绿色离子液体的合成与应用

吴鹏

摘 要：随着科技的发展，新型材料目前被广泛应用于溶剂、萃取和分离、有机合成、电化学等领域中。离子液体作为一种新型绿色溶剂，为了让更多的人了解这种液体的合成和应用，介绍了其特点和合成方法。

关键词：离子液体；绿色溶剂；合成方法；溶剂

中图分类号：O645.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.117

1 离子液体介绍

所谓“离子液体”，顾名思义，就是一种液态式的盐，是在温室或接近温室的条件下，由正负离子组合而成的。因为组成的离子液体的阴离子体积小，而阳离子体积大且结构不对称，加上阴阳离子的数目趋向相等时呈现输电中性的特点，所以导致了阴阳离子之间无法形成规则有序的吸引，静电势被降低，出现了低熔点，但阴阳离子之间原本具有的强相互作用使离子具有了低蒸汽压的特性。

2 离子液体的特点

离子液体的特点为：①无味、不燃、低蒸汽压。离子液体的此特点减少了自身的挥发，从而减轻了对环境的污染。②溶解能力良好。此特点有利于离子液体作为实验溶剂使用，能够使实验反应在均衡的状态中进行，同时还起到了催化剂的作用。③具有“可设性”。此特点可控制阴阳离子的组合，形成所需的离子液体。④具备导电的特质。此特点使其成为很多物质电化学研究的电解液，为拓宽电化学窗口提供了方便。⑤热稳定性和化学稳定性良好、热容大、能与其他物质分离且能循环利用。在实验中，使用传统的溶剂和进行萃取分离时，一般会采用易挥发、有害的有机溶剂。这不仅会对实验工作人员造成化学实验的伤害，同时还会造成环境污染。但由于离子液体具有低蒸汽压、毒性小、低挥发性的特点，能在实验操作的过程中与水和空气保持稳定的关系，不发生化学反应，并能在室温条件下以液态的形式存在，因此离子液体比传统的有机溶剂安全，且污染小。

3 离子液体的合成

3.1 一步合成法

一步合成法是通过季胺化反应或酸碱中和反应一步合成离子液体，也被称为“直接法”。比如1-丁基-3-甲基咪唑盐、[EMIm]、[CF3SO3]等多种离子液体，是由乙胺的水溶液与硝酸进行中和反应后制备出了硝基乙胺离子液体，然后再通过季胺化反应制备出来，由Hiraod等制备出的不同阳离子的四氟硼酸盐离子液体也是通过种方法得到的。再举个具体的例子，咪唑类室温离子液体的合成过程是将甲醛、甲胺、正丁胺、乙二醛和四氟硼酸水溶液与咪唑类室温离子液体的反应体系进行一步反应，以66%的产率生产一种淡黄色的包括有40%的1，3-二丁基咪唑四氟硼酸盐，50%的1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐和10%的1，3-二甲基咪唑四氟硼酸盐的室温离子液体混合物。其操作过程经济简便，产物易纯化，没有副产物。

3.2 微波辅助合成法

采用微波辅助合成法主要是为了提高成盐反应的收率、显著缩短反应时间，是结合微波和离子液体的自身特性，用微波加热的方式来制备离子液体。离子液体是种特殊的液体物质，其完全由阴阳离子组成，同时具有强大的微波吸收力。在合成反应中，离子液体一旦形成，就会使用自身带有的微波吸收力吸引更多的微波能量，这有助于后续的反应，比如N-正丁基吡啶四氟硼酸盐（[bpy]BF4）的合成就是这样一个过程。

3.3 超声波辅助合成法

超声波辅助合成法主要采用了超声波技术，利用频率大于18 kHz的声波进行一系列实验操作实现实验目的的方法。实验采用的超声波技术属于一种声化学方法，比如Leveque等是以[BMIm]Cl和铵盐为原料，以丙酮为溶剂，在20～40 ℃超声波辐射1 h，[BMIm]BF4、[BMIm]PF6、[BMIm]CF3SO3等离子液体经过反应后再合成就完成了。该方法快速简便，是因为超声波具有减小液体中悬浮粒子的尺寸和提高异相反应速率的作用，因此，合成的产率和纯度比传统方法高。

4 离子液体作为溶剂的应用

离子液体目前已经成为了比较受欢迎的实验溶剂，主要是因为其在萃取分离的过程中不会挥发出对人体和环境有害的有毒气体，具有低蒸汽压、无毒和低挥发性的特点，加上在室温下以液体形式存在、在水和空气中能稳定存在的易保存特点，所以受到了实验工作人员的青睐。

4.1 作为溶剂直接使用

离子液体具有良好的溶解能力，能溶解纤维素，这对环境保护有着重要作用。纤维素的资源丰富、价格低廉，当纤维素遇上离子液体后，可被溶解转化成工业原料、精细化学品、食品、药品和饲料等，有效利用了地球上的纤维素，有利于保护环境。

4.2 在分离和萃取方面的应用

由于离子液体能在水和空气中稳定存在，并在室温下以液体形式存在，液态温度范围广，所以将其与有机物和无机物融合时，具有一定的溶解性。再者，由于自身密度大，离子液体与很多有机溶剂不相溶，这可使溶解的产物与溶剂相分离，有利于促进绿色化学的发展。

5 结束语

离子液体的特点使其在萃取分离过程中可以直接作为溶剂使用，不会危害环境和实验人员的健康。但是离子液体的合成至今还处于研究阶段，还不能在实验中完全发挥其作用。同时，虽然离子液体比传统溶剂更具优越性，能促进绿色化学的发展，但是制备离子液体可能存在的腐蚀性和生物降解等问题还需要深入的研究和探讨。

参考文献

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〔编辑：王霞〕