浅谈离子液体及其在绿色有机合成中的应用

2022-10-12

随着环境污染的加重, 科学家们更加重视绿色化学, 而想实现真正的绿色化学工业, 想要从根本上医治环境问题, 至关重要的一点就是解决有机溶剂污染源, 以绿色溶剂代替传统有机溶剂来进行有机合成。进行绿色化学的核心就是充分的利用每一种物质, 充分的利用每一个原子, 促进原子循环, 减少废物的产生。离子液体作为绿色可循环反应介质自然成为化工研究人员重点关注的对象, 被广泛的用于有机合成。

1 离子液体概述

离子液体全部由带正负电的离子构成, 相对于传统有机溶剂的有刺激性气味、有恶臭、污染环境等缺点, 离子液体作为新型有机溶剂更加的绿色环保, 而且更易于回收循环使用。由于这些优越的特性, 离子液体成为促进可持续发展的高效能绿色溶剂。

2 合成离子液体的主要步骤

离子液体的合成方法有多种, 其中有两个基本方法, 分别为直接合成法和两步合成法。

2.1 直接合成法

离子液体的直接合成法比较快速, 操作也比较简单, 主要是通过酸碱中和反应或季胺化反应等一步合成离子液体。

2.2 两步合成法

两步合成法主要用于获取, 无法使用直接合成法合成的离子液体。步骤一般为, 通过季胺化反应先制备出含有期待产生阳离子的卤盐型溶液, 然后再以相应的阴离子置换出目标离子溶液。

3 离子液体应用的现状

我国对于离子液体的研究相对较晚, 随着进一步的研究和使用, 也有一些问题有待解决:

3.1离子液体粘度相对较高, 若不解决, 液体的扩散速度将持续缓慢。

3.2离子液体的物理性质数据少, 需要深入研究以达精确, 否则不利于离子液体工业化。

3.3离子液体虽不像其他传统介质易挥发污染空气, 但其是否造成污染仍然有待考察, 比如其潜在毒性、不可降解性等等。

只有这些问题被相关研究人士妥善解决后, 离子液体才有可能快速发展, 其适用领域也将进一步扩大, 发挥其无限的潜力, 实现工业化, 促进发展, 为解除环境危机做出贡献。

4 绿色有机合成中的应用

离子液体相对于其他传统溶剂具有优越的性能, 因此在各个领域中都得到了广泛的应用, 而在化学研究当中, 离子液体作为反应的溶剂、催化剂, 已经被应用到很多种类型的反应之中。

4.1 氢化反应

在氢化反应中, 离子液体既作为反应溶液又作为催化剂, 起到了两重效果。使用离子液体相对于使用传统其他传统溶剂还有更多的优点, 如:离子液体对于传统的反应溶剂有更强的催化作用, 反应速率是普通反应溶剂的几倍, 而且这其中离子液体可以重复循环利用, 促进可持续发展。

除此之外, 相对于传统溶剂来说, 在个别氢化反应中使用离子液体不会造成严重的环境污染, 而且更加利于分离所需物质。例如柴油的氢化反应。

4.2 傅-克反应

傅-克酰基化和傅-克烷基化反应是傅-克反应的主要构成, 在有机化工中地位显著。虽然有较为成熟的催化剂以供挑选, 但选择离子液体来进行研究, 显然更加符合可持续发展战略, 更加绿色安全。

在选取离子液体代替传统溶液作为反应介质方面, 化学家们做出了许多的努力。

4.3 Heck反应

Heck反应主要为烯烃和卤代芳烃 (芳香酐) 在催化剂的作用下, 生成芳香烯烃的反应。在传统的反应中, 催化剂与反应溶剂存在经常性挥发流失, 而离子液体, 它不易挥发, 不易流失, 较为有效的除去了此类问题。同样的, 在Heck反应当中, 使用离子液体也有循环利用、易于分离等特性。

4.4 Diels-Alder反应

Diels-Alder反应在有机化学中处于非常重要的地位, 所以人们对该反应也更为关注。Howarth的研究小组对于此类反应的观察报告显示, 在此类反应中, 使用离子液体代替传统介质还有不同于其他优越性能的地方, 就是反应在离子液体中进行时的立体选择性更出色。在此之后, 不断有化学家对此进行研究, 多数的研究表明在离子液体中进行的该反应不但反应的速度比传统溶液更快, 反应产率也相对较高, 反应的立体选择性也极好。

4.5 不对称催化反应

不对称催化反应对于离子液体的应用, 解决了分离所需物质难的难题, 对应的选择性也有大幅提高。世界范围内各研究组分别将离子液体应用于不同的不对称催化反应中合成了手性离子液体, 此类液体的合成对于手性药物的合成起到了强有力的推进作用。

4.6 分离提纯

根据前面所提及的离子液体在分离提纯方面的独特理化性能, 我国的研究者进行了深入的研究, 在研究过程中, 他们将离子液体作为分离牛黄酸和硫酸钠固体混合物的浸取剂, 分离出回收率高达百分之九十七的牛磺酸。充分体现了离子液体的应用前景。

除此之外, 离子液体所参与的有机反应还有重排反应, 搏基合成、曼尼希反应、偶联反应等。

5 结语

作为一种环境友好型的绿色介质, 离子液体以其优越的溶剂性能引起了世界各国的关注, 发展前景极为辽阔。但因为离子液体作为有机合成介质还处在研究阶段, 有些发展问题还需得到解决, 例如, 首先要让人们更加了解离子液体;要开发更有普适性的离子液体, 这样才能促进其工业化。这些问题一旦得到解决, 将不仅利于有机合成领域的发展, 更有利于环境的保护和治理。

摘要：近几年来, 人们日益关注环境危机, 而传统的有机溶剂被人们认为是对环境污染最严重、危害最大的物质之一。传统有机溶剂的使用遍布各个行业, 但它易爆炸、易燃烧、而且非常容易挥发出对人体有害的化学物质的机能, 对环境和人们的健康有着很深的影响。而在此时, 离子液体作为一种新型的有机反应介质受到了人们的青睐。本文主要是离子液体的概述以及介绍其合成步骤, 阐述其发展现状, 并总结近些年来离子液体在绿色有机合成中的应用, 包括氢化反应、Diels-Alder反应、傅-克反应、以及其它合成反应等。

关键词：离子液体,有机合成,绿色化学,合成反应