离子液体与绿色化学

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离子液体与绿色化学

IonicLiquids@GreenChemistry1

内容

概述离子液体分类及合成离子液体性质应用及展望

概述

定义：※定义：寻常把完全由离子组成、在100℃以下仍呈液态的物离子液体。质定义为室温离子液体室温离子液体又称离子液体。离子液体室温离子液体●它一般由特定的阳离子特定的阳离子(一般为含N、P的有机阳离子，特定的阳离子如四烷基铵、三烷基锍、膦)和特定的阴离子特定的阴离子(一般为特定的阴离子无机阴离子，如BF4-,BF6-)组成。●组成离子液体的有机阳离子寻常是大而不对称的。●离子液体熔点100℃。●离子间作用力主要是库仑力。

离子液体具有一系列突出的优点优点:几乎没有蒸气压，不优点挥发，无嗅;具有较大的液相范围，较好的化学稳定性和较宽的电化学窗口;通过对正、负离子的设计，可以合成各种对无机物、有机物和聚合物的溶解性不同的室温离子液体。室温离子液体这些特别性能，不仅为化学研究提供了一个崭新领域，而且对解决现代工业带来的环境污染问题将会有突破性进展，因此，人们普遍认为它将成为二十一世纪理想的绿色化学溶剂。

离子液体的分类及合成

※根据阳离子分类离子名称表达式例子

2、阴离子分类、2、阴离子分类、※根据阴离子分类离子名称表达式例子

◆根据类型分类离子型

非离子型

新型离子液体7

★离子液体的合成多数离子液体是指含咪唑或吡啶阳离子的离子液体，而且多数咪唑类和吡啶类离子液体易合成、成本低，应用最广泛。随着离子液体中阴离子和阳离子的变化，离子液体的物理化学性质将在很大范围内发生相应变化，因此，可根据需要设计合成出具有不同特性的离子液体。多数离子液体是通过两步法两步法合成的，也有一些通过一步法两步法合成。

★两步合成法第一步：将叔胺与卤代烃反应合成季胺的卤化盐将叔胺与卤代烃反应合成季胺的卤化盐；将叔胺与卤代烃反应合成季胺的卤化盐其次步：将季胺的卤化盐中的卤素负离子交换成所需的负离子将季胺的卤化盐中的卤素负离子交换成所需的负离子。将季胺的卤化盐中的卤素负离子交换成所需的负离子例如：[bmin]Br(溴化3-甲基-1-丁基咪唑)离子液体的合成步1:季胺的卤化盐合成mim+BuBr→[bmim]Br步2:离子交换[bmim]+Br-+KBF4→[bmim]BF4+KBr9(CH3)2CO

离子液体的性质

●总体来说，离子液体具有低挥发、不可燃及很高的热稳定性等优良特性，在环境友好的催化反应中显示出广阔的应用前景。离子液体的溶解性可通过变化阴

离子或阳离子中烷基链的长短而改变，因此可称为“可设计合成的溶剂可设计合成的溶剂〞,可设计合成的溶剂随着阳离子和阴离子的变化，离子液体的物理和化学特性会在很大范围内相应改变。

◆与传统溶剂比较优点

◆离子液体的缺点

离子液体的应用●离子液体作为一种环境友好的反应介质和新型的有机、无机多功能复合材料，最初主要应用于电化学研究，近年来作为绿色溶剂在清洁氧化有机合成分开萃取清洁氧化、有机合成分开萃取等领清洁氧化有机合成、分开萃取域日益受到人们的关注。在应用过程中的优点：在应用过程中的优点：

往往具有溶剂和催化剂的双重功能。

有更高的选择性、催化活性和循环使用次数。

有效抑制副反应，缩短反应时间，并使反应在较温柔条件下进行，成为真正的环境友好反应体系。应用中的最大障碍：粘性粘性，高粘度导致有机反应速率降应用中的最大障碍：即粘性有机反应速率降物质扩散速率降低，离子导电性降低低和氧化还原物质扩散速率降低离子导电性降低物质扩散速率降低离子导电性降低。13

离子液体用作有机合成催化和聚合反应的溶剂有机合成催化※离子液体用作有机合成催化和聚合反应的溶剂●Diels-Alder反应反应D-A反应在有机合成上是一个十分有用的C-C结合反应结合反应。比较典型的反结合反应应是环戊二烯与甲基丙烯酸甲酯的反应(见下式),往往得到的是外型外型和内型产品的混合物。和内型产品的混合物。

研究证明，溶剂的极性影响产品的内型和外型选择性，极性溶剂中容溶剂的极性影响产品的内型和外型选择性极性溶剂中容溶剂的极性影响产品的内型易得到内型产品。离子液体作为极性溶剂离子液体作为极性溶剂，易得到内型产品离子液体作为极性溶剂，对D-A反应必定有显著的影响。Fischer等在[BMIm][BF4]等离子液体中研究了此反应，反应的确趋向于得到内型产物，且反应速度较快。Lee使用氯铝酸盐离子液体为溶剂和催化剂研究了D-A反应，反应速率、立体选择性和产率都远远优于在传统的极性和非极性溶剂中的反应。14

