离子液体的设计合成与应用研究进展
摘要
随着我国对工业制成品的制作过程要求越来越高，越来越多的企业开始寻求更加绿色环保的溶剂。离子液体是一类熔点低于100℃的熔融盐，广泛用于绿色催化剂和溶剂，在工业中的电化学、有机合成，气体溶解及生物催化中表现出了不可取代的优越性，正受到越来越多来自学术界的关注。近年来离子液体催化的研究进展重点涵盖了四个热点领域，生物催化转化，精细化学品的催化生产，负载型离子液相催化以及离子液体中的del–Crafts反应。
关键词：离子液体；设计合成；应用
1.介绍
在过去的十年中，离子液体(ionic liquids)催化反应经历了巨大的发展，无数的例子也证明了在这种新兴的介质中各种各样的催化反应可以成功进行1。人们对催化技术的极大热情，不仅源于化学家们的好奇心，也源于人们对在催化科学中开发更环保的反应或过程介质的日益关注。与传统的挥发性有机溶剂相比，离子液体作为催化过程的替代溶剂具有许多优点。其中最大的优点是离子液体有极低的蒸气压2，可以满足人类开发这些绿色催化技术的要求。这就是为什么在许多较早的文章中，离子液体经常被称为“绿色溶剂”，实际上，离子液体与绿色化学的联系主要与低挥发性的特点有关3。据不完全统计，截至2010年有400多篇含有“离子液体”或“离子液体”论文发表于《Green Chemistry》杂志上，而且这一数字还在快速增长。
除了它们的“绿色”特性，离子液体还通常被称为“设计溶剂”，主要是因为它们的物理性质，如熔点、粘度、密度、溶解度和酸度/配位性质，可以根据不同的反应或过程通过改变阳离子和阴离子的组合来调整。据估计，理论上可能有1018种不同的催化系统，这为设计或优化最适合特定催化过程的系统提供了更多的机会4，尽管目前商用的催化系统的数量可能不超过250种。从开发节能的新型催化技术的角度来看，在许多催化反应中，特别是在微波或超声波辅助的过程中，离子液体的使用不仅能极大地提高反应速率，而且能极大地提高产物的选择性。此外，人们普遍认为，离子液体的离子特性是分子溶剂所缺乏的，可以为催化剂提供独特的离子环境，对稳定反应性催化物种或反应中间体起到积极的作用5。因此，在离子液体中通常比在传统溶剂中进行的催化剂表现出更好的催化活性，并且在许多情况下，它们可以催化那些在普通有机溶剂中不可能进行的催化反应。而且，在离子液体环境中进行不同的催化反应可以获得很多新的数据，这是在普通的分子溶剂中无法获得的6。
离子液体催化的另一个优点是催化剂的固定化。离子液体除了对大多数有机化学物质具有可调节的溶解度外，还能溶解各种无机和有机金属化合物，大量具有极性或离子性质的催化剂可以被固定化，因此该催化剂可用于物质的分离和再利用。此外,技术集成的离子液体与其他先进技术,包括超临界流体、电化学、生物催化和纳米技术等方面具有巨大发展潜力, 在绿色催化方面受到越来越多的关注。长期以来,离子液体作为优秀的过程溶剂在这些集成技术上将逐渐被认可。
由于离子液体在催化方面的上述优势和巨大的发展潜力，其作为优良的反应或过程介质的应用在过去十年中得到了广泛的研究7,8。近年来，国内外对离子液体催化技术的研究取得了较好的进展，包括生物催化技术、两相催化技术、不对称催化技术、过渡金属催化技术、有机金属催化技术、纳米粒子催化技术、负载离子液体催化技术等。本文综述了近年来离子液体合成设计及应用的研究进展，重点介绍了几个热点领域。
2.离子液体的设计合成
2002年， V. V. Namboodiri9,10通过微波合成法，即运用极性分子在快速变化的电磁场中不断改变方向，从而引起分子的摩擦发热的原理，研究了[Rmin]BF4的微波合成，极大地提高了反应产率，速率和选择性，而且可以不使用溶剂。反应可以在几分钟内完成，收率达81%~91%。
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