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离子液体概述及其应用

离子液体概述及其应用
离子液体概述及其应用

离子液体概述及其应用 前言:离子液体是仅由阴阳两种离子组成的有机液体,也称之为低温下的熔盐。离子液体具有低蒸汽压,良好的离子导电导热性,液体状态温度范围广和可设计性等优点。离子液体所具备的这些其他液体无法比拟的性质,给大部分传统化工反应提供了新的思路,特别是在绿色化学设计中的应用。本文首先阐述了离子液体的基础知识,而后着重讨论了离子液体在催化及有机合成领域,摩擦领域,生物医药领域中的应用。

主题:

一 离子液体概述

1.1离子液体的发展及性质

20世纪时“离子液体”(IL )仅仅是表示熔融盐或溶盐的一个术语,比如高温盐。现在,术语IL 大部分广泛的用在表示在液态或接近室温条件下存在的熔盐。早在1914年,Walden [1]合成出乙基硝酸铵,熔点为12℃,但当时这一发现并未引起关注。20世纪40年代,Hurley 等人报道了第一个氯铝酸盐离子液体系AlCl3-[EPy]Br 。此后对这一氯铝酸盐离子液体系进行了不断的扩充,包括各种基团修饰,如N-烷基吡啶,1,3-二烷基咪唑等,另外研究了此类离子液体系在电化学,有机合成以及催化领域的应用并有很好的效果[2]。但是由于此类离子液体共同的缺点就是遇水反应生成腐蚀性的HCl ,对水和空气敏感,从而限制了他们的应用。所以直到1992年,Wilkes [3]领导的小组合成了一系列由咪唑阳离子与-4BF ,-6PF 阴离子构成的对水和空气

都很稳定的离子液体。此后在全世界范围内形成了研究离子液体的热潮。这是由于ILs 存在很多优异而特殊的性质。(1)液体状态温度范围广,300℃;(2)蒸汽压低,不易挥发;(3)对有机物,无机物都有很好的溶解性,是许多化学反应能够在均相中完成;(4)密度大,与许多溶剂不溶,当用另一溶剂萃取产物时,通过重力作用,可实现溶剂与产物的分离;(5)较大的可调控性;(6)作为电解质具有较大的电化学窗口,良好的导电性,热稳定性。这些特殊的物理化学性质可以产生许多新应用,同时也会提高现有的科技水平。到目前为止,已经合成并报道了大量的ILs ,图1显示了典型的阳离子结构,阴离子结构和侧基链[4]。我们可以通过选择合适的离子组成从而实现ILs 物理化学性质的设计。比如说咪唑阳离子(1-丁基-3-甲基咪唑阳离子)和-4BF 或-4AlCl 组合,生成的离子液体是亲水性的,而同样的阳离子和

-6PF 或-2NTf 产生的是强憎水性的离子液体。目前研究较多的是咪唑阳

离子和吡啶阳离子与含氟阴离子构成的离子液体。

1.2离子液体的表面张力

离子液体的表面张力比一般有机溶剂高,但比水的表面张力低,这样使用离子液体就可以加速相分离的过程。由于离子液体蒸汽压很低,因此通过测定表面张力的方法来测定液体的粘附力及判断离子间的相互作用类型(隔离或定位)。通常,离子液体具有吸湿性和粘性,有时价格也比较贵,所以用来测定离子液体表面张力的方法最好确保有一种可控气氛从而长时间达到平衡且使离子液体用量少。因此最常用来测定表面张力的方法有杜若依环(DNR),悬滴法(PD),毛细管上升法(CR)。影响离子液体的表面张力测定的因素有温度,水或者其他杂质,以及离子液体的自身结构特性。由于离子液体中离子间的静电引力和范德华力作用,使得离子液体的表面张力在有限的

温度范围内随温度的升高而降低,对于大多数离子液体,温度升高

20K表面张力降低1到2mN m-1。水含量对表面张力的影响有一个极限值,当表面张力小于这个极限值时,水含量对表面张力测定无影响;当表面张力大于这个极限值时,表面张力随水含量的升高而升高,见图2。阳离子对液体的表面张力有一定影响,随着烷基链的增长以及末端功能化基团都会使其与极性基团结合更紧密,从而不易从表面分离,使表面张力降低[5]。

Fig. 2 The results are as a result of water content

二离子液体的应用

2.1 离子液体在催化和有机化学中的应用

由于离子液体具有许多特殊性质和表现,特别是不易挥发的性质引起了很多化学家的兴趣,正是由于这个性质使得大多数的离子液体成为非挥发,不易燃溶剂,这要比传统挥发且易燃的有机溶剂更具有安全性,且有利于环境保护。因此离子液体被认为与超临界CO2和双水相一起构成三大绿色溶剂。目前为止有报道称,一些有机反应,

比如碳循环合成,adol反应和交联反应均在离子液体中重新进行了尝试[6],证明了离子液体较普通的有机溶剂可以明显的提高反应产率。由于离子液体蒸汽压极低,液态温度范围宽,使分离易于进行。将催化剂溶于离子液体中,与离子液体一起循环利用,催化剂兼有均相催化效率高和多相催化易分离的优点。

2.2 离子液体在摩擦中的应用

离子液体具有一些特殊性质,可以忽略的蒸汽压,非燃性,高的热稳定性,低熔点和高导电能力,这些特性也正是优良的润滑剂所应具备的优点。因此离子液体在摩擦领域中具有很重要的作用。在2001年,离子液体首次作为高性能润滑剂应用在摩擦领域[7]。咪唑类离子液体的分解温度一般在350℃以上,有时甚至到480℃,而且离子液体在低温(-50℃甚至-100℃)仍具有流动性,如此宽的液体温度范围使得离子液体在很宽的温度内都具有良好的减摩抗磨作用。离子液体与其他合成润滑油最显著不同的是离子液体的高极性(图3),从而使得离子液体能够在摩擦副表面形成高效吸附膜和发生摩擦化

学反应。如果向离子液体中添加一些添加剂,其摩擦学性能将更加优异。Priest发现添加1%的磷酸甲苯可以通过协同作用[8]使离子液体在高温下很快的形成摩擦膜。离子液体自身就包含抗磨和抗极压的润滑活性元素(N,P,B,F),添加剂的作用是阻止离子液体被氧化和腐蚀摩擦副。传统的润滑油很难应用于特殊条件下的润滑摩擦,而设计的功能化离子液体可以达到这种目的。

Fig. 3 shows polarized charge distribution in a single imidazolium molecule

离子液体的熔点和粘度是润滑油的两大重要因素,并且都取决于它们的分子结构,阳离子类型,阴离子以及烃基链的类型和长度[9]。在减摩抗磨方面最理想的阳离子是1-烷基-3-甲基咪唑类离子液体。摩擦系数随烷基链的增长而降低,这是由于粘度的增加和长的烷基链可以阻止摩擦副间的直接接触。疏水性离子(如BF4-和PF6-)在潮湿环境易引起钢的腐蚀,PF6-降解后水解产生HF。相反的,其他的疏水性阴离子腐蚀性较小,摩擦学性能也较好。如果离子液体具有相同阴离子和阳离子上取代的烃基链,其粘度按咪唑啉型<吡啶型<吡咯烷鎓盐的顺序增加。对于不同的阴离子类型,粘度按Tf2N-

