动起来活动之10『 理韵嫣然 』谈谈绿色溶剂离子液体

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论坛里发表化学化工类文章的人不是很多，我在这里想代表化学化工专业的人来发点文章。但是，由于初次发表，又不知道人气如何？写的内容又不敢写的太专，在此就先写的简单一点吧！深入的讨论放到后面的跟帖中！这样写又存在一个问题，简单的东西，别人的书和文献都说和写过了，如概念，我总不能再造出一种说法吧！所以又有抄袭的嫌疑，真是很为难！！

谈谈绿色溶剂离子液体

离子液体又称“低温熔盐”、“室温熔盐”，是由阴、阳离子组成的，熔点低于100℃的有机盐。它的研究始于上个世纪70 年代，早期集中在电化学领域，将离子液体作为一种非水电解液开发其在电池、电镀中的应用，后来研究不断扩展到有机合成、催化反应、物质分离等方面，尤其是最近几年，离子液体的应用正发展成为一项新兴的清洁技术，受到化学界的多方关注。

1．   概念：
一般的室温离子液体(Room Temperature Ionic Liquid, RTIL，简称为离子液体），指的是在室温或接近常温时呈液态的由有机阳离子与无机或有机阴离子组成的盐。

2．离子液体的性质

与传统的有机溶剂、水、超临界流体相比,离子液体有许多优点:
(1) 对许多无机和有机材料都表现出良好的溶解能力，利于均相反应的进行。
(2) 离子液体不易燃烧，热稳定性好。
(3) 蒸汽压小，不挥发，可以用于高真空下的反应和取代常规挥发性溶剂,符合绿色化学的要求。
(4) 离子液体为化学反应提供了不同于传统分子溶剂的环境,可能改变反应机理,使催化剂的催化活性、稳定性更好,反应的转化率、选择性更高。
(5) 全部由离子组成，极性大，但配位能力弱，对均相络合物催化剂不会产生负面影响。
(6) 与一些常用的有机溶剂（如乙醚，正己烷等）不互溶——不仅可以提供一个非水、极性可调的两相体系，而且易于产物的分离和剩余离子液体的回收利用。
(7) 可以通过调节其阴阳离子组成而调节其物理化学性质，促进反应的进行。
(8) 易于制备，且原料价格不贵。

3．离子液体的合成
3.1 直接合成法
通过酸碱中和反应或季铵化反应一步合成离子液体,操作经济简便,没有副产物,产品易纯化。
3.2 两步合成法
如果直接法难以得到目标离子液体,就必须使用两步合成法。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来得到目标离子液体。应特别注意的是,在用目标阴离子Y-交换X-阴离子的过程中,必须尽可能地使反应进行完全,确保没有X-阴离子留在目标离子液体中,因为离子液体的纯度对于其应用和物理化学特性的表征至关重要。高纯度二元离子液体的合成通常是在离子交换器中利用离子交换树脂通过阴离子交换来制备。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。

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4．应用
4.1离子液体在有机合成中的应用
传统的有机合成反应大都在有机溶剂中进行的，但是有机溶剂容易挥发，易燃，易爆，也不安全。所以需要寻找一种非挥发、非可燃液体，代替现有的有机溶剂。为此非挥发、非可燃的离子液体的应用与有机合成就应运而生了。
离子液体可以用于亲电取代反应（如亲电硝化和氧化，Fiedel-Crafts反应等）、金属催化的碳-碳偶联反应（如Heck反应,Suzuki反应等）、亲核取代反应和亲核加成反应（如卤代反应、腈化反应等）、重排反应（如Beckmann重排,Claisen重排等）有机官能团的保护和脱保护（如缩醛和缩酮反应，醚键的断裂等）多组分缩合（如Knoevenagel反应,Mannich反应等）
环化反应（如Diels-Alder反应,Prins反应等），氧化还原反应等等。
4.2 离子液体在催化中的应用
离子液体用作催化反应的介质的重要性与日俱增，许多催化反应都可以在离子液体或者在离子液体的催化下进行，而且通过选择合适的离子液体可以获得较普通有机溶剂更高的反应速率、选择性等且易于产物分离。
应用包括：离子液体担在各种过度金属催化剂军饷催化反应、离子液体也其他介质组成的双相催化反应体系、离子液体与电化学催化技术的结合、离子液体中的生物酶催化反应、离子液体中的不对称催化反应、离子液体的固载化等。
4.3 离子液体在分离分析及纯化中的应用
离子液体由于其独特的性质，如极低的蒸汽压、可设计性、特殊的选择溶解能力等，使得其在仪器分析，如气相色谱、毛细管电泳、液相色谱等和萃取分离纯化，如液-液萃取分离、液相微萃取技术等领域中有着广泛的研究。
4.4 离子液体在电化学中的应用
离子液体之所以在电化学研究中备受青睐，是因为离子液体具有常规溶剂无法比拟的物理化学性质：（1）其较宽的电化学窗口足以进行非贵金属的电化学沉积；（2）拥有相当高的电导率和离子迁移率；（3）在很宽的温度范围，呈液态；（4）能够溶解普通溶剂难以溶解有机、无机及有机金属化合物；（5）可研究那些对水敏感的或不宜在水溶液中进行的一些电化学过程；（6）几乎不挥发，毒性小。

