離子液體在有機(jī)反應(yīng)中的應(yīng)用研究

王壽云 山東技師學(xué)院

傳統(tǒng)的化學(xué)領(lǐng)域的有機(jī)合成所利用的催化劑及溶劑大都具有著較強(qiáng)的易揮發(fā)性，其不僅會(huì)造成環(huán)境污染，對(duì)研發(fā)人員的身體健康也有著一定的不良影響，因此，環(huán)保型的催化劑及溶劑的研制一直都是我國(guó)化學(xué)科研領(lǐng)域關(guān)注的主要問(wèn)題之一。近年來(lái)，以溫室離子液體為主的綠色溶劑逐漸被人們發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用在有機(jī)反應(yīng)當(dāng)中，且取得了較好效果。

一、離子液體的概念

離子液體，也稱作低溫熔融鹽，其通常是指熔點(diǎn)在100℃以下的有機(jī)鹽，主要成分以離子為主，具有著熱穩(wěn)定好、不易揮發(fā)的特點(diǎn)，同時(shí)性質(zhì)可調(diào)，且具備較強(qiáng)溶解能力，應(yīng)用范圍比較廣泛。就目前而言，對(duì)于離子液體的研究已經(jīng)形成了較為成熟的研究體系，而隨著我國(guó)環(huán)保理念及能源戰(zhàn)略的進(jìn)一步展開(kāi)，離子液體因具備較強(qiáng)的重復(fù)利用優(yōu)勢(shì)而得到廣泛關(guān)注。

相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者研究認(rèn)為，離子液體是一種具有較強(qiáng)吸引力的綠色溶劑，是有機(jī)反應(yīng)過(guò)程中傳統(tǒng)的化學(xué)溶劑及催化劑的良好代替品。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外均已經(jīng)開(kāi)展了對(duì)于離子液體有機(jī)反應(yīng)的研究，這一系列的研究進(jìn)一步指明了眾多離子液體的分類以及在有機(jī)反應(yīng)過(guò)程中的作用和價(jià)值。

二、離子液體在有機(jī)反應(yīng)中的應(yīng)用

近年來(lái)，相關(guān)領(lǐng)域?qū)τ陔x子液體在有機(jī)反應(yīng)中的應(yīng)用的相關(guān)研究逐步成熟，且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)諸如氯鋁酸離子液體、Brφnsted酸性離子液體、堿性離子液體以及手性離子液體等多種類型的離子液體作為溶劑或催化劑，具有參與有機(jī)反應(yīng)的價(jià)值，下面進(jìn)行具體分析。

（一）氯鋁酸離子液體的應(yīng)用

氯鋁酸離子液體是在20世紀(jì)80年代初期被發(fā)現(xiàn)的，隨后其被廣泛應(yīng)用在了化學(xué)反應(yīng)及電化學(xué)的研究當(dāng)中，這其中以Cl-AlCl3為主，該類型的離子液體被研究次數(shù)最多。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)AlCl3摩爾分?jǐn)?shù)等于0.5，其會(huì)變?yōu)橹行噪x子液體，負(fù)離子以AlCl4-為主；當(dāng)摩爾分?jǐn)?shù)大于0.5時(shí)，其會(huì)變?yōu)樗嵝噪x子液體，負(fù)離子以Al2Cl7-為主；當(dāng)摩爾分?jǐn)?shù)小于0.5時(shí)，其會(huì)變?yōu)閴A性離子液體，負(fù)離子以AlCl4-以及Cl-為主。上述離子液體作為催化劑或者反應(yīng)溶劑都是不錯(cuò)的選擇，但是，由于其化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性相對(duì)不強(qiáng)，在進(jìn)行有機(jī)反應(yīng)的過(guò)程中不可以與水結(jié)合，故而在實(shí)際應(yīng)用中主要利用其催化性能。

