碳酸酯型季铵离子液体：从设计合成到性能探究.docxVIP

碳酸酯型季铵离子液体：从设计合成到性能探究

一、绪论

1.1离子液体的概述

离子液体，作为一类在室温或接近室温下呈液态的熔盐，完全由阴阳离子所构成，也被称作低温熔融盐。其熔点较低，主要归因于结构中某些取代基的不对称性，使得离子无法规则地堆积形成晶体。离子液体一般由有机阳离子和无机或有机阴离子组成，常见的阳离子包括季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子等，阴离子则有卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。在当前研究的离子液体中，阳离子多以咪唑阳离子为主，阴离子多以卤素离子和其它无机酸离子为主。

离子液体之所以被视为绿色溶剂，具有多方面原因。与典型的有机溶剂不同，离子液体中不存在电中性的分子，100%由阴离子和阳离子构成，在-100℃至200℃之间均能保持液体状态，具备良好的热稳定性和导电性，在很大程度上允许动力学控制。对于大多数无机物、有机物和高分子材料，离子液体是一种优良的溶剂。它还表现出酸性及超强酸性质，不仅可作为溶剂，还能充当某些反应的催化剂，避免了额外使用可能有毒的催化剂或产生大量废弃物的弊端。多数离子液体价格相对便宜，对水具有稳定性，易于在水相中制备得到。此外，离子液体具有优良的可设计性，能够通过分子设计获得具有特殊功能的离子液体。其无味、无恶臭、无污染、不易燃、易与产物分离、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点，使其成为传统挥发性溶剂的理想替代品，有效避免了传统有机溶剂使用所造成的严重环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，是名副其实的环境友好型绿色溶剂，契合当前所倡导的清洁技术和可持续发展的要求，因而日益受到广泛认可和接受。

进入21世纪，离子液体研究步入新的阶段，新型离子液体不断涌现，主要特征是从“耐水体系”向“功能体系”发展。即根据特定应用需求，设计并合成具有特定功能的离子液体，这类经设计满足特定需求的离子液体被称为功能化离子液体，如酸性离子液体、碱性离子液体、手性离子液体、具有配体性质的离子液体、含氨基酸和DNA的离子液体、复合离子液体或其他功能离子液体。功能化离子液体不仅具备普通离子液体的性质，还因其独特性质，在化学反应中可作为试剂或催化剂参与并影响反应进程，引发了众多化学家的关注与重视。

随着离子液体的发展，其应用领域也不断拓展。从最初的电化学、催化化学、有机合成，迅速延伸至纳米材料、资源环境和生物医学等领域。在电化学领域，离子液体因其高离子导电性、不挥发性、热稳定性、不燃性以及无腐蚀性等特性，被广泛研究用作蓄电池电解质。在催化领域，离子液体可作为催化剂或催化反应的介质，能够改变反应的活性和选择性，例如在一些有机合成反应中，离子液体的使用可以提高反应的产率和纯度，同时减少催化剂的用量和废弃物的产生。在萃取领域，离子液体对大量的无机物、有机物以及聚合物都有良好的溶解能力，可用于分离和提纯各种物质，与传统的萃取剂相比，离子液体具有更高的选择性和效率，并且能够实现循环使用，降低成本和环境污染。在材料科学领域，离子液体可用于制备新型材料，如纳米材料、高分子材料等，通过调控离子液体的组成和性质，可以实现对材料结构和性能的精确控制。在生物医学领域，离子液体的生物兼容性使其在药物传递、生物传感器、细胞培养等方面展现出潜在的应用价值。

1.2离子液体的结构组成和合成方法

1.2.1结构组成

离子液体一般由有机阳离子和无机或有机阴离子构成。常见的阳离子有季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子等。其中，咪唑盐离子是研究最为广泛的阳离子之一，其结构中的氮原子上的孤对电子能够与其他分子或离子发生相互作用，从而赋予离子液体独特的物理和化学性质。季铵盐离子则具有良好的溶解性和稳定性，在许多领域都有应用。常见的阴离子有卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。卤素离子如氯离子、溴离子等，具有较强的亲核性，能够参与许多化学反应。四氟硼酸根离子和六氟磷酸根离子则具有较好的稳定性和溶解性，常用于制备具有特定性能的离子液体。在当前研究中，阳离子主要以咪唑阳离子为主，阴离子主要以卤素离子和其它无机酸离子（如四氟硼酸根等）为主。但近年来，随着研究的深入，也合成了一系列新型的离子液体，在阳离子和阴离子方面都有了新的突破。例如，在阳离子方面，合成了一些具有特殊结构和性能的新型阳离子的离子液体；在阴离子方面，也开发了一些新型阴离子的离子液体，进一步拓展了离子液体的种类和应用范围。

1.2.2合成方法

离子液体种类繁多，通过改变阳离子、阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。其合成大体上有两种基本方法：直接合成法和两步合成法。直接合成法是通过酸碱中和反应或季胺化反应等一步合成离子液体，操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。比如，Hlrao等通过酸碱中和