离子液体的性质

离子液体的性质，改性和下一代

1：离子液体的性质，考虑到离子液体及其应用的宽泛性，很难简单的概括离子液体的性质和发展趋势。因此著者更愿意总结离子液体的不同点而不是共同点。而且前人总结的离子液体的某些性质也存在一定的争议：例如电化学窗口，热稳定的长久性（热稳定性在过去的一段时间过于看重），极性，挥发性（某些离子液体在适当的条件下会蒸发）。为什么会出现这种争议呢？这是近年来所取得的改进技术所带来的，测量手段的进步，知识的深化，以及那些能够显著影响离子液体的热物理性质的杂质量化（离子色谱仪，ICP-MS）的精确性带来的描述的准确性。就离子液体的物理-化学性质而言，实验手段的不同，数据库数据的时限性都会对其不一致性产生影响。但是，离子液体还是具有广发接受的类属性质。他们完全由离子组成（见表一）。举个例子来说，在熔点为12摄氏度的【BMI】【PF6】系列中，离子熔化时的密度是4.8mol/l。离子液体的熔化温度，人为地规定，要低于100摄氏度，离子度要高于99%。这些基本的类属性质在离子液体的书籍和数据库（例如离子液体的热性质-美国标准与技术协会编著）中都可以找到。这里不再一一详述-只在下文中讨论一些关键的具有代表性的性质。

熔点：文献中离子液体的熔点一定要谨慎对待，离子液体的熔点具有不确定性，它们能够经受超冷，而且可能存在杂质的影响。

挥发性：对于典型的离子液体，正常的沸点与它们的标准大气压下的饱和蒸汽压有关，通过实验的手段确定的饱和蒸汽压是不准确的，因为离子液体适当的低温条件下是不挥发的。尽管如此，还是有文献可循，离子液体在200-300摄氏度的情况下会蒸发，但是当压力急剧下降时，挥发的速度很低，小于0.01g/H。问题是什么样的离子是离子液体？离子液体中的离子本性可以部分解释它们气态时的蒸汽压可以忽略不记的事实，也可以把它们同常规的分子溶剂区分开来。离子度的量化是定义离子液体的指标。而这些又可以通过有效的离子浓度来代替。

阻燃性：与易挥发的有机溶剂相比，离子液体被证明有成为绿色溶剂的潜力，主要因为离子液体在环境中不易挥发而且具有阻燃性，即使是高温。其他符合条件的溶剂也在研究当中，但还没有引起足够的重视。值得一提的是，离子液体用在热源处并不是因为它的阻燃性。离子液体的活性很高。它们可以代替肼及其衍生物，作为能量的供体。

热稳定性和化学稳定性：通过热重分析仪推算的离子液体的热解温度，可以知道离子液体的热稳定性很好，一般大于350摄氏度。但是离子液体作为催化剂等使用时的热稳定的长期性却没有什么有价值的发现。带有【NTF2】-和【N(CN)2】-阴离子的磷类离子液体分解为易挥发的物质要经过明显的几部。分解的产物说明在此过程中发生过霍夫曼消去反应或者脱烷基化反应。含氮的离子液体不完全分解，而是发生碳化（氰基化合物则易于形成高分子化合物）。

导电性和电化学窗口：电导率是评价离子液体能否既做溶剂又做电解液的重要性质。离子液体表现出宽泛的电导率，0.1-20mS/cm。在高电导率的离子液体中，咪唑基类的电导率要比铵基类高。影响离子液体的电导率的因素很多，如粘度、密度、粒子大小、阴离子电荷离域效应、聚集态以及粒子运动。人们现在引用强离子对效应来解释为什么【NTF2】-基的离子液体的电导率比【BF4】-基的离子液体低。说到离子液体的电化学窗口，典型的离子液体在4.5-5V，与传统的有机溶剂相比，类似或者

稍低，但是比水溶剂的电解液高。四基的的铵盐类离子液体的还原性比咪唑类稳定，可以还原形成N-杂环碳烯。现在离子液体的研究方向仍然是使之具有宽泛的电化学窗口以及良好的电导率。

密度：有关离子液体的密度的文献很多。其密度比水和有机溶剂的密度大，典型的是在1-1.6g/cm3。人们现在可以模拟离子液体的密度和压力以及温度的变化关系。粘度：从工程的角度来讲，离子液体的粘度会影响其运输性质，例如扩散，也可能会影响其实际的催化应用性能。粘度在搅拌、混合和抽吸中起着重要作用。相比传统融合剂的粘度，离子液体的粘度要相对较高，大约高1/3等级。大多数离子液体的粘度20-25摄氏度时在60-1110cP的范围内变化。低粘度的离子液体的研究仍然是未来的方向。

极性：化学反应中，极性是定义溶剂效应的最重要的性质之一。也是离子液体的性质中最受争议的一项。为什么呢？因为极性没有简单的限定也没有直接的测量工具。铬显色试剂试剂可以作为经验性的定义极性限度的方法，但是这种量度（kamlet-taft方程）并非完全不受所用的测量分子的影响。极性测量的关键在于找到合适的溶剂探测分子，使测量的极性尽可能的可靠，不受溶剂的其他的影响。

毒性和可降解性：早期提到的离子液体由于其可忽略不计的蒸汽压而具有的低毒性和可降解性，现在看来是不现实的。其实常见的离子液体是不易降解的。但是这是不是就意味着离子液体在实际应用中的局限性呢？

表面张力：这是相对来说研究较少的课题。离子液体的表面张力要比有机溶剂的表面张力相对缓和。

至于工业应用，离子液体的一些性质还要在实际的生产操作中确定。一些隐藏的性质，如离子液体的压缩性，要在高压的条件下长时间的观察。和传统的溶剂相比较又怎样呢？图二就两者的极性和粘度给出了量化的描述。

2.2 离子液体适用范围的广泛性

2.2.1 综述

几年来离子液体的种类成倍的增长。因此对所有叙述的阴阳离子的离子液体进行系统的编辑是很困难的。对主要离子液体的描述可以起到一个参考作用。而各种各样的离子液体的开发则是根据不同的使用目的。一些离子液体会在下文中描述。（1）开发（复合的）功能性（通常称为定向离子液体）的离子液体越来越引起人们的关注，旨在其协同“化学”性质。质子性的离子液体和质子酸或者lewis酸离子液体可以用作酸性的催化剂或者溶剂。值得一提的是碱性的离子液体具有双重作用，既可以作为溶剂，也可以作为碱性催化剂，对纤维素的乙酰化有潜在的使用价值。离子液体具有作为可重复利用的过渡金属种类的催化剂的配体和固定相的功能（磷类，亚胺类，胺类，腈类，炔类），或者作为稳定金属纳米颗粒的保护剂和溶剂。在大批量的生产过程中，用于有机金属催化（例如脯氨酸作为手性催化剂用于非对称合成）的离子液体的开发，可以提高催化剂的循环利用的性能。手性离子液体，溶剂型或者手性引入剂，经过不同方法的修饰，可以使手性分子分别连接在离子液体的阴阳离子上。

（2）阴阳离子结合的协调一致性和阴阳离子修饰的可能性为制备特定性质的离子液体提供了可能性。例如，亲水/疏水的弹性，离子液体的粘度的降低，离子液体的稳定性的提高都是具有挑战性的课题。【NTf2】-和【N(CN)2】-阴离子的离子液体表