,35 г (0,1 моль) AlCl и 6,2 г (0,1 моль) этиленгликоля в качестве донора электронной пары вместо диэтилового эфира. Аддукт, образующийся в этом случае, также представляет собой аддукт 1:1.
3
Аналогично, приблизительно 22 г аддукта глицерин-хлорид алюминия образуется при использовании приблизительно 13,35 г (0,1 моль) AlCl и 9,2 г (0,1 моль) глицерина в качестве донора электронной пары вместо диэтилового эфира. Аддукт, образующийся в этом случае, также представляет собой аддукт 1:1.
3
Аналогично, приблизительно 20 г аддукта пропиленгликоль-хлорид алюминия образуется при использовании приблизительно 13,35 г (0,1 моль) AlCl и 7,6 г (0,1 моль) пропиленгликоля в качестве донора электронной пары вместо диэтилового эфира. Аддукт, образующийся в этом случае, также представляет собой аддукт 1:1.
3
Аналогично, приблизительно 21 г аддукта циклопентанон-хлорид алюминия образуется при использовании приблизительно 13,35 г (0,1 моль) AlCl и 8,4 г (0,1 моль) циклопентанона в качестве донора электронной пары вместо диэтилового эфира. Аддукт, образующийся в этом случае, также представляет собой аддукт 1:1.
3
Аналогично, приблизительно 22,5 г аддукта циклогексанон-хлорид алюминия образуется при использовании приблизительно 13,35 г (0,1 моль) AlCl и 9,8 г (0,1 моль) циклогексанона в качестве донора электронной пары вместо диэтилового эфира. Аддукт, образующийся в этом случае, также представляет собой аддукт 1:1.
(b) Приготовление ионной жидкости с добавлением акцептора электронной пары
2
3
3
Приблизительно по 10 г (0,048 моль) аддуктов, полученных выше, загружают по отдельности в круглодонную одногорлую колбу емкостью 100 мл, оборудованную магнитной мешалкой. Внутри колбы обеспечивают поток N. Колбу выдерживают на водяной бане при температуре приблизительно от 30°С до 35°С. Внутрь колбы помещают магнитную иглу для перемешивания. В колбу медленно добавляют 33,7 г (0,29 моль) AlCl при перемешивании в течение приблизительно 30 минут. Полученную массу перемешивают в течение приблизительно от 3 до 4 часов. Однако при этом не происходит образования ионной жидкости, и смесь остается в виде твердого вещества. Все перечисленные выше соединения, как было установлено, образуют стабильный аддукт с AlCl в соотношении 1:1 на первой стадии (стадия а) и не образуют ионной жидкости на второй стадии (стадия b). Добавление избыточного количества реагента на стадии а) или стадии b) не имеет никакого значения.
Пример 11
Реакция алкилирования с помощью ионной жидкости из аддукта ДМСО-хлорид алюминия (полученной в Примере 1)
2
Приблизительно 52,02 л потока углеводородов, содержащего приблизительно от 10% до 13% С10-С14 олефинов и приблизительно от 87% до 90% парафинов, и приблизительно 20,02 л бензола загружают в стеклянный реактор емкостью 250 л, оборудованный верхнеприводной мешалкой, помещенный в колбонагреватель. Внутри реактора обеспечивают поток N. Затем реактор нагревают до температуры в диапазоне приблизительно от 38°С до 39°С. При достижении температуры в реактор добавляют приблизительно 0,7 кг ионно-жидкостного катализатора, приготовленного в соответствии с Примером 1, и перемешивают в течение приблизительно 5 минут. Приблизительно через 5 минут реакционной массе дают возможность отстояться в течение приблизительно 10 минут. После этого слои разделяют.
Верхний слой углеводородов затем анализируют с помощью титрования. Было установлено, что превращение олефинов соответствует 98% с образованием линейного алкилбензола.
Нижний слой возвращают в оборот вместе с потоком свежих углеводородов и бензола в соответствии с описанной выше процедурой. Анализируют превращение олефинов, присутствующих в олефиновом потоке, в линейный алкилбензол, при этом оно соответствует приблизительно 98%.
