含双（三甲硅基）的杂环化合物的合成方法技术

含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法，属于含双(三甲硅基)的杂环化合物合成的技术领域，包括：首先采用双(三氯甲基)碳酸酯、乙二胺、氢氧化钠水溶液、氯仿和负载催化剂制备得到2

【技术实现步骤摘要】
含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法


[0001]本专利技术属于含双(三甲硅基)的杂环化合物合成的
，涉及含硅基的五元含氮环的制备方法，具体涉及1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮或1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮的合成方法。

技术介绍

[0002]在电池电解液中，由于电解质盐因水解而产生氟化氢，氟化氢不仅会侵蚀电极材料，还会破坏SEI膜，影响锂电池寿命，而含双(三甲硅基)的杂环化合物作为电解质添加剂，可与氟化氢反应，降低电解液中酸度，并且与酸反应所产生的化合物，还可以作为锂二次电池中的成膜助剂，进而改善电池负极及电解液在高温下的稳定性。基于此，1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮或1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮作为含双(三甲硅基)的杂环化合物，其合成方法研究在电池电解液领域具备重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术为解决上述问题，提出了一种含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法，制备出的1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮或1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮副产物少，收率高，应用在锂离子电池电解液中，可显著改善锂离子电池的性能和使用寿命。
[0004]本专利技术所采取的具体技术方案是：含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法，以2-咪唑烷酮或亚乙基硫脲为原料进行制备，关键在于，包括如下步骤：
[0005](1)原料的制备：
[0006]制备2-咪唑烷酮：双(三氯甲基)碳酸酯用有机溶剂溶解得到双(三氯甲基)碳酸酯溶解液，将乙二胺、2-10％质量分数的氢氧化钠水溶液、氯仿和负载催化剂混合，在20℃-30℃逐滴加入双(三氯甲基)碳酸酯溶解液，加入时间5-8h，加入完毕升温至45-55℃反应10-14h，反应结束后，静置30-40min分层，分出水层，浓缩，用乙醇重结晶得到2-咪唑烷酮，备用；
[0007]或，制备亚乙基硫脲：将乙二胺、乙醇、蒸馏水、负载催化剂混合，在搅拌下滴加二硫化碳，滴加过程中控制温度在45-55℃，滴加完毕升温至100-115℃，回流1-1.5h，然后加入37％质量分数的盐酸回流9-10h，冷却结晶，用丙酮洗涤，干燥得亚乙基硫脲，备用；
[0008](2)将三甲基氯硅烷溶于有机溶剂，通入氨气，加热至回流，至不再有白色沉淀产生，过滤，得到滤液；
[0009](3)将原料用有机溶剂溶解，得到原料液，在原料液中加入硫酸铵，再逐滴加入步骤(2)的滤液，加热回流5-6h，冷却至室温，过滤，获得产物；
[0010]以2-咪唑烷酮为原料，合成的产物为1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮；
[0011]以亚乙基硫脲为原料，合成的产物为1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮。
[0012]所述原料与三甲基氯硅烷的摩尔比为1:(2.1-2.5)，硫酸铵的质量为原料的1.5-2％。
[0013]进一步地，所述的负载催化剂由下述方法制备：
[0014]将十二烷基三甲基氯化铵、三辛基甲基氯化铵溶于去离子水中，控制十二烷基三甲基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、去离子水的质量比为(7-10)：3：(20-45)，制备混合溶液Ⅰ；
[0015]将正硅酸乙酯溶于环己烷中，制备混合溶液Ⅱ；
[0016]将SAPO-34分子筛、丝光沸石、USY分子筛和硝酸溶液混合搅拌3-4h，过滤，干燥，得到预处理分子筛；
[0017]将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中，600-700rpm下搅拌处理0.5-1h，然后过滤，干燥；将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中，然后通入氮气，100-120℃下回流处理10-11h，控制SAPO-34分子筛、丝光沸石、USY分子筛、硝酸溶液：正硅酸乙酯、环己烷的质量比为15：30：7：(15-20)：(4-7)：(27-35)；十二烷基三甲基氯化铵与正硅酸乙酯的质量比为1:(0.5-1)，处理结束后冷却至室温，过滤，过滤得到的固体80-90℃下干燥3-4h后，置于高温炉内，160-190℃下处理0.5-1h，得到负载催化剂。
[0018]进一步地，2-咪唑烷酮的制备中，控制1mmol乙二胺加入10-15％质量分数的氢氧化钠水溶液0.5-0.8mL；1mmol乙二胺加入有机溶剂0.2-0.4mL；乙二胺与双(三氯甲基)碳酸酯的摩尔比为3：(1-1.3)。
