离子液体

  说到离子型化合物，人们就会想到氯化钠。离子型化合物一般来说是由阳离子和阴离子规则地重合在一起的结晶性固体。但是实际上离子化合物也有可能是液体。所以，在常温下（通常是100℃以下）以液体形态存在的离子型化合物我们称为离子液体，近年来引起了越来越多人的重视。

  自从1914年离子液体被发现的很长一段时间里人们都不知道离子液体的用处。但是在1992年，JS Wilkes 等人发现了在水和空气中能够稳定存在的咪唑翁类离子液体成为了一切的开端，之后离子液体就经常会被应用在绿色化学、电器化学等领域中，各种相关的研究和论文的数量也大量增加。

◆构成

  通常情况下，离子会互相吸引，成为紧密的结晶。但是，如果阳离子是大的有机分子的话，离子间的相互作用就会变弱，就会形成液体。其中多数是含有铵阳离子，而在离子液体的相关研究中，常使用的是1,3-二烷基咪唑翁。

而阴离子方面通常使用的是四氟硼酸离子（BF4）、六氟磷酸银离子（PF6-）、三氟甲磺酸离子（CF3SO3-）等亲核性低、较大的阴离子。

由各种阴离子和阳离子组合而成的离子液体的种类繁多，即使阳离子的烷基的碳链长度改变，脂溶性等性质也会自由地改变，所以离子液体也称为“设计师溶剂”。

◆特征

● 蒸汽压很低，难燃烧
● 热稳定性好，在大的温度范围内能够保持液态
● 离子导电性好
● 一般粘度都很高

       以上的性质可以作为离子液体的独特性质使用，但是也有很多难处。例如离子液体无法使用蒸馏或再结晶等方法，所以难以进行提纯。即使只有微量的不纯物存在，熔点和粘度都会受到很大影响，合成的时候必须要注意。

◆反应

 虽然已经对使用离子液体作为溶剂的反应进行了多研究，但是Seddon等人发表的沟吕木-Heck反应的研究报告带来了新的进展。1-丁基-3-甲基咪唑六氟化磷盐能够溶于钯催化剂，不和水或低极性有机溶剂混合。于是将[bmin][PF6]作为溶剂进行反应，结束后按照有机溶剂、水的顺序萃取、洗净，就能简单分离生成物和副产物。

另外，由于只有催化剂会残留在离子液体中，所以下次反应时可以直接使用。以上就是离子液体应用于绿色化学领域的重要研究之一。

 钯催化剂和离子液体一起使用可以令薗头反应在没有铜作为辅助催化剂的情况下顺利进行。另外，在Pd/C催化剂催化下沟吕木反应也能够进行是因为溶剂生成的杂环卡宾会成为配体，会像均一催化剂一样参加反应。

 在离子液体中也可以使用迁移金属催化剂或者路易斯酸。例如卤化1-乙基-3-甲基咪唑和氯化铝在反应系内配制而成的离子液体能够作为催化剂用于Friedel-Crafts反应，反应速度极快，如下图所示在0℃下5分钟反应结束。

另外，如果在亲核置换反应中使用离子液体，反应会显著地活性化。与烷基甲磺酸盐相比，如果使用[bmin][BF4-]作为溶剂在100℃的条件下和氟化钙进行反应的话，2小时左右就可以将甲磺酸基置换成氟原子。但是在通常情况下有余氟化物离子的亲核性很弱，很难发生类似的反应。

一般情况下 Grignard 试剂会和离子液体的阳离子进行反应，所以无法使用，但是在膦系的离子液体中就无须担心这个问题。另外研究还发现它还可以用于胰脂酶进行的不对称酰化等的反应中，证明了离子液体可以适用于酶的反应，随着研究的进展今后有希望能用于更多的方面。

◆其他用途

离子液体并不止能够作为反应的溶剂，因为离子液体还可以溶于纤维素，今后还可以作为生物质应用在其他的研究中。使用离子液体作为锂充电电池、燃料电池的电解质的实验请参考书1。

虽然离子液体价格很高，但是有可以回收再用的优点，今后会广泛应用在高分子化学和工程化学中。离子液体和其他物质组合使用往往会产生意想不到的效果，将来一定会越来越受到瞩目的。

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