离子液体应用及其发展

离子液体应用及其发展
罗树琴生化系化学教育2001541
摘要：离子液体也称为室温离子液体或低温盐，通常是指熔点低
于100℃的有机盐。

由于完全有例子组成，离子液体有许多不同于常规有机溶剂的性质。

离子液体在各方面都有广泛应用前景，目前离子液体的制备和研究正在快速的发展，其应用前景也是相当广阔的。

关键字：离子液体应用发展及前景
离子液体也称为试问离子液体或低温盐，通常是指熔点低于100℃的有机盐。

由于完全有例子组成，离子液体有许多不同于常规有机溶剂的性质。

如熔点低，不挥发，液程范围宽，热稳定性好。

溶解能力强，性质可调，不易燃，电化学窗口宽等。

与传统的有机溶剂，水，超临界流体等相比，起黏度低，比热容大，有的对水对空气均稳定，故易于处理，制造较为容易，不太昂贵。

是理想的绿色高效溶剂，研究其性质极其应用成了一项热门课题，
1.离子液体的性质
离子液体大多呈无色，完全由阴阳离子组成，但样离子较大，且是有机物。

离子液体
1有酸碱性(主要由阳离子决定，可通过调节阳离子来改变其酸碱性)，
2亲水性:含C越多亲水性越弱
3热稳定性：较高的稳定性与杂原子氢键，阴阳离子组成相关，其蒸汽压低（可忽略不计），不易挥发，可去取代有机溶剂。

4熔点低：熔点与阴阳离子组成有关，是随阳离子对称性增大而增大的
5溶解性好：可溶解有机物，无机物，聚合物等
6密度：和阴阳离子组成有关，阳离子增多密度变大
7生物降解性：其一降解，相当环保，是绿色的环保剂
8电化学窗口：其可产生5-7V的高电压，
2.离子液体的合成制备
2.1 常规合成法
2.1.1一步法：采用叔胺与卤代烃或脂类物质发生加成反应，或利用叔胺的碱性和酸性发生中和反应而一步生成目标离子液体的方法
2.1.2两步法：两步法的第一步是通过叔胺和卤代烃反应制备出
季胺的卤化物；第二部再将卤素离子置换为目标离子液体的阴离子（合成米唑离子液体，氨基酸类离子液体，膦类离子液体等）一步法和两步法是比较普遍的方法，因此具有普适性，但离子液体通常需要在加热条件下完成而常规的加热搅拌需要较长时间，因而导致合成离子液体的效率和产率均偏低。

2.2 外场强法
2.2.1微波法：通过极性分子在快速变化的电磁场不断改变方向而英气分子的发热，属于体相加热。

微博发加热升温速度较快，可极大提高反应速率，甚至提高产率和纯度。

2.2.2超声波法：超声波借助于超声空化作用能够在液体内部形成局部高温高压微环境，并且超声波的震动搅拌作用可极大提高反应速率，尤其是非均相化学反应
2.2.3微反应器法：微反应器法一般是指在一个内部尺寸为几微米到几百微米的小型微反应器内进行的反应。

微反应器不但具有所需空间小，质量和能量消耗少以及反应时间短的优点，而且能够显著提高反应物产率与选择性以及传质传热效率。

3．离子液体的应用
3.1离子液体萃取
离子液体萃取属于液液萃取，但它用离子液体代替了挥发性有机溶剂，对环境造成的污染大大减少，是一种非常绿色的萃取剂在离子液体萃取中离子液体与超临界流体萃取体系又是一个较好叫绿色的萃取方法。

超临界流体又较强的溶解能力，且溶解能力随溶剂密度的变化而明显变化，可是溶解度随操作条件的变化灵活调节，达到萃取和分离的目的溶剂和溶质的分离不需要很高的温度，对热不稳定的物质和非挥发性高沸点的物质的萃取分离有很大的优越性。

将离子特体与超临界流体相结合作为萃取剂将大大提高萃取效率，减少污染，提高原子利用率。

离子液体超临界流体体系是新一代绿色溶剂，其萃取技术在工业生产上具有广阔的应用前景
离子液体还可应用在药物萃取分离中。

氨基酸，蛋白质的亲水性极强，传统的溶剂萃取很难从水相中分离，一种办法是向萃取溶剂中加入冠醚通过氢键作用与氨基酸形成稳定的疏水复合体以改善萃取效率，但这种方法需要疏水反粒子存在，萃取过程易造成乳化。

