复合离子液体的制备、性质及在硝基苯电还原中的应用研究

摘要

硝基化合物还原制备胺类、偶氮类、氨基酚类等芳香化合物是重要的有机合成反应,具有较高的经济和社会效益。离子液体代替传统溶剂和电解质应用于电化学还原硝基化合物的反应,相对于传统合成方法具有组成简单、分离方便、介质循环使用的绿色化特点。而功能化离子液体的研究和应用对于提高硝基化合物电还原性能具有重要作用。课题根据亲水性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMimBF4)和疏水性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMimPF6)的不同特性,设计把两者按不同体积比进行二元复合,实现功能的互补和提高,以简单经济的方式进行离子液体的功能化,并将其应用于硝基苯的电还原研究。
　　课题制备了BMimBF4和BMimPF6复合离子液体(体积比4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4),研究了复合离子液体以及与水组成的三元混合体系的相互作用,并测定体系的电化学窗口、运动粘度、电导率等性质。研究了上述体系与硝基苯的相互作用,测定了体系的运动粘度、电导率的变化规律。采用不同的电化学测试方法(循环伏安法CV、交流阻抗EIS、稳态极化曲线 I/E、计时电量 Q-t、计时电流 I-t),探索硝基苯在复合离子液体及其与水组成的混合介质中的电化学行为和动力学特性,并采用不同的电解技术(恒电位电解和恒电流电解)对硝基苯进行选择性电还原。
　　结果表明,与单一离子液体相比,不同BMimBF4和BMimPF6二元复合离子液体中硝基苯、苯胺及偶氮苯的紫外光谱与单一离子液体中的吸收峰类似;复合离子液体中硝基苯、苯胺及偶氮苯的吸收峰强度随浓度呈现规律性变化。不同复合离子液体的电化学窗口成不规则变化,复合离子液体可改善 BMimBF4电化学窗口较窄的缺点;不同复合离子液体体系的运动粘度和电导率基本呈现规律性变化,且加入水和硝基苯后,变化规律基本不变。上述复合离子液体性质上的变化规律使其动力学性质具有可控性。
　　复合离子液体中硝基苯在微铂圆盘电极和铜盘电极上电还原,3:1、4:1复合离子液体中,均出现在不同温度下性能较单一离子液体中明显改善的现象;同样复合离子液体-水体系中也有类似的现象。BMimBF4:BMimPF6=4:1的复合离子液体中硝基苯的电化学行为研究受扫描速度、温度、浓度、加水量、电极材料的影响较大。随着扫描速度加快,两还原峰电流的值增大,峰2处电位负移,峰1处电位基本不变,溶液中的反应主要是受扩散控制;随着温度的升高,两峰电流增大,峰1电位略微负移,峰2电位基本不变;随着硝基苯浓度增加,两峰电流增大,峰电位有所负移;随着扫描周期数的增加,会不断出现还原峰,峰电流不断减小,并且慢慢趋缓;随着加入体系中水的量的增加,峰电位正移,峰电流变大;不同电极材料,以微铂圆盘电极和铜盘电极的对硝基苯的电还原选择性较好;随着温度的升高,硝基苯在不同离子液体/电极体系的传递系数和扩散系数增大;采用不同电解条件所得产物主要是苯胺和偶氮苯。

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第一章 前言

1.1 概述

1.2 离子液体

1.3 硝基化合物的还原方法

1.4 电化学合成

1.5 离子液体中硝基化合物的电还原

1.6 课题研究的意义及主要内容

第二章 实验部分

2.1 药品

2.2 仪器设备

2.3 实验步骤

第三章 复合离子液体溶液体系的性质

3.1 紫外光谱

3.2 复合离子液体的特性

3.3 小结

第四章 硝基苯在不同复合离子液体体系中电还原性能

4.1 不同离子液体中硝基苯的电还原行为

4.2 电极过程的交流阻抗研究

4.3 硝基苯在复合离子液体中的电还原影响因素

4.4 硝基苯在复合离子液体中的电还原动力学

4.5 小结

第五章 电解合成实验

5.1 恒电位电解

5.2 恒电流电解

5.3 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果

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