离子液体

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各种离子液体的区别

各种离子液体的区别

各种离子液体的区别

离子液体(Ionic Liquid)是一种特殊的液体,由离子组成,其熔点低于100℃。它们具有许多独特的性质,使其在许多领域都具有广泛的应用。下面将介绍几种常见的离子液体,并比较它们之间的区别。

1. 常见离子液体

1.1 聚合物离子液体

聚合物离子液体是由聚合物基质和离子液体组成的复合材料。它们通常具有较高的粘度和较低的离子迁移率,可用于电解质和分离膜等领域。由于聚合物基质的存在,聚合物离子液体具有较好的机械强度和稳定性。

1.2 水溶性离子液体

水溶性离子液体是指在水中可以溶解的离子液体。它们通常具有较低的粘度和较高的离子迁移率,可用于电化学领域中的电解质和催化剂。水溶性离子液体的热稳定性较差,易于水解和分解。

1.3 气体溶解离子液体

气体溶解离子液体是指具有较高溶解度的气体在离子液体中的溶解体系。它们通常具有较高的气体溶解度和较低的挥发性,可用于气体分离和储存等领域。气体溶解离子液体的选择性溶解性可通过调整离子液体组分和结构来实现。

2. 区别比较

2.1 物化性质

不同离子液体之间的物化性质差异较大。例如,聚合物离子液体具有较高的粘度和较低的离子迁移率,水溶性离子液体具有较低的粘度和较高的离子迁移率,气体溶解离子液体具有较高的气体溶解度和较低的挥发性。

2.2 热稳定性

不同离子液体的热稳定性也有所不同。一些离子液体在高温下容易分解和水解,而另一些离子液体则具有较好的热稳定性。热稳定性较好的离子液体可用于高温条件下的反应和催化。

2.3 溶解性

离子液体的溶解性也是它们的重要特性之一。一些离子液体具有较好的溶解性,可溶解许多有机物和无机物,而另一些离子液体的溶解性较差。溶解性好的离子液体可用于溶解和催化反应。

离子液体

离子液体

一、离子液体

离子液体就是在温室(或稍高于温室的温度)下呈液态的离子系统,或者说,离子液体是仅由离子所组成的液体[27]。在组成上,它与我们概念中的“盐”相近,而其熔点通长又低于温室,所以,也有人把离子液体叫做温室离子液体、液态有机盐等[28]。

离子液体与传统的有机溶剂、水、相比具有许多优良的性能[29]:良好的溶解性;2具有较高的离子传导性;3较高的热稳定性;4较宽的液态温度范围;5较高的极性、溶剂化性能;6几乎不挥发、不氧化、不燃烧;7对水、对空气均稳定;8易回收,可循环使用等。(材料)

【离子液体( ion ic liqu ids) , 又称室温离子液体( room or amb ient temperature ionic liquids) 或室温熔融盐, 也称非水离子液体, 有机离子液体等。离子液体是指没有电中心分子且100% 由阴离子和阳离子组成, 室温下为液体的物质。它是由一种含氮或磷杂环的有机阳离子和一种无机阴离子组成的盐, 在室温或室温附近温度下呈液态。本身具有优异的化学和热力学稳定性, 有较宽的温度范围, 对有机及无机化合物有很好的溶解性, 室温下几乎没有蒸汽压, 可用于高真空条件下的反应, 具有良好的导电性, 较高的离子迁移和扩散速度, 不燃烧,无味, 是一种强极性、低配位能力的溶剂。与传统的工业有机溶剂相比, 由于其几乎不可测出的蒸汽压、不挥发、无污染, 故也称之为绿色溶剂。目前, 离子液体已引起了世界各国科学家的广泛重视。】(百度)

二、离子液体的结构

离子液体是由有机阳离子和无机阴离子组成的盐离子间的静电引力较弱因而具有较小的晶格能在常温下呈现液态离子液体的种类很多,当前研究的离子液体的正离子有四类:烷基季铵离子、烷基季鏻离子、1,3-二烷取代的咪唑离子、N-烷基取代的吡啶离子[30-31]。(材料)

离子液体的特点

离子液体的特点

离子液体的特点

离子液体的特点

离子液体(IL)是由离子构成的液体,具有独特的物理、化学性质,是近年来新兴的一类液态有机物。它以其独特的性质迅速地得到了广泛的应用。离子液体具有独特的物理和化学性质,使其在物理和化学领域都有着广泛的应用。

