离子液体PPT

离子液体及其应用姓名：xxx学号：xxxxxxxx专业：xxxxxx2013-04-16一、离子液体的介绍二、离子液体的应用主要内容一、离子液体的介绍1、离子液体的定义2、离子液体的特性3、离子液体的分类4、离子液体的合成1、离子液体的定义ILs是指由有机阳离子和无机阴离子或有机阴离子构成的、在室温或室温附近温度下呈液体状态的盐类，又称室温离子体、室温熔融盐或有机离子液体等。——二十一世纪溶剂—————绿色溶剂被称为继水和超临界二氧化碳后的又一大绿色溶剂。离子之间作用力，晶格能，熔点，室温下呈液态,所以称之为室温离子液体。离子液体的结构J.Z.Yang,GreenChem.,2004,6,541-543.2、离子液体的特性1.蒸汽压低---几乎不挥发2.液态温度范围(液程)宽3.溶解范围广且具介质和催化双重功能4.电化学稳定性高,电化学窗口宽5.热稳定性好，不易燃烧6.酸碱可调，具可设计性，可循环使用3、离子液体的分类按阳离子类型分类：咪唑类、吡啶类、吡咯类、铵盐、季膦盐、锍盐等按阴离子类型分类离子液体的种类有很多大致上可以分为:AlCl3型、非AlCl3型和其他特殊类型。前2种离子液体的主要区别在于负离子不同。1A1C13型：主要用于电化学和化学反应中，可同时作溶剂和催化剂。但其热稳定性和化学，稳定性较差，且不可遇水，空气中有水蒸气也不行，使用不便。2非A1C13型：对水、大气稳定且组成固定。随着人们对离子液体研究的不断深入，离子液体，品种已达到几百种。3新型离子液体：由含氮的有机杂环阳离子和无机阴离子组成。与有机溶剂相比，具有很多突出的优点。4、离子液体的合成1、常规合成法：主要包括一步法和两步法；一步法：采用叔胺（吡啶、咪唑和吡咯等）与卤代烃或酯类物质（羧酸酯、硫酸酯或磷酸酯等）发生亲核加成反应，或利用叔胺的碱性与酸性发生中和反应而一步生成目标离子液体的方法。MichikoHirao等利用叔胺和HBF4的中和反应合成了21种四氟硼酸盐，并研究了它们的离子导电性和热力学性能。该反应速率很快，剧烈放热，应在低温下进行，合成得到的离子液体有许多在常温下为液体；该方法操作经济简便,没有副产物,而且产品易于纯化。MichikoHirao,etal;J.Electrochem.Soc；2000，147(11):4168-4172.王斌，刘晨江，王吉德等.高等学校化学学报.2012,33(1):76-81两步法：第一步是通过叔胺与卤代烃反应制备出季铵的卤化物;第二步再将卤素离子置换为目标离子液体的阴离子。将离子液体前体阴离子转化为目标阴离子的方法很多，如利用离子交换、复分解反应、络合反应或电解法等。王斌等以苯并咪唑或取代苯并咪唑作为原料，用两步法合成了一系列磺酸基、羧基修饰的新型功能化苯并咪唑类离子液体，并探讨了该类离子液体在不同溶剂中的溶解性与溶剂极性的关系规律；两步合成法具有普适性好、收率高的特点。离子液体合成的一般步骤2、外场加强法外场强化法主要指的是微波法和超声波法。离子液体的常规制备方法一般需要使用有机溶剂，这不符合绿色化学的原则，而且加热回流时间较长，所以采用新型技术手段来合成离子液体显得非常必要。外场强化法优点很多，这里不再一一介绍。文献指出：微波法在合成离子液体中具有潜在的试剂应用价值。不可忽略的是，虽然这使反应进行得非常快，但反应条件难以控制，尤其是热点的产生，导致产品质量参差不齐。而超声波在离子液体的合成中，与传统的加热和搅拌相比，在较低的温度下产率高，更迅速。产品盐比用常规方法制得的更纯净。出现这些结果，可能是因为用超声波来实现的混合更有效，特别在稍后混合物变得更粘性的反应时，既可导致更快的反应，又能防止热点的形成。JasonP.Hallett,TomWelton.Chem.Rev.2011,111,3508–3576二、离子液体的应用1、ILs在有机合成和催化中的应用2、ILs在分离萃取中的应用3、ILs在其他领域的应用1、ILs在有机合成和催化中的应用在有机合成中：室温离子液体可直接用于付克烷基化、酰基化、酯化、重排、加成、偶联等反应的溶剂或催化剂。