离子液体机制及发展

离子液体机制及发展摘要：离子液体是室温下表现为液体的离子化合物，近年来被开发成为一种新型绿色化学反应介质。据此，对离子液体的机制、分类、制备等方面进行了介绍，并对其应用前景做了展望。关键词：离子液体、电化学、合成、离子交换树脂等。离子液体是完全由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的物质。离子液体往往展现出独特的物理化学性质及特有的功能，是一类值得研究发展的新型的“软”功能材料或介质。离子液体是从传统的高温熔盐演变而来的，但与一般的离子化合物有着非常不同的性质和行为.最大的区别在于一般离子化合物只有在高温状态下才能变成液态，而离子液体在室温附近很大的温度范围内均为液态.最低凝固点可达一96°C。与传统的有机溶剂相比，离子液体具有：液体状态温度范围宽，从低于或接近室温到300C.且具有良好的物理和化学稳定性；蒸气压低。不易挥发，消除了VOC(VolatileOrganicCompounds)环境污染问题；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；具有较大的极性可调控，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一分离耦合新体系等优点。由于离子液体的这些特殊性质和表现，它被认为与超临界CO：和双水相一起构成三大绿色溶剂，具有广阔的应用前景口。离子液体作为离子化合物，其熔点较低的主要原因是因其结构中某些取代基的不对称性使离子不能规则地堆积成晶体所致。它一般由有机阳离子和无机阴离子组成，常见的阳离子有季铵盐离子、季鳞盐离子、咪唑盐离子和毗咯盐离子等，阴离子有卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。目前所研究的离子液体中，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。离子液体的制备离子液体种类繁多，改变阳离子、阴离子的不同组合，可以设计合成出不同的离子液体。离子液体的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°Hlrao等酸碱中和法合成出了一系列不同阳离子的四氟硼酸盐离子液体。另外，通过季胺化反应也可以一步制备出多种离子液体，如卤化1-烷基3-甲基咪唑盐，卤化毗啶盐等。直接法难以得到目标离子液体，必须使用两步合成法。两步法制备离子液体的应用很多。常用的四氟硼酸盐和六氟磷酸盐类离子液体的制备通常采用两步法。首先，通过季胺化反应制备出含目标阳离子的卤盐；然后用目标阴离子置换出卤素离子或加入Lewis酸来得到目标离子液体，最后真空除去有机溶剂得到纯净的离子液体。特别注意的是，在用目标阴离子Y交换X-（卤素）阴离子的过程中，必须尽可可能地使反应进行完全，确保没有x.阴离子留在目标离子液体中，因为离子液体的纯度对于其应用和物理化学特性的表征至关重要。高纯度二元离子液体的合成通常是在离子交换器中利用离子交换树脂通过阴离子交换来制备。另外，直接将Lewis酸（MY）与卤盐结合，可制备［阳离子］型离子液体，如氯铝酸盐离子液体的制备就是利用这个方法，如离子液体的性质中所述，离子液体的酸性可以根据需要进行调节。离子液体的应用根据离子液体的特性，目前离子液体的应用研究领域为分离过程、电化学、化学反应特别是催化反应等三个方面。在分离过程中的应用研究，离子液体不易挥发，故蒸馏过程中不损失，可以反复循环使用，它既不污染水相，也不污染大气，因此称为绿色溶剂。若用离子液体萃取了低挥发性有机化物，则可用超临界流体从离子相中除去.离子液体不会污染萃取相和被萃物。在电化学中的应用，由于离子液体固有的离子导电性、不挥发、不燃，电化学窗口比电解质水溶液大许多，可以减轻自放电。作电池电解质不用象熔盐一样的高温，可用于制造新型高性能电池，因其蒸气压极低，粘度低，导电性高，有大的电化学窗口。在化学反应中的应用，以离子液体作反应系统的溶剂首先为化学反应提供了不同于传统分子溶剂的环境，可能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、萃取、蒸馏等方法，因离子液体无蒸气压，液相温度范围宽，使分离易于进行。离子液体的发展离子液体具有品种多、可设计、性能独特、应用领域广泛的特点，其应用前景乐观。离子液体的大规模工业应用。应逐步解决以下问题：大幅度降低成本，其解决办法是选用好的合成方法，选用低成本的离子液体，国内厂家应自己生产离子液体的主要品种及其原料。离子液体的粘度较大，可以选用或研制粘度小的离子液体，或者稍微提高使用温度(其粘度随着温度升高下降很快)。实验数据缺乏，一方面要不断积累，还要发展理论的及经验的关联预测方法。现在比较缺乏离子液体对环境的影响及毒性数据。要加强这方面的工作。有关离子液体的研究，在品种和应用领域两方面都比较分散。应集中力量对前景好的少数项目，包括工程应用开展研究，以便取得突破。这些问题正在逐步加以解决。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，解决离子液体中高沸点有机物的分离以及开发既能用作催化反应溶剂，又能用作催化剂的离子液体新体系等领域。离子液体正在走向工业应用比如英国Queen’S大学的K.R.Seddon教授领导的实验