本发明专利技术涉及含吗啉阳离子基团的化合物及其合成方法和用途。其结构式如右所示，式中Ｒ↓［１］为甲基或乙基，Ｒ↓［２］为Ｃ↓［１０］～Ｃ↓［１６］的烷基；Ｘ为Ｃｌ↑［－］、Ｂｒ↑［－］、ＢＦ↓［４］↑［－］、ＰＦ↓［６］↑［－］，Ｙ为Ｃｌ↑［－］、Ｂｒ↑［－］、ＢＦ↓［４］↑［－］、ＰＦ↓［６］↑［－］、ＣＨ↓［３］ＳＯ↓［３］↑［－］、ＣＨ↓［３］Ｃ↓［６］Ｈ↓［４］ＳＯ↓［３］↑［－］。本发明专利技术化合物是一类室温下为晶体，升温时会形成各向异性的液晶相的热致液晶材料。本发明专利技术化合物的合成路线简单，产率较高，成本低廉。本发明专利技术化合物作为离子液体可应用的领域有：在分子级别作为离子传导材料；在化学反应中作有序反应介质；在纳米材料的合成中作为模板等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含吗啉阳离子基团的化合物及其合成方法和用途，属于有机合成
技术介绍
离子液晶(ioiiic liquid crystals)是指仅由离子组成在升温或降温下有热致液晶行为的盐， 简称ILCs。离子液体中只存在阴阳离子，没有中性分子，其主要特点是其离子特性使其不 同于传统的分子液晶，尤其是其阴阳离子相互作用，通常使其倾向于形成稳定的各向异性的 层状液晶相，但是也会形成其他结构，例如向列型。由于具有离子液体的结构和热致液晶的 性质，离子液晶可以被认为结合了液晶性质和离子液体性质的材料。当前研究的离子液晶按 阳离子可分为烷基季铵离子；1，3-二烷基取代的咪唑类离子；N-烷基取代的吡啶离子。按 阴离子来分主要为非金属类(如:C厂、Br—、 BF4—、 PF6—、 CH3S03 、 N03—、 CH3C6H4S03 _等)。其中1，3-二垸基取代的咪唑盐类离子液体的合成和应用研究得最为深入和广泛。离子传导材料的发展是分子电子学的一个方向，各向异性的离子传导性在分子级别是有 研究价值的，离子液晶有希望被设计为一类各向异性的离子传导材料，因为它们具有各向异 性的结构和用于电荷传递的离子，这类分子的长链垸基可作为离子传导通道的绝缘层(1. Dias, F. B.; Batty， S. V.; Gupta, A.; Ungar， G.; Voss， J. P.; Wright, P. V. Electrochim. Acta" 1998， 43, 1217.2. Hubbard, H. V. St. A.; Sills, S. A.; Davies， G. R.; Mclntyre,丄E.; Ward, I. M. Electrochim. Acta., 1998, 43,1239.。)由于离子液晶各向异性的特征，它们也能被用于有 机反应介质，在这种介质中有机反应的立体选择性和化学选择性区别于传统的有机溶剂，早 在1988年Weiss， R. G.就有相关综述报道(Weiss, R. G. Tetrahedron., 1988， 44， 3413.)。另夕卜， Faul， C. F. J.等将离子液晶可以应用在纳米材料的自组装合成中(Faul， C. F. J.; Antonietti， M. Adv. Mater.， 2003， 15, 673.)。N-烷基吗啉为一类含氧氮杂原子的环状化合物。作为叔胺化合物，N-烷基吗啉可以与 卣代烃反应生成季铵盐，再通过阴离子交换，可以获得一系列含不同阴离子的季铵盐。有些 N-烷基吗啉季铵盐在常温下为液体，而有些N-烷基吗啉季铵盐的熔点在80 20(TC，常温下为 固体。这就构成了一类含吗啉阳离子基团的离子液晶化合物。2000年Ivan J, B. Lin等报道了N—烷基咪唑基的离子液晶(Ching K. Lee， Hsin W. Huang and Ivan J. B. Lin.， Chem. Commun.， 2000,1911) ， 2004年Huen. Lee.等已合成了以 吗啉为阳离子基团的室温离子液体(K. S. Kim， S. Choi, D. Demberelnyamba， H. Lee" Chem. Comnum.， 2004， 828)，但目前尚未见到合成路线简单，产率较高，成本低廉的含吗啉阳离 子基团的热致液晶化合物的报道。因此有必要开发一类生产成本低(原料价格N-烷基吗啉比 N-烷基咪唑低)、合成路线简单、产率较高(总产率>卯％)的N-垸基吗啉阳离子基团的离 子液晶。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种生产成本低、合成路线简单、产率较高(总产率>卯％)的 含吗啉阳离子基团的化合物及其合成方法和用途。