1. 稳定性高

离子液体的溶剂稳定性高。这是由于它们由离子而不是分子构成,因此不容易发生分子间的反应。离子液体还可以显著地抑制氧气的挥发,从而降低产品的污染。

2. 热稳定性高

离子液体的热稳定性高,可以在高温下使用,尤其是对于高温的化学和物理实验,离子液体是最佳的溶剂。

3. 密度低

离子液体密度比液态有机分子低,因此非常适合在液体相中使用。

4. 低表面张力

离子液体具有低表面张力,因此它们可以被用作润湿剂和消泡剂,广泛应用于医药、洗涤剂、涂料和日化等行业。

5. 稳定的热稳定性

离子液体具有稳定的热稳定性,可以在室温条件下保持长期稳定,这一特性使其能够在高温条件下保持活性,对于热敏性的有机物具有良好的保护作用。

离子液体的分类、合成与应用

离子液体的分类、合成与应用

离子液体的分类、合成与应用

离子液体是一种新型的绿色溶剂,具有独特的物理和化学性质,在许多领域中有着广泛的应用。本文旨在介绍离子液体的分类、合成与应用,以期为相关领域的研究提供一定的参考。

离子液体是指全部由离子组成的液体,具有良好的导电性、稳定性和可设计性。离子液体在科学领域中有着广泛的应用,如催化剂、电化学、材料科学等。本文将重点介绍离子液体的分类、合成与应用。

离子液体可以根据不同的阳离子和阴离子进行分类。根据阳离子的类型,离子液体主要分为以下几类:

烷基咪唑离子液体:这类离子液体具有较高的熔点和良好的热稳定性,是应用最广泛的离子液体之一。

吡啶鎓离子液体:这类离子液体具有良好的化学稳定性和较高的粘度,适用于高温下的催化反应。

季铵盐离子液体:这类离子液体具有较低的熔点和较高的电导率,适用于电化学领域。

季膦盐离子液体:这类离子液体具有较高的稳定性和低毒性,适用于

食品和医药等领域。

根据阴离子的类型,离子液体也可以分为以下几类:

