离子液体概述及其应用要点

离子液体概述及其应用前言：离子液体是只由阴阳两种离子组成的有机液体，又称低温下的熔融盐。 离子液体具有低蒸汽压、良好的离子传导性、液态温度范围宽、可设计性等优点。 离子液体所具备的这些其他液体无法比拟的性质，为许多传统化学反应提供了新的思路，尤其是在绿色化学设计中的应用。 本文首先阐述离子液体的基础知识，然后重点探讨离子液体在催化剂和有机合成领域、摩擦领域、生物医药领域的应用。主题：离子液体概要1.1离子液体的发展和性质在20世纪，“离子液体”(IL )只是表示熔融盐或熔融盐的术语，如高温盐。 目前，术语IL大部分用于表示存在于液态或接近室温条件下的熔融盐。 1914年Walden1合成乙基硝酸铵，熔点为12，但其发现不受关注。 20世纪60年代，Hurley等人报道了最初的铝酸盐离子液体系AlCl3-EPyBr。 然后扩展该氯化铝酸盐离子液体系统，探讨其在电化学、有机合成及催化领域的应用，包括N-烷基吡啶、1，3 -二烷基咪唑等多种基团修饰2 . 但这种离子液体的共同缺点是与水反应生成腐蚀性的HCl，对水和空气敏感，限制了它们的应用。 因此到1992年，Wilkes3率领的小组合成了咪唑阳离子和阴离子组成的水和空气稳定的离子液体。 之后，世界各地形成了研究离子液体的热潮。 这是因为ILs中存在很多优秀的特殊性质。 (1)液体状态温度范围宽，300； (2)蒸汽低、难挥发的(3)对有机物、无机物具有良好的溶解性，能够以均匀相完成很多化学反应的(4)密度大、不溶于很多溶剂，在用其他溶剂萃取的情况下，通过重力作用，能够实现溶剂与生成物的分离的(5)作为大的控制性(6)电解质具有大的电化学窗，具有良好的电传导性这些特殊的物理化学性质在产生许多新的应用的同时，也提高了当前的技术水平。 迄今为止已经合成并报告了许多ILs，但图1显示了典型的阳离子结构、阴离子结构和侧基链4。 我们可以通过选择合适的离子组成来实现ILs物理化学性质的设计。 例如，咪唑阳离子(1-丁基-3-甲基咪唑阳离子)或组合，生成的离子液体为亲水性，相同的阳离子或生成的离子液体为强疏水性的离子液体。 目前研究的是由咪唑阳离子、吡啶阳离子和含氟阴离子组成的离子液体。1.2离子液体的表面张力离子液体的表面张力高于一般的有机溶剂，但低于水的表面张力，因此使用离子液体可加快相分离的过程。 由于离子液体的蒸汽压低，所以用测量表面张力的方法测量液体的附着力，判断离子间的相互作用类型(隔离和定位)。 通常，离子液体具有吸湿性和粘性，价格也高，因此测定离子液体表面张力的方法最好确保可控制的气氛，长期保持平衡，离子液体的使用量少。 因此，测量表面张力的最常用方法是杜氏法(DNR )、悬滴法(PD )、毛细管法(CR )。 影响离子液体表面张力测量的主要因素是温度、水和其他杂质、离子液体本身的结构特性。 由于离子液体中离子间的静电引力和范德华力的作用，离子液体的表面张力在有限的温度范围内随着温度的上升而降低，在很多离子液体中，温度的上升使20公里的表面张力从1降低到2mN m-1。 水的含量对表面张力的影响是有限度的，如果表面张力小于该限度，则水的含量在不影响表面张力测量的表面张力超过该限度值时，表面张力随着水的含量增加而上升，参照图2。 阳离子影响液体的表面张力，烷基链的生长和末端功能化基团与极性基团更紧密结合，难以从表面分离，降低表面张力5。fig.2 theresurresasaresultofawatercontent双离子液体的应用2.1离子液体在催化剂和有机化学中的应用由于离子液体具有很多特殊的性质和表现，特别是难挥发的性质引起了很多化学家的兴趣，因为这种性质使很多离子液体成为不挥发、难燃的溶剂，这比传统的易挥发有机溶剂更安全，更有利于环境保护。 因此，可以认为离子液体与超临界CO2和双水相一起构成三大绿色溶剂。 迄今为止，在离子液体中重新尝试了碳循环合成、adol反应和交联反应等有机反应，证明6离子液体与普通的有机溶剂相比，反应收率显着提高。 由于离子液体的蒸汽压极低，液体温度范围广，容易分离。 将催化剂溶解在离子液体中，与离子液体一起回收利用，催化剂具有均匀催化效率和多相催化剂容易分离的优点。2.2离子液体在摩擦中的应用离子液体具有一些特殊性质，具有可忽略的蒸汽压力、不燃性、高热稳定性、低熔点和高导电性，这些特性也是优良润滑剂应具备的优点。 因此，离子液体在摩擦领域具有重要作用。 2001年，离子液体首次作为高性能润滑剂应用于摩擦领域7 . 咪唑类离子液体的分解温度一般为350以上，有时达到480，而且离子液体在低温(-50至-100)下也具有流动性，在这样宽的液体温度范围内，离子液体在宽的温度下具有良好的阻尼作用。 离子液体与其他合成润滑油最显着不同的是离子液体的高极性(图3 )，离子液体能够在摩擦副表面形成高效的吸附膜，引起摩擦化学反应。 在离子液体中添加添加剂，摩擦学性能更好。 Priest发现，通过添加1%的磷酸甲苯，离子液体在高温下可以迅速形成摩擦膜。 离子液体本身含有耐磨性和耐极压性的润滑活性元素(n、p、b、f )，添加剂具有阻止离子液体氧化和腐蚀摩擦副作用。 传统润滑油不易适用于特殊条件下的润滑摩擦，但设计的功能化离子液体可达到此目的。fig.3 showspolarizedchargedistributioninasingleimidazioliummoleculle离子液体的熔点和粘度是润滑油的两个重要因素，依赖于其分子结构、阳离子型、阴离子和烃链的类型和长度9。 减摩耐磨方面最好的阳离子是1 -烷基-3-甲基咪唑类离子液体。 摩擦系数随烷基链的生长而降低是因为粘度的增加和长烷基链阻止了摩擦副之间的直接接触。 疏水性离子