采用离子液体萃取水相中的氨基酸，大大减少了萃取过程的乳化现象，提高了实际萃取体系的萃取效率，减少了平衡时间。

目前，研究者利用离子液体萃取技术，研究了青霉素，细胞色素，青蒿素等的萃取。

3.2手性离子液体的合成及其有机反应中的应用
手性事广泛存在的一种自然现象，随着离子液体研究的广泛
展开，人们关注到离子液体具有手性的问题。

手性离子液体的合成与应用背受关注
3.2.1手性离子液体的合成
合成原则：容易合成，能直接得到对映体，并放大到看千克级；熔点低于80℃；热稳定性高于100℃对于水喝普通有机物质有好的化学稳定性；相对较低的黏度
由L-丙氨酸，L-缬氨酸和L-亮氨酸合成：首先，L-氨基酸，已二醛，甲醛和氨水在Na O H水溶液中进行一个四分子缩合反应；其次，在无水乙醇和氯化氢条件下进行酯化反应得到咪唑类化合
物的乙酯；接着在L iA lH4和无水乙醚条件下进行还原反应得到咪唑类化合物的醇；最后，在CH3C Cl3加热条件下与溴代乙烷发生咪唑环的成演反应，得到三个新型的咪唑盐手性离子液体
其合成反应有：
自从发现纤维素可以在离子液体中溶后，离子液体在纤维素加工中的应用
已经引起了学术界和工业界的极大关注。

离子液体应用于纤维素科学领域有了很大进展，包括离子液体应用于纤维素的溶解及其溶解机理和溶液行为，离子液体应用于制备再生纤维素材料，以离子液体为介质的纤维素均相衍生化反应，离子液体应用于纤维素水解等
3.3.1纤维素在离子液体中的溶解
一些离子液对纤维素有较好的溶解能力，其中，含有卤素阴离子的咪唑类离子液体更适合于溶解纤维素。

但其溶解机理还在研究，不过一些研究者也给出了一些溶解机理：Sw ot los k i等在
研究［bm im］C l-对纤维素机理时认为，阴离子为氯离子的离子
液体能够溶解纤维素，其原因是氯离子能与纤维素链上的羟基氢形成氢键从而使纤维素分子链间或分子链内的氢键作用减弱，因
而氢键形成能力较弱的阴离子为［BF4］-或［P F4］-的离子液体就不能溶解纤维素。

后来又实验结果表明纤维素低聚物完全溶解在［b mim］Cl-中的状态是无序的，说明其氢键被完全破坏，正
是了离子液体对纤维素的溶解是通过破坏其分子内或分子间的氢键完成的。

3.3.2纤维素在离子液体中的再生
纤维素的再生是指将纤维素在其有效容积中完全溶解后，通过特定方式从溶剂中析出，聚集成预期的具有优良综合性能的纤维素制品。

而离子液体是有效溶剂的不二选择。

作为纺织原料,纤维素具有吸湿性，穿着舒适性，一直是纺织品和卫生品的重要原料。

再生纤维素存在许多沟壑，这种形态将使纤维具有吸湿，透气和易于染色的性能更为显著。

传统的纤维素再生在生产过程中放出CS2和H2S等有毒气体和含锌废水，对空气和水造成污染，使生态环境遭到严重破坏，，离子液体对纤维素有很好的溶解性，所以研究者开始研究离子液体再生纤维素的技术，随着各种研究成果的出现及研究产物所具有的优良性能，及再生过程的原子经济性，环保性，纤维素在离子液体中的再生将得到很好的发展及推广。

3.3.3纤维素在离子液体中的水解
将纤维素水解为葡萄糖的手段有酸水解和传统的酶水解法，算水解需要高温高酸条件和耐酸耐高压容器，且污染严重，眼界者已将目光转向离子液体水解，实验表明纤维素在离子液体中即使在较低的温度和没有强酸的条件下可以直接水解为单糖，者意味着制备葡萄糖的工艺流程将更为环保经济。