和PF6-),或者通过全氟化引入更多的构象灵活性(Tf2N-,FAP-,BETI-),这样都能减弱离子对间相互作用从而降低粘性[10]。在常见的阳离子离子液体中,最低和最高粘度指数的离子液体都是与Tf2N-结

合。了解离子液体粘度与结构的关系有助于我们设计合适的离子液体来满足特殊工况。通过研究离子液体分子结构与其摩擦学性能之间的关系,我们可以得到以下结论:比较理想的阴离子应该是疏水的从而提高减摩抗磨能力和热氧化稳定性。咪唑类阳离子上长的烷基基团可以提高摩擦性能,但是另一方面也会导致热氧化稳定性降低。离子液体的抗磨能力可以通过加入添加剂得到提高,其中氨基酸盐的效果最好。添加剂中的羧基可以很强的吸附在表面,从而形成保护膜。N-苯基添加剂比N-乙酰基添加剂的抗磨性能要好,可能是因为苯基与咪唑环间有芳香作用[11](图4)。

Fig. 4 Proposed structure of boundary film provided by the additive and imidazolium-derived ionic liquids.

离子液体可以以润滑油,添加剂以及薄膜三种方式表现它的优良的摩擦学性能。其中,分子级的室温离子液体薄膜在中等压力下仍保持良好的润滑性能,在剪切过程中并未出现静摩擦和粘滑运动从而制止了摩擦副可能的磨损[12]。究其原因,可能是离子液体电荷以及其不规则的粒子形状。

由于离子液体具有可设计性,我们需要发展新型润滑剂,比如说无卤素的阴离子润滑剂,减少对环境的污染。由于阳离子比阴离子更加灵活,多重官能团修饰的复杂阳离子同样也是我们应该致力于进行研究的。

2.3 离子液体对纤维素的溶解

纤维素是世界上最丰富的可再生能源,可以从原始生物原料中提取纤维素,但是由于纤维素是由D-葡萄糖以β-1 ,4 糖苷键组成的链状高分子化合物[13](图5),纤维素中存在大量氢键,所以它的晶体结构非常牢固,这也是纤维素在一般条件下很难溶解于常见溶剂的主要原因。传统溶解纤维素方法,包括铜氨液和磺酸盐,通常比较繁琐或者成本高,需要特殊溶剂,通常是具有高的离子强度和在相对苛刻条件进行。1934年首次发现在离子液体中可以溶解纤维素,但是由于当时尚未建立离子液体概念,而被认为不存在实际应用。直到后来,Rogers和他的研究组进行了大量研究,无论精制或原始的纤维素均可以溶解在亲水性的离子液体中。利用离子液体溶解纤维素,践行了绿色化学的两条原则:利用环境友好的溶剂和生物可再生原料。用于溶解纤维素的室温离子液体主要是N-甲基咪唑阳离子(BMIM和

AMIM),阴离子主要包括Cl-、HCO2-、CH3SO4-和Me2C6H3SO3-等[13] ,其分子结构如图6所示,研究发现从纤维素提取和纤维素溶解来说包含有甲基硫酸盐,氢硫酸盐和甲磺酸酯阴离子的离子液体是最高效的[14]。双烷基咪唑氯化物离子液体中高浓度和高活性的Cl-有效地破坏了纤维素中的氢键体系,使纤维素溶解于离子液体。另一方面,离子液体可以利用水化的羟基和自身电荷提供电子给体受体配合物从而破坏纤维素的氢键体系[15]。微波加热可以加速溶解过程,若向离子液体中加入水,乙醇或者丙酮,纤维素又可以很容易的再生。通过改变再生过程,可以制得一系列不同形貌的纤维素,同时纤维素的结晶度也可以调节,从无定形到晶体[16]。然后,离子液体通过蒸发,离子交换,蒸馏,反渗透,盐析等方法就可以被重复利用。

Fig. 5 the structure of cellulose

Fig.6 The structure of room temperature ionic liquid for dissoluting and separating lignocellulose

总结:

离子液体是一种新型绿色溶剂,并具有很多优异特性,使其在化学化工领域具有意想不到的作用和效能。研究离子液体结构与其物理化学性质的关系,可以很好的指导设计出适用的离子液体类型,从而提高效率。离子液体具有优良的减摩抗磨作用,且性质稳定。离子液体可以大量的溶解和再生纤维素,从而达到提取的目的。综上所述,离子液体在降低能耗,寻找新的可再生能源和材料方面有着举足轻重的作用。然而在研究过程中也出现了一些问题,比如离子液体的毒性研究,成本计算,表征摩擦性能标准不统一等,这些都需要我们进行深入的研究。

参考文献:

[1] Wilkes J S, Zaworoko M J. Air and Water Stable

1-Ethyl-3-Methylimidazolium Based Ionic Liquids[J]. J. Chem. Soc. Chem. Commun.,1992, (13): 965-967.

[2] Wilkes J S, Levisky J A, Wilson R A, et al. Dialkylimidazolium chloroaluminate melts: a new class of room-temperature ionic liquids for electrochemistry, spectroscopy and synthesis. Inorg Chem, 1982, 21: 1263~1264.

[3] Wilkes J S A. Short History of Ionic Liquids-from Molten Salts to Neoteric Solvents [J]. Green Chemistry, 2002, 4(2): 73-80.

[4] T. Torimoto, T. Tsuda, K. Okazaki, et al. New Frontiers in Materials Science Opened by Ionic Liquids. Adv. Mater., 2009, 21, 1-26.

[5] M. Tariq, M. Freire, B. Saramago, et al. Surface tension of ionic liquids and ionic liquid solution. Chem. Soc. Rev., 2011

[6] V. Polshettiwar, R. S. Varma, Acc. Chem. Res. 2008, 41, 629.

[7] C. F. Ye, W. M. Liu, Y. X. Chen and L. G. Yu, Chem. Commun., 2001, 2244. Highlighted by C&Eng News, 2001, Nov. 12, 23.

[8] M. F. Fox and M. Priest, PIME Part J–J. Engineering Tribol., 2008, 222, 291.

[9] A. S. Pensado, M. J. P. Comunas and J. Fernandez, Tribol. Lett., 2008, 31, 107 and references therein.

[10] F, Zhou, Y, Liang, W, Liu. Ionic liquid lubricants: designed chemistry for engineering applications. Chem. Soc. Rev., 2009, 38, 2590-2599.

[11] Ichiro Minami. Ionic Liquids in Tribology. Molecules., 2009, 14, 2286-2305.

[12] S. Perkin, T. Albrecht, J. Klein. Layering and shear properties of an ionic liquid, 1-ethy-2-methylimidazolium ethylsulfate, confined to nano-films between mica surfaces. Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 1243-1247.