[0019]进一步地，亚乙基硫脲的制备中，控制乙二胺、乙醇、蒸馏水、二硫化碳、37％质量分数的盐酸的质量比为1：2：(2.5-3)：(1.2-1.4)：(0.3-0.5)。
[0020]进一步地，负载催化剂的用量为乙二胺质量的2-4.5％。
[0021]进一步地，所述的有机溶剂为无水乙醚或乙腈。
[0022]进一步地，负载催化剂的制备中，所述的硝酸溶液为8-10％质量分数的硝酸溶液。
[0023]本专利技术的有益效果是：本专利技术制备方法简单、副产物少，收率高，可应用于工业化。其中，本专利技术将十二烷基三甲基氯化铵、3g三辛基甲基氯化铵复配协同，SAPO-34分子筛、丝光沸石、USY分子筛复合作为载体，可以有效改善反应体系的流动性和催化剂的活性，大大提高2-咪唑烷酮或亚乙基硫脲作为目标产物的收率和单一性，经过试验发现，2-咪唑烷酮或亚乙基硫脲的目标产物单一性严重影响1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮或1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮的反应进程，尤其是副反应的发生，通过本专利技术负载催化剂的设计，可以大大减少副反应的发生。其中1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮，CAS号：(17877-19-9)；1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮，CAS号：(69859-14-9)。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例1制备的1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮的1H NMR图谱。
[0025]图2是本专利技术实施例1制备的1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮的13C NMR图谱。
[0026]图3是本专利技术实施例2制备的1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮的1H NMR图谱。
[0027]图4是本专利技术实施例2制备的1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮的13C NMR图谱。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0029]实施例1
[0030]1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮的制备
[0031](1)负载催化剂的制备：
[0032]将8g十二烷基三甲基氯化铵、3g三辛基甲基氯化铵溶于35g去离子水中，制备混合溶液Ⅰ；将8g正硅酸乙酯溶于31g环己烷中，制备混合溶液Ⅱ；将17.1gSAPO-34分子筛、34g丝光沸石、8g USY分子筛和17.1g硝酸溶液混合搅拌4h，过滤，干燥，得到预处理分子筛；将预处理分子筛加入到混合溶液Ⅰ中，700rpm下搅拌处理1h，然后过滤，干燥；将得到的固体粉末置于混合溶液Ⅱ中，然后通入氮气，110℃下回流处理11h，处理结束后冷却至室温，过滤，过滤得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法，以2-咪唑烷酮或亚乙基硫脲为原料进行制备，其特征在于，包括如下步骤：(1)原料的制备：制备2-咪唑烷酮：双(三氯甲基)碳酸酯用有机溶剂溶解得到双(三氯甲基)碳酸酯溶解液，将乙二胺、2-10％质量分数的氢氧化钠水溶液、氯仿和负载催化剂混合，在20℃-30℃逐滴加入双(三氯甲基)碳酸酯溶解液，加入时间5-8h，加入完毕升温至45-55℃反应10-14h，反应结束后，静置30-40min分层，分出水层，浓缩，用乙醇重结晶得到2-咪唑烷酮，备用；或，制备亚乙基硫脲：将乙二胺、乙醇、蒸馏水、负载催化剂混合，在搅拌下滴加二硫化碳，滴加过程中控制温度在45-55℃，滴加完毕升温至100-115℃，回流1-1.5h，然后加入37％质量分数的盐酸回流9-10h，冷却结晶，用丙酮洗涤，干燥得亚乙基硫脲，备用；(2)将三甲基氯硅烷溶于有机溶剂，通入氨气，加热至回流，至不再有白色沉淀产生，过滤，得到滤液；(3)将原料用有机溶剂溶解，得到原料液，在原料液中加入硫酸铵，再逐滴加入步骤(2)的滤液，加热回流5-6h，冷却至室温，过滤，获得产物；以2-咪唑烷酮为原料，合成的产物为1,3-双(三甲硅基)-2-咪唑酮；以亚乙基硫脲为原料，合成的产物为1,3-双(三甲基硅烷基)-咪唑烷-2-硫酮。所述原料与三甲基氯硅烷的摩尔比为1:(2.1-2.5)，硫酸铵的质量为原料的1.5-2％。2.根据权利要求1所述的含双(三甲硅基)的杂环化合物的合成方法，其特征在于，所述的负载催化剂由下述方法制备：将十二烷基三甲基氯化铵、三辛基甲基氯化铵溶于去离子水中，控制十二烷基三甲基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、去离子水的质量比为(7-10)：3：(20-45)，制备混合溶液Ⅰ；将正硅酸乙酯溶于环己烷中，制备混合溶液Ⅱ；将SA...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茜，刘鹏，闫朋飞，杨世雄，彭鹏鹏，田丽霞，
申请(专利权)人：石家庄圣泰化工有限公司，
类型：发明
国别省市：