氯离子型离子液体:以氯离子为阴离子的离子液体,具有较低的熔点和较高的电导率。

溴离子型离子液体:以溴离子为阴离子的离子液体,具有较高的稳定性和良好的溶解性。

氟离子型离子液体:以氟离子为阴离子的离子液体,具有极高的稳定性和低表面张力。

磷酸根型离子液体:以磷酸根为阴离子的离子液体,具有较高的粘度和良好的热稳定性。

选择合适的阳离子和阴离子:根据需要选择合适的阳离子和阴离子,以满足对离子液体的性质和应用要求。

合成阳离子:将选择的阳离子进行化学合成,得到目标阳离子。

合成阴离子:将选择的阴离子进行化学合成,得到目标阴离子。

离子液体资料

离子液体资料

离子液体

离子液体,又称离子溶液或离子液质,是一种特殊的熔融盐,通常指在室温下

即能流动的液态物质。它由离子组成,因此在物理和化学性质上与传统液体有所不同。离子液体最早被发现于20世纪30年代,最初应用于电解质溶液,在近年来

逐渐被广泛研究和应用于多个领域。

起源与发展

离子液体最早由保罗·沙诺姆于1932年发现,当时他合成了一种含有氯金酸氢

盐的物质,并且发现其在室温下为液态。由于具有低蒸气压、热稳定性好、高导电性等独特性质,离子液体开始被广泛研究和应用。

特性

1.低蒸汽压:离子液体通常具有极低的蒸汽压,这使得它们在高温下

不易挥发,有利于在反应过程中稳定性的维持。

2.高热稳定性:离子液体的热稳定性较高,能够耐受较高的温度,使

得其在高温反应中有很好的应用前景。

3.高离子导电性:由于离子液体中的离子浓度较高,因此其电导率也

相对较高,具有优异的离子传导性能。

4.可调性:离子液体的离子种类和比例可以通过化学设计来实现调节,

因此具有较高的可调性。

应用领域

离子液体由于其独特的性质,在多个领域都有广泛的应用。

1.化学催化:离子液体常被用作催化反应的溶剂或载体,可以提高催

化剂的效率和选择性。

2.能源领域:离子液体在锂离子电池、超级电容器等领域有重要应用,

提高了能源设备的性能和循环寿命。

3.药物传递:离子液体可以作为药物传递系统的载体,提高药物的生

物利用度和稳定性。

4.分离技术:离子液体也被用于气体和液体的分离提纯技术中,具有

高效、环保等优点。

发展趋势

随着对可再生能源和绿色化学的重视,离子液体的应用前景将更加广阔。未来,离子液体的设计和合成将更加精准,应用领域将进一步扩展,为各行各业带来更多便利和创新。

离子液体百科全书

离子液体百科全书

离子液体百科全书

标题:离子液体百科全书

一、引言

离子液体,作为一种新型的绿色溶剂,近年来在化学、材料科学、生物技术、能源科学等领域引起了广泛的关注。它们的独特性质,如极低的挥发性、宽的电化学窗口、高的热稳定性和良好的溶解能力,使其在众多科研和工业应用中展现出巨大的潜力。本文将作为一部离子液体的百科全书,逐步解析离子液体的基本概念、结构特性、制备方法、应用领域以及未来发展趋势。

二、基本概念

离子液体,又称室温离子液体或熔盐,是一种在室温或接近室温下呈液态的盐。其主要由阳离子和阴离子组成,其中阳离子通常为有机阳离子,如咪唑、吡啶、季铵等,而阴离子则多为无机或有机酸根离子,如卤素、硫酸氢根、羧酸根等。

三、结构特性

离子液体的特殊性质主要源于其独特的结构特性。首先,由于其由阴阳

离子构成,离子液体具有高的电导率和离子迁移率。其次,由于其阳离子通常是大的有机分子,使得离子液体具有较低的蒸气压和极低的挥发性。此外,离子液体的结构可设计性强,通过改变阳离子和阴离子的种类和大小,可以调节离子液体的物理化学性质,以适应不同的应用需求。

四、制备方法

离子液体的制备方法主要包括直接合成法和离子交换法。直接合成法是将含有目标阳离子和阴离子的化合物在适当的条件下反应,生成目标离子液体。离子交换法则是先制备出一种离子液体,然后通过离子交换反应,将其中的部分离子替换为所需的离子,得到目标离子液体。

五、应用领域

1. 化学反应介质:由于离子液体具有宽的电化学窗口、高的热稳定性和良好的溶解能力,被广泛用作化学反应的介质,特别是在电化学反应、催化反应和生物质转化等领域。

离子液体组成

离子液体组成

离子液体组成

离子液体是一种特殊的液体,由离子化合物组成,通常包含一种离子,也可以包含多种离子。最常见的离子液体是由阳离子和阴离子组成的。离子液体已被证明具有广泛的应用领域,如化学、生物化学、材料科学和电化学等领域。离子液体的组成非常重要,因为它决定了其物理化学特性和应用价值。

离子液体的组成可以分为三部分:阳离子、阴离子和物质性质。

1. 阳离子

离子液体中的阳离子通常是具有正电荷的有机或无机离子。常见的离子液体阳离子包括:

1)1-烷基-3-甲基咪唑离子([CnMim]+):这是最常用的离子液体阳离子之一,其中n 的值通常为6或8。[CnMim]+阳离子具有较低的熔点和较高的化学稳定性,因此被广泛应用于电化学和化学反应中。

2)4-烷基吡啶离子([Py]+):这是另一个重要的离子液体阳离子,其性质类似于[CnMim]+阳离子。[Py]+阳离子有助于电化学反应的速率和效率。

3)季铵盐阳离子:包括N,P和S等元素的离子,这些阳离子通常用于生物化学和药物学领域。

1)六氟磷酸盐([PF6]-):这是最常见的离子液体阴离子之一,具有较高的化学稳定性和较低的毒性。

3)硫酸盐([SO42-]):这是一种具有多种阴离子同步存在的离子液体,具有一系列应用领域,包括电化学、化学反应、纳米材料制备等。

3. 物质性质

离子液体的物质性质也是其组成的重要部分。主要的物质性质包括密度、粘度、溶解度、电导率、表面张力等。这些物质性质是离子液体在化学反应和材料科学中的应用所必需的,因为它们影响着离子液体的处理方式和效率。

