綠色離子液體的合成與應用

吳鵬

摘 要：隨著科技的發展，新型材料目前被廣泛應用于溶劑、萃取和分離、有機合成、電化學等領域中。離子液體作為一種新型綠色溶劑，為了讓更多的人了解這種液體的合成和應用，介紹了其特點和合成方法。

關鍵詞：離子液體；綠色溶劑；合成方法；溶劑

中圖分類號：O645.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.117

1 離子液體介紹

所謂“離子液體”，顧名思義，就是一種液態式的鹽，是在溫室或接近溫室的條件下，由正負離子組合而成的。因為組成的離子液體的陰離子體積小，而陽離子體積大且結構不對稱，加上陰陽離子的數目趨向相等時呈現輸電中性的特點，所以導致了陰陽離子之間無法形成規則有序的吸引，靜電勢被降低，出現了低熔點，但陰陽離子之間原本具有的強相互作用使離子具有了低蒸汽壓的特性。

2 離子液體的特點

離子液體的特點為：①無味、不燃、低蒸汽壓。離子液體的此特點減少了自身的揮發，從而減輕了對環境的污染。②溶解能力良好。此特點有利于離子液體作為實驗溶劑使用，能夠使實驗反應在均衡的狀態中進行，同時還起到了催化劑的作用。③具有“可設性”。此特點可控制陰陽離子的組合，形成所需的離子液體。④具備導電的特質。此特點使其成為很多物質電化學研究的電解液，為拓寬電化學窗口提供了方便。⑤熱穩定性和化學穩定性良好、熱容大、能與其他物質分離且能循環利用。在實驗中，使用傳統的溶劑和進行萃取分離時，一般會采用易揮發、有害的有機溶劑。這不僅會對實驗工作人員造成化學實驗的傷害，同時還會造成環境污染。但由于離子液體具有低蒸汽壓、毒性小、低揮發性的特點，能在實驗操作的過程中與水和空氣保持穩定的關系，不發生化學反應，并能在室溫條件下以液態的形式存在，因此離子液體比傳統的有機溶劑安全，且污染小。

3 離子液體的合成

3.1 一步合成法

一步合成法是通過季胺化反應或酸堿中和反應一步合成離子液體，也被稱為“直接法”。比如1-丁基-3-甲基咪唑鹽、[EMIm]、[CF3SO3]等多種離子液體，是由乙胺的水溶液與硝酸進行中和反應后制備出了硝基乙胺離子液體，然后再通過季胺化反應制備出來，由Hiraod等制備出的不同陽離子的四氟硼酸鹽離子液體也是通過種方法得到的。再舉個具體的例子，咪唑類室溫離子液體的合成過程是將甲醛、甲胺、正丁胺、乙二醛和四氟硼酸水溶液與咪唑類室溫離子液體的反應體系進行一步反應，以66%的產率生產一種淡黃色的包括有40%的1，3-二丁基咪唑四氟硼酸鹽，50%的1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸鹽和10%的1，3-二甲基咪唑四氟硼酸鹽的室溫離子液體混合物。其操作過程經濟簡便，產物易純化，沒有副產物。

3.2 微波輔助合成法

采用微波輔助合成法主要是為了提高成鹽反應的收率、顯著縮短反應時間，是結合微波和離子液體的自身特性，用微波加熱的方式來制備離子液體。離子液體是種特殊的液體物質，其完全由陰陽離子組成，同時具有強大的微波吸收力。在合成反應中，離子液體一旦形成，就會使用自身帶有的微波吸收力吸引更多的微波能量，這有助于后續的反應，比如N-正丁基吡啶四氟硼酸鹽（[bpy]BF4）的合成就是這樣一個過程。

3.3 超聲波輔助合成法

超聲波輔助合成法主要采用了超聲波技術，利用頻率大于18 kHz的聲波進行一系列實驗操作實現實驗目的的方法。實驗采用的超聲波技術屬于一種聲化學方法，比如Leveque等是以[BMIm]Cl和銨鹽為原料，以丙酮為溶劑，在20～40 ℃超聲波輻射1 h，[BMIm]BF4、[BMIm]PF6、[BMIm]CF3SO3等離子液體經過反應后再合成就完成了。該方法快速簡便，是因為超聲波具有減小液體中懸浮粒子的尺寸和提高異相反應速率的作用，因此，合成的產率和純度比傳統方法高。

4 離子液體作為溶劑的應用

離子液體目前已經成為了比較受歡迎的實驗溶劑，主要是因為其在萃取分離的過程中不會揮發出對人體和環境有害的有毒氣體，具有低蒸汽壓、無毒和低揮發性的特點，加上在室溫下以液體形式存在、在水和空氣中能穩定存在的易保存特點，所以受到了實驗工作人員的青睞。

4.1 作為溶劑直接使用

離子液體具有良好的溶解能力，能溶解纖維素，這對環境保護有著重要作用。纖維素的資源豐富、價格低廉，當纖維素遇上離子液體后，可被溶解轉化成工業原料、精細化學品、食品、藥品和飼料等，有效利用了地球上的纖維素，有利于保護環境。

4.2 在分離和萃取方面的應用

由于離子液體能在水和空氣中穩定存在，并在室溫下以液體形式存在，液態溫度范圍廣，所以將其與有機物和無機物融合時，具有一定的溶解性。再者，由于自身密度大，離子液體與很多有機溶劑不相溶，這可使溶解的產物與溶劑相分離，有利于促進綠色化學的發展。

5 結束語

離子液體的特點使其在萃取分離過程中可以直接作為溶劑使用，不會危害環境和實驗人員的健康。但是離子液體的合成至今還處于研究階段，還不能在實驗中完全發揮其作用。同時，雖然離子液體比傳統溶劑更具優越性，能促進綠色化學的發展，但是制備離子液體可能存在的腐蝕性和生物降解等問題還需要深入的研究和探討。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