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离子液体应用反应类型及应用方式
2020-8-24发布

  由于离子液体所具有的性能,它被广泛应用于化学研究的各个领域中。离子液体作为反应的溶剂已被应用到多种类型反应中。


氢化反应
  将离子液体应用于氢化反应已有大量的报道,反应中应用离子液体替代普通溶剂优点是:反应速率比普通溶剂中快几倍;所用的离子液体和催化剂的混合液可以重复利用。研究表明,在过程中离子液体起到溶剂和催化剂的双重作用。
由于离子液体能溶解部分过渡金属,因而在氢化反应中运用离子液体研究较多的是用过渡金属配合物作为催化剂的均相反应体系。另外,相对于传统溶剂来说,将离子液体运用于柴油(主要是针对其中含有的芳烃)的氢化反应时具有产品易于分离、易纯化,又不会造成环境污染等优点。


傅-克反应
  傅-克反应包括傅-克酰基化和傅-克烷基化反应,这两种类型的反应在有机化工中具有举足轻重的地位。比较成熟的催化剂有沸石、固体酸和分子筛等。但是出于绿色合成和成本的考虑,许多化学工作者已改传统溶剂为离子液体进行相关研究。
  例如,Seddon等利用离子液体研究了两可亲核试剂吲哚和2-萘酚的烷基化反应,该方法简单、产品易于分离,杂原子上的区域选择性烷基化产率在90%以上,而且溶剂可以回收再利用,显示了离子液体作为烷基化反应的溶剂时所具有的优势。
  1972年,Parshall就研究了在四已胺三氯锡酸盐中乙烯的羰基化反应。近些年来,化学工作者在此方面做出了较多的努力。例如我国化学工作者邓友全等在烷烃的羰基化方面作了相关的研究。他们报道了几种烷烃在卤化1-烷基吡啶和1-甲基-3-烷基咪唑盐与无水AlCl3组成的酸性室温离子液体中与CO的直接羰基化反应,产物为酮。


Heck反应
  Heck反应即烯烃和卤代芳烃或芳香酐在催化剂(如金属钯)的作用下,生成芳香烯烃的反应,这在有机合成中是一个重要的碳-碳结合反应。离子液体应用于此类反应中能较好地克服传统反应存在的催化剂流失、所使用的有机溶剂挥发等问题。2000年,Vincenzo等报道了将离子液体应用于Heck反应后,该反应的反应速率很快,而且收率提高到90%以上Seddon等研究小组在三相系统[BMIM(1-丁基-3-甲基咪唑)]PF6/水/己烷中进行了Heck反应的研究,所用的催化剂留在离子液体中,可以循环使用,而产品溶解在有机层内,反应形成的副产物被提取到水相中,容易分离。


Diels-Alder反应
  Diels-Alder反应是有机化学中的一个重要反应,人们对该反应的注意点不仅是其产率和速率,更重要的是其立体选择性。将离子液体应用于Diels-Alder反应研究方面,已有大量的报道。如Howarth等研究小组报道了在咪唑盐室温离子液体中环戊二烯与烯醛类物质反应进行的情况。研究发现,在离子液体中进行时该反应的立体选择性较好,即得到的内外型产物的比例约在95:5左右。研究都发现,在离子液体中进行的该反应不但反应速度快,反应产率高,反应的立体选择性好,而且离子液体可以回收重新使用。这说明,离子液体在Diels-Alder反应方面比普通溶剂具有更大的优势。


不对称催化
  研究表明,将离子液体应用于不对称催化反应,对映体的选择性相对于普通溶剂有很大的提高,而且解决了传统方法中产物不易从体系中分离出来这一难题。将离子液体应用于不对称催化反应中已有大量的报道,如Chen研究组报道了将离子液体应用于不对称烯丙基烷基化反应中;Song研究组则将离子液体应用于不对称环氧化反应中;Wasserschied等报道了从“手性池”(chiral pool)衍生的新型手性离子液体的合成和特性,我们相信这些手性离子液体的合成对于研究不对称催化反应尤其在手性药物合成方面将会有重大意义。


分离提纯编辑
  由于离子液体具有其理化性能,非常适合于用作分离提纯的溶剂。在此方面已有大量的报道,如利用离子液体从发酵液中提取回收丁醇;利用超临界CO2从离子液体中提取非挥发性有机物等等。我国化学工作者邓友全等在此方面也有研究。他们将离子液体应用到固-固分离领域中,以[BMIM]PF6作为分离牛黄酸和硫酸钠固体混合物的浸取剂,有效地分离了牛黄酸,回收率高于97%,此方法具有很大的应用价值。


电化学研究编辑
  由于离子液体具有导电性、难挥发、不燃烧、电化学稳定电位窗口比其它电解质水溶液大很多等特点,因此,将离子液体应用于电化学研究时可以减轻放电,作为电池电解质使用温度远远低于融熔盐,离子液体已经作为电解液应用于制造新型高性能电池、太阳能电池以及电容器等。例如,航空化学研究中心的Wilkes等研究的BIME电池中使用的离子液体就是[EMIM]BF4;瑞士的Bonhöte研究了一系列利用离子液体作为电解质的太阳能电池;McEewen等人将离子液体应用于电容器,这些研究都取得了成果。

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