离子液体及其在酶催化反应中的研究进展_百替生物

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1、离子液体及其在酶催化反应中的研究进展姓名：张慧慧指导教师：刘耀华（太原师范学院化学系023班030031）摘要：综述了近年来离子液体作为酶催化反应的介质的应用进展。阐明了不同类别的酶在离子液体中具有催化活性。初步总结了离子液体中酶催化反应的特点及其影响离子液体中酶催化反应的因素。关键词：离子液体；酶催化；生物催化反应；绿色溶剂1离子液体的概念、性质、类别及制法目前化学工业污染的主要来源之一是易挥发的有机溶剂的大量使用。绿色化学针对污染物的来源及其特性，通过设计新路线，寻找绿色替代化合物和原材料、选择高效催化剂等方面从源

2、头防止污染产生，其中寻找绿色替代溶剂是绿色化学中的主要研究内容之一。超临界CO2作为绿色溶剂已经广泛应用于研究和应用中。近年来，离子液体作为一种新型的绿色化学溶剂引起了人们的广泛兴趣，离子液体中化学反应的研究已成为目前的热点话题之一。离子液体是由一种有机阳离子和无机阴离子组成的盐，在室温或小于100°C下呈液态，通常又称室温离子液体。当前研究的离子液体按正离子分主要有四类：烷基季铵离子[NR+xH4-x]，烷基季鏻离子[PR+/++XH4-X]，N，N—二烷基取代的咪唑离子[R1R3IM]，N—烷基取代的吡啶离子[RP

3、y]（图式1）。负离子分主要有两大类：一类上述正离子卤代盐加AlCl3，如[BMIM]AlCl4。此类离子液体具有离子液体的许多优点，但对水及其敏感，要完全在真空和惰性气氛中进行处理和应用。另一类称为新离子液体，阳离子多为烷基取代的咪唑离子和吡啶离子，如[BMIM]ALCl4，负离－－－－－－－－－子为PF6、BF4，TfO(CF3SO3),Tf2N[(CF3SO2)2N],C3F7COO,NfO(C4F9SO3),(CF3SO2)3C－－[1]，CF3COO等，这离子液体与AlCl3类不同，其组成固定，对水空气稳定。

4、：RRRN+P+RNRNNRRRRRR图式1常见的阳离子www.100biotech.comservice@100biotech.com图式2常见的离子液体结构合成离子液体一般有两种方法，即一步合成法和两步合成法。一步合成法是通过酸碱中和反应或者季铵化反应一步合成得到的，如1-丁基-3-甲基咪唑翁盐[EMIM][CF3SO3]，[BMIM]Cl等。该方法操作简单，没有副产物，产品很容易纯化。若一步合成法不能得到目标离子液体，就必须采用两步合成法。首先通过季铵化反应制备目标阳离子卤盐，然后加入Lewis酸MXy或用目－－

5、[3]标阴离子[A]置换出Ｘ来得到目标离子液体。离子液体之所以被称为“绿色溶剂”，是因为与传统的有机溶剂相比，离子液体有一系列突出的优点[2,3]：（1）几乎无蒸汽压，不挥发，不燃，不爆炸，这样在蒸馏、分离等过程中，不会因蒸发而造成损失，也可以彻底消除因挥发而产生环境污染问题。（2）熔点低，呈液态温度范围大，较好的化学和热稳定性，通常高达300°C分解。这对一些因温度过高不能在有机溶剂中进行的反应来说，离子液体可以成其良好的介质。（3）能溶解大量的有机物、无机物，更重要的是通过改变阴阳离子的不同设计可调节其对物质的溶解

6、度和其他性质（如酸碱性和配位能力），因此被称为“可设计溶剂”。（4）它不溶解聚乙烯，聚四氟乙烯、玻璃等，因而反应容器有很大的选择范围。（5）通常由弱配位的离子组成，具有高极性潜力而非配位能力，因此可溶解过渡金属配合物，而不与之发生配合反应。（6）含AlCl3的离子液体表现出强的Lewis,Franklin和Bronsted酸性和超酸性，并且酸性的高低可以通过AlCl3的用量进行调节。离子液体的这种可变酸碱性可用来替代HF，H2SO4等腐蚀性催化体系。（7）由于部分离子液体不能溶解水和某些有机溶剂，如甲苯、乙醚等，因此可

7、以通过选择能溶解催化剂但不和反应物及产物混溶的离子液体，来实现液液两相催化的反应。其中催化剂与体系分离后可重复使用，与传统的有机溶剂相比大大降低了反应成本。（8）离子液体能溶解一些气体，例如H2、CO、O2等，这样它作为催化加氢、羰基化，氢甲酰化等反应的溶剂具有很大潜力。（9）后处理简单，可循环使用。（10）制备简单，价格相对便宜。正是因为具有以上多种独特的性质，离子液体广泛用于分离过程（液-液萃取）[4]、核燃料处理[5]、电化学[6]、化学合成中的催化反应[7]以及酶催化反应等方面。本文主要介绍离子液体在酶催化反应

8、中应用的最新进展。2.离子液体和酶20世纪80年代的研究工作表明,酶可以在疏水性的有机溶剂使用,通过酶的催化,可以合成结构复杂的化合物[9],酵母菌中的酶在有机溶剂中还可以还原酮和氧化乙醇[10],但酶的催化效率大大降低[11]。电解质和酶的复杂反应已被研究了一个多世纪[12]，但仍没有确定它们的反应机理，还不能为酶在离子液体中的