优势：1、避免挥发性有机化合物（VOCs）带来的环境污染和对人类的危害，是传统有机溶剂的理想替代品，是环境友好的绿色溶剂。2、可以改变反应速率，提高反应的转化率和选择性。a.付克烷基化Khadilkar等用ILs丁基吡啶氯铝酸盐BPyAlCl4代替酰氯、酸酐、卤代烃在Lewis酸/AlCl3进行了F-C反应。优点：1.避免使用大量的AlCl3/酰氯或卤代烃溶剂。2.环境友好,可以取代传统的酸催化剂。Khadilkar,etal.Synth.Commun.2000,30,1605b.偶联反应碳-碳和碳-杂原子键的偶联反应是有机合成研究的中心领域。近年来,围绕这一领域的研究多集中在高效且环境友好的原子经济性反应体系的构建基于功能化离子液体在众多催化反应中的成功应用。杨磊等报道了磺酸功能化离子液体催化烯烃与磺酰胺、氨基甲酸酯、羧酸酰胺的氢胺化反应.磺酸功能化吡啶三氟甲磺酸根离子液体优点：1、高的催化活性和底物适用性；2、实现了分离回收和重复使用。YangL,XuLW,XiaCG.Synth,2009,12:1969–1974c.Diels-Alder反应Lee等人报道了在RTILsemim+/BuPy+--AlCl4进行D-A反应。优点：1.Lewis酸性可调，可以提高产率和立体选择性。2.催化剂可以循环使用、反应蒸气压低、无爆炸性、热稳定性高，而且易于操作。TetrahedronLett.1999,40,2461d.Beckman重排Y.Deng等人在RTILsBPBF4,BMIBF4实现了Beckman重排（solventfree）优点：1.避免大量使用浓酸，环境友好，废物少，仪器腐蚀轻2.同时提高了转化率和产率。J.Peng,Y.Deng，TetrahedronLett.,2001,42(3),403-405.2、ILs在分离萃取中的应用在萃取分离领域：离子液体具有其独特的物理化学性能，非常适合作为分离提纯的绿色溶剂。尤其是在液液提取分离上，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或可与某些金属配合，而同大量的有机溶剂不混溶，故其本身非常适合作为新的液-液提取的介质。最近研究发现离子液体还可用于生物技术中的分离提取。a.离子液体在金属分离中的应用SilWellens等使用膦基离子液体作为萃取剂，在氯化物介质中从镍、镁、钙等离子中萃取出钴，钴与氯形成形成了[CoCl4]2-复合物进入在ILs相，其他离子则留在了溶液相；ILs对离子的选择性很好，三己基十四烷基膦氯盐是最佳的萃取剂。优点：1避免使用挥发性有机化合物；2钴很容易从IL中剥离,ILs可重复使用；SilWellens,etal.GreenChem.,2012,14,1657–1665b、在生物技术中的应用李雪琴等选择了疏水性的离子液体[C4mim][PF6]和亲水性的离子液体[C4mim][BF4])作萃取剂,对光甘草定提取液进行了萃取,并对离子液体的再生进行了研究,结果表明:亲水性的离子液体和光甘草定提取液无法分层,而疏水性的离子液体分层清晰,并得疏水性离子液体[C4mim][PF6]萃取光甘草定最佳萃取工艺条件,计算得光甘草定的回收率大于90%,离子液体循环使用5次,萃取率未见明显下降.光甘草定回收率：李雪琴，郭瑞丽等.化学研究与应用.2013,25(2)：169-1733、ILs在其他领域中的应用a.电化学领域---做电解质或Li参杂电极等；b.材料领域----可与铂或金等金属复合做纳米材料；展望综上所述，室温离子液体是“二十一世纪溶剂”，是“绿色溶剂”。室温离子液体将为“绿色化学”、“绿色工艺”开辟新的道路，将改善我们赖以生存的环境！世界上有众多领域的科学家在研究室温离子液体这个题目，从侧面反映出室温离子液体的研究具有重要的科学意义。Thankyouforyourattention谢谢!