離子液體機制及發(fā)展

離子液體機制及發(fā)展摘要：離子液體是室溫下表現(xiàn)為液體的離子化合物，近年來被開發(fā)成為一種新型綠色化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)。據(jù)此，對離子液體的機制、分類、制備等方面進(jìn)行了介紹，并對其應(yīng)用前景做了展望。關(guān)鍵詞：離子液體、電化學(xué)、合成、離子交換樹脂等。離子液體是完全由特定陽離子和陰離子構(gòu)成的在室溫或近于室溫下呈液態(tài)的物質(zhì)。離子液體往往展現(xiàn)出獨特的物理化學(xué)性質(zhì)及特有的功能，是一類值得研究發(fā)展的新型的“軟”功能材料或介質(zhì)。離子液體是從傳統(tǒng)的高溫熔鹽演變而來的，但與一般的離子化合物有著非常不同的性質(zhì)和行為.最大的區(qū)別在于一般離子化合物只有在高溫狀態(tài)下才能變成液態(tài)，而離子液體在室溫附近很大的溫度范圍內(nèi)均為液態(tài).最低凝固點可達(dá)一96°C。與傳統(tǒng)的有機溶劑相比，離子液體具有：液體狀態(tài)溫度范圍寬，從低于或接近室溫到300C.且具有良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性；蒸氣壓低。不易揮發(fā)，消除了VOC(VolatileOrganicCompounds)環(huán)境污染問題；對大量的無機和有機物質(zhì)都表現(xiàn)出良好的溶解能力。且具有溶劑和催化劑的雙重功能?？勺鳛樵S多化學(xué)反應(yīng)溶劑或催化活性載體；具有較大的極性可調(diào)控，粘度低，密度大，可以形成二相或多相體系。適合作分離溶劑或構(gòu)成反應(yīng)一分離耦合新體系等優(yōu)點。由于離子液體的這些特殊性質(zhì)和表現(xiàn)，它被認(rèn)為與超臨界CO：和雙水相一起構(gòu)成三大綠色溶劑，具有廣闊的應(yīng)用前景口。離子液體作為離子化合物，其熔點較低的主要原因是因其結(jié)構(gòu)中某些取代基的不對稱性使離子不能規(guī)則地堆積成晶體所致。它一般由有機陽離子和無機陰離子組成，常見的陽離子有季銨鹽離子、季鱗鹽離子、咪唑鹽離子和毗咯鹽離子等，陰離子有鹵素離子、四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子等。目前所研究的離子液體中，陽離子主要以咪唑陽離子為主，陰離子主要以鹵素離子和其它無機酸離子(如四氟硼酸根等)為主。離子液體的制備離子液體種類繁多，改變陽離子、陰離子的不同組合，可以設(shè)計合成出不同的離子液體。離子液體的合成大體上有兩種基本方法:直接合成法和兩步合成法。直接合成法通過酸堿中和反應(yīng)或季胺化反應(yīng)等一步合成離子液體，操作經(jīng)濟簡便，沒有副產(chǎn)物，產(chǎn)品易純化°Hlrao等酸堿中和法合成出了一系列不同陽離子的四氟硼酸鹽離子液體。另外，通過季胺化反應(yīng)也可以一步制備出多種離子液體，如鹵化1-烷基3-甲基咪唑鹽，鹵化毗啶鹽等。直接法難以得到目標(biāo)離子液體，必須使用兩步合成法。兩步法制備離子液體的應(yīng)用很多。常用的四氟硼酸鹽和六氟磷酸鹽類離子液體的制備通常采用兩步法。首先，通過季胺化反應(yīng)制備出含目標(biāo)陽離子的鹵鹽；然后用目標(biāo)陰離子置換出鹵素離子或加入Lewis酸來得到目標(biāo)離子液體，最后真空除去有機溶劑得到純凈的離子液體。特別注意的是，在用目標(biāo)陰離子Y交換X-（鹵素）陰離子的過程中，必須盡可可能地使反應(yīng)進(jìn)行完全，確保沒有x.陰離子留在目標(biāo)離子液體中，因為離子液體的純度對于其應(yīng)用和物理化學(xué)特性的表征至關(guān)重要。