【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化学合成设计领域，特别是涉及一种4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备和纯化方法。
技术介绍
1、为减少对化石燃料的依赖，发展新能源汽车在一定程度上缓解我国对石油的大量需求。作为新能源汽车的“心脏”，锂离子二次电池由于多种突出的优点，成为了现如今的研究热点，具有巨大的市场应用前景。电解质是锂离子电池中锂离子在正负极之间传输的媒介，锂盐是电解质中锂离子的提供者，其阴离子是决定电解质物理和化学性质的主要因素。
2、目前电动汽车和其他电气设备的锂离子电池使用的电解质主要是六氟磷酸锂(lipf6)。但lipf6对水比较敏感，痕量水的存在就会导致lipf6的分解，这也是lipf6难以制备和提纯的主要原因。为此寻找lipf6的替代品就显得十分重要。
3、研究发现锂4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂(litdi)作为一种清除水分的电解质添加剂，可以充分抑制lipf6的水解。另外，研究表明litdi的热稳定性优于lipf6，并且在热降解方面更安全。litdi不会腐蚀铝，并能够形成一个钝化层，保护集电器。此物质热分解温度高，能超过250℃，电化学氧化电压较高、对集流体铝箔的腐蚀电位同样较高，此外还具有较高的锂离子迁移数能满足实际应用下正极材料的使用要求。因此，我们认为litdi是一种很有前途的下一代电解质。
4、国内外合成litdi的主要方法是两步法，第一步是二氨基顺丁烯二腈与三氟乙酸酐、三氟乙酸和五氧化二磷、三氟乙酸酯在溶剂中进行反应得到4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑(htdi)，然后第二步用
5、在此基础上，我们从4,5-二氰基咪唑三氟甲基化的角度出发，提出一种全新的合成方法。使用4,5-二氰基咪唑和三氟甲基亚磺酸钠合成4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。利用三氟甲基亚磺酸钠为三氟甲基源,使用叔丁基过氧化氢作为氧化剂的4,5-二氰基咪唑的三氟甲基化反应。反应为自由基反应机理,三氟甲基亚磺酸钠在叔丁基过氧化氢的作用下形成三氟甲基自由基，与4,5-二氰基咪唑发生反应从而实现三氟甲基化，生成4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。反应条件温和，原料成本低廉，有利于工业化生产应用。
技术实现思路
1、为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备和纯化方法。
2、本专利技术提供的一种4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，包括以下过程：在4,5-二氰基咪唑和三氟甲基亚磺酸钠添加溶剂和水的条件下，缓慢加入叔丁基过氧化氢的水溶液并剧烈搅拌，升温反应一定的时间得到4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。
3、具体的，4,5-二氰基咪唑、三氟甲基亚磺酸钠、叔丁基过氧化氢的水溶液的摩尔比按照1:(3～9):(4～10)。
4、具体的，反应温度为10～80℃。优选的，反应温度为30～50℃。
5、具体的，反应时间为1～12h。
6、具体的，叔丁基过氧化氢的浓度为50％～80％。优选的，叔丁基过氧化氢的浓度为70％。
7、具体的，溶剂可选自甲醇、二氯甲烷、二氧六环、乙酸乙酯中的任意一种或几种的混合。
8、纯化阶段
9、反应结束后用溶剂和水多次萃取得到粗品4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。粗品经过浓缩旋干、硅胶柱色谱法分离和干燥得到较为纯净的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。
10、具体的，溶剂可选自甲醇、二氯甲烷、二氧六环、乙酸乙酯中的任意一种或几种的混合。
11、合成路线
12、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的合成路线如下：
13、
14、本专利技术的反应机理和有益效果如下：
15、(1)氟是电负性最大的元素，且原子半径小，在分子中引入氟原子或者含氟基团能够有效改变分子的性质。三氟甲基是许多药品、农药、染料和聚合物等分子中常见的含氟基团之一，且大多数处在芳烃结构上。三氟甲基能够提高药物的化学和代谢稳定性，改善其亲脂性和生物利用度，增强药物的结合选择性，具有广泛的应用。其中，芳烃碳氢键的直接三氟甲基化符合分子结构后期修饰的策略而深受研究领域的欢迎。本专利技术通过三氟甲基亚磺酸钠为三氟甲基源,使用叔丁基过氧化氢作为氧化剂进行4,5-二氰基咪唑的三氟甲基化反应。反应为自由基反应机理,三氟甲基亚磺酸钠在叔丁基过氧化氢的作用下形成三氟甲基自由基，与4,5-二氰基咪唑发生反应从而实现三氟甲基化，生成4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。反应机理如下：
16、
17、(2)目前普遍使用的反应原料为三氟乙酸酐，其中三氟乙酸酐沸点为40℃，使用时极易挥发，夏天不适合大量的生产使用。另外，具有较强的腐蚀性，在反应的过程中容易造成局部浓度过高，导致反应不充分。本专利技术使用的三氟甲基亚磺酸钠化学性质稳定，不易挥发，在有机氟化学领域应用广泛。
18、(3)使用三氟乙酸酐反应会生成三氟乙酸，三氟乙酸腐蚀性很强，使纯化的过程变复杂，步骤较多。三氟乙酸酐遇低级醇和水起化学反应而分解，对很多金属尤其是潮湿空气存在下具有腐蚀性。由于三氟乙酸酐是液态，不易运输和储存，增加了原料的成本。本专利技术使用的4,5-二氰基咪唑和三氟甲基亚磺酸钠均为固态，性质稳定无腐蚀性，有利于工业化生产，降低了反应的危险性，优化了反应条件。
19、(4)本专利技术整个工艺流程条件较之前的相比较，工艺安全和高效，有利于产业化生产，所需要的生产设备简单高效，有利于降低生产成本。
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1.一种4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于：4,5-二氰基咪唑、三氟甲基亚磺酸钠、叔丁基过氧化氢的水溶液的摩尔比按照1:(3～9):(4～10)。
3.根据权利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于：反应温度为10～80℃。
4.根据权利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于：反应时间为1～12h，反应温度为30～50℃。
5.根据权利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于：叔丁基过氧化氢的浓度为50％-80％。
6.根据权利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于：叔丁基过氧化氢的浓度为70％。
7.根据权利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于：溶剂选自甲醇、二氯甲烷、二氧六环、乙酸乙酯中的任意一种或几种的混合。
8.根据根
9.根据根据权利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于：通过叔丁基过氧化氢和三氟甲基亚磺酸钠相互作用提供三氟甲基自由基，与4,5-二氰基咪唑发生反应从而实现三氟甲基化，生成4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑，反应机理如下：
10.根据权利要求1或2所述方法制备的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑，其特征在于4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的纯化，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于：4,5-二氰基咪唑、三氟甲基亚磺酸钠、叔丁基过氧化氢的水溶液的摩尔比按照1:(3～9):(4～10)。
3.根据权利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于：反应温度为10～80℃。
4.根据权利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于：反应时间为1～12h，反应温度为30～50℃。
5.根据权利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征在于：叔丁基过氧化氢的浓度为50％-80％。
6.根据权利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：程党国，迟贝贝，崇明本，陈丰秋，刘晓玲，徐忠明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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