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基本信息

項目名稱：
親水性離子液體[BMIM]BF4的快速合成及應用研究
小類：
能源化工
簡介：
離子液體[BMIM]BF4具有較高的親水性、極性及較低蒸汽壓，在有機合成、分離萃取、納米材料合成等領域具有廣闊的應用前景。項目開發(fā)了離子液體[BMIM]BF4快速、高效的合成方法，利用合成的離子液體建立了離子液體/鹽雙水相體系，研究其在萃取分離中的應用，同時利用其作為良好的模板劑及微波吸收劑，探索其在材料導向合成中作用機理，這對于進一步降低離子液體的應用成本，拓展其應用范圍具有重要的意義。
詳細介紹：
在環(huán)保形勢日益嚴峻的今天，綠色化學已悄然欣起。傳統(tǒng)、高污染的有機溶劑正逐漸被綠色環(huán)保的新型溶劑替代，離子液體正是在這種情況下進入人們的視野并逐漸受到重視。項目就離子液體[BMIM]BF4的快速合成及應用展開了探索研究。 本作品采用微波加熱，結合離子交換的方法快速、高效地合成了親水性離子液體[BMIM]BF4，與傳統(tǒng)方法相比，極大提高了其生產效率；利用[BMIM]BF4與MgSO4溶液形成的雙水相體系綠色、經濟地萃取了藥物分子頭孢氨芐，該分離體系的建立有效避免了傳統(tǒng)有機溶劑的使用，不僅解決了藥物分子提純過程中有機溶劑選擇性少的問題，還能夠大量減少醫(yī)藥化工行業(yè)對于環(huán)境的負面影響；使用[BMIM]BF4作為綠色反應溶劑、模板劑及微波吸收介質控制合成了花瓣型半導體材料納米Cu2O，考察[BMIM]BF4對于Cu2O取向生長的調控機理，為離子液體在納米材料合成中的進一步研究提供了理論支持。

作品圖片

  • 親水性離子液體[BMIM]BF4的快速合成及應用研究
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  • 親水性離子液體[BMIM]BF4的快速合成及應用研究
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作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

為進一步降低離子液體的應用成本，拓寬其應用范圍，作品結合微波加熱快速、均勻的特點，構建親水性離子液體[BMIM]BF4的快速、高效合成方法；利用[BMIM]BF4與MgSO4溶液易形成雙水相的性質，建立藥物分子綠色、經濟、高效的雙水相萃取技術；依據(jù)[BMIM]BF4具有高親水性、高粘度、高離子電荷、高介電常數(shù)及低蒸汽壓的特性，設計具有獨特結構導向性的半導體納米材料綠色、快速的合成體系。

科學性、先進性及獨特之處

1．采用微波加熱結合離子交換法建立了[BMIM]BF4快速、高效的合成方法。2．利用[BMIM]BF4與MgSO4溶液形成雙水相體系，設計了針對藥物分子綠色、高效的萃取體系，為開發(fā)環(huán)境友好、分離效率高的藥物分子分離純化技術提供了一種途徑；3．依據(jù)[BMIM]BF4高離子電荷、高介電常數(shù)及低蒸汽壓等特性，將其作為模板及反應溶劑，開發(fā)合成具有獨特結構及性質的半導體納米材料的綠色、快速合成體系。

應用價值和現(xiàn)實意義

1．親水性離子液體[BMIM]BF4快速、高效合成，取代傳統(tǒng)溶劑用于化學反應，可大幅度降低化學反應對環(huán)境的危害，有助于實現(xiàn)化學反應綠色化的目標；2．設計[BMIM]BF4/MgSO4雙水相體系，為開發(fā)藥物分子綠色、便捷、高效的分離純化技術提供了啟示，在醫(yī)藥化工領域應用前景巨大；3．在納米材料合成領域，[BMIM]BF4不僅可作為結構導向模板，調控材料取向生長，而且可作為反應溶劑，綠色合成納米材料。

學術論文摘要

作為環(huán)境友好的新型綠色有機溶劑，離子液體在化學合成和化學分離等領域得到了廣泛的應用。項目建立了一種簡捷、快速、高效的親水性離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽[BMIM]BF4的合成方法，在不到30min的反應時間內，[BMIM]BF4產率可達92%以上。利用[BMIM]BF4與MgSO4溶液易形成雙水相的性質，設計了綠色、經濟的新型離子液體/鹽雙水相萃取體系，該雙水相體系對于藥物分子頭孢氨芐的最大萃取率可達97%以上。同時，利用[BMIM]BF4高親水性、高粘度、高離子電荷、高介電常數(shù)及低蒸汽壓的特性，將其作為模板及反應溶劑，構建了半導體納米材料綠色、快速的合成體系，并控制合成了具有特殊結構的花瓣型半導體納米Cu2O，實驗發(fā)現(xiàn)離子液體[BMIM]BF4對Cu2O的取向生長具有調控作用。

