离子液体(综述)

离子液体的现状、应用及其前景姓名：丁文章专业：轻工技术与工程学号：6140206024摘要：离子液体因为具有如蒸汽压低,电化学窗口宽,物质溶解性好,稳定诸多优点而被极多的化学工作者关注.本文就离子液里的研究进展.离子液体的类型及应用,离子液体的毒性等几个方面做出详细的阐述,并对离子液体的前景做出了初步的预测.关键词：离子液体;离子液体的类型;应用;毒性;Abstract：Ionicliquidhasthefollowingadvantages,wideelectrochemicalwindow,steamdownmaterialgoodsolubility,Thispaperisaboutoftheresearchprogressintheionicliquid,thetypesandapplicationofionicliquidsandthetoxicityofionicliquid,andmadeapreliminaryforecasttotheprospectoftheionicliquid.Keyword：Ionicliquid；thetypesofIonicliquid;applicationofionicliquids;toxicityofionicliquid;1引言离子液体[1]是指全部由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的液体,如高温下的KCI,KOH呈液体状态,此时它们就是离子液体,在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质,称为室温离子液体.离子液体的历史可以追溯到1914年,当时Walden报道了(EtNH2)+HNO3-的合成(熔点12℃).这种物质由浓硝酸和乙胺反应制得,但是,由于其在空气中很不稳定而极易发生爆炸,它的发现在当时并没有引起人们的兴趣,这是最早的离子液体.1951年F.H.Hurley和T.P.Wiler首次合成了在环境温度下是液体状态的离子液体.他们选择的阳离子是N-乙基吡啶,合成出的离子液体是溴化正乙基吡啶和氯化铝的混合物(氯化铝和溴化乙基吡啶摩尔比为1:2).但这种离子液体的液体温度范围还是相对比较狭窄的,而且,氯化铝离子液体遇水会放出氯化氢,对皮肤有刺激作用.直到1976年,美国Colorado州立大学的Robert利用AICl3/[N-EtPy]Cl作电解液,进行有机电化学研究时,发现这种室温离子液体是很好的电解液,能和有机物混溶,不含质子,电化学窗口较宽.1992年Wilkes以1-甲基-3-乙基咪唑为阳离子合成出氯化1-甲基-3-乙基咪唑,在摩尔分数为50%的AICl3存在下,其熔点达到了8℃.在这以后,离子液体的应用研究才真正得到广泛的开展.与传统的有机溶剂相比,离子液体具有如下特点［2］：(1)液体状态温度范围宽,从低于或接近室温到300℃,且具有良好的物理和化学稳定性；(2)无色、无臭,不挥发,几乎没有蒸气压.(3)蒸汽压低,不易挥发,消除了VOC(VolatileOrganicCompounds)环境污染问题；(4)对大量的无机和有机物质都表现出良好的溶解能力,且具有溶剂和催化剂的双重功能,可作为许多化学反应溶剂或催化活性载体；(5)具有较大的极性可调控性,粘度低,密度大,可以形成二相或多相体系,适合作分离溶剂或构成反应–分离耦合新体系.2离子液体的种类［3］从定义上看,离子液体是不同种类的金属离子的组合,我们通过改变改变不同的阳离子/阴离子组合可设计合成许多种离子液体,但当前研究的离子液体仍为数不多.目前所研究的离子液体均是由阴阳离子共同组合而成的液态介质,其具体分类也可以按照阴阳离子的不同进行划分.根据组成离子液体的阳离子的不同可以分为4类(表一),根据组成离子液体的阴离子的不同可以分为2类（表二）.研究的离子液体中,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.但近几年来又合成了一系列新型的离子液体.在阳离子方面,、一些新型阳离子的离子液体被开发出来如下图所示：在阴离子方面,也合成了一些新型阴离子的离子液体,如下所示：由于离子液体本身所具有的许多传统溶剂所无法比拟的优点及其作为绿色溶剂应用于有机及高分子物质的合成,因而受到越来越多的化学工作者的追捧,其研究的热度也不断攀升.3离子液体的应用3.1酸化反应在利用酸性的氯化铝金属离子进行醇酸醋化反应,其反应具有以下优点：反应温度低、条件温和、无污染、不腐蚀设备、催化剂可重复使用、反应时间短、易分离得到高纯度、高选择性和高产率.但是,由于酯化过程有水产生,会对氯铝酸离子液体有一定程度的破坏.