（二）Brφnsted酸性離子液體的應(yīng)用

和氯鋁酸類離子液體相比較，該種類型的離子液體研發(fā)較晚，但相關(guān)研究表明，該類型離子液體的水穩(wěn)定性更強(qiáng)，催化活性較高，所產(chǎn)生的物體容易分離，可以進(jìn)行重復(fù)使用。相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，該類型離子液體可以把脂肪酸、脂肪醇充當(dāng)反應(yīng)物合成芳香酯，對(duì)于酯化反應(yīng)催化效果較高，同時(shí)經(jīng)過(guò)多次重復(fù)利用依舊可以保持原有的催化活性。利用該類型離子液體合成的催化劑具有極高的催化活性，產(chǎn)率高達(dá)9成以上，而其后期產(chǎn)物可以直接利用過(guò)濾方式進(jìn)行分離，整體操作方法較為簡(jiǎn)單，同時(shí)操作環(huán)境的污染程度無(wú)限接近于零，且催化劑也能夠進(jìn)行回收利用，可以有效實(shí)現(xiàn)有機(jī)反應(yīng)的環(huán)保轉(zhuǎn)型。相在不斷研發(fā)和創(chuàng)新的過(guò)程中，Brφnsted酸性離子液體已經(jīng)生成多種類型，而這種創(chuàng)新大都是建立在離子液體內(nèi)部官能團(tuán)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合成和研發(fā)的，在未來(lái)有著極大的發(fā)展空間，故而，該種類型的離子液體應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較大，能夠較好地滿足當(dāng)前對(duì)于離子液體的環(huán)保性能方面的需求。

（三）堿性離子液體的應(yīng)用

堿性離子液體在有機(jī)反應(yīng)中的應(yīng)用，最先始于N-甲基咪唑基體堿性離子液體。各種類型的堿性離子液體在催化硝基苯甲醇及丙酮過(guò)程中能夠起到縮合反應(yīng)，其中的催化活性強(qiáng)度和堿性強(qiáng)度是一致的，同時(shí)，相關(guān)研究表明，該種離子液體經(jīng)過(guò)循環(huán)使用之后，在多次使用后依舊能夠?qū)a(chǎn)物產(chǎn)率保持在8成以上。建立在米唑類離子液體的基礎(chǔ)上，相關(guān)學(xué)者通過(guò)一些堿性基團(tuán)的引入進(jìn)一步提升了其陰離子的活性，發(fā)現(xiàn)其中dmim2co3的堿性最強(qiáng)，同時(shí)對(duì)糠醇以及丙二酸的反應(yīng)具有最強(qiáng)的催化性，在連續(xù)使用數(shù)次后，其產(chǎn)生效率依舊保持在98%左右。在當(dāng)前化工領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程中，堿性催化劑占據(jù)了極為重要的地位，堿性離子液體也可以有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)離子液體作為催化劑，且活性較高，能夠有力改善傳統(tǒng)固體堿的分離缺陷。

（四）手性離子液體的應(yīng)用

手性離子液體目前主要應(yīng)用在不對(duì)稱合成、氣相色譜、手性識(shí)別等領(lǐng)域，其具有極強(qiáng)的應(yīng)用有效性，在溫室離子液體研發(fā)過(guò)程中，受到的關(guān)注度也最高，由于手性離子液體在合成過(guò)程中會(huì)花費(fèi)較多的成本，導(dǎo)致其在國(guó)內(nèi)的推廣程度相對(duì)較弱，但基于其自身存在的較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，依舊是眾多學(xué)者的主要研究對(duì)象，例如，有學(xué)者建立在脯氨酸的基礎(chǔ)上研發(fā)了手性底物，在與N-烷基咪唑進(jìn)行有機(jī)反應(yīng)后，打造出了含有手性吡咯環(huán)的米唑類手性離子液體。而將之應(yīng)用在硝基乙烯苯以及環(huán)乙基酮的加成反應(yīng)中，通過(guò)進(jìn)一步改善工藝條件，其產(chǎn)物收率接近100%，其中的ee值也高達(dá)99%左右。此外，在羥醛縮合反應(yīng)中，該種離子液體具有較強(qiáng)的催化性能。上述一系列的研發(fā)成果證明了手性離子液體在化工生產(chǎn)過(guò)程中較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，其催化性能較高，回收率也較強(qiáng)，能夠有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)催化劑，但需要注意的是，在研發(fā)和進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)新的過(guò)程中，要注重實(shí)現(xiàn)成本控制和成本優(yōu)化，如此才能進(jìn)一步提升其推廣和應(yīng)用范圍。

三、結(jié)語(yǔ)

在化工領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)的過(guò)程中，為了進(jìn)一步提升其過(guò)程的綠色環(huán)保程度，文章結(jié)合有機(jī)反應(yīng)過(guò)程中溶劑、催化劑的性能，對(duì)離子液體在有機(jī)反應(yīng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以離子液體作為主要溶劑或者催化劑進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)，既可以有效替代傳統(tǒng)溶劑和催化劑，也能夠進(jìn)一步提升化工生產(chǎn)過(guò)程中的綠色生產(chǎn)水平，這對(duì)于改善化工環(huán)境污染顯然是十分必要的，且可以有力帶動(dòng)化工產(chǎn)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。