吳鵬

摘 要：隨著科技的發(fā)展，新型材料目前被廣泛應(yīng)用于溶劑、萃取和分離、有機合成、電化學(xué)等領(lǐng)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(yīng)用，介紹了其特點和合成方法。

關(guān)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(biāo)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(tài)式的鹽，是在溫室或接近溫室的條件下，由正負(fù)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(jié)構(gòu)不對稱，加上陰陽離子的數(shù)目趨向相等時呈現(xiàn)輸電中性的特點，所以導(dǎo)致了陰陽離子之間無法形成規(guī)則有序的吸引，靜電勢被降低，出現(xiàn)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(fā)，從而減輕了對環(huán)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(yīng)在均衡的狀態(tài)中進行，同時還起到了催化劑的作用。③具有“可設(shè)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(dǎo)電的特質(zhì)。此特點使其成為很多物質(zhì)電化學(xué)研究的電解液，為拓寬電化學(xué)窗口提供了方便。⑤熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性良好、熱容大、能與其他物質(zhì)分離且能循環(huán)利用。在實驗中，使用傳統(tǒng)的溶劑和進行萃取分離時，一般會采用易揮發(fā)、有害的有機溶劑。這不僅會對實驗工作人員造成化學(xué)實驗的傷害，同時還會造成環(huán)境污染。但由于離子液體具有低蒸汽壓、毒性小、低揮發(fā)性的特點，能在實驗操作的過程中與水和空氣保持穩(wěn)定的關(guān)系，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并能在室溫條件下以液態(tài)的形式存在，因此離子液體比傳統(tǒng)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(yīng)或酸堿中和反應(yīng)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(yīng)后制備出了硝基乙胺離子液體，然后再通過季胺化反應(yīng)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(yīng)體系進行一步反應(yīng)，以66%的產(chǎn)率生產(chǎn)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(jīng)濟簡便，產(chǎn)物易純化，沒有副產(chǎn)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(yīng)的收率、顯著縮短反應(yīng)時間，是結(jié)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(zhì)，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(yīng)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(xù)的反應(yīng)，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(shù)，利用頻率大于18 kHz的聲波進行一系列實驗操作實現(xiàn)實驗?zāi)康牡姆椒?。實驗采用的超聲波技術(shù)屬于一種聲化學(xué)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(jīng)過反應(yīng)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(yīng)速率的作用，因此，合成的產(chǎn)率和純度比傳統(tǒng)方法高。

4 離子液體作為溶劑的應(yīng)用

離子液體目前已經(jīng)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(fā)出對人體和環(huán)境有害的有毒氣體，具有低蒸汽壓、無毒和低揮發(fā)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(wěn)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(huán)境保護有著重要作用。纖維素的資源豐富、價格低廉，當(dāng)纖維素遇上離子液體后，可被溶解轉(zhuǎn)化成工業(yè)原料、精細(xì)化學(xué)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(huán)境。

4.2 在分離和萃取方面的應(yīng)用

由于離子液體能在水和空氣中穩(wěn)定存在，并在室溫下以液體形式存在，液態(tài)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(chǎn)物與溶劑相分離，有利于促進綠色化學(xué)的發(fā)展。

5 結(jié)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(huán)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(fā)揮其作用。同時，雖然離子液體比傳統(tǒng)溶劑更具優(yōu)越性，能促進綠色化學(xué)的發(fā)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〕