离子液体的合成应用

1、百度文库-让每个人平等地捉升口我离子液体的合成应用摘要离子液体是在室温或室温附近温度下为液态且完 全由离子构成的新型溶剂，本身具有超低的蒸气压，也被称 为绿色溶剂。选择不同的阴离子和阳离子可以改变离子液体 的酸性、水溶性、熔点、热稳定性等物理化学性能。本文简 要介绍了室温离子液体的特性，制备方法，详细介绍了离子 液体在有机反应，电化学和无机纳米材料方面的应用。关键词室温离子液体；特性；合成；有机反应；电化 学；无机纳米材料1离子液体的特性离子液体具有以下突出特性：离子液体的阴、阳离子可 以根据利用者的需要或设计；离子液体具有蒸汽压近似等于 零，不挥发，不易燃易爆，不易氧化，在300C以下能稳定

2、 存在；能够溶解许多无机盐和有机物；离子液体的电化学窗 口大于3V；有的离子液体与一些有机溶剂不互溶，可以提供 一个非水、极性可调的两相体系，在化学分离中可以作为一 个水的非共溶极性相使用；有些离子液体表现出Lewis. Franklin酸性及超强酸性；离子液体通常含有弱配合离子， 所以具有高极化潜力而非配合能力。2离子液体的制备方法离子液体种类繁多，改变阳离子/阴离子的不同组合， 可以设计合成岀不同的离子液体。离子液体合成大体上有两 种基本方法：直接合成法和两步合成法。2. 1直接合成法通过酸碱中和反应或季鞍化反应一步合成离子液体，操 作经济简便，没有副产物，产品易纯化。如氯化1 一丁基一

3、3 一甲基咪卩坐和氯化N 一丁基毗噪的合成就是采用此方法。2.2两步合成法首先通过季钱化反应制备出含目标阳离子的卤盐X型 离子液体）;然后用目标阴离子Y 置换出X-离子或加入 Lewis酸MXy来得到目标离子液体。其中，使用金属盐一 Y （常用的是AgY或NH4Y）时，产生AgX沉淀或NH3、HX气体 而容易除去；加入强质子酸HY,反应要求在低温搅拌条件下 进行，然后多次水洗至中性，用有机溶剂提取离子液体，最 后真空除去有机溶剂得到纯净的离子液体。2. 3微波合成法为了缩短合成时间，提高产率，还可采用微波法制备离 子液体。如氯代N, N 二烷基毗噪盐的合成，具体过程为: 将1 一甲基咪卩坐和1

4、 一氯丁烷放置于微波炉中，功率300W,-2-百度文库-让每个人平等地捉升口我2min内温度达到150C,在这个温度下继续反应22min,得 到的粘稠的液体，经冷却后为白色固体，用乙酸乙酯洗两次, 过滤，真空干燥，产率91%。3离子液体的应用3. 1在有机反应中的应用以离子液体作反应系统的溶剂有如下一些好处：首先为 化学反应提供了不同于传统分子溶剂的环境，可改变反应机 理，使催化剂活性、稳定性更好，转化率、选择性更高；离 子液体种类多，选择余地大；将催化剂溶于离子液体中，与 离子液体一起循环利用，催化剂兼有均相催化效率高、多相 催化易分离的优点；产物的分离可用倾析、苯取、蒸馆等方 法，因离子液

5、体无蒸气压，液相温度范围宽，使分离易于进 行。3. 1. 1芳香醛的氧化反应Howarth在离子液体bmimPF6中利用Ni (acac)2为氧 化剂在1个大气压的02中氧化芳香醛生成相应的酸。若没 有Ni催化剂，生成竣酸生的产率很低，小于5%。研究表明, bmimPF6/ Ni (acac) 2能连续重复使用3次以上，而且每 次的产率相当。Witting反应是形成碳碳双键的一个重要方法。产物烯 桂和反应形成的副产物Ph3P0往往需要通过重结晶或色谱分 离来提纯。Boulaire报道了 BmimBF4离子液体中稳定的叶 立德和芳香醛或脂肪醛的Wittig反应，产物烯怪和副产物 Ph3PO易于分

6、离，并且离子液体可以循环使用。3. 1. 4加氢反应顾彦龙等在BMIM BF4离子液体中，用过渡金属三苯基 麟配合物作为催化剂在90-150C, 1.0-1.5MPa下研究了双 环戊二烯的加氢反应。结果表明：将铐的三苯基麟配合物同 离子液体相结合，可以在较低的反应压力下和较短的反应时 间内顺利地将双环戊二烯转化为桥式四氢双环戊二烯。反应 转化率和产物选择性都超过了 99%,产物和离子液体催化剂 体系易于分离，离子液体和催化剂可以循环使用1。3. 1. 5 Michael加成反应杨文龙等研究在离子液体bmimBF6中NaOH催化丙二酸 酯对a , P -烯酮和B -硝基烯桂的Michael加成反

7、应。结果 表明：NaOH/bmimBF6体系对各种q , B-烯酮和硝基烯 炷普遍适用，室温反应45-120min可得到75. 2%-96. 8%收率 的加成产物。体系可以稳定地循环使用6次以上2。3. 1. 6 Henry 反应-4-百度文库-让每个人平等地捉升口我Henry反应是形成C-C键的一个非常重要反应，在有 机合成中应用广泛。Jiang等研究了 TMG F3Ac和 TMG Lac离子液体催化硝基烷炷和拨基衍生物的Henry 反应。结果发现：硝基甲烷和醛在两种离子液体中的反应的 收率相当。用蒸镭或色谱分离产物后，离子液体层经过干燥 可以重复使用。当拨基衍生物为丙醛时，TMGLac离子