总之,在选择离子液体时,需要考虑其阳离子、阴离子和物质性质。选择适当的离子液体是非常重要的,因为它可以影响到其应用的效果和成功率。

离子液体的特点

离子液体的特点

离子液体的特点

离子液体是一种特殊的液体,具有许多独特的性质和特点,常用于催化、溶剂、电化学、分析等领域。下面将详细讨论离子液体的特点,并结合中心扩展进行描述。

1. 高离子化度和低挥发性

离子液体的主要成分是由阳离子和阴离子组成的离子对,通常在室温下呈液态。由于离子液体内离子对之间的吸引力较强,因此离子液体具有高离子化度和低挥发性,不易挥发和燃烧,可降低环境污染和火灾风险。

2. 宽广的电化学窗口

离子液体的电化学窗口是指其在电极上可承受的最大电压范围,通常为2-6V。与传统有机溶剂相比,离子液体具有较宽广的电化学窗口,可承受更高的电压和电流密度,具有更高的电化学稳定性和寿命。

3. 可调节的溶解性和极性

由于离子液体的构成可以通过选择不同的阳离子和阴离子,或者改变它们之间的比例来进行调节,因此离子液体的溶解度和极性可以被调节和控制。这使得离子液体成为一种理想的溶剂,在化学合成、分离、催化和生物领域具有广泛的应用。

4. 高热稳定性和化学惰性

离子液体具有高热稳定性和化学惰性,可用于高温条件下的反应和分析,以及对氧化、还原和酸碱等化学反应具有很好的稳定性。由于离子液体的化学惰性,不易与其他物质发生反应,因此常用于金属的电沉积和电解等过程中。

5. 绿色、可再生和可回收

由于离子液体的高稳定性和低挥发性,使其成为一种绿色、可再生和可回收的溶剂。离子液体可以通过物理和化学方法进行回收和再利用,这有助于减少环境污染和资源浪费。

离子液体是一种具有高度应用价值和发展前景的新型材料,其独特的性质和特点已经广泛应用于化学、材料、能源、环境和生物领域。其中,离子液体的可调节性、绿色性和高稳定性是其最为重要的特点,将为其未来的发展和应用提供有力支持。

离子液体

离子液体


2.2 离子液体的分类 离子液体是由有机阳离子和无机阴离子组 成的盐,按阴阳离子的不同排列组合方式, 离子液体的种类有1018种之多。目前常用的 离子液体主要分为四类,分别是咪唑类、 吡啶类、季铵盐类和季膦盐类。二烷基咪 唑因其易于合成而且性质稳定是最常用的 离子液体。当然,离子液体的种类已不仅 限于这些,其他代表性的离子液体还有胍 类离子液体,锍盐离子液体,两性离子液 体,手性离子液体等。常见阳离子和阴离 子列于表1-1和表1-2。

在实际应用过程中,由于可以同时在增大 萃取剂体积的基础上提高方法的灵敏度而 不用受到传统微萃取悬挂体积小的限制, 因此中将有较好的应用前景。 由于离子液体具有可设计性,并且对某些 有机物的萃取率高,可以根据针对性的设 计合成不同的离子液体,使方法的富集因 子和选择性改善,故用其富集检测环境中 的有机物和痕量污染物的前景非常乐观。


3.1离子液体萃取有机物
离子液体蒸气压低,热稳定性好,液态范围广, 对很多有机物有显著而不同的选择性,萃取完后 可以分离萃取物循环使用。因此在萃取分离有机 物领域应用非常广泛。 最早用离子液体代替传统有机溶剂萃取有机物的 是美国Alabama大学的Rogers,他用憎水性离子液 体[bmim][PF6]从水中萃取苯的衍生物如甲苯、苯 甲酸、苯胺、氯苯等,并研究了各种萃取物在离 子液体中的分配系数。利用疏水性[C4mim][PF6]和 [C8mim][PF6]可以有效的萃取一系列典型环境污染 物 ,为离子液体用于环境污染物的分离富集提供 了依据 。

离子液体的种类

离子液体的种类

离子液体的种类

离子液体被称为“绿色溶剂”,因为它是一种无毒、无味、无色

的新型溶剂,具有高度的化学稳定性、强解离能力和优良的热化学性能,在环境保护、新能源、材料科学、生命科学等领域具有广泛应用

前景。

目前已经发现数千种离子液体,其中常见的类别包括:

