【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-2-三氟甲基咪唑锂的制备和纯化方法。
技术介绍
1、近几年，新能源汽车的数量不断增长，带动其相关产业的发展。电解质是锂离子电池中锂离子在正负极之间传输的媒介，除电极材料的因素外，锂离子电池的优势与不足均与电解质的性质密切相关。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，绝大多数锂离子电池的商业化电解质锂盐为lipf6。lipf6有以下突出优点：(1)在非水溶剂中具有合适的溶解度和较高的离子电导率；(2)能在al箔集流体表面形成一层稳定的钝化膜；(3)化学惰性；(4)能协同碳酸酯溶剂在石墨电极表面生成一层稳定的sei膜。
3、但是，lipf6的热稳定性不如其他锂盐，即使是在高纯状态下也能发生分解。加热至175～185℃时将大量分解，因此在生产、纯化、储备和使用时应格外的小心。分解反应的气体产物pf5会使反应向右移动，在高温下分解尤其严重。其次，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。其分解产物氢氟酸(hf)具有高腐蚀性，会导致电池性能下降和界面电阻的增大，影响锂电池的循环寿命。因此，寻找lipf6的替代品就显得十分重要。
4、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂(litdi)是一种新型的咪唑衍生盐，由于具备了多种性能优势，也成为有潜力替代lipf6的锂盐。与lipf6相比，litdi具有较高的热稳定性和较稳定的降解产物，热分解温度
5、目前，国内外合成litdi的主要方法是三氟乙酸酐和二氨基顺丁烯二腈在1,4-二氧六环溶液中进行反应得到4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑(htdi)，然后第二步用锂盐成盐得到4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂。该合成路线使用的三氟乙酸酐沸点为40℃，室温下极易挥发，使用不当容易造成较大的误差。另外，三氟乙酸酐局部浓度过高时会导致反应不充分，产率降低。对于工业化生产，反应条件比较苛刻，成本较高。另外，三氟乙酸和三氟乙酸酯也会和二氨基顺丁烯二腈反应生成htdi。反应机理都是通过胺基的酰胺化并脱水成环生成htdi。三氟乙酸腐蚀性较强，对设备材料要求比较苛刻。三氟乙酸酯的合成路线有三步，大分子三氟乙酸酯原子利用率低，增加投入的成本。
6、在此基础上，我们突破了传统的合成思路，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。然后再和锂盐反应生成4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂。该方法突破了常规使用二氨基顺丁烯二腈和三氟乙酸酐、三氟乙酸、三氟乙酸酯为原料的思路，从三氟甲基化的角度合成4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑。安全性更高，反应条件更温和，有利于工业化大规模生产。
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-2-三氟甲基咪唑锂的制备和纯化方法。
2、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方法，反应过程和路线如下：
3、
4、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。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。
5、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)。
6、具体的，反应温度为10～80℃。优选的，反应温度为30～50℃。
7、具体的，反应时间为1～12h。
8、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％。
9、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。
10、本专利技术提供了一种4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂的制备方法，反应过程和路线如下：
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12、将上述步骤得到的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑加入到锂盐和水的悬浊液中，搅拌并伴随大量的气泡生成。添加活性炭进行脱色，脱色结束后过滤除去活性炭，母液旋蒸除去水。加入溶剂过滤除去过量的锂盐，母液进行多次重结晶，过滤干燥后得到纯度较高的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂。
13、具体的，锂盐选自碳酸锂、氯化锂、氢氧化锂中的任意一种。
14、具体的，活性炭的脱色时间为6～12h，活性炭的量为1～2g。
15、具体的，溶剂选自乙腈、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、异丙醚、乙醚、1,4-二氧六环、乙二醇二甲醚中的任意一种或多种。
16、本专利技术的反应机理和优点如下：
17、(1)在药物合成中，氟的存在增加了有机药物的稳定性,提高了化合物的脂溶性和渗透性,也减少了药物耐药性的产生,因此氟原子在现代药物设计和药物合成中具有举足轻重的地位。氟原子本身具有高活性,在反应中不易控制,因此在药物合成和设计中多采用引入含氟基团的方法,其中三氟甲基化是常用合成手段之一。
18、4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑结构式如图所示：
19、
20、可以看出存在三氟甲基在咪唑环上。在此基础上，我们提出对4,5-二氰基咪唑进行三氟甲基化的思路。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。反应机理如下：
21、
22、(2)目前普遍本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂的制备方法，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30～50℃。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求3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％。
6.根据权利要求3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Ⅰ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。
7.根据根据权利要求3所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂的制备方法，其特征在于：4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂的合成路线如下：
8.根据权利要求3所述的4,
9.根据权利要求3所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂的制备方法，其特征在于：溶剂Ⅱ选自乙腈、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、异丙醚、乙醚、1,4-二氧六环、乙二醇二甲醚中的任意一种或多种。
10.根据权利要求4所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂的制备方法，其特征在于：活性炭的脱色时间为6～12h。
...【技术特征摘要】
1.一种4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂的制备方法，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30～50℃。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求3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％。
6.根据权利要求3所述的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：崇明本，迟贝贝，程党国，陈丰秋，刘晓玲，徐忠明，
申请(专利权)人：浙江大学衢州研究院，
类型：发明
国别省市：
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