獲獎情況

本作品獲省級挑戰(zhàn)杯大學生課外學術科技作品競賽一等獎。 作品部分研究成果已于2011年5月在英國皇家化學學會期刊《Dalton Transactions》(JCR 2區(qū)，I.F. 4.081)上發(fā)表,見2011, 40, 6745-6750。 另有部分研究成果于2010年12月在化學類中文核心刊物、四川省化學化工學會和四川大學主辦的期刊《化學研究與應用》上發(fā)表，見2010,22(12):1505-1509。

鑒定結果

無

參考文獻

[1] Cravotto G, Boffa L, Lévêque J. M, et al. A Speedy One-Pot Synthesis of Ionic Liquids under Microwave/Ultrasound Irradiation[J]. Austr. J. Chem. 2007, 60, 946-950. [2] Soto A, Arce A, Khoshkbarchi M K. Partitioning of antibiotics in a two-liquid phase system formed by water and a room temperature ionic liquid[J]. Separat. Technol. 2005, 44:242-246. [3] 鄧凡政,郭東方.離子液體雙水相體系萃取分離牛血清白蛋白[J]. 分析化學, 2006, 34(10): 1451-1453. [4] Y. Zhou, Antonietti M. Synthesis of Very Small TiO2 Nanocrystals in a Room-Temperature Ionic Liquid and Their Self-Assembly toward Mesoporous Spherical Aggregates[J]. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14960-14961.

同類課題研究水平概述

離子液體[BMIM]BF4具有較高的親水性、極性，較低的蒸汽壓，同時可以溶解各種有機物和無機物，在化學合成、分離萃取、電化學等方面具有較大的應用潛力。目前其合成方法有直接合成法、間接合成法、電化學合成法及微波輔助合成法等，其中微波輔助合成法操作簡單，反應溫和，同時可極大提高反應效率，節(jié)能高效。如Cravotto等在微波作用下采用一鍋法快速合成了離子液體1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽[C8mim][PF6]，在無任何伴隨的分解反應情況下，30分鐘內產率可達到98%左右。與同類研究比較，我們采用離子交換法制備[BMIM]BF4，在保證高產率的同時，整個合成過程機械化、自動化程度較高，實驗過程更為簡單快速，這也為離子液體的工業(yè)化生產提供了參考。 離子液體/鹽雙水相體系具有分相快、分離效率高、不易發(fā)生乳化、環(huán)境友好、可回收等優(yōu)點，目前研究主要集中在天然有機物、生物制品等的分離萃取的效果方面，在成相機理的研究上仍存在一定不足，因而離子液體/鹽雙水相體系的應用缺乏必要的理論基礎。如Rogers等利用[C4MIm]Cl/K3PO4雙水相體系，結合鹽析技術，從裂變反應產生的廢物中分離出有毒物質99TcO4-，取得了較好的分離效果。藥物分子的純度會直接影響產品的質量，但是目前對于使用離子液體/鹽雙水相體系萃取藥物分子的探索還很少，因而我們著重研究了這種綠色、高效的萃取體系，考察了其對頭孢氨芐類藥物分子的萃取情況，為開發(fā)環(huán)境友好、分離效率高的藥物分子的分離純化技術提供了一種途徑。 離子液體[BMIM]BF4具有高離子電荷、高介電常數(shù)及低蒸汽壓等特性，因而可作為模板劑及反應溶劑合成無機納米材料。如Li等采用微波輔助加熱，在離子液體[BMIM]BF4中合成了片狀Au納米粒子，發(fā)現(xiàn)[BMIM]BF4在反應過程中起到了模板劑的作用，控制了Au納米粒子的生長方向。但是目前在[BMIM]BF4中采用微波輔助法合成形態(tài)可調的層狀納米Cu2O的研究還未見報道。同時，離子液體在納米材料的合成中，對于納米材料取向生長的調控機理的研究還相對較少。我們通過考察在納米Cu2O合成過程中，[BMIM]BF4量對合成的Cu2O結構的影響，重點研究了離子液體對納米材料定向生長的調控機理，這也為離子液體在納米材料合成中的進一步研究提供了理論支持。
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