1. 烷基取代型离子液体:是最常见的一类离子液体,由有机烷

基阳离子和无机阴离子组成,例如:[BMIm][PF6]、[EMIm][BF4]等。

2. 芳香族离子液体:由芳香族离子阳离子和无机阴离子组成,

具有较好的溶解性能,在医药、有机合成、催化等领域得到广泛应用,例如:[PhIm][BF4]、[PhPy][NTf2]等。

3. 磷酸盐离子液体:由磷酸盐阳离子和无机阴离子组成,具有

良好的稳定性和燃烧性能,在电化学、电池、液态晶体、化学反应等

方面有着广泛的应用,例如:[P66614][PF6]、[P66618][TFSI]等。

4. 氢氧化物盐离子液体:由氢氧化物阳离子和无机阴离子组成,具有较好的热性质和化学稳定性,在催化、分离、加氢等领域有着广

泛的应用,例如:[N8881][OH]、[P1888][OH]、[N1,1,2,2][OH]等。

5. 具有特定功能的离子液体:例如酸性、碱性、疏水性、覆盖

性等功能,如[HMIm][HSO4]、[Et3MeN][ES]、[CP13Amim][LS]等。

总之,离子液体种类繁多,每种离子液体都具有独特的性质和应

用前景,在各个领域都有不同的应用,可以为我们提供更多实现环境

友好、绿色可持续发展的解决方案。

离子液体作为溶剂

离子液体作为溶剂

离子液体作为溶剂

概述【1】

离子液体(IonicLiquid)是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的在室温下呈液态的有机盐,通常可称为室温离子液体(Room-temperatureIonicLiquid)。离子液体作为一种新型的极性溶剂,几乎没有蒸汽压、不可燃性、非挥发性、良好的化学稳定性和热稳定性、可循环利用及对环境友好,故称之为“绿色”化学溶剂,可以用来代替传统的易挥发有毒溶剂。此外,离子液体的高极性、疏水性及溶解性等均可以通过选用不同的阴阳离子和侧链取代基而改变,故又称之为“设计溶剂”(Designedsolvents)。离子液体被认为是21世纪最有希望的绿色溶剂和催化剂之一,已应用于生物催化、分离科学及电化学等诸多领域。

分类【1】

离子液体种类繁多,目前,其分类方法有3种,根据阳离子不同,主要分为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体、季铵盐类离子液体、季鏻盐类离子液体等;根据阴离子不同,主要分为AlCl3型离子液体,非AlCl3型离子液体及其他特殊离子液体;根据酸碱性不同,分为酸功能化离子液体、碱功能化离子液体及中性离子液体。

1.AlCl3型离子液体

AlCl3型离子液体可通过调节AlCl3与有机季铵盐的比例,生成具有L酸、L碱等的离子液体。它主要应用于电化学反应中,如烷基化、异构化、酰基化等反应。

2.非AlCl3型离子液体

非AlCl3型离子液体对水和空气都较稳定,具有较好的酸催化活性。但是其酸性强度不如前者,因此,需要加大离子液体用量以增大收率。此类离子液体比较常见的阴离子有:卤素离子,BF4-,