5展望：
近年来，对离子液体的研究日趋活跃，西方国家政府与有关企业均投入大量资金支持离子液体的研究。同时，离子液体也从绿色化学化工与催化领域迅速扩展到功能材料、电光与光电材料、太阳能储存、生命科学等领域。高登会议、美国化学会年会、北大西洋公约组织、国际绿色化学会议等均就离子液体专门举行了研讨会，普遍认为离子液体介质与功能材料在满足社会可持续发展和科学技术自身发展的需求方面蕴含着巨大潜力。值得指出的是，美国的多个国家实验室以及海军、空军机构均在开展离子液体研究；日本在此领域的研究也有后来居上之势。国际上第一个以离子液体为特色的大规模工业应用已在德国BASF实现。 在英国和法国，涉及离子液体多项技术已进入工业应用前期。我国也有数十所大学和研究所开展离子液体研究并取得良好进展，已经开始在国际离子液体研究领域产生一定影响并成为离子液体研究的重要力量之一。

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6关于国内离子液体研究情况介绍：
(1).      兰州化学物理研究所
邓友全 研究员  
国内最早从事离子液体的先行者，在离子液体绿色催化与清洁生产方面作出了一定成绩中国科学院“百人计划”和国家杰出青年科学基金获得者。长期从事催化科学与技术研究，已在国内外重要学术期刊发表研究论文七十余篇，以第一作者申请和获得国家专利15项，获中国科学院自然科学三等奖一项。现任中科院兰州化学物理研究所生态与绿色化学中心主任、研究员，中国科学院研究生院教授、博士研究生导师，中国科学院知识创新工程支持项目首席研究员。兼任甘肃省化学会常务理事、甘肃省化学会物理化学专业委员会主任，《催化学报》、《化学物理学报》与《分子催化》期刊编委。
代表作：J. AM. CHEM. SOC. 2005, 127, 4182-4183
      Angew. Chem. Int. Edi. 2003，42（28），3257－3261
(2).      北京大学  寇元教授
    理学博士，北京大学教授，博士生导师，多家学术期刊编委，催化学报副主编。在中国科学院羰基合成与选择氧化国家重点实验室和北京大学化学与分子工程学院工作期间主持一系列项目, 采用包括EXAFS, XANES, in situ IR等方法和技术, 研究了国内数个完成工业化中试或工业应用的催化剂, 主要结果发表在J. Catal., PCCP, Catal. Today等期刊上。通过催化剂结构调变, 研究了CO2加氢制低碳烃，CH4-CO2偶联制芳烃，F-T合成制低碳烃，NOX催化甲烷气相活化等反应，提出氧化物催化剂无定形特征等研究思想。1998年以来在国内率先开展离子液体研究，提出了功能化离子液体等研究方向。积极探索教学改革，为高年级本科生和研究生主讲的“催化化学”，为大一新生开设的文理科通选课“魅力化学”等都是颇受学生欢迎的课程。在国际有影响的期刊上发表论文40余篇，持有国家发明专利4项。
   代表作：J. AM. CHEM. SOC. 2005，127:27，9694-9695
         Catalysis Today, 74(1-2), 157-189, 2002
(3.)  北京化学所  韩步兴教授
    早期主要研究领域为超临界流体中的催化反应，近几年将超临界CO2与离子液体相结合作出了大量高水平的工作，其工作在德国应用化学发表文章多篇，由于该教授为人低调，其详细资料没有找到，个人对其了解就这些了。
    代表作：Ru Nanoparticles Immobilized on Montmorillonite by Ionic Liquids: A Highly Efficient Heterogeneous Catalyst for the Hydrogenation of Benzene，Angew. Chem. Int. Edi. Volume 45, Issue 2, Date: December 23, 2005, Pages: 266-269
    Desulfurization of Flue Gas: SO2 Absorption by an Ionic Liquid ，Angew. Chem. Int. Edi. Volume 43, Issue 18, Date: April 26, 2004, Pages: 2415-2417
    Pd Nanoparticles Immobilized on Molecular Sieves by Ionic Liquids: Heterogeneous Catalysts for Solvent-Free Hydrogenation，Angew. Chem. Int. Edi. Volume 43, Issue 11, Date: March 5, 2004, Pages: 1397-1399
(4).      中国石油大学 徐春明教授
中国石油大学（北京）化学科学与工程学院教授、博士生导师，院长；重质油国家重点实验室主任，国家自然科学基金委化学科学部评审专家。现为中国石油学会炼制分委员会化学工程与工艺组组长、中国化工学会委员、北京石油学会理事。为Chinese Journal of Chemical Engineering、Petroleum Science、石油学报编委。先后在AIChE Journal等著名刊物发表论文200余篇。其中，被三大检索收录80余篇。
最近与胡昱峰教授一起在Chemical reviews上发表离子液体论文一篇，这也是第一次大陆在该杂志发表离子液体综述。（Early View）

