离子液体的分类_合成与应用.docxVIP

张英锋1李长江1包富山1张永安2(1河北省秦皇岛市第一中学0660002北京师范大学化学系)摘要离子液体易于循环利用从而减少对环境的污染,作为绿色溶剂可用于分离过程、化学反应,特别是催化反应、以及电化学等方面,并已取得许多良好的实验结果。本文简要介绍离子液体的分类、合成、物理化学特性及应用。关键词离子液体分类合成物理化学特性应用离子液体(ionicliquids)又称为室温离子液体(roomtemperatureionicliquid)、室温熔融盐(roomtempera2turemoltensalts)、有机离子液体等[1],是指仅由离子组成在室温或低温下为液体的盐。早在1914年就发现了第一个离子液体———硝基乙胺,但其后此领域的研究进展缓慢,直到1992年,Wikes领导的研究小组合成了低熔点、抗水解、稳定性强的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([emim]BF4)后,离子液体的研究才得以迅速发展,随后开发出了一系列的离子液体体系。与传统的有机溶剂和电解质相比,离子液体具有一系列突出优点:(1)几乎没有蒸气压、不挥发、无色、无味;(2)有较大的稳定温度范围,较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口;(3)通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性,并且其酸度可调至超酸。最初的离子液体主要用于电化学研究,近年来在作为环境友好的溶剂方面有很大的潜力,故也称之为“绿色溶剂”(greensolvents)[2],可贡献于绿色化学,开发清洁工艺;此外由于离子液体不会形成恒沸系,有利于分离,对于过程工艺也极为有利。在这些研究工作的带动下,有关新离子液体的合成,其物理、化学性质的系统研究,离子液体作为溶剂和催化剂等的应用研究,正在世界范围内迅速开展。我国兰化所邓友全研究员负责的课题组在离子液体清洁催化应用研究中获得重要进展,在离子液体中率先实现了环己酮肟的Backmann重排。刘维民研究员负责的课题组在国际上率先制备了3种液体润滑剂,发现离子液体是一类具有良好润滑性能的低蒸气压、宽使用温度范围的新型液体润滑材料。研究成果已申报国家发明专利4件。在Chem.Comm.,NewJ.Chem.等重要刊物发表论文二十余篇,研究结果被美国ChemicalandEngineeringNews(化学与工程新闻)予以专题评述。1离子液体的种类[1]++当前研究的离子液体的正离子有4类:烷基季铵离子[NRxH4-x]、烷基季钅粦离子[PRxH4-x]、1,3-+二烷基取代的咪唑离子或称N,N’-二烷基取代的咪唑离子,简记为[R1R3im],若2位上还有取代基R2,++则简记为[R1R2R3im]、N-烷基取代的吡啶离子记为[RPy]。根据负离子的不同可将离子液体分为两大类:一类是卤化盐(正离子仍为上述4种)+AlCl3(其中Cl也可用Br代替),例如[bmim]Cl-AlCl3也可记为[bmim]AlCl4,当AlCl3的物质的量分数x=0.5时为中性,x0.5时为碱性,x0.5时为酸性的。其制备方法是将固体的卤化盐与AlCl3混合即可得液态的离子液体,但因放热量大,通常可交替将2种固体一点一点地加入已制好的同种离子液体中以利于散热。此类离子液体被研究得较早,对以其为溶剂的化学反应研究也较多。此类离子液体具有离子液体的许多优点,其缺点是对水极其敏感,要完全在真空或惰性气氛下进行处理和应用,质子和氧化物杂质的存在对在该类离子液体中进行的化学反应有决定性的影响。此外因AlCl3遇水会放出HCl,对皮肤有刺激作用。另一类离子液体,也被称为新离子液体,是在1992年发现[emim]BF4的熔点为12℃以来发展起来的。这类离子液体不同于AlCl3离子液体,其组成是固定的,而且其中许多品种对水、对空气稳定,因此近几年取++--得惊人进展。其正离子多为烷基取代的咪唑离子[R1R3im],如[bmim],负离子多用BF4、PF6,也有--------CF3SO3、(CF3SO2)2N、C3F7COO、C4F9SO3、CF3COO、(CF3SO2)3C、(C2F5SO2)3C、(C2F5SO2)2N、------SbF6、AsF6、CB11H12(及其取代物)、NO2等,以NO3、ClO4为负离子的离子液体要注意防止爆炸(特别是干燥时)。·8·化学教育2005年第2期离子液体的合成[3]离子液体种类繁多,改变阳离子和阴离子的不同组合,可以设计合成出不同的离子液体。一般阳离子为有机成分,并根据阳离子的不同来分类。离子液体中常见的阳离子类型有烷基铵阳离子、烷基钅翁阳离子、N-烷基吡啶阳离子和N,N’-二烷基咪唑阳离子等(如图1),其中最常见的为N,N’-二烷基咪唑阳离子。离子液体合成大体上有2种基本方法:直接合成法和两步合成法。2图1离子液体中