劉 銘，李雪丹，陳慶陽，田 鵬

(沈陽師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 能源與環(huán)境催化研究所，遼寧 沈陽 110034)

當(dāng)今社會，能源短缺和溫室效應(yīng)等一系列問題使人類社會的生存面臨著巨大的威脅與挑戰(zhàn)。21世紀(jì)化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展其中一個很重要的研究方向是綠色化學(xué)，所謂綠色化學(xué)，降低污染是關(guān)鍵，其中對于無毒無害的溶劑和催化劑的開發(fā)使用，旨在工業(yè)生產(chǎn)中降低對于環(huán)境造成的污染及破壞，這便是綠色化學(xué)的重要倡導(dǎo)內(nèi)容。作為綠色高效溶劑，離子液體已成為當(dāng)代化學(xué)的熱點研究之一。作為一種新型溶劑，離子液體具有很多優(yōu)良的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，例如通常情況下離子液體不易揮發(fā)、無蒸汽壓，而且具有較寬的電化學(xué)窗口，同時具有較高的離子導(dǎo)電率和較好的物質(zhì)溶解性及萃取能力等等。由于具有這些優(yōu)異性質(zhì)，世界范圍內(nèi)正熱烈開展關(guān)于離子液體在化學(xué)化工應(yīng)用方面的研究，并且發(fā)展得十分迅速。

1 離子液體的發(fā)展

離子液體是指全部由陰離子和陽離子組成的液體，在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)的由離子構(gòu)成的物質(zhì)，稱為室溫離子液體[1-3]。離子液體因與人們概念中的“鹽”相近，而通常情況下其熔點又低于100攝氏度，故也將其稱為"室溫熔融鹽"。作為離子化合物，分析離子液體的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)其中存在具有不對稱性的取代基，導(dǎo)致離子不能規(guī)則地堆積成晶體，這也就使得離子液體熔點較低[4-6]。

2 離子液體的分類

室溫離子液體的各種不同性能取決于其各類陰離子、陽離子的不同結(jié)構(gòu)。原則上，可以通過改變陰離子的種類或者陽離子上的取代基等方法，設(shè)計出所需要的室溫離子液體[16]，因而能夠得到許多不同種類的室溫離子液體，至此離子液體家族的龐大可見一斑。

3 離子液體的合成方法

離子液體的種類有很多，通過改變陽離子/陰離子的組合，可以設(shè)計合成出許多不同種類的離子液體。離子液體的合成主要有兩種基本方法--直接合成法和兩步合成法[17]。

3.1 直接合成法

通過酸堿中和反應(yīng)或季銨化反應(yīng)一步反應(yīng)合成所需要離子液體，該類反應(yīng)具有操作經(jīng)濟簡便，沒有副產(chǎn)物，產(chǎn)品易純化等優(yōu)點，適合少數(shù)簡單的合成反應(yīng)。例如，硝酸和乙胺的水溶液發(fā)生反應(yīng)制備出硝基乙胺離子液體，就是典型的直接合成法中的中和反應(yīng)。最近，Hirao[18]等合成的一系列不同陽離子的四氟硼酸鹽離子液體也是采用酸堿中和方法。另外，鹵化1-烷基3-甲基咪唑鹽，鹵化吡啶鹽等的制備則是采用直接合成法中的季銨化反應(yīng)得到。

3.2 兩步合成法

有些情況下制備目標(biāo)離子液體通過直接合成法難以實現(xiàn)，兩步合成法至此便應(yīng)運而生。兩步合成法突破一步合成法的局限性，用于合成較復(fù)雜的離子液體[19]。首先，通過季銨化反應(yīng)制備出含目標(biāo)陽離子的鹵鹽；然后用目標(biāo)陰離子置換出鹵鹽或加入Lewis酸來得到目標(biāo)離子液體。特別注意的是，在用目標(biāo)陰離子交換鹵素陰離子的過程中，必須通過一些手段使反應(yīng)盡可能地充分進行，目的是確保沒有陰離子留在目標(biāo)離子液體中，從而制得高純度的離子液體，而不致對其后期研究應(yīng)用造成影響。在第二步反應(yīng)中，使用常用的是AgY或NH4Y作為金屬鹽，該反應(yīng)因能夠產(chǎn)生AgX沉淀或NH3、HX氣體而容易被除去[20-22]。

對于需要加熱的反應(yīng)，直接合成法和兩步合成法存在加熱耗費時間較長的特點，此時將常規(guī)加熱方法改為微波加熱方法便可改進這一不足之處。微波輔助加熱法，不僅可以大大縮短反應(yīng)所需時間，提高反應(yīng)效率，還可以提高產(chǎn)率?？梢?，利用微波加熱的方法合成離子液體，是該領(lǐng)域研究和發(fā)展的必然趨勢[23]。

4 離子液體的特點

離子液體作為一種新型溶劑，相比傳統(tǒng)溶劑，存在以下優(yōu)異特點：

(1)幾乎沒有蒸氣壓，揮發(fā)性很低接近于零，可以有效減少因揮發(fā)產(chǎn)生的環(huán)境污染問題。

(2)具有較好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，容易與其他物質(zhì)分離從而反復(fù)利用，同時溫度范圍和電位窗口范圍都比較寬。

(3)可以根據(jù)需要，改變陰離子或陽離子，設(shè)計出符合要求的離子液體。

(4)極性的、非配位的溶劑。

(5)溶解性良好，可以較好的溶解有機物和無機物。

(6)酸強度可調(diào)，甚至可調(diào)至超酸。

離子液體的上述諸多優(yōu)點使其成為化學(xué)反應(yīng)中良好的溶劑，成為綠色化學(xué)熱門的研究方向。

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