(5).      华东师范大学 何鸣元 院士
   　　中国科学院院士，我国著名的炼油化工新催化材料和反应化学专家。华东师范大学化学系终身教授、校学术委员会委员、化学系学术委员会主任、化学系博士后流动站站长、物理化学专业博士生导师。中国化学会、化工学会 、石油学会理事。曾任中科院化学部常委、副主任，中科院咨询工作委员会委员，“Applied Catalysis A General”编委。国务院人事部和国家教委联合授予“做出突出贡献的归国留学人员”称号。
　　1981-1982在美国西北大学化学系任访问学者。1983-1984在美国德克萨斯大学奥斯汀分校化工系任访问学者。1985年起从事石油化工导向基础研究和开拓性探索、催化裂化催化剂的研究开发和推广应用等工作。近年来致力于绿色化学理论基础研究、应用基础研究及绿色化工工艺和技术的开发。2001年在华东师范大学化学系创建了我国首个离子液体化学研究中心，该中心现已发展成为上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室。
　　主持国家科技部、国家自然科学基金、中国石油化工总公司和上海市科学技术委员会的重大/重点科研项目多项，是国家基础研究重大计划973项目(2000-2005)“石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学”的首席科学家。
  2000年成立了我国第一个离子液体化学研究中心。该中心的主要研究对象离子液体是一个世界公认的绿色化学材料，同时该研究中心还从事催化化学、化学工程、精细有机合成和材料科学等领域的研究，开展了一系列与绿色化学密切相关的前沿性工作。

(6)     中科院过程研究所  张锁江 研究员
1964年11月生。1994年于浙江大学获博士学位，1994-95年在北京化工大学作博士后。1995-96年在日本大学作访问学者，1997-2001年在日本三菱化学株式会社任高级工程师、高级顾问。2001年入选中科院“百人计划”，现任“绿色过程与工程重点实验室”副主任、 “绿色化学工程与技术”创新课题组组长。主持国家863、国家自然科学基金重点、日本三菱国际合作、中石油项目等10余项。与日本三菱材料公司合作共建“绿色工业过程的应用基础平台”，研究成果获得外方高度评价。担任第七届3R国际会议副主席，第九届PPEPPD国际会议委员, 第八届CO2国际会议邀请报告等。以分子/离子间相互作用规律的研究为核心基础，在离子液体的基础、应用及绿色集成方面进行了开拓性研究，提出并致力于发展离子液体的DPPAI平台，取得一系列重要成果。迄今在国内外学术刊物上发表论文50余篇，被他人多次引用；国际和国内发明专利近20项。目前研究方向：离子液体的应用基础研究及绿色过程集成，重点发展离子液体的分子设计、结构-性质、规模化制备、工业应用及绿色集成的应用基础平台。
代表作：Supported Absorption of CO2 by Tetrabutylphosphonium Amino Acid Ionic Liquids，Chemistry - A European Journal，Volume 12, Issue 15, Date: May 15, 2006, Pages: 4021-4026

(7)      浙江大学  包伟良教授
浙江大学化学系教授，１９７８年毕业于杭州大学化学系，１９９６年获博士学位。１９９７－１９９８年到美国佛罗里达大学，在Ｋatrieky教授领导的小组里做博士后研究一年，主要做有机合成方法学研究。２０００年２月－２００１年３月又到美国田纳西大学Ｋabalka教授领导的小组里做博士后研究，主要做目标分子合成，合成了两个含硼的放射治癌物质。研究领域和专业特长：主要是有机合成，已发表论文４５篇以上，其中多数发表在外国著名期刊上。
另外，还有长春应用化学研究所的李景虹研究员（离子液体电化学研究），辽宁大学化学院杨家振教授（离子液体的物化性能），长春应用化学研究所的邵元华研究员等也一直在离子液体领域进行研究，并都作出了杰出的工作。

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7.推荐2本中文离子液体好书
（1）《绿色溶剂——离子液体的合成与应用》 收藏到我的图书馆
作者:李汝雄编著  页数:315页  出版社:化学工业出版社  出版日期:2004  
简介:本书共分8章。分别介绍了离子液体的种类、制法和性质；离子液体的热力学性质及其在分离工程中的应用；离子液体在电化学中的应用等内容。  
早就有电子版。





（2）《离子液体 性质、制备与应用》
作者:邓友全编著  出版社:中国石化出版社  出版日期:2006  
简介:本书较为系统地介绍了离子液体的性质、制备和应用。包括离子液体的概念、发展历史、分类、物理化学及结构性质，离子液体在有机合成的催化、分离分析等领域中的应用。
本书目前无电子版。


8、国内销售离子液体的公司
浙江杭州的科默公司
网址：www.chemer.com

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这两本书能否共享下呢，谢谢