专利技术人由氯代或溴代烷烃与N-垸基-吗啉反应得到下式(I ) X—为Br—、 Cl—的含吗啉基 团的化合物，所得化合物与NH4BF4或NH4PF6进行离子交换得到下式(I ) X—为BF,或PFs—的含吗啉基团的化合物。专利技术人还由氯代或溴代烷烃与吗啉反应得到N-烷基-吗啉化合物，所得化合物与Br0nsted 酸HY中和得到下式(II) Y—为C厂、Br—、 BF4—、 PF6—、 CH3S03—、 CH3C6H4S03—的含吗啉 基团的化合物。本专利技术的含吗啉基团的化合物用下述通式(I )或(II)表示-<formula>formula see original document page 4</formula>(i) (n)式中R,为甲基或乙基，R2为C1(rC16的垸基，X—为Cr、 Br—、 BFr或PF6—， Y—为Cl一、 Br 、 BF4—、 PF6 、 CH3S03或CH3C6H4S03 。上述Curd6烷基是指癸基，十一垸基，十二烷基，十三烷基，十四烷基，十五垸基或十六烷基等烷基。优选的本专利技术化合物是其中R!为甲基，乙基；R2为癸基，十一垸基，十二垸基，十三院 基，十四烷基，十五垸基或十六烷基，X—为溴阴离子的式(I )化合物。优选的本专利技术化合物也是其中R为甲基，乙基；R2为癸基，十一垸基，十二垸基，十三 烷基，十四烷基，十五垸基或十六烷基，X—为BF,或PF「的式(I )化合物。优选的本专利技术化合物也是其中R2为癸基，十一烷基，十二烷基，十三烷基，十四烷基， 十五烷基或十六烷基，Y—为BF「或PF「的式(II)化合物。本专利技术提供了上述式(I )含吗啉基团的化合物的合成方法①按N-甲基吗啉或N-乙基 吗啉与溴代<^1()~<:16烷烃或氯代<:1()~<:16烷烃摩尔比为1: L05 10的比例，在N-甲基吗啉或N-乙基吗啉中加入溴代<:1()~<:16垸烃或氯代<:1()~<:16垸烃，以甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或乙腈 为溶剂，在50 15(TC, 1~10大气压下反应10~100个小时；反应产物经纯化后即可得到式(I ) X一为Br—或Cr的含吗啉基团的化合物。②在步骤①中所进行的反应完毕后(色谱检测)，按NH4BF4或NH4PF6与N-甲基吗啉或 N-乙基吗啉的摩尔比为l 5: 1加入NH4BF4或NH4PF6到步骤①的产物中，在20 50。C，反应 10 100个小时进行阴离子交换；产物经纯化后得到X—为BF4—或PF「的含吗啉基团的化合物。本专利技术还提供了上述式(II)含吗啉基团的化合物的合成方法①在吗啉中加入溴代Cw d6垸烃或氯代C『d6烷烃和碳酸氢钠(吗啉溴代Q(H^6烷烃或氯代do d6烷烃碳酸氢钠摩尔比=1: 1.05-10: 1)，以乙醇、丙醇、异丙醇或乙腈为溶剂，在5(M50。C， 1~10大气压下反应10 100个小时；产物经纯化得d。^C,6烷烃取代的含吗啉基团的化合物。②将步 骤①纯化后的产物在甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或乙腈的存在下，d。 C,6烷烃取代的含吗啉基团的化合物与Br0nsted酸HY在室温下经过中和反应制得，Y选自C广、Br—、 BF4—、 PF6—、 CH3S03—、 CH3C6H4S03—中的一种。本专利技术制备了一系列以季铵化的吗啉为阳离子的离子液晶，最具有代表性的有(1) N-十六烷基-N-本文档来自技高网...
【技术保护点】
含吗啉阳离子基团的液晶化合物，其结构式为： ＊＊＊或＊＊＊ 式中Ｒ↓［１］为甲基或乙基，Ｒ↓［２］为Ｃ↓［１０］～Ｃ↓［１６］的烷基；Ｘ↑［－］为Ｃｌ↑［－］、Ｂｒ↑［－］、ＢＦ↓［４］↑［－］或ＰＦ↓［６］↑［－］，Ｙ↑［－］ 为Ｃｌ↑［－］、Ｂｒ↑［－］、ＢＦ↓［４］↑［－］、ＰＦ↓［６］↑［－］、ＣＨ↓［３］ＳＯ↓［３］↑［－］或ＣＨ↓［３］Ｃ↓［６］Ｈ↓［４］ＳＯ↓［３］↑［－］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周晓海，余巍，张海波，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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