[13] 郑勇, 轩小朋, 许爱荣. 室温离子液体溶解和分离木质纤维素. 化学进展. 2009. 21.

[14] A. Brandt, M. J. Ray, T. To, et al. Ionic liquid pretreatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid-water mixtures. Green Chem., 2011, 13, 2489-2499.

[15] B. Caes, J. Binder, J. Blank, et al. Separable fluorous ionic liquids for the dissolution and saccharification of cellulose. Green Chem., 2011, 13, 2719-2722.

[16] S. Zhu, Y. Wu, Q. Chen, et al. Dissolution of cellulose with ionic liquids and its application: a mini-review. Green Chem., 2006, 8,

325-327.

离子液体的应用前景

离子液体的应用前景 离子液体是指全部由离子组成的液体,如高温下的KCI,KOH呈液体状态,此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质,称为室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等,目前尚无统一的名称,但倾向于简称离子液体。在离子化合物中,阴阳离子之间的作用力为库仑力,其大小与阴阳离子的电荷数量及半径有关,离子半径越大,它们之间的作用力越小,这种离子化合物的熔点就越低。某些离子化合物的阴阳离子体积很大,结构松散,导致它们之间的作用力较低,以至于熔点接近室温。 离子液体的优点 一、离子液体无味、不燃,其蒸汽压极低,因此可用在高真空体系中,同时可减少因挥发而产生的环境污染问题; 二、离子液体对有机和无机物都有良好的溶解性能,可使反应在均相条件下进行,同时可减少设备体积; 三、可操作温度范围宽(-40~300℃),具有良好的热稳定性和化学稳定性,易与其它物质分离,可以循环利用; 四、表现出Lewis、Franklin酸的酸性,且酸强度可调。 上述优点对许多有机化学反应,如聚合反应、烷基化反应、酰基化反应,离子溶液都是良好的溶剂。 离子液体的应用前景 迄今为止,室温离子液体的研究取得了惊人的进展。北大西洋公约组织于2000年召开了有关离子液体的专家会议;欧盟委员会有一个有关离子液体的3年计划;日本、韩国也有相关研究的相继报道。在我国,中国科学院兰州化学物理研究所西部生态绿色化学研究发展中心、北京大学绿色催化实验室、华东师范大学离子液体研究中心等机构也开展专门的研究。兰州化学物理研究所已在该领域取得重大突破,率先制备了多种咪唑类离子液体润滑剂。 世界领先的离子液体开发者—德国SolventInnovation公司即将推出数以吨计的商品。SolventInnovation公司也正在开发一系列的离子液体,以取代对环境极有害的溶剂。其

功能离子液体

功能离子液体的合成及其应用 刘雪琴 (武汉科技大学化学工程与技术学院,湖北武汉,430081) 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。由于离子液体的众多优点,人们越来越多地将离子液体作为一种可设计和修饰的功能型分子,以便从这一新型溶剂中获得更大的应用价值。本文对功能离子液体的合成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;应用;功能 Synthetic Methods and Applications for the Functionalized Ionic Liquids. Xueqin Liu (College of Science and Metallurgical Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China) Abstract: Ionic liquids, as a class of novel environmental benign “green solvents”that have remarkable new properties and promising applications in many fields, are receiving more and more attentions. Because of the numerous advantages of the ionic liquid, ionic liquid is widely used as a kind of functional molecules which can be designed and modified. In this paper, some recent research developments on the synthetic methods and applications of the functionalized ionic liquids. Key Words: ionic liquids; synthetize; application; function 1离子液体简介 离子液体是在室温以及相邻温度下完全由离子组成的有机液体物质。但也不是说有大量离子的液体就叫离子液体。例如无机盐如NaCl-AlCl3系的低共熔点为115℃,而CsF-2.3HF 熔点为-16.9摄氏度,他们都不是我们现在说的离子液体,因为不是有机物。其中AlCl3型离子液体较为特殊,组成不固定。但至少它的正离子是有机物,或者是有机取代的铵离子。 一般可以将离子液体分为三类:1.AlCl3型离子液。2.非AlCl3型离子液体。3.其他特殊离子液体。前两种主要区别是负离子不同,正离子主要是三类季铵:咪唑离子、砒啶离子、一般季铵离子。最稳定的是烷基取代的咪唑阳离子。 2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、烷基鏻阳离子、N-烷基吡啶阳离子和N,N’-二烷基咪唑阳离子等,其中最常见

离子液体概述及其应用要点

离子液体概述及其应用 前言:离子液体是仅由阴阳两种离子组成的有机液体,也称之为低温下的熔盐。离子液体具有低蒸汽压,良好的离子导电导热性,液体状态温度范围广和可设计性等优点。离子液体所具备的这些其他液体无法比拟的性质,给大部分传统化工反应提供了新的思路,特别是在绿色化学设计中的应用。本文首先阐述了离子液体的基础知识,而后着重讨论了离子液体在催化及有机合成领域,摩擦领域,生物医药领域中的应用。 主题: 一 离子液体概述 1.1离子液体的发展及性质 20世纪时“离子液体”(IL )仅仅是表示熔融盐或溶盐的一个术语,比如高温盐。现在,术语IL 大部分广泛的用在表示在液态或接近室温条件下存在的熔盐。早在1914年,Walden [1]合成出乙基硝酸铵,熔点为12℃,但当时这一发现并未引起关注。20世纪40年代,Hurley 等人报道了第一个氯铝酸盐离子液体系AlCl3-[EPy]Br 。此后对这一氯铝酸盐离子液体系进行了不断的扩充,包括各种基团修饰,如N-烷基吡啶,1,3-二烷基咪唑等,另外研究了此类离子液体系在电化学,有机合成以及催化领域的应用并有很好的效果[2]。但是由于此类离子液体共同的缺点就是遇水反应生成腐蚀性的HCl ,对水和空气敏感,从而限制了他们的应用。所以直到1992年,Wilkes [3]领导的小组合成了一系列由咪唑阳离子与-4BF ,-6PF 阴离子构成的对水和空气

都很稳定的离子液体。此后在全世界范围内形成了研究离子液体的热潮。这是由于ILs 存在很多优异而特殊的性质。(1)液体状态温度范围广,300℃;(2)蒸汽压低,不易挥发;(3)对有机物,无机物都有很好的溶解性,是许多化学反应能够在均相中完成;(4)密度大,与许多溶剂不溶,当用另一溶剂萃取产物时,通过重力作用,可实现溶剂与产物的分离;(5)较大的可调控性;(6)作为电解质具有较大的电化学窗口,良好的导电性,热稳定性。这些特殊的物理化学性质可以产生许多新应用,同时也会提高现有的科技水平。到目前为止,已经合成并报道了大量的ILs ,图1显示了典型的阳离子结构,阴离子结构和侧基链[4]。我们可以通过选择合适的离子组成从而实现ILs 物理化学性质的设计。比如说咪唑阳离子(1-丁基-3-甲基咪唑阳离子)和-4BF 或-4AlCl 组合,生成的离子液体是亲水性的,而同样的阳离子和 -6PF 或-2NTf 产生的是强憎水性的离子液体。 目前研究较多的是咪唑阳离子和吡啶阳离子与含氟阴离子构成的离子液体。

