绿色溶剂离子液体的合成法与应用研究

桑潇

[摘要]本文综述了离子液体的合成方法：一步法与两步法;加热回流法、微波法及超声波法。并展望了离子液体的应用前景。

[关键词]离子液体 微波法 绿色溶剂 萃取

引言

离子液体就是在室温（或稍高于室温）下呈液态的仅由离子所组成的液体。离子液体（ionic liquids），又称“室温熔融盐”（Room temperature molten Salts），室温离子液体（Room temperature ionic liquids），也称液态有机盐（liquid organic salt）等。离子液体的最早报导可以追溯到20世纪初。

1离子液体的合成法

1914年合成出最早的室温离子液体硝酸乙基铵[C2H5NH3][NO3]，其熔点为12℃，但未引起人们的注意。我国有关室温离子液体的研究起步较晚，兰州物理化学研究所邓友全等于1998年率先在国内开展了离子液体及其在清洁催化中应用的系统研究。

一般制备离子液体按反应的步骤可分为一步合成法和两步合成;按反应的操作原理可分为加热回流法、微波法和超声波法。

（一）一步合成法

一步合成法就是通过叔胺与酸的中和反应或酯的反应一步反应生成离子液体，操作简便，没有副产物，产品易纯化。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的。

（二）两步合成法

两步法合成离子液体，首先，通过季胺化反应制备出含目标阳离子的卤盐;然后用目标阴离子Y-置换出X-离子或加入Lewis酸来得到目标离子液体。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NH2、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挣的离子液体。另外，直接将Lewis酸（MXy）与卤盐结合，可制备[阳离子]MnXny+1]型离子液体，如氯铝酸盐离子液体的制备就是利用这个方法。

（三）加热回流法

加热回流法制备离子液体是传统的制备方法，一般需要有机溶剂且历时较长。它也可分一步合成法与两步合成法。一步法主要是银盐法，相对比较简单。两步法通常的合成过程如下：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MXy，得到目标离子液体。加入强质子酸HY，反应要求在低温搅拌条件下进行，然后多次水洗至中性，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离子液体。另外，直接将Lewis酸与卤盐结合，可制备[阳离子]MnXn+1]型离子液体。利用加热回流法制備离子液体，也可通过酸碱中和反应或季铵化反应一步合成离子液体，该法操作经济简便，没有副产物，产品易纯化。

（四）微波辅助合成法

一般离子液体均在有机溶剂中加热回流制备，反应时间数小时至数十小时不等。而在微波作用下无需有机溶剂，且反应速度快、产率高，产品纯度好。

微波是一种强电磁波，在微波照射下能产生热力学方法得不到的高能态原子、分子和离子，可以迅速增加反应体系中自由基或碳阳离子的浓度，从能量角度分析，只要能瞬间提高反应物分子的能量，使体系中活化分子增加，就有可能增加反应速率，缩短反应时间。

2离子液体的应用展望

离子液体合成方面的工作仍在进行，它在一定程度上的可设计性，理论上可以形成无数种离子液体。应用也越来越广泛，目前离子液体的应用领域主要在：化学反应、催化反应、分离技术、电化学等。作为绿色替代溶剂，离子液体正受到化学界各个方面的关注。它在烷基化、氢化、酯化、聚合等反应中的应用和在化学反应及分离技术中所展现的清洁、友好的独特魅力，使离子液体这一新的绿色溶剂替代技术成为发展清洁合成的重要途径。

邓友全等人还将离子液体应用于清洁汽油的生产。由于电化学反应通常在常温常压下进行，毒性和危害性都比传统有机合成要小，电化学过程也是清洁技术的重要组成部分。因此，在全球环境问题日益严峻的今天，电化学及其技术将显示其重要作用。

分离提纯回收产物一直是合成化学的难题。用水提取分离只适用于亲水产物，蒸馏技术也不适宜用于挥发性差的产物，使用有机溶剂又会引起交叉污染。现在全世界每年的有机溶剂消耗达50亿美元，对环境及人体健康构成极大威胁。

离子液体在萃取方面应用也彰显优势，离子液体主要应用在有机物如生物制品、芳烃的分离及油品的脱硫脱氮等过程中，也可用于无机金属离子的萃取过程中。当然使用离子液体进行萃取研究还处于初级阶段。由于离子液体的可设计性，可以使之适应不同的体系，这一点对于分离过程是极其有利的的。同时由于离子液体的低挥发性、低溶解性，可以实现将经济因素和环境因素结合于一体而实现真正意义上的可持续发展。

石油基润滑剂通常难以满足低倾点、高黏度指数、高热氧化稳定性、低挥发性等性能要求，离子液体具有的特点与理想润滑剂所期望的性能极为吻合，在空间技术、信息技术、精密机械等领域有良好应用前景。

离子液体兼有透光和导电的特性，使其可能成为一类新型的软光学材料。Seddon等利用过渡金属电子密集特性，将适当的阳离子和富电子的SnBr6阴离子结合，构成一类具有高折光率的液体，用于一些特定矿物的组成鉴定。Wilkes等合成了一系列含硫阴离子的离子液体，这些离子液体显示出很强的三阶非线性光学行为，在非线性光学材料及全光器件方面有潜在的用途。

离子液体作为电化学过程中的替代溶剂，在电化学中的应用涉及各个方面，如电池、光电池、电解、电镀等领域。应用前景广阔。