概述【1】

離子液體（IonicLiquid）是由有機陽離子和無機或有機陰離子構(gòu)成的在室溫下呈液態(tài)的有機鹽，通?？煞Q為室溫離子液體（Room-temperatureIonicLiquid）。離子液體作為一種新型的極性溶劑，幾乎沒有蒸汽壓、不可燃性、非揮發(fā)性、良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、可循環(huán)利用及對環(huán)境友好，故稱之為“綠色”化學溶劑，可以用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的易揮發(fā)有毒溶劑。此外，離子液體的高極性、疏水性及溶解性等均可以通過選用不同的陰陽離子和側(cè)鏈取代基而改變，故又稱之為“設(shè)計溶劑”（Designedsolvents）。離子液體被認為是21世紀最有希望的綠色溶劑和催化劑之一，已應(yīng)用于生物催化、分離科學及電化學等諸多領(lǐng)域。

分類【1】

離子液體種類繁多，目前，其分類方法有3種，根據(jù)陽離子不同，主要分為咪唑類離子液體、吡啶類離子液體、季銨鹽類離子液體、季鏻鹽類離子液體等；根據(jù)陰離子不同，主要分為AlCl3型離子液體，非AlCl3型離子液體及其他特殊離子液體；根據(jù)酸堿性不同，分為酸功能化離子液體、堿功能化離子液體及中性離子液體。

1.AlCl3型離子液體

AlCl3型離子液體可通過調(diào)節(jié)AlCl3與有機季銨鹽的比例，生成具有L酸、L堿等的離子液體。它主要應(yīng)用于電化學反應(yīng)中，如烷基化、異構(gòu)化、?；确磻?yīng)。

2.非AlCl3型離子液體

非AlCl3型離子液體對水和空氣都較穩(wěn)定，具有較好的酸催化活性。但是其酸性強度不如前者，因此，需要加大離子液體用量以增大收率。此類離子液體比較常見的陰離子有：鹵素離子，BF4-，PF6-,HSO4-,H2PO4-,AlCl4-,CFESO3-,CH3CH(OH)COO-等，它們比前者具有更寬廣的應(yīng)用范圍。

3.特殊離子液體

除上述常用的普通離子液體外，人們還不斷的研究設(shè)計出了許多功能化離子液體。

特點【1】

1.非揮發(fā)性。與傳統(tǒng)有機溶劑相比，離子液體的蒸汽壓接近零，可用于真空體系進行反應(yīng)，不易揮發(fā)氧化，減少了因揮發(fā)而導(dǎo)致的環(huán)境污染問題；

2.溶解性能良好。對許多無機鹽、有機物、無機物和聚合物等物質(zhì)具有良好的溶解性，包括弱極性物質(zhì)（如甲苯）和強極性物質(zhì)（如碳水化合物）。這能使一些反應(yīng)在均相中進行，提高了反應(yīng)速率；

3.良好的酸堿催化劑。有些離子液體具有L或B酸堿性甚至超強酸性，同時擁有液體酸的高密度反應(yīng)活性和固體酸的不揮發(fā)性，因此可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酸堿催化劑；

4.良好的熱穩(wěn)定性與化學穩(wěn)定性。許多離子液體對空氣和水均穩(wěn)定，另外，在300oC以下離子液體能穩(wěn)定存在，是一種理想的有機溶劑；

5.液體溫度范圍大。大多數(shù)離子液體在300oC時能保持液態(tài)，因此，為一些因溫度過高而不能在有機溶劑中進行的反應(yīng)提供了一個最適的反應(yīng)介質(zhì)；

6.可回收利用性。離子液體穩(wěn)定性好，而且在酯化反應(yīng)體系中，反應(yīng)完后可形成雙相，使得催化劑與產(chǎn)物易于分離，因此較傳統(tǒng)的催化劑具有更高的可回收重復(fù)利用性。

7.“可設(shè)計性”?？筛鶕?jù)需要（如改變離子液體的極性、疏水性、粘度及溶解性）通過改變陰陽離子的組合合成所需的功能化離子液體.