锂离子电池和锂聚合物电池概述

18通信电源技术 761^00111?0霣打’1'枕|11|0|0#682002年10月第5期 能源技术 锂离子电池和锂聚合物电池概述 0*061^1 00 11161汕丨皿1~ !011831^30^ 1池1画沈63^ 郑如定 武汉洲际通信电源集团公司430035武汉 识1111811211011)1X61600111?0^61 811^1^ (^(^口’乙10. 摘要高比能量、长循环寿命的二次电池是电化学界专家致力研制对象。当前,安全可靠、有利于环保、高功率密度、体积小、重量轻的新型二次锂电池正被广泛应用。文中通过对新型 的锂离子电池、锂聚合物电池与铅酸电池、镍镉电池、镍氩电池等比较,突出了其优点;介绍了 新型的貍离子电池、锂聚合物电池的构成、工作原理、电极材料特性及发展前景。 关键词锂离子电池锂聚合物电池电极材料工作原理 分类号1财911 ^5511^01 7116 360011(131^ 1)^1161^ ^1111 3 名如 1)11 0&011(1 ^011^ 011^16 11(6 16 #116 0^601 1636810116|1^6160100―01161010811^0^3^8^8,111600^6111(111111111)81161^“1186(1?01 11 18 88(6 311(11^1181)16^ 60)311 811汾 12名1)1,客00(1 101-6211110111116111 ^016^11011 评I'出乂名如口0界611 ^611311^ ^『101110010^)81180115 1^61^6611 110761 11~10111)31161^,11(11111111只1)31161^如。1^9^ ~ 8011^11101561~0&011111)111161113^^81113^6 15 旧名卜衫名“鉍丄1116 8180 11111-0(111069 11)6 00111^08111011 ^0^61~311011 卩『把亡七匕0? 1)16 110^*1 11~1011 1)31(61^ 311(11|~只01^1!167 1)81161^ 311(11|16 01181-8016081108 0?山6斤6160170(16 1113161181 311(1 1116^ ^01^5 11-100 1)81161^,1!~ 00&11161 1)311衍了,61601?0^6 111816081^ 0^1811011 ^011011)16 自1859年0381011?丨抑化提出铅酸电池概念以来,化学电源界一直在研制新的髙比能量、长循环寿命的二次电池,经历了铅酸电池、键镉电池、镍氢电池、锂离子电池、锂聚合物电池几个阶段。 镍镉电池电路简单,充电速度较快I能承载较大电流。但由于镍镉电池重、储电量小、污染性强,加之具有记忆效应,此类电池正逐步退出 主流市场。 镍氢电池不含有镉金属,分解后对环境的污 染很小,是一种安全可靠、有利于环保的电池。它的贮能密度比旧式镍镉电池高一倍,比新式镍 收稿镉电池高30^~509^,用于移动电话中可使通 话时间延长30亨6。不过,这种电池和镍镉电池 一样,也有记忆功能,不过没有那么明显。镍氧电池储电量较大,待机时间长,价格适中,基本上可以满足一般用户的需求。 近年来,重量轻、能量大、自放电率低的二次锂电池在市场出现,备受广大消费者的欢迎。目前,投人市场的二次锂电池也多为锂离子电池 和裡聚合物电池。 1(液态丨锂离子电池 1.1锂离子电池基本原理 现在被广泛使用的锂离子电池是由锂电池发 展而来的。锂离子电池的正极材料是氧化钻锂

离子液体(综述)

离子液体的现状、应用及其前景 姓名:丁文章专业:轻工技术与工程学号:6140206024摘要:离子液体因为具有如蒸汽压低,电化学窗口宽,物质溶解性好,稳定诸多优点而被极多的化学工作者关注.本文就离子液里的研究进展.离子液体的类型及应用,离子液体的毒性等几个方面做出详细的阐述,并对离子液体的前景做出了初步的预测. 关键词:离子液体;离子液体的类型;应用;毒性; Abstract:Ionic liquid has the following advantages, wide electrochemical window, steam down material good solubility ,This paper is about of the research progress in the ionic liquid, the types and application of ionic liquids and the toxicity of ionic liquid, and made a preliminary forecast to the prospect of the ionic liquid. Keyword:Ionic liquid;the types of Ionic liquid; application of ionic liquids; toxicity of ionic liquid; 1引言 离子液体[1]是指全部由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的液体,如高温下的KCI,KOH呈液体状态,此时它们就是离子液体,在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质,称为室温离子液体. 离子液体的历史可以追溯到1914年,当时Walden报道了(EtNH2)+HNO3-的合成(熔点12℃) .这种物质由浓硝酸和乙胺反应制得,但是,由于其在空气中很不稳定而极易发生爆炸,它的发现在当时并没有引起人们的兴趣,这是最早的离子液体.1951年F.H.Hurley和T.P. Wiler首次合成了在环境温度下是液体状态的离子液体.他们选择的阳离子是N-乙基吡啶,合成出的离子液体是溴化正乙基吡啶和氯化铝的混合物(氯化铝和溴化乙基吡啶摩尔比为1:2) .但这种离子液体的液体温度范围还是相对比较狭窄的,而且,氯化铝离子液体遇水会放出氯化氢,对皮肤有刺激作用.直到1976年,美国Colorado州立大学的Robert利用AICl3/[N-EtPy]Cl作电解液,进行有机电化学研究时,发现这种室温离子液体是很好的电解液,能和有机物混溶,不含质子,电化学窗口较宽.1992年Wilkes以1-甲基-3-乙基咪唑为阳离子合成出氯化1-甲基-3-乙基咪唑,在摩尔分数为50%的AICl3存在下,其熔点达到了8℃.在这以后,离子液体的应用研究才真正得到广泛的开展. 与传统的有机溶剂相比,离子液体具有如下特点[2]:(1) 液体状态温度范围宽,从低于或接近室温到300℃, 且具有良好的物理和化学稳定性;(2)无色、无臭, 不挥发, 几乎没有蒸气压.(3) 蒸汽压低,不易挥发,消除了VOC(Volatile Organic Compounds)环境污染问题;(4) 对大量的无机和有机物质都表现出良好的溶解能力, 且具有溶剂和催化剂的双重功能,可作为许多化学反应溶剂或催化活性载体;(5) 具有较大的极性可调控性, 粘度低, 密度大, 可以形成二相或多相体系, 适合作分离溶剂或构成反应

离子液体及其在化学中的应用

离子液体及其在化学中的应用 随着科技发展和环保意识的增强,清洁、低耗、高效的化学化工反应是发展的必然趋势.由于绝大多数化学反应需要在溶剂中进行,而有机溶剂的用量大、挥发性强是造成化学化工污染的主要原因之一.寻找对环境友好、有利于反应控制的介质和溶剂是目前化学化工需要解决的迫切问题之一.室温离子液体适应这种需要,正在快速为是继超临界CO2之后的新一代绿色溶剂。 一离子液体及其特点 离子液体[1]是指在室温或接近室温呈液态的离子型化合物,也称为低温熔融盐.常见的阳离子有季铵、季、咪唑盐和吡作为离子化合物,离子液体熔点较低的主要原因是:结构的不对称性使离子难以规则紧密地堆积,难以形成晶体或固体. 与传统的溶剂相比,离子液体具有以下3个显著的特性: 1 在室温下,离子液体蒸汽压几乎为零,并且不燃烧、不爆炸、毒性低,溶解性能强,可以较好地溶解多数有机物、无机物和金属配合物.多数离子液体在300e仍能保持液态,因而离子液体液态温度范围大,既可室温使用,也可以高温使用.离子液体作为溶剂,不仅不会造成溶剂损耗和环境污染,而且使用温度范围大,适用范围广.