当将磺酸基引人到离子液体的阳离子烷基链上可得到酸性离子液体,其在催化多种醇酸醋化反应时表现出了一定的活性［4］.3.2反应-分离耦合利用离子液体的极性可调控性,选择不同的阳离子/阴离子组合则可与水或有机物形成一相或多相体系.利用反应物、产物和催化剂在离子液体和水中不同的溶解性,则可以实现反应–分离的耦合,同时由于离子液体可重复使用,避免了使用有机溶剂时所造成的污染.例如,在进行[bmim]、[BF4]作为两相催化介质的实验时.当将钯化合物溶解在[bmim]、[BF4]中,进行1,3–丁二烯的水相二聚催化反应.当温度升高到70℃时,水相和离子液体相成为均一表二根据组成离子液体的阳离子分类离子名称表达式例子烷基季铵离子[NRXH4-X]+烷基季磷离子[PRXH4-X]+1-丁基-3-甲基咪唑烷基取代咪唑离子[RR'im]+溴化1-乙基吡啶[RR'R''im]+烷基取代吡啶离子[RPy]+氯化1-丁基吡啶表二根据组成离子液体的阴离子分类离子名称表达式例子卤化盐离子MXaALcl3、BrCl3非卤化盐离子BF4-、PF-6、CF3SO3-、BF-6相,丁二烯在钯催化下发生反应.当反应结束后,把温度降到5℃以下,则自动分成水相和离子液体相两相.产品在离子液体中溶解度很小而进入水相,催化剂则有97%都留在离子液体相中,实现了反应过程与分离过程的耦合［5］.3.3Diels-Alder环加成反应用环戊二烯与丙烯酸甲酯进行环加成反应,产物有内式和外式,用离子液[EtNH3]NO3则选择内式,反应速率比在非极性溶剂中快,没有在水中快,但可用对水敏感的试剂.用[bmim]+与BF-4、AlCl-4、CF3SO-3、NO-3、PF-6组成的离子液体有同样的倾向,效果稍差［6］.3.4烯烃的环氧化用[emim]BF4为溶剂,用甲基三氧化铼为催化剂,尿素过氧化氢(UHP)为氧化剂,可得到优秀的转化率和选择性.所用烯烃有:环己烯、1-甲基环己烯、环己烯-2-醇、苯乙烯、环辛烯、环辛二烯-1,5等［7］.3.5离子液体的毒性［8］虽然离子液体有诸多优点,并被认为是绿色化学重要的类型之一,但是但离子液体本身并非绿色产品,某些离子液体甚至是有毒的.从离子液体的制备、再生和处置过程看［9］:目前用于制备离子液体的主要原料(烷基取代咪唑、烷基取代吡啶、烷基取代盐和烷基取代铵盐等)大多是挥发性有机物;而离子液体的再生过程主要是采用具有挥发性的传统有机溶剂进行萃取的过程;某些离子液体本身是有毒且难以生物降解的.因此,在离子液体大规模应用前需对其应用风险进行评价.4展望离子液体作为绿色化学的符号,具有品种多、可设计、性能独特、应用领域广泛的特点,因此其具有很好的应用前景乐观.但是离子液体也存在一些问题,例如：离子液体的粘度较大、离子液体对环境的影响和毒性没有确切的数据等.目前,对离子液体的合成与应用研究主要集中在如何提高离子液体的稳定性,降低离子液体的生产成本等方面.但是随着对离子液体研究的不断深入,新型离子液体的开发.相信离子液体绿色溶剂的愿景一定可以实现.参考文献：[1]石家华,孙逊,杨春和,等.离子液体研究进展[J].化学通报,2002,(4):2432250.［2］张锁江，吕兴梅，刘志平，等.离子液体——从基础研究到工业应用(IonicLiquid——fromBasicResearchtoIndustrialApplication).北京:科学出版社(Beijing:SciencePress)，2006.150—157[3]张英锋,李长江,等.离子液体的分类、合成与应用[J].化学教育,2005,(2):728.［4］ZhangSJ，YuanXL，ChenYH，etal.J.Chem.Eng.Data，2005，50:1582—1585［5］WilkesJS,ZaworotkoMJ.AirandWaterStable1-Ethyl-3-MethylimidazoliumBasedIonicLiquids[J].J.Chem.Soc.Chem.Commun.,1992,(13):965–967.［6］RoumianaPS,GeorgiSC,AnatoliiAG,etal.APowerfulAlgorithmforLiquid–Liquid–LiquidEquilibriaPredictionsandCalculations[J].Chem.Eng.Sci.,2000,55(11):2121–2129.［7］WasserscheidP,WeltonT.IonicLiquidsinSynthesis.Weinheim:Wiley-VCH,2002.174-283［8］WilkesJS,LeviskyJA,WilsonRA,etal.Inorg.Chem.,1982,21(3):1236-1264［9］何鸣元,戴立益.离子液体与绿色化学[J].化学教学,2002,6:1-3.