离子液体的物理性质与应用

离子液体的物理性质与应用

离子液体的物理性质与应用

离子液体是指在较低温度下,由离子组成的一种液体物质。相较于

传统的有机溶剂或水溶液,离子液体具有独特的物理性质和化学性质,因此在多个领域有着广泛的应用。本文将对离子液体的物理性质进行

探讨,并介绍其在不同领域的应用。

一、离子液体的物理性质

1. 密度和黏度:离子液体的密度通常较高,约为水的2-3倍。这是

由于离子液体中带电离子之间的静电吸引力导致的。同时,由于离子

液体中的离子较大,分子间的距离相对较远,因此离子液体的黏度较高。

2. 熔点和沸点:离子液体的熔点通常较低,一些离子液体甚至可以

在室温下存在。这是由于离子液体中的离子静电排斥力的存在,使得

离子之间的结构较不稳定。然而,由于离子液体中存在大量的离子对,使得离子液体的沸点较高。

3. 溶解性:由于离子液体中离子的高度极化特性,使得离子液体能

够溶解诸多极性和非极性溶质。这为离子液体在催化、分离和电化学

领域等提供了良好的应用基础。

4. 热稳定性:离子液体在高温下通常能够保持其结构和性质的稳定性。这使得离子液体可以在高温条件下应用于高温反应、高功率电池

等领域。

二、离子液体的应用

1. 光催化:离子液体的特殊性质使其成为一种优秀的催化剂。由于

离子液体的高度极化性质,使得其能够有效促进光催化反应的进行。

离子液体可以作为催化剂的载体,也可以与金属离子形成稳定的配合

物用于光催化反应。

2. 电化学领域:离子液体由于其优异的导电性和化学稳定性,被广

泛应用于电化学领域。离子液体可以作为电解质在电池、超级电容器、燃料电池等能源转换和储存装置中使用。此外,离子液体也可用作电

离子液体化学

离子液体化学

离子液体化学

离子液体(或称离子性液体)是指全部由离子组成的液体,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自由离子构成的物质,称为室温离子液体、室温熔融盐(室温离子液体常伴有氢键的存在,定义为室温熔融盐有点勉强)、有机离子液体等,尚无统一的名称,但倾向于简称离子液体。在离子化合物中,阴阳离子之间的作用力为库仑力,其大小与阴阳离子的电荷数量及半径有关,离子半径越大,它们之间的作用力越小,这种离子化合物的熔点就越低。某些离子化合物的阴阳离子体积很大,结构松散,导致它们之间的作用力较低,以至于熔点接近室温。

【种类】

离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐,也称为低温熔融盐。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或有机阴离子构成,常见的阳离子有季铵盐离子、季鏻盐离子、咪唑盐离子和吡咯盐离子等,阴离子有卤素离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子等。

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,例如在阳离子方面,Shreeve领导的研究小组合成了一些新型阳离子的离子液体如下所示:

在阴离子方面,Yoshida研究小组也合成了一些新型阴离子的离

子液体,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关注。

离子液体的化学和物理性质

离子液体的化学和物理性质

离子液体的化学和物理性质离子液体,又称离子型液体,是一种具有高离子电导率的有机盐类化合物,通常是用离子间吸引力较强的阳离子和阴离子组成的。由于离子液体中离子的空间分布与传统液体不同,离子液体的物理和化学性质也与传统液体有很大不同。

一、离子液体的物理性质

1、粘度较大,呈现黏稠状。

离子液体中阴离子和阳离子间的强吸引力使液体分子之间的作用力加强,因此其粘度较普通液体要大得多,常常呈现黏稠状。

2、热稳定性好,不易挥发。

离子液体的热稳定性强,一般情况下不易挥发。在高温下,离子液体也不容易发生化学反应,因此具有广泛的应用前景。

3、导电性强。

由于离子液体中含有大量的离子组分,其电导率远大于普通液体。在一定温度范围内,离子液体的电导率与液体中离子浓度、温度等因素有关。

二、离子液体的化学性质

1、与传统液体不同的离子分布模式。

离子液体中离子是分散的,通过分子间离子间强作用力维持离子的相对位置,离子分布方式不同于传统液体。

2、与传统液体相比,具有很高的离子化度。

离子液体中,离子浓度相对很高,可以达到50%-80%,这是传统液体无法达到的。

3、离子液体在低温下也能显示出溶解能力。

离子液体具有较强的极性,即使在较低的温度下也能够形成可

溶于水的混合物。

三、离子液体的应用

离子液体在新能源、化学、材料等领域都有广泛的应用。离子

液体作为绿色溶剂,可以替代传统有机溶剂,可以用于稀释、萃取、合成过程中的反应物和催化剂,避免了传统溶剂对环境的污

染和对人体的危害。

此外,离子液体还具有优良的导热和导电性能,可以用于新能

源电池的电解液和催化剂、溶剂等方面的研究和应用。可以想见,随着人们对于环境保护和绿色化的需求越来越高,离子液体的应

离子液体

离子液体
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。
离子液体的结构
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。
J.Z. Yang, Green Chem., 2004, 6, 541-543.
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。
Yang L, Xu LW, Xia CG. Synth, 2009, 12: 1969–1974
c. Diels-Alder 反应
Lee等人报道了在 RTILs emim+/ BuPy+--AlCl4 进 行D-A反应。
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。
1 A1C13 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。