2) 离子液体具有良好的导电性和较宽的电化学稳定电位窗.离子液体的电化学稳定电位窗比传统溶剂大得多,多数为4V左右,而水在酸性条件下为1.3V,在碱性条件下只有0.4V.因此使离子液体在电化学研究中有着广泛的用途. 3) 离子液体具有可调节的酸碱性,作为反应介质使用极为方便.例如,将Lewis酸AlCl3加入到离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑中,当AlCl3的摩尔分数x<0.5时,体系呈碱性;当x=0.5时,呈体系呈中性;当x>0.5时,体系表现强酸性[4].同时,还发现离子液体存在/潜酸性0和/超酸性0.例如,把弱碱吡咯或N,N)二甲基苯胺加到中性的离子液体1-丁基 -甲基咪唑四氯铝酸盐中,体系表现出很强的潜酸性[5],如果把无机酸溶于上述离子液体中可观察到超强酸性[6]. 二离子液体在化学中的应用 由于离子液体所具有的独特性能,目前它被广泛应用于化学研究的各个领域中 .1 用作反应溶剂 2.1.1 氢化反应离子液体作为氢化反应的溶剂已有大量的报道[7~9],对于氢化反应,用离子液体替代普通溶剂的优点是:反应速率提高数倍,离子液体和催化剂的混合液可以重复利用.研究表明,离子液体在氢化反应中发挥了溶剂和催化剂的双重

有机合成现状及最新发展

有机合成现状及最新发展 唐彬 (吉首大学化学化工学院08化工一班20084064026) 摘要:本文针对有机合成的现状、合成方法和最新发展及应用进行了综述。同时结合各种技术的发展状况及最新进展与突破,对其前景作了简要概述。 关键词:有机合成最新进展波促进生物催化光化学离子液 0引言 在人类多姿多彩的生活中,化学可以说是无处不在的。据统计,在工业发达国家的全部生产中,化学过程的工业占高比例,以美国为例占到35%。有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方法的学科[1]。自从1828年合成尿素以来,有机化学的发展是日新月异,其发展速度越来越快,而有机合成则是有机化学的核心,下面就有机合成的方法与应用作一综述: 1绿色有机合成 1.1 高效、无毒的溶剂和助剂 有机溶剂因其对有机物具有良好的溶解性。但有机溶同相合成的剂的较高的挥发性毒性成为有机合成造成污染的主要原因。因此新型绿色反应介质代替有机溶剂成为绿色化学研究的重要方向[2]。目前,水、超临界流体、离子液体、仿酶化学和含氟溶剂作为反应介质的有机合成在不同程度上已取得了一定的进展。用离子液体作有机反应的介质,可获得更高的选择性和反应速率,同时还具有条件温和、环境友好的特点[3]。Vincenzo 等[4]在离子液体中以钯催化烯丙醇的芳基化Heck 反应,可以高选择性地得到芳香族羰基化合物或芳香族共轭醇。Doherty 等[5]在非对称性Diels-Alder 反应中采用离子液体作溶剂,获得了比常规的三氯甲烷溶剂更高的对映选择性和反应速率。 有机合成研究发现,在固态下能够进行的有机反应大多数较溶液中表现出高的反应效率和选择性。无溶剂有机合成具有高选择性、高产率、工艺过程简单和不污染环境、能耗少和无爆炸性等优点。Zhang 等[6]对水介质中1,4-苯醌的芳

