【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及化學合成設計領域，特別是涉及一種4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備和純化方法。
技術介紹
1、為減少對化石燃料的依賴，發展新能源汽車在一定程度上緩解我國對石油的大量需求。作為新能源汽車的“心臟”，鋰離子二次電池由于多種突出的優點，成為了現如今的研究熱點，具有巨大的市場應用前景。電解質是鋰離子電池中鋰離子在正負極之間傳輸的媒介，鋰鹽是電解質中鋰離子的提供者，其陰離子是決定電解質物理和化學性質的主要因素。
2、目前電動汽車和其他電氣設備的鋰離子電池使用的電解質主要是六氟磷酸鋰(lipf6)。但lipf6對水比較敏感，痕量水的存在就會導致lipf6的分解，這也是lipf6難以制備和提純的主要原因。為此尋找lipf6的替代品就顯得十分重要。
3、研究發現鋰4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑鋰(litdi)作為一種清除水分的電解質添加劑，可以充分抑制lipf6的水解。另外，研究表明litdi的熱穩定性優于lipf6，并且在熱降解方面更安全。litdi不會腐蝕鋁，并能夠形成一個鈍化層，保護集電器。此物質熱分解溫度高，能超過250℃，電化學氧化電壓較高、對集流體鋁箔的腐蝕電位同樣較高，此外還具有較高的鋰離子遷移數能滿足實際應用下正極材料的使用要求。因此，我們認為litdi是一種很有前途的下一代電解質。
4、國內外合成litdi的主要方法是兩步法，第一步是二氨基順丁烯二腈與三氟乙酸酐、三氟乙酸和五氧化二磷、三氟乙酸酯在溶劑中進行反應得到4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑(htdi)，然后第二步用
5、在此基礎上，我們從4,5-二氰基咪唑三氟甲基化的角度出發，提出一種全新的合成方法。使用4,5-二氰基咪唑和三氟甲基亞磺酸鈉合成4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。利用三氟甲基亞磺酸鈉為三氟甲基源,使用叔丁基過氧化氫作為氧化劑的4,5-二氰基咪唑的三氟甲基化反應。反應為自由基反應機理,三氟甲基亞磺酸鈉在叔丁基過氧化氫的作用下形成三氟甲基自由基，與4,5-二氰基咪唑發生反應從而實現三氟甲基化，生成4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。反應條件溫和，原料成本低廉，有利于工業化生產應用。
技術實現思路
1、為解決現有技術的不足，本專利技術提供了一種4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備和純化方法。
2、本專利技術提供的一種4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，包括以下過程：在4,5-二氰基咪唑和三氟甲基亞磺酸鈉添加溶劑和水的條件下，緩慢加入叔丁基過氧化氫的水溶液并劇烈攪拌，升溫反應一定的時間得到4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。
3、具體的，4,5-二氰基咪唑、三氟甲基亞磺酸鈉、叔丁基過氧化氫的水溶液的摩爾比按照1:(3～9):(4～10)。
4、具體的，反應溫度為10～80℃。優選的，反應溫度為30～50℃。
5、具體的，反應時間為1～12h。
6、具體的，叔丁基過氧化氫的濃度為50％～80％。優選的，叔丁基過氧化氫的濃度為70％。
7、具體的，溶劑可選自甲醇、二氯甲烷、二氧六環、乙酸乙酯中的任意一種或幾種的混合。
8、純化階段
9、反應結束后用溶劑和水多次萃取得到粗品4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。粗品經過濃縮旋干、硅膠柱色譜法分離和干燥得到較為純凈的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。
10、具體的，溶劑可選自甲醇、二氯甲烷、二氧六環、乙酸乙酯中的任意一種或幾種的混合。
11、合成路線
12、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的合成路線如下：
13、
14、本專利技術的反應機理和有益效果如下：
15、(1)氟是電負性最大的元素，且原子半徑小，在分子中引入氟原子或者含氟基團能夠有效改變分子的性質。三氟甲基是許多藥品、農藥、染料和聚合物等分子中常見的含氟基團之一，且大多數處在芳烴結構上。三氟甲基能夠提高藥物的化學和代謝穩定性，改善其親脂性和生物利用度，增強藥物的結合選擇性，具有廣泛的應用。其中，芳烴碳氫鍵的直接三氟甲基化符合分子結構后期修飾的策略而深受研究領域的歡迎。本專利技術通過三氟甲基亞磺酸鈉為三氟甲基源,使用叔丁基過氧化氫作為氧化劑進行4,5-二氰基咪唑的三氟甲基化反應。反應為自由基反應機理,三氟甲基亞磺酸鈉在叔丁基過氧化氫的作用下形成三氟甲基自由基，與4,5-二氰基咪唑發生反應從而實現三氟甲基化，生成4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。反應機理如下：
16、
17、(2)目前普遍使用的反應原料為三氟乙酸酐，其中三氟乙酸酐沸點為40℃，使用時極易揮發，夏天不適合大量的生產使用。另外，具有較強的腐蝕性，在反應的過程中容易造成局部濃度過高，導致反應不充分。本專利技術使用的三氟甲基亞磺酸鈉化學性質穩定，不易揮發，在有機氟化學領域應用廣泛。
18、(3)使用三氟乙酸酐反應會生成三氟乙酸，三氟乙酸腐蝕性很強，使純化的過程變復雜，步驟較多。三氟乙酸酐遇低級醇和水起化學反應而分解，對很多金屬尤其是潮濕空氣存在下具有腐蝕性。由于三氟乙酸酐是液態，不易運輸和儲存，增加了原料的成本。本專利技術使用的4,5-二氰基咪唑和三氟甲基亞磺酸鈉均為固態，性質穩定無腐蝕性，有利于工業化生產，降低了反應的危險性，優化了反應條件。
19、(4)本專利技術整個工藝流程條件較之前的相比較，工藝安全和高效，有利于產業化生產，所需要的生產設備簡單高效，有利于降低生產成本。
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1.一種4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于：4,5-二氰基咪唑、三氟甲基亞磺酸鈉、叔丁基過氧化氫的水溶液的摩爾比按照1:(3～9):(4～10)。
3.根據權利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于：反應溫度為10～80℃。
4.根據權利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于：反應時間為1～12h，反應溫度為30～50℃。
5.根據權利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于：叔丁基過氧化氫的濃度為50％-80％。
6.根據權利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于：叔丁基過氧化氫的濃度為70％。
7.根據權利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于：溶劑選自甲醇、二氯甲烷、二氧六環、乙酸乙酯中的任意一種或幾種的混合。
8.根據根
9.根據根據權利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于：通過叔丁基過氧化氫和三氟甲基亞磺酸鈉相互作用提供三氟甲基自由基，與4,5-二氰基咪唑發生反應從而實現三氟甲基化，生成4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑，反應機理如下：
10.根據權利要求1或2所述方法制備的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑，其特征在于4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的純化，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于：4,5-二氰基咪唑、三氟甲基亞磺酸鈉、叔丁基過氧化氫的水溶液的摩爾比按照1:(3～9):(4～10)。
3.根據權利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于：反應溫度為10～80℃。
4.根據權利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于：反應時間為1～12h，反應溫度為30～50℃。
5.根據權利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征在于：叔丁基過氧化氫的濃度為50％-80％。
6.根據權利要求1或2所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制備方法，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：程黨國，遲貝貝，崇明本，陳豐秋，劉曉玲，徐忠明，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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