一种含全氮五唑阴离子的离子液体及其制备方法与流程

1.本发明涉及离子液体技术领域，具体涉及一种含全氮五唑阴离子的离子液体及其制备方法。


背景技术：

2.五唑是唑类家族含氮量最高的成员，是构建全氮类物质的重要材料之一。环状五唑阴离子(cyclo
‑
n5‑
)是五唑的离子形式，因其稳定的环状结构和芳香性被认为是全氮材料中最有可能在室温下稳定存在的结构，也一直被各国科学家所追求。2017年初，首个含环状五唑阴离子的离子盐(n5)6(h3o)3(nh4)4cl问世，这是全氮材料研究里程碑式的突破，也因此引起了含能材料研究领域的巨大关注。
3.目前，所有已合成的五唑材料在室温下都为固态。因此，探索环状五唑阴离子的液体形式，不仅能够开拓五唑含能材料的应用领域，也对研究稳定环状五唑阴离子的因素具有重要意义。


技术实现要素：

4.针对目前已合成的五唑材料较为单一的固态存在形式，本发明的目的在于提供一种含全氮五唑阴离子的离子液体及其制备方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种含全氮五唑阴离子的离子液体，其结构式为：
[0007][0008]
其中r1、r2、r3和r4为含饱和或不饱和烃基，或为端基被胺基、羟基或羧酸基团所修饰的烃基。
[0009]
在一些实施例中，所述离子液体由阴阳离子组成，其阴离子为全氮五唑环状阴离子；阳离子包括但不限于是咪唑类或季铵盐类阳离子。
[0010]
在一些实施例中，离子液体的稳定性由阳离子结构中所连接的基团的种类和数目进行调控。
[0011]
在一些实施例中，离子液体在室温下以液体形式存在。
[0012]
本发明还提供了一种含全氮五唑阴离子的离子液体的制备方法，包括如下步骤：将含卤素的离子液体mx溶于水中，向溶液中滴加agn5和水的混合液，在室温下避光反应3
‑
6小时；将反应液过滤，取滤液冷冻干燥，即得到相应的含全氮五唑阴离子的离子液体。
[0013]
在一些实施例中，所述含卤素的离子液体mx和agn5的摩尔比为1：(n～1.05n)。
[0014]
在一些实施例中，反应中每毫摩尔含卤素的离子液体使用的溶剂水的量为3～10ml。
[0015]
在一些实施例中，步骤中的阳离子m+可以是但不限于是是咪唑类或季铵盐类阳离子。
[0016]
在一些实施例中，步骤中的反应溶剂可以是但不限于是水。
[0017]
在一些实施例中，步骤中的反应温度可以是但不限于是室温。
[0018]
本技术可能带来的有益效果包括但不限于：本发明针对现今五唑相关研究局限性的问题，首次合成了一种含全氮五唑环状阴离子的新型离子液体。该类离子液体的室温稳定性在很大程度上受氢键影响，这可以通过改变阳离子上基团的种类和数目来进行调控。
附图说明
[0019]
图1全氮五唑阴离子离子液体与金属卤代盐混合后与绿色氧化剂h2o2接触点火实验图。
具体实施方式
[0020]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0021]
相反，本技术涵盖任何由权利要求定义的在本技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本技术有更好的了解，在下文对本技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本技术。
[0022]
以下将结合图1对本技术实施例所涉及的一种含全氮五唑阴离子的离子液体及其制备方法进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用于解释本技术，并不构成对本技术的限定。
[0023]
针对目前已合成的五唑材料较为单一的固态存在形式，本发明的目的在于提供一种室温下为液体的五唑材料。
[0024]
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是制备含全氮五唑环状阴离子的新型离子液体，其合成路线如下：
[0025]
mx+agn5→
m
+
n5‑
+agx
[0026]
x
‑
：cl
‑
、br
‑
、i
‑
[0027]
包括如下步骤：将含卤素的离子液体mx溶于水中，向溶液中滴加agn5和水的混合液，在室温下避光反应3
‑
6小时；将反应液过滤，取滤液冷冻干燥，即得到相应的含全氮五唑阴离子的离子液体。
[0028]
在一些实施例中，所述含卤素的离子液体mx和agn5的摩尔比为1∶(n～1.05n)。
[0029]
在一些实施例中，反应中每毫摩尔含卤素的离子液体使用的溶剂水的量为3～10ml。
[0030]
在一些实施例中，步骤中的阳离子m+可以是但不限于是是咪唑类或季铵盐类阳离子。
[0031]
在一些实施例中，步骤中的反应溶剂可以是但不限于是水。
[0032]
在一些实施例中，步骤中的反应温度可以是但不限于是室温。
[0033]
实施例1：2
‑
丁基三乙醇胺五唑离子液体的制备
[0034]
首先，制备2
‑
丁基三乙醇胺氯盐：将三乙醇胺(1.49g,10mmol)溶于10mol无水甲苯搅拌，缓慢滴入4
‑
氯
‑1‑
丁烷(1.30g,12mmol)，反应在氮气氛围110℃下回流24小时。将反应液降至室温，旋干，得到淡黄色液体(产率90％)，即2
‑
丁基三乙醇胺氯盐，将产物在60℃干燥24小时，以除去水分。
[0035]
取2
‑
丁基三乙醇胺氯盐(241mg,1mmol)溶于5ml去离子水中搅拌，向溶液中滴加agn5(179.3mg,1.1mmol)和水的混合液，在室温下避光反应4小时。将产物过滤，滤液冷冻干燥，得到黄色油状液体(产率95％)，即2
‑
丁基三乙醇胺五唑离子液体。
[0036]
实施例2：1
‑
羟乙基
‑3‑
丁基咪唑五唑离子液体的制备
[0037]
首先，制备1
‑
羟乙基
‑
三丁基咪唑氯盐：将1
‑
羟乙基咪唑(1.156g,10mmol)溶于10mol无水甲苯搅拌，缓慢滴入4
‑
氯
‑1‑
丁烷(1.30g,12mmol)，反应在氮气氛围110℃下回流24小时。将反应液降至室温，旋干，得到淡黄色液体(产率90％)，即1
‑
羟乙基
‑
三丁基咪唑氯盐，将产物在60℃干燥24小时，以除去水分。
[0038]
取1
‑
羟乙基
‑
三丁基咪唑氯盐(205mg,1mmol)溶于5ml去离子水中搅拌，向溶液中滴加agn5(179.3mg,1.1mmol)和水(5ml)的混合液，在室温下避光反应4小时。将产物过滤，滤液冷冻干燥，得到黄色油状液体(产率96％)，即1
‑
羟乙基
‑
三丁基咪唑五唑离子液体。
[0039]
实施例3：1
‑
丁基咪唑五唑离子液体的制备
[0040]
取1
‑
丁基咪唑氯盐(160.5mg,1mmol)溶于5ml去离子水中搅拌，向溶液中滴加agn5(179.3mg,1.1mmol)和水(5ml)的混合液，在室温下避光反应4小时。将产物过滤，滤液冷冻干燥，得到淡黄色油状液体(产率90％)，即1
‑
丁基咪唑五唑离子液体。
[0041]
如图1所示，本发明的全氮五唑阴离子离子液体在与金属卤代盐混合后可与绿色氧化剂h2o2接触迅速自燃，取得了良好的实验效果。所发明的离子液体首次将绿色全氮五唑阴离子引入离子液体，该离子液体与绿色氧化剂h2o2的推进剂体系具有绿色环保、能量较高的优点，该类离子液体在作为绿色推进剂方面有着很好的应用前景。
[0042]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。