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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
親水性離子液體[BMIM]BF4的快速合成及應(yīng)用研究
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)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(jī)合成、分離萃取、納米材料合成等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。項(xiàng)目開(kāi)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(yīng)用，同時(shí)利用其作為良好的模板劑及微波吸收劑，探索其在材料導(dǎo)向合成中作用機(jī)理，這對(duì)于進(jìn)一步降低離子液體的應(yīng)用成本，拓展其應(yīng)用范圍具有重要的意義。
詳細(xì)介紹：
在環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻的今天，綠色化學(xué)已悄然欣起。傳統(tǒng)、高污染的有機(jī)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(jìn)入人們的視野并逐漸受到重視。項(xiàng)目就離子液體[BMIM]BF4的快速合成及應(yīng)用展開(kāi)了探索研究。 本作品采用微波加熱，結(jié)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(chǎn)效率；利用[BMIM]BF4與MgSO4溶液形成的雙水相體系綠色、經(jīng)濟(jì)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(jī)溶劑的使用，不僅解決了藥物分子提純過(guò)程中有機(jī)溶劑選擇性少的問(wèn)題，還能夠大量減少醫(yī)藥化工行業(yè)對(duì)于環(huán)境的負(fù)面影響；使用[BMIM]BF4作為綠色反應(yīng)溶劑、模板劑及微波吸收介質(zhì)控制合成了花瓣型半導(dǎo)體材料納米Cu2O，考察[BMIM]BF4對(duì)于Cu2O取向生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)理，為離子液體在納米材料合成中的進(jìn)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(yīng)用研究
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作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

為進(jìn)一步降低離子液體的應(yīng)用成本，拓寬其應(yīng)用范圍，作品結(jié)合微波加熱快速、均勻的特點(diǎn)，構(gòu)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(zhì)，建立藥物分子綠色、經(jīng)濟(jì)、高效的雙水相萃取技術(shù)；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(shè)計(jì)具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)導(dǎo)向性的半導(dǎo)體納米材料綠色、快速的合成體系。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

1．采用微波加熱結(jié)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(shè)計(jì)了針對(duì)藥物分子綠色、高效的萃取體系，為開(kāi)發(fā)環(huán)境友好、分離效率高的藥物分子分離純化技術(shù)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(yīng)溶劑，開(kāi)發(fā)合成具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的半導(dǎo)體納米材料的綠色、快速合成體系。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)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(xué)反應(yīng)，可大幅度降低化學(xué)反應(yīng)對(duì)環(huán)境的危害，有助于實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)綠色化的目標(biāo)；2．設(shè)計(jì)[BMIM]BF4/MgSO4雙水相體系，為開(kāi)發(fā)藥物分子綠色、便捷、高效的分離純化技術(shù)提供了啟示，在醫(yī)藥化工領(lǐng)域應(yīng)用前景巨大；3．在納米材料合成領(lǐng)域，[BMIM]BF4不僅可作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向模板，調(diào)控材料取向生長(zhǎng)，而且可作為反應(yīng)溶劑，綠色合成納米材料。

學(xué)術(shù)論文摘要

作為環(huán)境友好的新型綠色有機(jī)溶劑，離子液體在化學(xué)合成和化學(xué)分離等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。項(xiàng)目建立了一種簡(jiǎn)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(yīng)時(shí)間內(nèi)，[BMIM]BF4產(chǎn)率可達(dá)92%以上。利用[BMIM]BF4與MgSO4溶液易形成雙水相的性質(zhì)，設(shè)計(jì)了綠色、經(jīng)濟(jì)的新型離子液體/鹽雙水相萃取體系，該雙水相體系對(duì)于藥物分子頭孢氨芐的最大萃取率可達(dá)97%以上。同時(shí)，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(yīng)溶劑，構(gòu)建了半導(dǎo)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(jié)構(gòu)的花瓣型半導(dǎo)體納米Cu2O，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)離子液體[BMIM]BF4對(duì)Cu2O的取向生長(zhǎng)具有調(diào)控作用。

獲獎(jiǎng)情況

本作品獲省級(jí)挑戰(zhàn)杯大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。 作品部分研究成果已于2011年5月在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)期刊《Dalton Transactions》(JCR 2區(qū)，I.F. 4.081)上發(fā)表,見(jiàn)2011, 40, 6745-6750。 另有部分研究成果于2010年12月在化學(xué)類(lèi)中文核心刊物、四川省化學(xué)化工學(xué)會(huì)和四川大學(xué)主辦的期刊《化學(xué)研究與應(yīng)用》上發(fā)表，見(jiàn)2010,22(12):1505-1509。

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

[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(xué), 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(lèi)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(shí)可以溶解各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，在化學(xué)合成、分離萃取、電化學(xué)等方面具有較大的應(yīng)用潛力。目前其合成方法有直接合成法、間接合成法、電化學(xué)合成法及微波輔助合成法等，其中微波輔助合成法操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫和，同時(shí)可極大提高反應(yīng)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(wú)任何伴隨的分解反應(yīng)情況下，30分鐘內(nèi)產(chǎn)率可達(dá)到98%左右。與同類(lèi)研究比較，我們采用離子交換法制備[BMIM]BF4，在保證高產(chǎn)率的同時(shí)，整個(gè)合成過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高，實(shí)驗(yàn)過(guò)程更為簡(jiǎn)單快速，這也為離子液體的工業(yè)化生產(chǎn)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(diǎn)，目前研究主要集中在天然有機(jī)物、生物制品等的分離萃取的效果方面，在成相機(jī)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(yīng)用缺乏必要的理論基礎(chǔ)。如Rogers等利用[C4MIm]Cl/K3PO4雙水相體系，結(jié)合鹽析技術(shù)，從裂變反應(yīng)產(chǎn)生的廢物中分離出有毒物質(zhì)99TcO4-，取得了較好的分離效果。藥物分子的純度會(huì)直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，但是目前對(duì)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(duì)頭孢氨芐類(lèi)藥物分子的萃取情況，為開(kāi)發(fā)環(huán)境友好、分離效率高的藥物分子的分離純化技術(shù)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(yīng)溶劑合成無(wú)機(jī)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A(yù)u納米粒子，發(fā)現(xiàn)[BMIM]BF4在反應(yīng)過(guò)程中起到了模板劑的作用，控制了Au納米粒子的生長(zhǎng)方向。但是目前在[BMIM]BF4中采用微波輔助法合成形態(tài)可調(diào)的層狀納米Cu2O的研究還未見(jiàn)報(bào)道。同時(shí)，離子液體在納米材料的合成中，對(duì)于納米材料取向生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)理的研究還相對(duì)較少。我們通過(guò)考察在納米Cu2O合成過(guò)程中，[BMIM]BF4量對(duì)合成的Cu2O結(jié)構(gòu)的影響，重點(diǎn)研究了離子液體對(duì)納米材料定向生長(zhǎng)的調(diào)控機(jī)理，這也為離子液體在納米材料合成中的進(jìn)一步研究提供了理論支持。
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