已有研究表明，离子液体属于一类新型，高效的纤维素溶剂，溶解纤维素的条件温和，溶解速度快，溶解度高。

从离子液体中制备的再生纤维素的主要性能优于黏胶纤维，一离子液体为介质在均相条件下所制得得纤维衍生化产品，其性质均一，取代基分布均匀，产率高，而且能在物任何催化剂添加的条件下实现高浓度离子液体中的纤维素均相乙酰化，制备出结构均匀，性能优良的二醋酸纤维，极大降低了均相法制备醋酸纤维的生产成
本。

这些令人鼓舞的结果都说明离子液体在纤维工业中具有很广阔的应用前景。

3.4离子液体在电解液的有机化学反应
有机化学反应发生在点击表面，使用电子代替有毒化学品，不需要另外催化剂，氧化剂后还原剂。

对环境无污染反应条件温和电流效率和选择性高，节约能源和资源。

离子液体具有高导电性低挥发性，电化学稳定窗口宽，搞化学和热稳定性，与反应物和催化剂等有良好的相溶性。

离子液体在电化学，化学合成，萃取分离，材料制备等诸多领域的日益被世人所关注
3．4.1电化学还原反应
Ch u等在离子液体［Em im］B F4中，以纳米Ti O2膜电极表
面的T i（Ⅳ）/T i （Ⅲ）氧化还原电对作为糠醛还原反应得异相点催化剂，采用循环伏安发研究了糠醛的电化学行为
3.4.2CO2在离子液体中的电化学固定
C O2是全球变暖大的主要温室气体，二氧化碳的固定和利用一
直是国际绿色化学研究的重要前沿。

在离子液体中电化学还原活化法固定二氧化碳具有反应条件文温和，对环境友好的优点，是一种绿色的化学方法，对利用二氧化碳为原料绿色合成多碳有机物，减少温室气体含量有重大意义
3.4.3电化学氧化反应
在离子液体[Py r4]NT f2中电化学氧化醇可生成相应的醛和
酮，这个过程需要催化剂TE MP O.循环伏安法实验结果表明：T EM PO 发生了一个可逆氧化还原反应，形成了一个具有催化活性的氧基铵离子。

TE MP O的可逆氧化反应如下：
烯醇华的醛产物与氧基铵离子的反应：
此外，离子液体低电化学反应还有烯烃的环氧化，偶联反应，功能化有机硅氧烷合成等。

离子液体的有机电化学反应有许多优点：反应条件温和，对环境友好，收率高，选择性好，产物分离容易。

离子液体具有有机电解液所不可比拟的优越性，在电化学反应中有着广阔应用前景。

离子液体在催化和分离，有机合成与制备，资源与环境中的应用也有较广阔发展前景：近年来，人们不断的研究离子液体在环境资源方面的作用，例如：离子液体在聚碳酸酯回收利用的应用，在催化裂解聚乙烯中的应用，在尼龙降解中的应用等。

此外，；离子液体在大气污染中的应用也受到广泛关注，
4．离子液体的发展及展望
1914：乙胺和浓缩硝酸合成以及硝酸铵
20世纪40年代：电解三氧化二铝把N-甲基吡啶加入Al Cl3中，
两者混合加热变成无色透明液体
20世纪70年代-：第一次成功知趣试问离子液体
1992年：发现对水对空气我能顶的离子液体
1996年：首创N(C F3S O2)2-的咪唑类离子液体，其不溶于水，
低黏性低熔点和高导电性，对水稳定
2000年：离子液体作为表面活性剂
2003年：从天然氨基酸中制备出了稳定的具有手性道德咪唑类离子液体
2005年：极低熔点很稳定可溶解无机盐和和聚合物的2-羟基乙胺甲酸盐
离子液体作为一类新兴的溶剂或功能材料，具有许多优良的性质。

然而目前对离子液体基础性质的认识还远远不够，此方面还需要进一步开展研究。

与其他溶剂和材料一样，离子液体也有其固有的优点和缺点。

合成绿色，便宜，功能化的离子液体，研究其在个领域的应用，开发相关技术是一项长期的工作，离子液体在未来的应用与发展也是备受关注的，其有不可估计的发展前景。

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