连续合成不同离子液体的方法和工业过程的制作方法
【专利说明】连续合成不同离子液体的方法和工业过程
[0001]本发明涉及一种用连续的方法来制备离子液体的方法和工业过程。其整体被设计成，使得可几乎同时得到不同的离子液体。为了这一目的，使用了化学中间级，其不仅制备相对容易，而且无需多大成本就可转换成多种产物。这里所描述的方法有可能在单一的生产过程中合成高收率和高等级的不同离子液体。
[0002]术语离子液体是指仅由离子组成的液体。在这里指的是有机化合物的熔融盐或是有机盐和无机盐的低共恪(eutektisch)混合物。
[0003]离子液体本身具有许多优良的特性:其不挥发(蒸气压可忽略不计，像盐一样)，很难燃烧且热稳定(取决于所选择的液体，可高达300°C以上)。大多数的离子液体是无毒的。
[0004]为了与熔点高且腐蚀性大的传统熔融盐这一概念区别开来，根据定义将离子液体的熔点设定在低于100°C的温度。对于离子液体的组成来说，典型的是大的有机阳离子，严格来说是指鑰离子，这种离子通常由氮或磷中心和烷基构成。
[0005]这些阳离子可与多种有机或无机阴离子结合。此类液体的组合式构成允许有针对性地在大范围内适当地组合阳离子和阴离子，从而改变物理和化学性质。主要通过选择阳离子来影响离子液体的稳定性和其它基本物理性能，而阴离子的选择确定了化学性和官能度。对相关化学和物理性质进行逐步调节的这种可能性，允许形成百分百满足具体任务要求的新的离子液体。
[0006]离子液体作为替代溶剂在化学和生物催化反应中显示出有趣的特性:其非挥发性提供了工艺优势。此外其超凡的溶解特性在化学合成上也开辟了新的可能性。在大多数情况下，离子液体本身在使用后容易回收并且可再次使用，这进一步提高了化学过程的效率。
[0007]下面列举几个离子液体大规模应用的实例:
[0008]化工行业
[0009]BASF在全球范围内在其新的BASIL (使用离子液体的两阶段酸清除:BiphasiCAcid Scavenging utilizing 1nic Liquids)工艺中首次使用工业规模的离子液体。在这里，通过使用离子液体将可能会分解最终产物的有害酸从过程中除去。与传统方法相比，用这种方式可以显著提高工艺的收率。
[0010]纤维素是一种原材料，其不仅仅在造纸和纤维工业中起着核心作用。由于对生物聚合物有极佳的溶解性能，离子液体例如咪唑鑰乙酸盐为新工艺和产物开拓了全新的可能性。通过使用这些离子液体可无需使用其它有毒溶剂。
[0011]在例如镀铝的电化学过程中，相较于传统材料，含有例如咪唑鑰阳离子和氯阴离子的离子液体提供作为电解质的显著优点。
[0012]离子液体如咪唑鑰硫酸盐非常适合作为塑料抗静电剂。
[0013]石油化工
[0014]原油中的平均硫含量在最近几十年显著增加。这特别是因为越来越多低品质原油矿床被开采。但现在的柴油和汽油发动机需要的是硫含量非常低的燃料。而且超过一定硫含量的原油不能再在炼油厂进行处理。因此，原油加工时要努力降低硫含量。这在某种程度上要求复杂的化学工艺过程且环境压力巨大。借助离子液体，例如甲基咪唑鑰(M頂)衍生物，可以通过简单洗涤就可除去原油中的硫，多个国家和国际研究组的工作就证明了这一点。
[0015]电化学
[0016]离子液体因其离子特性具有作为如电池、电容器等电化学存储器中电解质的巨大潜力。虽然多年来将其中一些用于所谓的锂离子电池中，但在全球范围内一直在狂热地寻找用于此用途的离子液体的新化合物和制备方法。
[0017]光电
[0018]所谓的DSSC光电模块是新一代电池，人们对其寄予厚望。其工作原理类似于植物的光合作用，并且即使在光线差或者漫射时仍然可以提供相对高的能量收率。为了能在DSSC电池内进行电荷交换，需要具有非常特殊性能的特别电解质。离子液体满足了这些要求。因此，DSSC电池的开发与尚子液体紧密相关。
[0019]在这种背景下不足为奇的是，在最近几年的文献中描述了离子液体的众多合成可能性和越来越多的应用。下面示例性地概括了其中几个:
[0020]专利申请DE 10 2005 025 531A1例如描述了低粘度和高电化学稳定性的不同离子液体，这些离子液体主要用于电化学应用。此外，还描述了如何在实验室制备这些化合物的多种合成途径。
[0021]专利申请DE 103 19 465 A1涉及了实验室规模生产离子液体，所述离子液体具有作为阴离子的烷基硫酸盐或官能化烷基硫酸盐。这些化合物作为无卤素溶剂、萃取剂和热载体具有重要的技术意义。
[0022]专利申请EP 1182196 A1的主题为具有含卤阴离子的离子液体的实验室制备法。
[0023]在申请GB 2444614 A1中描述了作为离子液体阳离子的烷基铵盐及其制备方法。
[0024]申请US 2008 033178 A1描述了以烷基硫酸盐为阴离子的离子液体，及其实验室制备法。
[0025]在制备更大量的离子液体时的主要问题在于反应过程中温度的控制。为了使原材料反应，必须首先给系统供热。但如果随后才进行反应，而且是强放热反应，则需要将产生的热量有效地从系统中导出。
[0026]申请DE 10 2008 032 595 A1首先探讨了这个问题并描述了一种工业过程，在此过程中所需的活化热和产生的反应热通过使用合适的溶剂来进行控制。
[0027]所有这些参考文献表明，离子液体的离子组成和合成方法多种多样。所描述的方法在实验室规模是可行的并且在个别情况下也适合技术制备。但其在下列情况下会达到极限，即在涉及到以工业规模在单一的过程中制备多种物质时。
[0028]想要提供不同离子液体的公司要么必须运行不同的设备，要么必须改造现有设备。这不仅是高成本的，而且在许多情况下也不经济。
[0029]基于这一情况，本发明的任务在于，描述一种方法和工业过程，通过其在单一的生产过程中可几乎同时制备不同的离子液体。
[0030]因此，该方法的基本思想在于，在连续的过程中，合成中间级，用简单、常规方式就可将所述中间级转换成不同的最终产物，即离子液体。
[0031]所谓的基于咪唑鑰的羧酸盐可以是此类合适的中间级。其制备方法在文献中已知。例如2012年在Green Process Synth 1第261-267页中就描述了这样一种实验过程，在此过程中N-甲基咪唑与碳酸二甲酯烷基化。如果从其它烷基化试剂出发，如2010年在Chemical Engineering Journal第163期第429-437页中描述的那样，例如得到了相应的卤化物或甲基咪唑硫酸盐。
[0032]这种中间级继而可以通过加入酸，例如乙酸转化成相应的咪唑鑰乙酸盐，通过与盐酸反应转换成咪唑鑰氯化物或与硝酸反应转化成相应的硝酸盐，即转化成以咪唑鑰阳离子为基础的不同的离子液体。
[0033]因为中间级始终相同或合成技术可比较，则可在相同的工业过程中制备不同的离子液体。
[0034]下面参照图1示出了制备离子液体的可能工业过程的实施例，所述工业过程和