离子液体在药物研究中的应用

离子液体在药物研究中的应用 发表时间:2019-11-26T14:40:50.783Z 来源:《中国西部科技》2019年第21期作者:谭俊荣 [导读] 随着社会与经济的发展,生活水平的提高,离子液体因其高度可调性而具备优良的物理化学性质和独特的生物活性,已不再局限于作为溶剂的传统应用。随着对其毒性与生物相容性的深入了解,由于阴阳离子组合的多样性与可设计性,离子液体已经能够弥补市售药物在溶解度、生物利用度和药物输送等方面的不足,在药物开发中潜力巨大。本文通过对离子液体在药物合成、输送作用,以及作为药物活性成分和剂型改良方面的研究与应用进行阐述,并对 谭俊荣 广州康瑞泰药业有限公司 摘要:随着社会与经济的发展,生活水平的提高,离子液体因其高度可调性而具备优良的物理化学性质和独特的生物活性,已不再局限于作为溶剂的传统应用。随着对其毒性与生物相容性的深入了解,由于阴阳离子组合的多样性与可设计性,离子液体已经能够弥补市售药物在溶解度、生物利用度和药物输送等方面的不足,在药物开发中潜力巨大。本文通过对离子液体在药物合成、输送作用,以及作为药物活性成分和剂型改良方面的研究与应用进行阐述,并对离子液体药物的未来发展作出展望。 关键词:离子液体;药物研究;应用 引言 离子液体是完全由阴阳离子组成的室温下为液体的盐,因其强大的空间位阻使得室温下阴、阳离子可以自由振动、转动甚至平动,使整个有序的晶体结构遭到破坏,导致其在室温下呈现出液态的性质。但是,整体上静电场仍占优势,阴阳离子之间存在较强的相互作用,使得离子液体与易挥发易燃的分子型液体如苯、乙醚等有机液体相比几乎无蒸汽压。由于离子液体特殊的结构,使其具有蒸气压低、黏度范围宽、导电性好、溶解能力强及热稳定性高等优点,已被广泛应用于电化学、有机合成、催化工程等领域。Hough等将离子液体分为三代,第一代离子液体主要应用其物理性质,制备功能性溶剂;第二代离子液体应用其化学性质,获得具有独特物理化学性质的功能性材料;第三代离子液体应用其生物活性,制备具有特殊生物活性的目标产物。离子液体具有一定的可设计性,可以通过改变阴阳离子对调节其物理或化学性质。许多常见离子液体的结构或组分和活性药物成分相似,因此已有部分学者对离子液体在药物合成、多功能活性药物及药物传递等方面进行了深入的研究。 1离子液体在药物研究的概述 离子液体(ionicliquids,ILs)由大体积有机阳离子与无机或有机阴离子组成,熔点低于100℃,是在室温或室温附近温度下呈液态的盐,故又称为室温离子液体(roomtemperatureionicliquids,RTILs),其阴阳离子体积很大且高度不对称,强大的空间位阻使室温下的阴阳离子自由振动、转动甚至平动,导致整个有序晶体结构被破坏而表现出液态的性质。ILs最主要的特点就是"可调性",即通过选择不同阴阳离子而具有不同的生物活性或独特的理化性质。ILs发展如下:第一代ILs主要根据其独特的物理性质,如可忽略的蒸气压、高(热、化学)稳定性和低挥发性等用作"绿色"溶剂;第二代ILs主要根据其可调节的理化性质,对于给定的阴离子或阳离子,合理选择相应的反荷离子制备"功能化"ILs,如高能材料、润滑剂和金属离子络合剂等;第三代和最近的ILs主要根据其可调的理化性质并使用低毒性和生物相容性的离子组合,形成具有生物活性的ILs,甚至可以作为APIs,合成特效离子液体,即API-ILs。 2离子液体在药物研究中的应用 2.1利用ILs从天然产物中提取 APIs天然产物一直是新药研发的重要源泉,但在天然产物中提取药物有效成分时需要大量使用VOCs,导致溶剂残留而污染药品,甚至对环境也会造成一定的破坏。研究表明,ILs作为药物提取的溶剂能够较好地克服上述问题。Cull等首次在疏水性离子液体-水双相体系(liquid? liquidextractionswithhydrophobicils,IL-LLE)中提取大环内酯类抗生素红霉素A(arythromycin-A),发现萃取效率与乙酸丁酯-水双相体系相当,因此能够代替常规有机溶剂,从而避免溶剂的毒性和可燃性所带来的经济和环境损害。之后,Freire等采用同样的液-液萃取方法,实现对咖啡因(caffeine)和尼古丁(nicotine)两种生物碱的完全提取,萃取原理主要在于:生物碱中氮氧原子之间的相互作用;ILs中阳离子的酸性氢原子;生物碱芳环与离子液体阳离子之间的π-π相互作用;生物碱的烷基与咪唑基离子的烷基侧链之间的色散相互作用。微波辅助离子液体(microwave-assistedionicliquid,MAIL)与超声辅助离子液体(ultrasound-assistedionicliquid,UAIL)也常用于天然产物中药物的提龋其中,Du等开发的MAIL 方法是将IL作为萃取剂,在最佳萃取条件下,从延胡索中提取脱氢卡维丁(dehydrocavidine),与常规提取方法相比,该方法具有产率高、耗时短、溶剂使用量少且不使用VOCs等优点,因此常用于快速有效提取和分析药用植物中的活性成分。Bi等利用UAIL技术,以1-烷基-3-甲基咪唑氯化物(1-alkyl-3-methylimidazoliumchloride,[Cnmim]Cl,n=2,4,6,8)为萃取剂,从抗心血管病药物丹参中成功提取出丹参酮(tanshinone)活性成分,结果表明,阳离子上烷基侧链越长,ILs与APIs相互作用越强,提取效率也就越高,最后[C8mim]Cl通过阴离子之间的复分解反应转化成疏水性1-辛基-3-甲基咪唑六氟硼酸盐([C8mim]PF6)而与APIs实现分离。 2.2.黄酮类化合物的提取 黄酮类化合物主要是一种具有2-苯基色原酮的化合物,在防治及治疗老年高血压、脑溢血、糖尿病以及过敏性疾病等发挥重要的作用。Zhang等人使用微波辅助法研究了从黄芩中提取黄酮类化合物(黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素和汉黄芩素),结果表明四种萃取物的产率分别是5.18%(30min)、8.77%(90s)、16.84%(30min)和18.58%(3h),与传统的萃取方法相比在萃取效率上有明显的提升,并且发现离子液体的中阴离子种类(Br-、Cl-、BF4-、OAc-和CF3SO3)和咪唑阳离子上取代的烷基链的长度([C2mim]+、[C8mim]+、[C10mim]+和[C12mim]+等)也会对萃取效率产生影响,萃取产率随着烷基链的增长而减小,含Br-离子液体对萃取效率有较强的影响,其原因可能是Br-与四种萃取物发生较强的相互作用,Xie和Swatloski在研究离子液体萃取能力过程中也得到了相似的结论。冯吉等人研究了可以用于降低血小板聚集、预防心脑血管疾病的一类多酚化合物的提取,在超声辅助条件下,以1-丁基-3-咪唑四氟硼酸盐代替有机溶剂为萃取剂提取虎杖中的虎杖苷和白藜芦醇,集提取,分离和纯化与一体,具有提取时间短、溶剂用量少、操作过程简单的特点。张露月等人以离子液体[Bmim]BF4为萃取剂提取金钗石斛总黄酮和石斛碱,与传统的加热回流的方式相比,两组分的产率都有很大的提高,提取时间由90min降为185s,并且扫描电镜(SEM)观察后发现:发现离子液体微波协同处理后处理后的对结构的破坏更为严重,张冕[23]在采取离子液体-微波辅助方法提取女贞子中特女贞苷时,比较不同的提取方式对植物结构形貌的破坏程度也同样发现,离子液体处理后的植物细胞

锂离子电池基本知识

锂离子二次电池简介 概述: 锂离子二次电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池,正极采用锂化合 物LiCoO 2、LiMn 2 O 4 ,负极采用锂—碳层间化合物Li x C 6 ,电解质为溶解有锂盐LiPF 6 、 LiAsF 6 等的有机溶液。在充、放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌,被形象地称为“摇椅电池”(Rocking Chair Batteries,缩写为RCB)。锂离子二次电池由于工作电压高(3.6V)、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长,在移动电话、摄相机、笔记本电脑、便携式电器上得到大量应用。 一、工作原理 1、化学反应方程式 锂离子电池正极主要成分为LiCoO 2 ,负极主要为C,充电时 正极反应:LiCoO 2 Li ( 1-x) CoO 2 + xLi+ + xe- 负极反应:C + xLi+ + xe- CLi x 电池总反应:LiCoO 2 + C Li ( 1-x) CoO 2 + CLix 放电时发生上述反应的逆反应。 2、化学反应原理图 二、命名 根据IEC61960标准二次锂电池的标识如下: 1. 电池标识组成3个字母后跟5个数字(圆柱形)或6个(方形数字); 2. 第一个字母表示电池的负极材料:I表示有内臵电池的锂离子,L表示锂金属电 极或锂合金电极; 3. 第二个字母表示电池的正极材料:C基于钴的电极,N基于镍的电极,M基于锰 的电极V基于钒的电极; 4. 第三个字母表示电池的形状:R表示圆柱形电池,P表示方形电池;