离子液体

离子液体

EMIM1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸
直接合成法: 就是通过酸碱中和反应或季铵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。 具体制备过程是:中和反应后真空除去多余的水,为了确保离 子液体的纯净,再将其溶解在乙腈或四氢呋喃等有机溶剂中,用活 性炭处理,最后真空除去有机溶剂得到产物离子液体。另外通过季 铵化反应也可以一步制备出多种离子液体。
离子 液体
体积差异较大;
对称性较低
静电势很高;
高熔点
静电势较低;
低熔点
在1914年Sudgen等人就制得了一种熔点为12℃ 的离子液体EtNH2+ HNO3的合成 极易爆炸,但由于当时没有发现合适的用途, 并未引起人们的关注, 其后在该领域的研究进展也就非常缓慢。 1948年,第一个基于氯化铝负离子的离子液体 在专利中出现,其具有较高的导电性。
3.作为溶剂的 应用 离子液体作 为新型溶剂有 显著的优异特 性。 氢化反应、傅克反应、Heck 反应、DielsAlder反应。
在离子液体中,整体上静电场仍占优势,阴阳离 子间存在较强的相互作用。和易挥发易燃的分子型液 体相比几乎无蒸汽压力,因此可以替代因易挥发易燃 而造成环境污染和安全事故的有机溶剂。
离子液体之所以能够迅速崛起并受到世界各国 的高度重视,固然与其特殊的结构与性质有密 切的关系,更重要还应归因于绿色化学的兴起 所带来的历史性机遇以及全球产业结构调整对 传统材料和生产过程提出的挑战。
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收稿:2002年9月,收修改稿:2003年3月 3通讯联系人 e 2m ail :yuankou @pku .edu .cn

不断壮大的离子液体家族

杨雅立 王晓化 寇 元3 闵恩泽

(北京大学化学与分子工程学院 北京100871)

摘 要 本文对近10年来出现的新型离子液体进行了分类综述,并对其发展前景提出了一些见解。关键词 离子液体 任务专一性

中图分类号:O 64514;O 646117 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2003)0620471206

The Expand i ng Fam ily of Ion ic L iqu ids

Y ang Y a li W ang X iaohua K ou Y uan 3

 M in E nz e

(Co llege of Chem istry and M o lecu lar Engineering ,Pek ing U n iversity ,B eijing 100871,Ch ina )Abstract N ew i on ic liqu ids w h ich em erged du ring the recen t 10years are review ed .T he au tho rs’ow n op in i on s concern ing the fu tu re developm en t of th is field are p ropo sed .

Key words i on ic liqu ids ;task sp ecific

性质上符合目前称之为离子液体的物质,早在

1914年就有所报道。但“离子液体”作为低温熔融盐(熔点低于100℃)普遍接受的统称并得到化学家们的广泛关注,却是近十年来的事。短短的时间,从传统的三氯化铝体系,到水稳定阴离子的引入,到今天涌现出的大量功能化的离子液体,离子液体家族正快速地发展与壮大。同时,更多的研究也已集中于这种环境友好体系在合成、分离、电化学等领域的开发应用上。相关的综述连续不断地出现在权威期刊[1,2]

和各类专业期刊上[3—9],国内近年也有不少综述发

表[10—14]。

对于这样一个快速发展的领域,及时地评述是十分必要的但又是比较困难的。本文试图对近几年出现的新离子液体加以归纳,探讨离子液体研究的未来走向,并就新型离子液体的合成路径提出一些看法。

从时间发展的顺序上说,我们前面已经提到,离子液体家族经历了三氯化铝体系(90年代前),耐水体系(90年代)和功能化体系(本世纪)三个发展阶段。从离子液体在化学过程中所扮演的基本角色看,离子液体可以按照化学惰性物质(溶剂、添加剂、表

面活性剂),催化剂,反应物三方面来分述。

一、化学惰性物质

这里我们使用“化学惰性物质”作为一大基本类型的统称,是因为在不少情况下“溶剂”这个概念并

不能全面地表述出离子液体的功用。

11电解质与常规的分子溶剂如水或有机化合物相比,离子液体的一大优点就是具有良好的电化学性质,如人们熟知的高导电性、宽电化学窗口等。在电化学方面的研究不仅是离子液体早期发展的推动力,也是当前研究的重点与热点。