●氢化反应将离子液体用于氢化反应始于1995年，deSouza等在[BMIm]BF4中研年将离子液体用于氢化反应始于究了Rh催化的环己烯氢化。Chanvin等用含弱配位阴离子(PF6、BF4、SbF6等)的离子液体溶解阳离子复合物[Rh(nbd)(PPh3)2]PF6(nbd为降冰片二烯),形成离子催化剂溶液，然后在其中研究了戊烯的氢化反研究了1-戊烯的氢化反研究了应(见下式),反应速率比在普通溶剂中快几倍，而且所用的

离子催化剂溶液能被重复使用。

芳烃的氢化一直是化工行业中的重要问题，特别是柴油的氢化，芳烃的氢化一直是化工行业中的重要问题，特别是柴油的氢化，主要使用多相催化技术。welton等利用离子液体利用离子液体的溶解特性，发展了[BMIm]用多相催化技术利用离子液体BF4[H4Ru4(η-arene)]BF4双相系统催化氢化苯、甲苯等芳烃，尽管对转化尽管对转化率没有太大影响，但产品易分开、易纯化，且不会引起交织污染。率没有太大影响，但产品易分开、易纯化，且不会引起交织污染。15

离子液体用于分开提纯技术※离子液体用于分开提纯技术反应产物的分开提纯反应产物的分开提纯一直是合成化学的难题，用水提分开提纯取分开只适用于亲水产物，蒸馏技术也不适合用于挥发性差的产物，使用有机溶剂又会引起交织污染。现在，全世界每年的有机溶剂消耗达50亿美元，对环境及人体健康构成极大要挟。随着人们环境保护意识的提高，在全世界范围内对绿色化学的呼声越来越高，传统的溶剂提取技术急待改进。因此，设计安全的、环境友好的分开技术显得越来越重要。

离子液体具有其独特的物理化学性能，十分适合作为分开提纯的绿色溶剂。特别是在液液提取分开上，离子液体能溶解某些有机化合物、无机化合物和有机金属化合物，而同大量的有机溶剂不混溶，其本身十分适合作为新的液液提取的介质。研究发现，非挥发性有机物可用超临界CO2从离子液体中提取，CO2溶在液体里促进提取，而离子液体并不溶解在CO2中，因此可以回收纯净的产品。最近研究发现离子液体还可用于生物技术中的分开提取，如从发酵液中回收丁醇，蒸馏、全蒸发等方法都不经济，而离子液体因其不挥发性以及与水的不混溶性十分适合于从发酵液中回收丁醇。17

离子液体用于电化学研究※离子液体用于电化学研究离子液体是完全由离子组成的液态电解质。20年Osteryoung离子液体是完全由离子组成的液态电解质等就在离子液体中进行了电化学研究，后来的研究浮现了离子液体广阔的电化学电位窗、良好的离子导电性等电化学特性，使其在电池电容器电沉积电池、电容器电沉积等方面具有广泛的应用前景。电池电容器、电沉积离子液体用作电解液的缺点是粘度太高，但只要混入少量有机溶剂就可以大大降低其粘度，并提高其离子电导率，再加上其高沸点、低蒸气压、广阔的电化学稳定电位窗等优点，使其十分适合用于光电化学太阳能电池的电解液。

电化学电容器作为高功率和高循环寿命电能储存装置受到广泛关注。

而含非水电解液的电化学电容器有更大的电化学稳定性，能提供非水电解液的电化学电容器有更大的电化学稳定性，非水电解液的电化学电容器有更大的电化学稳定性更大的能量储存。将离子液体与有机溶剂碳酸酯共溶优化的电解液导更大的能量储存将离子液体与有机溶剂碳酸酯共溶优化的电解液导电性高(电化学电位窗宽(3.5V),盐浓度高电性高20mS/cm),电化学电位窗宽电化学电位窗宽盐浓度高(1mol/L),双层电容量双层电容量(120F/g,活性碳电极),十分适合用于双层电容量十分适合用于电化学电容器的电解液。电化学电容器的电解液。尽管水溶液和有机电解质是电沉积技术上的常用电解液，但是离子液体因其优异的电化学特性显示了其作为电沉积的电解液的潜力。最近，有人将离子液体沉积在电极上以修饰电极，并进行了电化最近学研究，观测到水溶液中的离子可选择性地分派进离子液体，因此，可将离子液体用于阴离子定量检测的电分析上。

离子液体的应用前景

结语离子液体作为一种新型的环保溶剂为绿色化学环保溶剂，绿色化学绿色化学增加了新的内容，环保溶剂为自然生物大分子的加工和利用自然生物大分子的加工和利用提供了新的机遇，为催化领域催化领域提出了自然生物大分子的加工和利用催化领域新的挑战。随着当代高新技术的蓬勃发展，离子液体必将在新材料的开离子液体必将在新材料的开发利用领域形成更多的经济增长点。然而离子液体终究是一类然而离子液体终究是一类“发利用领域形成更多的经济增长点然而离子液体终究是一类“新化学基础理论和试验研究尚不够充分和深入。关于离子液体环境、品〞,其基础理论和试验研究尚不够充分和深入基础理论和试验研究尚不够充分和深入安全和健康方面的评价和研究较为缺乏。离子液体的生产成本高也生产成本高，制约着离子液体的产业化应用。在工程应用方面在工程应用方面，制约着离子液体的产业化应用在工程应用方面，离子液体尚存在稳定