離子液體

  說(shuō)到離子型化合物，人們就會(huì)想到氯化鈉。離子型化合物一般來(lái)說(shuō)是由陽(yáng)離子和陰離子規(guī)則地重合在一起的結(jié)晶性固體。但是實(shí)際上離子化合物也有可能是液體。所以，在常溫下（通常是100℃以下）以液體形態(tài)存在的離子型化合物我們稱為離子液體，近年來(lái)引起了越來(lái)越多人的重視。

  自從1914年離子液體被發(fā)現(xiàn)的很長(zhǎng)一段時(shí)間里人們都不知道離子液體的用處。但是在1992年，JS Wilkes 等人發(fā)現(xiàn)了在水和空氣中能夠穩(wěn)定存在的咪唑翁類離子液體成為了一切的開(kāi)端，之后離子液體就經(jīng)常會(huì)被應(yīng)用在綠色化學(xué)、電器化學(xué)等領(lǐng)域中，各種相關(guān)的研究和論文的數(shù)量也大量增加。

◆構(gòu)成

  通常情況下，離子會(huì)互相吸引，成為緊密的結(jié)晶。但是，如果陽(yáng)離子是大的有機(jī)分子的話，離子間的相互作用就會(huì)變?nèi)?，?/span>會(huì)形成液體。其中多數(shù)是含有銨陽(yáng)離子，而在離子液體的相關(guān)研究中，常使用的是1,3-二烷基咪唑翁。

而陰離子方面通常使用的是四氟硼酸離子（BF4）、六氟磷酸銀離子（PF6-）、三氟甲磺酸離子（CF3SO3-）等親核性低、較大的陰離子。

由各種陰離子和陽(yáng)離子組合而成的離子液體的種類繁多，即使陽(yáng)離子的烷基的碳鏈長(zhǎng)度改變，脂溶性等性質(zhì)也會(huì)自由地改變，所以離子液體也稱為“設(shè)計(jì)師溶劑”。

◆特征

● 蒸汽壓很低，難燃燒
● 熱穩(wěn)定性好，在大的溫度范圍內(nèi)能夠保持液態(tài)
● 離子導(dǎo)電性好
● 一般粘度都很高

       以上的性質(zhì)可以作為離子液體的獨(dú)特性質(zhì)使用，但是也有很多難處。例如離子液體無(wú)法使用蒸餾或再結(jié)晶等方法，所以難以進(jìn)行提純。即使只有微量的不純物存在，熔點(diǎn)和粘度都會(huì)受到很大影響，合成的時(shí)候必須要注意。

◆反應(yīng)

 雖然已經(jīng)對(duì)使用離子液體作為溶劑的反應(yīng)進(jìn)行了多研究，但是Seddon等人發(fā)表的溝呂木-Heck反應(yīng)的研究報(bào)告帶來(lái)了新的進(jìn)展。1-丁基-3-甲基咪唑六氟化磷鹽能夠溶于鈀催化劑，不和水或低極性有機(jī)溶劑混合。于是將[bmin][PF6]作為溶劑進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)束后按照有機(jī)溶劑、水的順序萃取、洗凈，就能簡(jiǎn)單分離生成物和副產(chǎn)物。

另外，由于只有催化劑會(huì)殘留在離子液體中，所以下次反應(yīng)時(shí)可以直接使用。以上就是離子液體應(yīng)用于綠色化學(xué)領(lǐng)域的重要研究之一。

 鈀催化劑和離子液體一起使用可以令薗頭反應(yīng)在沒(méi)有銅作為輔助催化劑的情況下順利進(jìn)行。另外，在Pd/C催化劑催化下溝呂木反應(yīng)也能夠進(jìn)行是因?yàn)槿軇┥傻碾s環(huán)卡賓會(huì)成為配體，會(huì)像均一催化劑一樣參加反應(yīng)。

 在離子液體中也可以使用遷移金屬催化劑或者路易斯酸。例如鹵化1-乙基-3-甲基咪唑和氯化鋁在反應(yīng)系內(nèi)配制而成的離子液體能夠作為催化劑用于Friedel-Crafts反應(yīng)，反應(yīng)速度極快，如下圖所示在0℃下5分鐘反應(yīng)結(jié)束。

另外，如果在親核置換反應(yīng)中使用離子液體，反應(yīng)會(huì)顯著地活性化。與烷基甲磺酸鹽相比，如果使用[bmin][BF4-]作為溶劑在100℃的條件下和氟化鈣進(jìn)行反應(yīng)的話，2小時(shí)左右就可以將甲磺酸基置換成氟原子。但是在通常情況下有余氟化物離子的親核性很弱，很難發(fā)生類似的反應(yīng)。

一般情況下 Grignard 試劑會(huì)和離子液體的陽(yáng)離子進(jìn)行反應(yīng)，所以無(wú)法使用，但是在膦系的離子液體中就無(wú)須擔(dān)心這個(gè)問(wèn)題。另外研究還發(fā)現(xiàn)它還可以用于胰脂酶進(jìn)行的不對(duì)稱?；鹊姆磻?yīng)中，證明了離子液體可以適用于酶的反應(yīng)，隨著研究的進(jìn)展今后有希望能用于更多的方面。

◆其他用途

離子液體并不止能夠作為反應(yīng)的溶劑，因?yàn)殡x子液體還可以溶于纖維素，今后還可以作為生物質(zhì)應(yīng)用在其他的研究中。使用離子液體作為鋰充電電池、燃料電池的電解質(zhì)的實(shí)驗(yàn)請(qǐng)參考書(shū)1。

雖然離子液體價(jià)格很高，但是有可以回收再用的優(yōu)點(diǎn)，今后會(huì)廣泛應(yīng)用在高分子化學(xué)和工程化學(xué)中。離子液體和其他物質(zhì)組合使用往往會(huì)產(chǎn)生意想不到的效果，將來(lái)一定會(huì)越來(lái)越受到矚目的。

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