8、液 体循环使用15次后其活性保持不变；当拨基衍生物为环己 酮时，该离子液体循环使用4次后的活性保持不变。3.2离子液体在电化学中的应用由于离子液体固有的导电性、不挥发性、不可燃性。电 化学稳定窗口比电解水大得多，可以减少自放电。用作电池 电解质，不需高温，可用于制造新型高性能电池。离子液体 的电化学稳定窗口对其在电化学中的应用有重要的影响。电 化学稳定窗口越宽，离子液体越稳定。大部分离子液体的电 化学稳定窗口在4 V左右，窗口较有机溶剂要宽。B. Garcia等3以室温熔融盐EMITFSI作为锂离子电池 的电解质，用LiCo02和Li4Ti5012分别为正负极材料，解 决了碳负极在离子液体中有

9、剥离的问题。以LiTFSI/EMITFSI 作为电解质的电池具有较好的循环性能，LiCo02放电电容可 达106mA. h/g, 1C循环200次放电电容仍保持90%以上。纳米材料具有许多不同于体相材料的优异性能，在物 理、化学、材料等领域有广阔的应用前景。制备不同结构的 纳米材料，已成为近年来的研究热点。由于传统制备纳米材 料的方法中多用到各种有机溶剂，对反应条件的要求也相当 高，找到一种简便、有效、绿色的合成方法成为人们追求的 目标，而室温离子液体正好满足以上要求。由于一般的溶胶一凝胶化学法都是在含水较多的混合 溶剂中进行的，结果生成了无定型的Ti02颗粒。但无定型 的Ti02不具有光催化

10、活性，且由于结晶需要高温热处理， 常破坏原有的纳米结构，所以，对在室温下制备Ti02纳米 晶体提出较高的需求。Yoo等用憎水性室温离子液体 Bmim PF6 作为模板，在低温下通过溶胶一凝胶法合成了 比表面积为282m2/g,孔容为0296cm3/g的锐钛矿结构的 Ti02纳米粒子，具有很高的光催化活性，并且热稳定性很 好，经过800C的热处理后结构不发生改变。这种Ti02纳 米微粒可以用作降解有机污染物的催化剂4。室温离子液体高的传导率以及极率使之具有较高的微 波吸收率，从而明显地缩短了反应时间。人们结合离子液体 和微波加热的优点，发展了微波辅助室温离子液体法来合成 无机纳米材料。Cao 5

11、等在室温离子液体C20Hmim c叮 中微波加热合成出了由平均厚度为50nm,长度为几百纳米的 纳米片从中心放射性生长而成的球状聚集体。超声波能够在液体介质中形成大量的空化泡，崩溃时产 生瞬时高温高压，以致影响反应体系的介观或微观环境，为 金属有机物进行热分解反应提供足够的能量，但对反应体系 的宏观温度影响不大。可见，在超声波作用下金属有机物在 微观或介观反应体系内瞬间完成分解反应，生成的纳米级金 属单质和合金又马上被超声波分散和处于宏观条件下，有利 于纳米材料形成和存在。结合超声波辐射和离子液体的优 点，人们提岀了用超声波辅助离子液体的方法来合成纳米材 料。Hou等6在C20HmimBF4离

12、子液体中借助超声波辐射 合成出了 ZnO纳米晶体。辐射2小时合成出了直径为 10-40nm,长度为几百个纳米的树状ZnO纳米棒。Fonseca 等7将Ir(cod)cl2 溶解在 BMI-BF4, BMI-PF6, BMI-CF3CO3三种离子液体中，通入氢气 还原合成出了直径为2-3nm的It(0)纳米颗粒。这些纳米颗 粒是按照两步自身催化机理形成的。此外张晟卯等8在室 温离子液体中合成岀了 Ni纳米微粒，所合成的纳米微粒分 别具有立方相和六方相结构，粒径分别为200和60nmo在反 应中离子液体不仅作为溶剂，而且作为修饰剂阻止了纳米微 粒的团聚和氧化。4结束语离子液体的研究和应用虽然展现出

13、了诱人的应用前景， 但要大规模地取代传统有机溶剂应用到工业化生产中还需 解决一些问题，首先要解决离子液体的生产成本问题。其次 要解决室温离子液体的稳定性，安全性，传质，传热规律和 催化活性以及室温离子液体的回收利用等问题。我们相信， 在国内外各研究部门的共同努力下，离子液体必将对工业化 生产的发展起到重要作用。参考文献1 顾彦龙，杨宏洲，邓友全室温离子液体中双环戊二 烯加氢以及金刚石合成J 石油化工,XX, 31(5):345-348.2 杨文龙，罗书平,俞传明离子液体中碱催化a, 3- 不饱和化合物与丙二酸酯的Michael加成反应J 化学研究 与应用，XX, 18(5):537-541.3

14、 Jiang Tao, Gao Haixiang, et al. Ionic liquidcatalyzedHenryreactionj TetrahedronLettersJ, XX, 45(12):2699-2701.4 Kye Sang Yoo, et al Synthesis of anatase nanostruetured Ti02 particles at low temperature using ionicliquidfor photocatalysisJ. CatalysisCommunication, XX, 6:259-262.5 曹洁明，房宝青，王军等离子液体在无机纳米材料 合成上的应用J 化学进展，XX, 17(6):1028-1032.6 Hou Xianming , Zhou Feng , Sun Yubin , et al. Ultrasound-assited synthesis of dentritic ZnO nanos tmc turein ionic liquidj. Mat erialsLetters, XX.TJairton Dupont , Gledison S.Fonseca