Пример 12
Реакция алкилирования с помощью ионной жидкости из аддукта ДМСО-хлорид алюминия (полученной в Примере 1)
2
Приблизительно 141,5 мл (124,3 мг) бензола добавляют в круглодонную колбу емкостью 250 мл, оборудованную верхнеприводной мешалкой, в атмосфере N. В колбу добавляют приблизительно 7,5 г ионно-жидкостного катализатора, приготовленного в соответствии с Примером 1. Затем в колбу добавляют приблизительно 23,4 мл бензилхлорида при температуре приблизительно от 45°С до 46°С и перемешивают в течение приблизительно 15 минут. После завершения реакции слои катализатора и углеводородов разделяют. Верхний слой углеводородов анализируют с помощью газовой хроматографии для определения превращения бензилхлорида. Превращение бензилхлорида в бифенилметан анализируют методом газовой хроматографии, при этом оно соответствует приблизительно 92%.
Пример 13
Реакция олигомеризации с помощью ионной жидкости из аддукта ДМСО-хлорид алюминия (полученной в Примере 1b)
2
Приблизительно 100 мл потока углеводородов, содержащего приблизительно от 10% до 13% С10-С14 олефинов и приблизительно 87% до 90% парафинов, загружают в стеклянный реактор емкостью 250 мл, оборудованный верхнеприводной мешалкой, помещенный в колбонагреватель. Внутри реактора обеспечивают поток N. Затем реактор нагревают до температуры 45°С. При достижении температуры в реактор добавляют приблизительно 0,1 г ионно-жидкостного катализатора, приготовленного в соответствии с Примером 1, и перемешивают в течение приблизительно 10 минут. Приблизительно через 10 минут реакционной массе дают возможность отстояться в течение приблизительно 10 минут. После этого слои разделяют. Верхний углеводородный слой анализируют. Превращение олефинов анализируют с помощью титрования, при этом оно соответствует приблизительно 97%.
Пример 14
Реакция алкилирования с помощью ионной жидкости из аддукта ДМСО-хлорид алюминия (полученной в Примере 1d)
2
Приблизительно 23,5 г фенола и приблизительно 2,2 г метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ, англ. МТВЕ, от methyl tert-butyl ether) загружают в стеклянный реактор емкостью 100 мл, оборудованный верхнеприводной мешалкой, помещенный в колбонагреватель. Внутри реактора обеспечивают поток N. После этого реактор нагревают до температуры приблизительно 60°С. При достижении температуры в реактор добавляют приблизительно 0,25 г ионно-жидкостного катализатора, приготовленного в соответствии с Примером 1, и перемешивают в течение приблизительно 3 часов. Приблизительно через 3 часа реакцию обрабатывают 25 мл дистиллированной воды. Анализируют превращение МТБЭ, при этом оно составляет приблизительно 95%.
Пример 15
Реакция Дильса-Альдера с использованием ионной жидкости из аддукта ДМСО-хлорид алюминия (полученной в Примере 1b)
2
Приблизительно 2,76 г изопрена и приблизительно 1,02 г винилацетата загружают в стеклянный реактор емкостью 100 мл, оборудованный верхнеприводной мешалкой, помещенный в колбонагреватель. Внутри реактора обеспечивают поток N. После этого реактор нагревают до температуры приблизительно 60°С. При достижении температуры в реактор добавляют приблизительно 0,03 г ионно-жидкостного катализатора, приготовленного в соответствии с Примером 1, и перемешивают в течение приблизительно 4 часов. Приблизительно через 4 часа реакцию обрабатывают 10 мл этилацетата. Анализируют превращение реагентов, при этом оно соответствует приблизительно 96%.
Пример 16
Реакция ацилирования с помощью ионной жидкости из аддукта ДМСО-хлорид алюминия (полученной в Примере 1)
2
Приблизительно 19,5 г бензола и приблизительно 3,5 г ацетилхлорида загружают в стеклянный реактор емкостью 100 мл, оборудованный верхнеприводной мешалкой, помещенный в колбонагреватель. Внутри реактора обеспечивают поток N. После этого реактор нагревают до температуры приблизительно 60°С. При достижении температуры в реактор добавляют приблизительно 0,21 г ионно-жидкостного катализатора, приготовленного в соответствии с Примером 1, и перемешивают в течение приблизительно 2 часов. Приблизительно через 2 часа реакцию обрабатывают приблизительно 25 мл дистиллированной воды. Анализируют превращение ацетилхлорида, оно составляет приблизительно 96%.