制備方法【2】

1.常規(guī)合成法

常規(guī)合成法包括一步合成法和兩步合成法。離子液體的合成方法主要取決于目標離子的結(jié)構(gòu)和組成，迄今為止，在合成的數(shù)百種離子液體中，最常見的合成方法就是一步法和兩步法。

（1）一步合成法
一步合成法包括由親核試劑——叔胺（包括吡啶、咪唑等）與鹵代烷烴或酯類物質(zhì)（羧酸酯、磷酸酯和硫酸酯）發(fā)生親核加成反應(yīng)，或利用胺的堿性與酸發(fā)生中和反應(yīng)而一步生成目標離子液體的方法。

（2）兩步合成法
當一步合成法難以得到目標離子液體時，就必須采用兩步合成法。兩步合成法合成離子液體的路線如圖1所示。步先由叔胺與鹵代烴反應(yīng)合成季銨的鹵化物；第二步再通過離子交換、絡(luò)合反應(yīng)、電解法或復(fù)分解反應(yīng)等方法，將鹵素離子轉(zhuǎn)換為目標離子液體的陰離子。

圖1為兩步法合成離子液體路線

離子交換法是將含目標陽離子的離子液體前體配成水溶液，然后通過含目標分子陰離子的交換樹脂，通過離子交換反應(yīng)得到目標離子的水溶液，然后蒸發(fā)除水得到產(chǎn)品。陰離子絡(luò)合反應(yīng)主要是利用鹵素離子與過渡金屬鹵化物的絡(luò)合反應(yīng)生成單核或多核的絡(luò)合陰離子，這些陰離子包括[AlCl3]?、[Al2Cl7]?、[FeCl4]?、[ZnCl3]?、[CuCl2]?、[SnCl3]?等。電解法是直接電解含目標陽離子的氯化物前體水溶液，生成氯氣和含目標陽離子的氫氧化物，后者再與含目標陰離子的酸發(fā)生中和反應(yīng)。復(fù)分解反應(yīng)是離子液體合成的最常用的方法，將分別包含目標陰陽離子的兩種電解質(zhì)通過復(fù)分解反應(yīng)得到所需的離子液體。

2.新型合成方法

（1）微波輔助合成離子液體微波輔助合成離子液體不需要溶劑，反應(yīng)時間可以縮短至幾小時甚至幾分鐘。其原理是極性分子在快速變化的電磁場中不斷改變方向，從而引起分子的摩擦發(fā)熱，屬于體相加熱技術(shù)。微波加熱升溫速度快，而且分子的不斷轉(zhuǎn)動本身也是一種分子級別的攪拌作用，因此可以極大地提高反應(yīng)速率，甚至產(chǎn)率和選擇性。

（2）超聲波輔助合成離子液體
超聲波借助于超聲空化作用可以在液體內(nèi)部形成局部的高溫高壓微環(huán)境，而且由于超聲波的震動攪拌作用可以極大地提高反應(yīng)速率，尤其是非均相化學反應(yīng)。

應(yīng)用【2】

由于具有優(yōu)良的特性，離子液體被廣泛應(yīng)用于化工過程的不同方面。目前離子液體被廣泛應(yīng)用于化工分離過程、電化學、化學反應(yīng)中，不僅是許多反應(yīng)的優(yōu)良溶劑，還可以用作反應(yīng)的催化劑。

1.離子液體在萃取分離中的應(yīng)用

（1）萃取有機物

因離子液體蒸氣壓低、熱穩(wěn)定性好，萃取完成后通過蒸餾提取萃取相，易于循環(huán)利用，故在萃取有機物方面具有很大的優(yōu)勢。一方面，離子液體能與溶劑有強烈的相互作用，因此具有很強的選擇性；另一方面，由于離子液體幾乎不揮發(fā)，因此在使用和回收過程中溶液損失幾乎為零。

（2）萃取金屬離子

若用普通的離子液體萃取金屬離子，金屬的分配系數(shù)D（離子液體中濃度/水中濃度）小于1。因此要設(shè)法提高分配系數(shù)D值，一般有兩種方式：一是加入另一種萃取劑，二是在離子液體的陽離子上引入配位原子或配位結(jié)構(gòu)。