5. 数字:圆柱形电池5个数字分别表示电池的直径和高度,直径的单位为毫米,高度 的单位为十分之一毫米,直径或高度任一尺寸大于或等100mm时两个尺寸之间应加 一条斜线。方型电池6个数字分别表示电池的厚度、宽度和高度,单位均为毫米, 三个尺寸任一个大于或等于100mm时尺寸之间应加斜线,三个尺寸中若有任一小于 1mm,则在此尺寸前加字母t,此尺寸单位为十分之一毫米。 例如: ICR18650:表示一个圆柱形二次锂离子电池正极材料为钴其直径约为18mm高约为 65mm。 ICR20/1050 ICP083448:表示一个方形二次锂离子电池正极材料为钴,其厚度约为8mm,宽度约 为34mm,高约为48mm。 ICP08/34/150:表示一个方形二次锂离子电池正极材料为钴其厚度约为8mm,宽度约 为34mm,高约为150mm。 ICPt73448:表示一个方形二次锂离子电池正极材料为钴其厚度约为0.7mm,宽度约 为34mm,高约为48mm。 三、组成结构 1、正极 正极材料一般由钴酸锂、导电石墨、碳黑、粘接剂、溶剂等组成。 2、负极 负极材料一般由碳黑、粘接剂、溶剂等组成。 3、隔膜纸 隔膜纸由PP、PE复合膜组成,厚度一般为25微米,国内有些厂家也有用16 微米的,著名的生产厂家有日本UBE。 4、电解液 电解液为溶解有锂盐LiPF 6、LiAsF 6 等的有机溶液,常用的有机溶液有EC(碳 酸乙烯酯)、DEC(二乙基碳酸)、DMC(二甲基碳酸)等。 5、绝缘垫片 6、外壳 有钢壳和铝壳。 四、制造工艺

离子液体应用及其发展

离子液体应用及其发展 罗树琴生化系化学教育2001541 摘要:离子液体也称为室温离子液体或低温盐,通常是指熔点低 于100℃的有机盐。由于完全有例子组成,离子液体有许多不同于常规有机溶剂的性质。离子液体在各方面都有广泛应用前景,目前离子液体的制备和研究正在快速的发展,其应用前景也是相当广阔的。 关键字:离子液体应用发展及前景 离子液体也称为试问离子液体或低温盐,通常是指熔点低于100℃的有机盐。由于完全有例子组成,离子液体有许多不同于常规有机溶剂的性质。如熔点低,不挥发,液程范围宽,热稳定性好。溶解能力强,性质可调,不易燃,电化学窗口宽等。与传统的有机溶剂,水,超临界流体等相比,起黏度低,比热容大,有的对水对空气均稳定,故易于处理,制造较为容易,不太昂贵。是理想的绿色高效溶剂,研究其性质极其应用成了一项热门课题, 1.离子液体的性质 离子液体大多呈无色,完全由阴阳离子组成,但样离子较大,且是有机物。离子液体 1有酸碱性(主要由阳离子决定,可通过调节阳离子来改变其酸碱性), 2亲水性:含C越多亲水性越弱 3热稳定性:较高的稳定性与杂原子氢键,阴阳离子组成相关,其蒸汽压低(可忽略不计),不易挥发,可去取代有机溶剂。 4熔点低:熔点与阴阳离子组成有关,是随阳离子对称性增大而增大的 5溶解性好:可溶解有机物,无机物,聚合物等 6密度:和阴阳离子组成有关,阳离子增多密度变大 7生物降解性:其一降解,相当环保,是绿色的环保剂 8电化学窗口:其可产生5-7V的高电压, 2.离子液体的合成制备 2.1 常规合成法 2.1.1一步法:采用叔胺与卤代烃或脂类物质发生加成反应,或利用叔胺的碱性和酸性发生中和反应而一步生成目标离子液体的方法 2.1.2两步法:两步法的第一步是通过叔胺和卤代烃反应制备出

离子液体的性质

离子液体的性质,改性和下一代 1:离子液体的性质,考虑到离子液体及其应用的宽泛性,很难简单的概括离子液体的性质和发展趋势。因此著者更愿意总结离子液体的不同点而不是共同点。而且前人总结的离子液体的某些性质也存在一定的争议:例如电化学窗口,热稳定的长久性(热稳定性在过去的一段时间过于看重),极性,挥发性(某些离子液体在适当的条件下会蒸发)。为什么会出现这种争议呢?这是近年来所取得的改进技术所带来的,测量手段的进步,知识的深化,以及那些能够显著影响离子液体的热物理性质的杂质量化(离子色谱仪,ICP-MS)的精确性带来的描述的准确性。就离子液体的物理-化学性质而言,实验手段的不同,数据库数据的时限性都会对其不一致性产生影响。但是,离子液体还是具有广发接受的类属性质。他们完全由离子组成(见表一)。举个例子来说,在熔点为12摄氏度的【BMI】【PF6】系列中,离子熔化时的密度是4.8mol/l。离子液体的熔化温度,人为地规定,要低于100摄氏度,离子度要高于99%。这些基本的类属性质在离子液体的书籍和数据库(例如离子液体的热性质-美国标准与技术协会编著)中都可以找到。这里不再一一详述-只在下文中讨论一些关键的具有代表性的性质。 熔点:文献中离子液体的熔点一定要谨慎对待,离子液体的熔点具有不确定性,它们能够经受超冷,而且可能存在杂质的影响。 挥发性:对于典型的离子液体,正常的沸点与它们的标准大气压下的饱和蒸汽压有关,通过实验的手段确定的饱和蒸汽压是不准确的,因为离子液体适当的低温条件下是不挥发的。尽管如此,还是有文献可循,离子液体在200-300摄氏度的情况下会蒸发,但是当压力急剧下降时,挥发的速度很低,小于0.01g/H。问题是什么样的离子是离子液体?离子液体中的离子本性可以部分解释它们气态时的蒸汽压可以忽略不记的事实,也可以把它们同常规的分子溶剂区分开来。离子度的量化是定义离子液体的指标。而这些又可以通过有效的离子浓度来代替。 阻燃性:与易挥发的有机溶剂相比,离子液体被证明有成为绿色溶剂的潜力,主要因为离子液体在环境中不易挥发而且具有阻燃性,即使是高温。其他符合条件的溶剂也在研究当中,但还没有引起足够的重视。值得一提的是,离子液体用在热源处并不是因为它的阻燃性。离子液体的活性很高。它们可以代替肼及其衍生物,作为能量的供体。 热稳定性和化学稳定性:通过热重分析仪推算的离子液体的热解温度,可以知道离子液体的热稳定性很好,一般大于350摄氏度。但是离子液体作为催化剂等使用时的热稳定的长期性却没有什么有价值的发现。带有【NTF2】-和【N(CN)2】-阴离子的磷类离子液体分解为易挥发的物质要经过明显的几部。分解的产物说明在此过程中发生过霍夫曼消去反应或者脱烷基化反应。含氮的离子液体不完全分解,而是发生碳化(氰基化合物则易于形成高分子化合物)。 导电性和电化学窗口:电导率是评价离子液体能否既做溶剂又做电解液的重要性质。离子液体表现出宽泛的电导率,0.1-20mS/cm。在高电导率的离子液体中,咪唑基类的电导率要比铵基类高。影响离子液体的电导率的因素很多,如粘度、密度、粒子大小、阴离子电荷离域效应、聚集态以及粒子运动。人们现在引用强离子对效应来解释为什么【NTF2】-基的离子液体的电导率比【BF4】-基的离子液体低。说到离子液体的电化学窗口,典型的离子液体在4.5-5V,与传统的有机溶剂相比,类似或者

