绿色溶剂离子液体在材料和有机合成中的研究

刘 铭，张依蒙，田 鹏*，战潇艺，段纪东

(1.沈阳师范大学 化学化工学院 能源与环境催化研究所，辽宁 沈阳 110034；2.沈阳师范大学 实验中心，辽宁 沈阳 110034)

作为一种新型溶剂，离子液体具有很多优良的物理性质和化学性质，例如通常情况下离子液体不易挥发、无蒸汽压，而且具有较宽的电化学窗口，同时具有较高的离子导电率和较好的物质溶解性及萃取能力等等[1-2]。由于具有这些优异性质，世界范围内正热烈开展关于离子液体在化学化工应用方面的研究，并且发展得十分迅速[3]。离子液体是指全部由阴离子和阳离子组成的液体，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[4]。离子液体因与人们概念中的“盐”相近，而通常情况下其熔点又低于100℃，故也将其称为“室温熔融盐”。作为离子化合物，分析离子液体的结构发现其中存在具有不对称性的取代基，导致离子不能规则地堆积成晶体，这也就使得离子液体熔点较低[5]。

1 离子液体在材料方面的应用

1.1 离子液体的固载化和纳米化

在催化反应体系中，合适配合物的使用可以使离子液体和催化剂更加紧密地结合在一起，使反应更加高效的进行，达到离子液体的固载化。如何提高离子液体的利用率、有效分离和回收是离子液体的固载化过程中人们普遍关注的问题。解决这一问题可将离子液体包于纳米孔中，形成稳定的离子液体，同时可以调整孔和离子液体的大小，达到牢固担载的目的[6]。这样一来便可以有效提高离子液体的催化性能，也可以更有效的进行回收和分离。

1.2 离子液体作为敏感材料

离子液体可以充当敏感材料来检测有机挥发物，其原理是，当有少量有机物溶解在离子液体中时，其黏度会大大降低[7]，离子液体的这一特点已经被应用到石英晶体微量天平中，用以取代以往固态的有机或无机涂层，效果颇为显著。利用离子液体溶解有机物质比普通溶剂具有更快的速率这一特点，在检测物质时，响应时间被大大缩短了。

1.3 离子液体作为润滑材料

在高温、低温或者真空等比较严苛条件下，润滑剂可能会出现氧化分解或挥发等问题[8]，离子液体由于具有极小的蒸汽压，较好的热稳定性和较宽的液体范围，作为润滑材料对于解决这些问题具有较为突出的价值，因此在航空航天领域贡献显著。

1.4 离子液体作为储能材料

太阳能的收集和存储问题长期以来困扰着能源工业者。高温熔盐作为特殊条件下的存储介质[9]，很难得到广泛应用，原因在于其熔点太高。离子液体兼有密度高、熔点低、热容量高、稳定性较好等优异特性，使其在能量存储和传输中，担任一种良好的介质。

2 离子液体在有机合成中的应用

在有机合成反应中，由于大部分传统有机溶剂存在毒性和挥发性，使得环境受到较为严重的污染，同时使人类的生存受到威胁。离子液体在有机化工合成中受到越来越多的重视，原因在于其较低的蒸汽压和几近于零的挥发性，安全无污染，使其作为溶剂和催化剂，在工业中得到广泛应用[10]。

2.1 离子液体在二氧化碳固定-转化方面的应用

二氧化碳在空气中的比例为0.03%，它是植物光合作用的原料。然而近些年来，由于燃料的大量燃烧、汽车尾气的排放以及大量植被的砍伐，导致空气中二氧化碳的含量一直在升高。二氧化碳的增多，将导致温室效应，导致温度升高。因此有关二氧化碳的固定也成为了众人瞩目的话题。科学研究表明，离子液体对二氧化碳有溶解力。离子液体因为其优良的物理性质，解决了用传统溶剂吸收二氧化碳却可能带来新的污染这一弊端。

2.2 离子液体开始在聚合反应中慢慢兴起

虽然离子液体在聚合反应中的应用只是刚刚开始起步，但是由于离子液体的优良特性，解决了传统溶剂在聚合反应中的污染环境的重大问题。因为传统的聚合反应工艺存在污染的重大问题，所以离子液体的加入为聚合反应注入新的希望。离子液体也解决了因传统溶剂的催化剂残留而造成产品部纯的问题。虽然离子液体在聚合反应中只是刚刚开始研究应用，但是其所表现出来的巨大的优势将使生化科学家和各个企业家对其特别关注，离子液体在聚合反应中的应用必然会开辟聚合反应领域的新篇章。

2.3 离子液体在生物催化反应中的的应用

生物催化是近代生化科学发展的领先领域。因为生物催化主要是生物催化酶的作用。而酶的反应需要很多条件的制约：反应需要温和的反应温度、酸碱度，纯净的环境等等。由于酶的反应对环境要求苛刻，所以传统溶剂很难满足要求，容易造成污染，影响酶的活性。而离子液体具有很多优良的物理性质，非挥发性，无毒、无污染，这就使得离子液体在生物催化领域得到了很好的发展。

2.4 离子液体在均相络合催化反应中的应用

在过渡金属络合催化反应中，通常阴离子自身的大小和电荷很大程度上决定了阴离子的配位特性，影响其配位特性的因素还有中心金属的酸(硬)度、周围存在的配体及氧化态。过渡金属配合物在离子液体中的可溶性成分，通常取决于离子液体的分子结构的金属离子和配体和溶剂的性质。早在1972年，Parshall等报道了首个离子液体为介质的过渡金属催化反应，离子液体用于均相络合催化反应兴起于1990年Chauvin等实现了离子液体中的镍催化丙烯二聚反应。把水和廉价易得的溶剂与离子液体结合并用于过渡金属络合催化，将为“绿色”化学的发展做出独特的贡献。

3 在光谱分析中的应用

光谱法分析包括：原子发射光谱法、原子吸收光谱法、紫外吸收光谱法、红外吸收光谱法、激光拉曼光谱法和分子发光光谱法等等[11]。离子液体在红外光谱分析和紫外光谱分析中得到越来越多的应用，主要原因是离子液体与许多有机溶剂互溶，形成的溶液均一、稳定。用紫外光谱法可以检测离子液体在有机溶剂中的含量，红外光谱分析和紫外光谱分析均可确定离子液体的吸收峰，通过吸收峰的位置确定离子液体的结构。光谱分析法优点：(1)用量较少；(2)方法简单、易操作；(3)结果准确可靠。

4 离子液体的前景展望

作为绿色溶剂的离子液体，受到越来越多化学研究者的关注与重视，离子液体的应用也逐步涉入到各个领域[12-15]。离子液体的性质可以通过改变其组成的阴、阳离子进行调节，这使得其应用广泛。然而有时候机遇是与挑战并存的，与传统有机溶剂相比，离子液体固然有很多优异特点，但不可否认的是也存在一些缺陷和局限性。当前，离子液体的应用已经日益趋于成熟，同时也可以说对于离子液体的研究才刚刚开始，更多的挑战等待科学家去战胜，更多的机遇等待化学工作者去发掘。所以，只有以更加谦虚谨慎的态度投身化学研究，才能有更多令人惊异的成果被探索出来，期待着更加巨大的化学宝藏被开发，环境问题、能源问题能被更有效的解决，我们生活的环境更加美好。

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