最早受关注的A lC l 3类离子液体就是在开发高效储能电池的要求下发展起来的。Charles 、H u ssey 等从大量含氮阳离子中精心筛选(图1)出的1,32二烷基咪唑阳离子[3],兼具低熔点及电化学稳定的优点,但由A lC l 3带来的水敏感性也由此成为了离子液体的特征性缺点。

直至1992年,W ilkes 等人合成了第一个水稳定化合物[em i m ][B F 4](m .p .=12℃)[15]。不久,

[em i m ][PF 6][16]

也问世了。尽管这些离子液体后来

第15卷第6期2003年11月

化 学 进 展

PRO GR ESS I N CH E M ISTR Y

V o l .15N o.6

 N ov .,2003

图1 各种铵类阳离子的结构

F ig .1 Structu res of vari ou s ammon ium cati on s

selected fo r i on ic liqu ids

多被用于合成及萃取等领域,但不难想象,如果没有它们当初吸引的那么多科学家的投入,也就不会有离子液体蓬勃发展的今天。

在离子液体作为电解质的研究中,十分有意义的是N (CF 3SO 2)-2作为阴离子的出现。1996年,

Bonho d te 等人在对离子液体构效关系的研究中首次报道了含N (CF 3SO 2)-2的咪唑类离子液体[17]。这种离子液体不仅对水稳定,不溶于水,还兼具低粘度、低熔点、高导电性的优点。此后N (CF 3SO 2)-2成为被广泛采用的离子之一,基于它的含四级铵阳离子和吡咯阳离子的一大类离子液体的电化学性质也得到了表征[18]。

“高极性,不(或弱)配位”常作为离子液体与水溶剂的特征性区别而被强调。但2001年,Go lding 等报道了具有配位能力的N (CN )-2类新离子液体[19]。配位能力的证据来于它们能够溶解CuC l 2、CoC l 2,却不溶解相应的CuC l 2・2H 2O 和CoC l 2・

图2 含双咪唑阳离子的离子液体结构

F ig .2 Structu res of dii m idazo lium alkylene

mo lten

salts

图3 含多铵阳离子的离子液体结构

F ig .3 Structu re of po ly ammon ium pho sphate

i on ic liqu ids

6H 2O 。和负电荷高度离域的N (CF 3SO 2)-2相比,N (CN )-2也具有低粘度和高导电的特性。但不难预

料,它将拥有由不一样的结构特点带来的不同的溶解范围(如N (CN )-2溶于水,而N (CF 3SO 2)-2不溶),从而为科学家们提供了又一个优良的电化学工作体系。

面对种类繁多的阴离子,人们也开始设法走出咪唑阳离子的限制。吡咯、四级铵类甚至双咪唑[20](图2)、多铵阳离子[21](图3)的例子都有报道。在生物学领域,以DNA 作为阴离子的离子液体的电信息传导也在研究中[22]。可以想象,由DNA 的修饰(序列及二级结构的改变)带来的结构可调性将更加多样化。

21萃取剂

无机阴离子与有机阳离子的结合以及结构上的易修饰性,使离子液体具有十分广泛的溶解能力和可调的溶解范围,这些无疑都为它在萃取上的应用奠定了基础。但回顾早期的研究,所谓的结构调节却大都局限于对已有阳离子的小修小补上——取代基碳链的长短和取代基位置的改变。

2000年,含异喹啉类阳离子的离子液体问世[23]

(图4)。实验结果与先期预想一致,由于比咪唑有更强的芳香性和疏水性,它们在芳香族化合物的萃取分离方面很具潜力

图4 含异喹啉类阳离子的离子液体结构

F ig .4 N 2alkylisoqu ino lin ium cati on

con tain ing i on ic liqu ids

31表面活性剂

2000年,D avid 工作组报道了含氟取代烷烃链

的离子液体(图5)[24]。实验表明,它们可作为表面活

性剂将全氟取代烃(即氟碳化合物)分散于离子液体中,这一发现无疑将推动两种新型绿色溶剂在应用中的结合。

基于图5所示的该类离子液体的结构特点,我们并不惊奇于它们作为表面活性剂的潜力,但引人深思的是这样的报道竟如此姗姗来迟。这说明离子液体的广阔应用前景只有在与专业需求结合后才能

得到充分的体现。同时也可以预言,任务专一性(task sp ecific )强的新型离子液体将是未来几年内的研究重点。

274・化 学 进 展

第15卷

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