离子液体论文

题目:离子液体 学院:化学与材料工程学院 专业:无机功能材料 班级:无机121 学号:1510612130 姓名:张鹏程 时间:2014.4.13 摘要: 离子液体是近10年来在绿色化学的框架下发展起来的全新功能材料,具有不挥发、不可燃、液态范围宽、热稳定性好、溶解性好、物化性质可调等优点,已被作为催化剂、反应介质成功地应用于有机合成、电化学、分离提取及材料科学等领域。研究开发新型离子液体并扩展其应用范围,具有重要意义。近年来其应用领域不断扩大并迅猛发展,目前已从化学制备扩展到材料科学、环境科学、工程技术、分析测试等诸多领域,并迅速在各领域形成研究热点。 一:离子液体简介 1.离子液体的定义 离子液体是指全部由离子组成的液体,如高温下的KCI, KOH呈液体状态,此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质,称为室温离子液体、室温熔融盐(室温离子液体常伴有氢键的存在,定义为室温熔融盐有点勉强)、有机离子液体等,目前尚无统一的名称,但倾向于简称离子液体。 2.离子液体的发展历史 离子液体的历史可以追溯到1914年,当时Walden报道了(EtNH2)+ HNO3-的合成(熔点12℃) 。这种物质由浓硝酸和乙胺反应制得,但是,由于其在空气中很不稳定而极易发生爆炸,它的发现在当时并没有引起人们的兴趣,这是最早的离子液体。

1951年F.H.Hurley和T.P. Wiler首次合成了在环境温度下是液体状态的离子液体。他们选择的阳离子是N-乙基吡啶,合成出的离子液体是溴化正乙基吡啶和氯化铝的混合物(氯化铝和溴化乙基吡啶摩尔比为1:2) 。但这种离子液体的液体温度范围还是相对比较狭窄的,而且,氯化铝离子液体遇水会放出氯化氢,对皮肤有刺激作用。 直到1976年,美国Colorado州立大学的Robert利用AICl3/[N-EtPy]Cl作电解液,进行有机电化学研究时,发现这种室温离子液体是很好的电解液,能和有机物混溶,不含质子,电化学窗口较宽。1992年Wilkes以1-甲基-3-乙基咪唑为阳离子合成出氯化1-甲基-3-乙基咪唑,在摩尔分数为50%的AICl3存在下,其熔点达到了8℃。在这以后,离子液体的应用研究才真正得到广泛的开展。 3.离子液体的分类 正离子:烷基季铵离子、烷基季瞵离子、1, 3 -二烷基取代的咪唑离子、N - 烷基取代的吡啶离子; 负离子的不同可将离子液体分为两大类:一类是卤化盐。其制备方法是将固体的卤化盐与AlCl3混合即可得液态的离子液体,但因放热量大,通常可交替将2种固体一点一点地加入已制好的同种离子液体中以利于散热。此类离子液体被研究得较早,对以其为溶剂的化学反应研究也较多。此类离子液体具有离子液体的许多优点,其缺点是对水极其敏感,要完全在真空或惰性气氛下进行处理和应用,质子和氧化物杂质的存在对在该类离子液体中进行的化学反应有决定性的影响。 另一类离子液体,也被称为新离子液体,是在1992年发现BF4的熔点为 12 ℃以来发展起来的。这类离子液体不同于AlCl3离子液体,其组成是固定 的,而且其中许多品种对水、对空气稳定,因此近几年取得惊人进展。其正离子多为烷基取代的咪唑离子 + ,如 + ,负离子多用BF4- 、PF6- ,也有CF3 SO3- 、(CF3 SO2 ) 2N- 、C3 F7 COO- 、C4 F9 SO3、CF3 COO- 、(CF3 SO2 ) 3 C- 、(C2 F5 SO2 ) 3 C- 、(C2 F5 SO2 ) 2N- 、SbF6- 、AsF6、为负离子的离子液体要注意防止爆炸(特别是干燥时)。 二:离子液体研究现状与前景

核磁共振波谱技术在室温离子液体研究中的应用

收稿:2008年5月,收修改稿:2008年10月 3国家自然科学基金项目(N o.20573034)资助33通讯联系人 e 2mail :Jwang @https://www.wendangku.net/doc/21467743.html, 核磁共振波谱技术在室温离子液体 研究中的应用 3 翟翠萍1  刘学军1  王键吉 233 (1.河南大学化学化工学院 开封475001;2.河南师范大学化学与环境科学学院 新乡453007) 摘 要 室温离子液体作为一种绿色溶剂和功能材料,越来越引起人们的重视,其研究手段也越来越 多。本文着重概述了核磁共振方法在测定离子液体的结构、纯度及性质,研究离子液体阴阳离子间的相互作用、离子液体与其他化合物的相互作用、离子液体及其在混合体系中的动力学特征、离子液体在溶液中的聚集行为,以及测定离子液体的热力学参数中的应用。 关键词 核磁共振 室温离子液体中图分类号:O64514;O657139 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2009)0521040212 Applications of NMR Techniques in the R esearch of R oom Temperature Ionic Liquids Zhai Cuiping 1  Liu Xuejun 1  Wang Jianji 233 (1.C ollege of Chemistry and Chemical Engineering ,Henan University ,K aifeng 475001,China ;2.C ollege of Chemistry and Environmental Science ,Henan N ormal University ,X inxiang 453007,China )Abstract As new green s olvents and functional materials ,room tem perature ionic liquids (I Ls )have attracted great attention.The present paper reviews the applications of NMR techniques in the research of structure ,properties ,and interactions of cations with anions of I Ls ,interactions between I Ls and the other com pounds ,the dynamic characteristics of I Ls and their mixtures ,the aggregation behavior of I Ls in s olutions ,and the determination of therm odynamic parameters of I Ls. K ey w ords NMR ;room tem perature ionic liquids Contents 1 Determination of the structure ,purity and properties of ionic liquids 2 Study on the interactions of cations with anions of ionic liquids 3 Study on the interactions of ionic liquids with the other com pounds 4 Study on the dynamic characteristics of ionic liquids and their mixtures 411 Measurements of the spin 2lattice relaxation time and the m olecular rotation correlation time of ionic liquids 412 Measurements of the self 2diffusion coefficients of ionic liquids 5 Study on the aggregation behavior of ionic liquids in s olutions 6 Determination of the therm odynamics parameters of ionic liquids 第21卷第5期2009年5月 化 学 进 展 PROG RESS I N CHE MISTRY V ol.21N o.5  May ,2009

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