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1、http://hxtb.icas.ac.cn化学通报2002年第4期·243·离子液体研究进展1,21121!石家华孙逊杨春和高青雨李永舫(1中国科学院化学研究所分子科学中心北京100080;2河南大学润滑与功能材料实验室开封475001)摘要离子液体作为一类新型的环境友好的“绿色溶剂”,具有很多独特的性质,在很多领域有着诱人的应用前景。本文对离子液体的合成、结构、性能及应用等方面的研究进展进行了综述。关键词离子液体合成方法溶剂液-液提取电化学研究AbstractIonicIiguids,asac
2、IassofnoveIenvironmentaIbenign“greensoIvents”thathaveremarkabIenewpropertiesandpromisingappIicationsinmanyfieIds,arereceivingmoreandmoreattentions.Inthispaper,somerecentresearchdeveIopmentsonthesyntheticmethods,structure,propertiesandpotentiaIappIicat
3、ionsoftheionicIiguidsarereviewed.KeywordsIonicIiguids,Syntheticmethod,SoIvent,Liguid-Iiguidextraction,EIectrochemicaIstudy[1]离子液体(IonicIiguids)就是完全由离子组成的液体,是低温(<100C)下呈液态的盐,也称为低温熔融盐,它一般由有机阳离子和无机阴离子所组成。早在1914年就发现了第一个离子液体[2][3]———硝基乙胺,但其后此领域的研究进展缓慢,直到19
4、92年,Wikes领导的研究小组合成了低熔点、抗水解、稳定性强的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([EMIM]BF)后,离子液体的研4究才得以迅速发展,随后开发出了一系列的离子液体体系。最初的离子液体主要用于电化学研究,[4]近年来离子液体作为绿色溶剂用于有机及高分子合成受到重视。与传统的有机溶剂和电解质相比,离子液体具有一系列突出的优点:(1)几乎没有蒸气压,不挥发;无色、无嗅;(2)具有较大的稳定温度范围,较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口;(3)通过阴阳离子的设计可调节其对无
5、机物、水、有机物及聚合物的溶解性,并且其酸度可调至超酸。目前对离子液体的研究主要集中在新型离子液体的合成、其物理和化学特性的表征及其作为溶剂和电解质的应用研究等方面。本文主要介绍离子液体的合成、结构和性能等方面的研究进展及其广阔的应用前景。1离子液体的合成离子液体种类繁多,改变阳离子/阴离子的不同组合,可以设计合成出不同的离子液体。一般阳离子为有机成分,并根据阳离子的不同来分类。离子液体中常见的阳离子类型有烷基铵阳离子、烷基阳离子、!-烷基吡啶阳离子和!,!'-二烷基咪唑阳离子等(如图1),其中最
6、常见的为!,!'-二烷基咪唑阳离子。离子液体合成大体上有两种基本方法:直接合成法和两步合成法。1.1直接合成法就是通过酸碱中和反应或季铵化反应一步合成离子液体,操作经济简便,没有副产物,产品易[2]纯化。例如,硝基乙胺离子液体就是由乙胺的水溶液与硝酸中和反应制备。具体制备过程是:中石家华男,29岁,硕士生,现从事离子液体和导电高分子研究。!联系人国家自然科学基金资助项目(20004010)2001-03-15收稿,2001-06-15修回·244·化学通报2002年第4期http://hxtb.i
7、cas.ac.cn烷基铵阳离子烷基阳离子!,!*-二烷基咪唑阳离子!-烷基吡啶阳离子图1离子液体中常见的阳离子类型Fig.1Commoncationsofionicliguids和反应后真空除去多余的水,为了确保离子液体的纯净,再将其溶解在乙腈或四氢呋喃等有机溶剂[5]中,用活性炭处理,最后真空除去有机溶剂得到产物离子液体。最近,Hirao等用此法合成了一系列不同阳离子的四氟硼酸盐离子液体。另外,通过季铵化反应也可以一步制备出多种离子液[6]体,如1-丁基-3-甲基咪唑盐[BMIM][CF3SO3
8、]、[BMIM]Cl等。1.2两步合成法如果直接法难以得到目标离子液体,就必须使用两步合成法。首先,通过季铵化反应制备出含--目标阳离子的卤盐([阳离子]X型离子液体);然后用目标阴离子Y置换出X离子或加入Lewis酸MX"来得到目标离子液体,如图2。在第二步反应中,使用金属盐MY(常用的是AgY或NH4Y)时,产生AgX沉淀或NH、HX气体而容易除去;加入强质子酸HY,反应要求在低温搅拌条件下进行,然3[7]后多次水洗至中性,用有机溶剂提取离子液体,最后真空除去有机溶剂得到纯净的
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