Пример 17
Реакция ацилирования с помощью ионной жидкости из аддукта ДМСО-хлорид алюминия (полученной в Примере 1)
2
Приблизительно 19,5 г бензола и приблизительно 1,95 г хлористого бензоила загружают в стеклянный реактор емкостью 100 мл, оборудованный верхнеприводной мешалкой, помещенный в колбонагреватель. Внутри реактора обеспечивают поток N. После этого реактор нагревают до температуры приблизительно 60°С. При достижении температуры в реактор добавляют приблизительно 0,21 г ионно-жидкостного катализатора, приготовленного в соответствии с Примером 1, и перемешивают в течение приблизительно 3 часов. Реакцию обрабатывают приблизительно 15 мл дистиллированной воды и 15 мл этилацетата. Анализируют превращение хлористого бензоила, оно составляет 91%.
Таким образом, настоящее изобретение с учетом описанных выше примеров и различных вариантов осуществления позволяет с успехом преодолеть различные недостатки предшествующего уровня техники и предлагает улучшенный способ получения жидкой соли, включая, но не ограничиваясь этим, ионную жидкость.
Дополнительные варианты осуществления и характерные особенности настоящего изобретения будут очевидны обычному специалисту в данной области техники на основе описания, приводимого в данном документе. Представленные в описании варианты осуществления предусматривают различные особенности и их предпочтительные подробности. Описания известных/стандартных методов и технологических приемов опущены, чтобы не перегружать чрезмерно приведенные здесь варианты осуществления.
Предшествующее описание конкретных вариантов осуществления, таким образом, будет полностью раскрывать общий характер приведенных в данном документе вариантов осуществления, так что другие лица смогут, основываясь на современном уровне знаний, без труда модифицировать и/или приспособить для различных применений эти конкретные варианты осуществления без отклонения от общей идеи, поэтому такие приспособления и модификации следует понимать в соответствии со значением и в пределах диапазона серии эквивалентов описанных вариантов осуществления. Следует понимать, что фразеология или терминология, используемые в данном документе, предназначены для описания, а не ограничения. Таким образом, хотя варианты осуществления в данном изобретении описаны применительно к предпочтительным вариантам осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что приведенные в данном документе варианты осуществления могут быть реализованы на практике с изменениями, не отступающими от сущности и объема вариантов осуществления согласно настоящему описанию.
На всем протяжении данного описания термин "включают в себя", варианты, такие как "включает в себя" или "включающий в себя", где бы они ни были использованы, подразумевают включение определенного элемента, целого числа или стадии, либо группы элементов, целых чисел или стадий, а не исключение любого другого элемента, целого числа или стадии, либо группы элементов, целых чисел или стадий.
Использование выражения "по меньшей мере" или "по меньшей мере один" означает использование одного или более элементов или ингредиентов или количеств, учитывая тот факт, что использование в варианте осуществления изобретения может быть направлено на достижение одного или более из требуемых объектов или результатов.
Любое обсуждение документов, действий, материалов, устройств и тому подобного, включенное в данное описание, приведено исключительно с целью создания контекста для изобретения. Не следует считать, что любые или все из этих материалов являются частью основы предшествующего уровня техники или были хорошо известны в области, относящейся к изобретению, поскольку они существовали повсюду до даты приоритета данной заявки.
Хотя в данном документе был сделан значительный акцент на частные особенности данного изобретения, следует понимать, что могут быть осуществлены различные модификации и сделано множество изменений в предпочтительных вариантах осуществления без отклонения от сущности изобретения. Такие и другие модификации сущности изобретения или предпочтительных вариантов осуществления будут очевидны специалистам в данной области техники из приведенного здесь описания, вследствие чего следует отчетливо понимать, что изложенный выше текстовый материал следует интерпретировать исключительно как иллюстрацию изобретения, а не как его ограничение.