（3）離子液體用于萃取脫硫
離子液體作為一種新型的溶劑也被用于萃取脫硫，用于萃取脫硫的離子液體主要有咪唑類、吡啶類、胍基、醇胺類離子液體。影響離子液體脫硫效果的因素主要歸因于離子液體的水溶性、結(jié)構(gòu)及陰離子大小等，一般來說，陰離子尺寸越大，萃取效果越明顯，因此可通過調(diào)整陰陽離子的大小、結(jié)構(gòu)設(shè)計符合需要的離子液體。

（4）離子液體用于氣體分離
離子液體對氣體具有獨特的選擇性溶解及吸收性能，因此國內(nèi)外對于其在氣體分離中的研究作了大量的研究。除了一些外界因素如溫度、壓強、離子液體的理化性質(zhì)等的影響，氣體在離子液體中的溶解度主要受到離子液體與氣體之間相互作用的影響。目前研究較多的是酸性氣體的分離。

（5）離子液體在生物質(zhì)溶解方面的應(yīng)用
生物質(zhì)作為一種可再生的碳源具有產(chǎn)量大，含硫、含氮量低，二氧化碳凈排為零等特點。因此研究者們將離子液體與生物質(zhì)這兩部分聯(lián)系起來，在解決能源問題的同時對環(huán)境綠色友好，而要將這兩種物質(zhì)聯(lián)系起來首先要研究的問題是離子液體對生物質(zhì)的溶解。生物質(zhì)是指植物通過光合作用生成的有生命的有機物質(zhì)，離子液體對生物質(zhì)尤其是纖維素、木質(zhì)素等碳水化合物有較好的溶解性能，因此主要集中在這方面的研究。

2.離子液體在有機合成反應(yīng)中的應(yīng)用

（1）離子液體作為溶劑

①離子液體作為溶劑用于Friedel-Crafts反應(yīng)
②離子液體作為溶劑用于Diels-Alder反應(yīng)
③離子液體作為溶劑用于C—C偶聯(lián)反應(yīng)
④離子液體作為溶劑用于氧化反應(yīng)
⑤離子液體作為溶劑用于酯化反應(yīng)
⑥離子液體作為溶劑用于Michael加成反應(yīng)

（2）離子液體作為催化劑

離子液體在有機反應(yīng)中的應(yīng)用，早期主要集中用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機溶劑，提供一個更加綠色的反應(yīng)體系。后來研究發(fā)現(xiàn)，離子液體作為反應(yīng)介質(zhì)，可以提高反應(yīng)的速率和催化活性，更重要的是離子液體本身也可以作為一種“綠色環(huán)保”的高效新催化材料，代替有毒、污染嚴重的傳統(tǒng)催化劑。

3.離子液體在其他方面的應(yīng)用

（1）離子液體在納米材料方面的應(yīng)用
近年來，離子液體在材料制備領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，研究范圍包括離子液體中聚合物的合成、無機納米材料的制備、天然高分子的加工等。離子液體的界面張力和界面能低，因而可導(dǎo)致較高的成核速率，產(chǎn)生的粒子非常細小、不易長大且結(jié)構(gòu)規(guī)整有序。另外，離子液體對許多有機物和無機物都有很好的溶解性能，因而可以在離子液體中制備各種材料。

（2）離子液體在電化學方面的應(yīng)用
離子液體是完全由離子組成的液體，可以作為電解質(zhì)應(yīng)用于電化學中。離子液體以優(yōu)良的電子導(dǎo)電性能，在電化學反應(yīng)、電池、電容器等方面都具有廣泛的應(yīng)用前景。

主要參考資料

[1]李穎. 離子液體在生物柴油合成中的應(yīng)用[D].華南理工大學,2013.

[2]蔣平平,李曉婷,冷炎,董玉明,張萍波.離子液體制備及其化工應(yīng)用進展[J].化工進展,2014,33(11):2815-2828.