高純度二元離子液體的合成通常是在離子交換器中利用離子交換樹脂通過陰離子交換來制備。另外，直接將Lewis酸（MY）與鹵鹽結(jié)合，可制備［陽離子］型離子液體，如氯鋁酸鹽離子液體的制備就是利用這個方法，如離子液體的性質(zhì)中所述，離子液體的酸性可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。離子液體的應(yīng)用根據(jù)離子液體的特性，目前離子液體的應(yīng)用研究領(lǐng)域為分離過程、電化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)特別是催化反應(yīng)等三個方面。在分離過程中的應(yīng)用研究，離子液體不易揮發(fā)，故蒸餾過程中不損失，可以反復(fù)循環(huán)使用，它既不污染水相，也不污染大氣，因此稱為綠色溶劑。若用離子液體萃取了低揮發(fā)性有機化物，則可用超臨界流體從離子相中除去.離子液體不會污染萃取相和被萃物。在電化學(xué)中的應(yīng)用，由于離子液體固有的離子導(dǎo)電性、不揮發(fā)、不燃，電化學(xué)窗口比電解質(zhì)水溶液大許多，可以減輕自放電。作電池電解質(zhì)不用象熔鹽一樣的高溫，可用于制造新型高性能電池，因其蒸氣壓極低，粘度低，導(dǎo)電性高，有大的電化學(xué)窗口。在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用，以離子液體作反應(yīng)系統(tǒng)的溶劑首先為化學(xué)反應(yīng)提供了不同于傳統(tǒng)分子溶劑的環(huán)境，可能改變反應(yīng)機理使催化劑活性、穩(wěn)定性更好，轉(zhuǎn)化率、選擇性更高；離子液體種類多，選擇余地大；將催化劑溶于離子液體中，與離子液體一起循環(huán)利用。催化劑兼有均相催化效率高、多相催化易分離的優(yōu)點；產(chǎn)物的分離可用傾析、萃取、蒸餾等方法，因離子液體無蒸氣壓，液相溫度范圍寬，使分離易于進(jìn)行。離子液體的發(fā)展離子液體具有品種多、可設(shè)計、性能獨特、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的特點，其應(yīng)用前景樂觀。離子液體的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。應(yīng)逐步解決以下問題：大幅度降低成本，其解決辦法是選用好的合成方法，選用低成本的離子液體，國內(nèi)廠家應(yīng)自己生產(chǎn)離子液體的主要品種及其原料。離子液體的粘度較大，可以選用或研制粘度小的離子液體，或者稍微提高使用溫度(其粘度隨著溫度升高下降很快)。實驗數(shù)據(jù)缺乏，一方面要不斷積累，還要發(fā)展理論的及經(jīng)驗的關(guān)聯(lián)預(yù)測方法?，F(xiàn)在比較缺乏離子液體對環(huán)境的影響及毒性數(shù)據(jù)。要加強這方面的工作。有關(guān)離子液體的研究，在品種和應(yīng)用領(lǐng)域兩方面都比較分散。應(yīng)集中力量對前景好的少數(shù)項目，包括工程應(yīng)用開展研究，以便取得突破。這些問題正在逐步加以解決。目前.對離子液體的合成與應(yīng)用研究主要集中在如何提高離子液體的穩(wěn)定性，降低離子液體的生產(chǎn)成本，解決離子液體中高沸點有機物的分離以及開發(fā)既能用作催化反應(yīng)溶劑，又能用作催化劑的離子液體新體系等領(lǐng)域。離子液體正在走向工業(yè)應(yīng)用比如英國Queen’S大學(xué)的K.R.Seddon教授領(lǐng)導(dǎo)的實驗