绿色溶剂离子液体的发展和分类研究

刘 铭，李雪丹，陈庆阳，田 鹏

(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)

当今社会，能源短缺和温室效应等一系列问题使人类社会的生存面临着巨大的威胁与挑战。21世纪化学领域发展其中一个很重要的研究方向是绿色化学，所谓绿色化学，降低污染是关键，其中对于无毒无害的溶剂和催化剂的开发使用，旨在工业生产中降低对于环境造成的污染及破坏，这便是绿色化学的重要倡导内容。作为绿色高效溶剂，离子液体已成为当代化学的热点研究之一。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。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。

1 离子液体的发展

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[1-3]。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摄氏度，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[4-6]。

2 离子液体的分类

室温离子液体的各种不同性能取决于其各类阴离子、阳离子的不同结构。原则上，可以通过改变阴离子的种类或者阳离子上的取代基等方法，设计出所需要的室温离子液体[16]，因而能够得到许多不同种类的室温离子液体，至此离子液体家族的庞大可见一斑。

3 离子液体的合成方法

离子液体的种类有很多，通过改变阳离子/阴离子的组合，可以设计合成出许多不同种类的离子液体。离子液体的合成主要有两种基本方法--直接合成法和两步合成法[17]。

3.1 直接合成法

通过酸碱中和反应或季铵化反应一步反应合成所需要离子液体，该类反应具有操作经济简便，没有副产物，产品易纯化等优点，适合少数简单的合成反应。例如，硝酸和乙胺的水溶液发生反应制备出硝基乙胺离子液体，就是典型的直接合成法中的中和反应。最近，Hirao[18]等合成的一系列不同阳离子的四氟硼酸盐离子液体也是采用酸碱中和方法。另外，卤化1-烷基3-甲基咪唑盐，卤化吡啶盐等的制备则是采用直接合成法中的季铵化反应得到。

3.2 两步合成法

有些情况下制备目标离子液体通过直接合成法难以实现，两步合成法至此便应运而生。两步合成法突破一步合成法的局限性，用于合成较复杂的离子液体[19]。首先，通过季铵化反应制备出含目标阳离子的卤盐；然后用目标阴离子置换出卤盐或加入Lewis酸来得到目标离子液体。特别注意的是，在用目标阴离子交换卤素阴离子的过程中，必须通过一些手段使反应尽可能地充分进行，目的是确保没有阴离子留在目标离子液体中，从而制得高纯度的离子液体，而不致对其后期研究应用造成影响。在第二步反应中，使用常用的是AgY或NH4Y作为金属盐，该反应因能够产生AgX沉淀或NH3、HX气体而容易被除去[20-22]。

对于需要加热的反应，直接合成法和两步合成法存在加热耗费时间较长的特点，此时将常规加热方法改为微波加热方法便可改进这一不足之处。微波辅助加热法，不仅可以大大缩短反应所需时间，提高反应效率，还可以提高产率。可见，利用微波加热的方法合成离子液体，是该领域研究和发展的必然趋势[23]。

4 离子液体的特点

离子液体作为一种新型溶剂，相比传统溶剂，存在以下优异特点：

(1)几乎没有蒸气压，挥发性很低接近于零，可以有效减少因挥发产生的环境污染问题。

(2)具有较好的热稳定性和电化学稳定性，容易与其他物质分离从而反复利用，同时温度范围和电位窗口范围都比较宽。

(3)可以根据需要，改变阴离子或阳离子，设计出符合要求的离子液体。

(4)极性的、非配位的溶剂。

(5)溶解性良好，可以较好的溶解有机物和无机物。

(6)酸强度可调，甚至可调至超酸。

离子液体的上述诸多优点使其成为化学反应中良好的溶剂，成为绿色化学热门的研究方向。

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