低共熔溶剂及其应用研究进展

作为一类新型的绿色溶剂,低共熔溶剂具有蒸汽压低、无毒性、可生物降解、溶解性和导电性优良、电化学稳定窗口宽等独特的物理化学性质,并且可以通过选择合适的组成和配比来调节其性能,在很多领域中有着诱人的应用前景.本文从低共熔溶剂的组成、性质及其应用等3个方面综述了近年来低共熔溶剂的研究进展,并对目前研究中存在的问题进行了讨论.     

低共熔溶剂的应用研究现状

低共熔溶剂是两种或多种固体或液体物质通过氢键相互作用形成的液体溶剂,其熔点明显低于单一组分的熔点。与传统离子液体相比,低共熔溶剂成本更低,制备更容易,可生物降解,具有100%原子利用率和生物相容性及无毒无害等绿色特性,这些优点使其在许多研究领域被广泛研究。本文介绍了低共熔溶剂的最新分类,综述了低共熔溶剂在电化学、气体吸收、有机合成、功能材料合成、萃取分离、药物增溶及生物质预处理中的应用,并对低共熔溶剂的未来发展进行了展望。     

低共熔溶剂的热稳定性研究

近年来,低共熔溶剂(DESs)引起了人们的广泛关注,在诸多领域得到应用。DESs一般由氢键供体(HBDs)和氢键受体(HBAs)通过氢键作用形成,其热稳定性研究对于其高温应用具有重要意义。本文利用热重分析法(TG)对40种DESs的热稳定性进行了系统研究,并得到了所研究DESs的开始分解温度(T_onset)。值得注意的是,DESs受热后的变化情况与离子液体不同,呈现出分阶段失重的现象。通常形成DESs的氢键在升温后首先被破坏,从而导致DESs分解成组成其的HBDs和HBAs。然后热稳定性较差(或者沸点较低)的HBDs首先分解(或挥发),而HBAs则在更高温度下分解(或挥发)。例如常见的HBA氯化胆碱(ChCl)在250 ℃附近开始分解。氢键强度对DESs受热后的表现起着重要的作用,DESs中的氢键会阻碍分子“逃脱”,使得T_onset向高温方向移动。此外,我们考察了阴离子、氢键供体、摩尔比对DESs热稳定性的影响,发现HBDs自身的挥发或分解对DESs的热稳定性起着决定性作用。由于用T_onset值会高估DESs的热稳定性,长期热稳定性的考察对其工业应用具有重要价值。本研究能帮助人们理解DESs的热分解行为,为制备具有适当热稳定性的DESs提供依据。     

低共熔溶剂及其在抗静电领域中应用的研究进展

随着科技的发展进步,环境友好型的绿色化学逐渐成为时代主流,低毒无毒、可回收循环和可生物降解的材料已成为现在研究的中心。离子液体是一类全部由离子组成的液体,无味、不可燃、蒸汽压极低以及可操作温度范围宽,具有良好的热稳定性和化学稳定性,易与其它物质分离,可循环利用,是一类绿色溶剂。低共熔溶剂是一大类与离子液体有许多相似物性的低共熔混合物,在室温下多呈液态。相对于离子液体,低共熔溶剂所需成本更低,制备方式简单,具有更好的耐湿性,这使得其在工业上更具前景。作为一个新兴的研究领域,低共熔溶剂已受到化学领域相关人员的广泛关注与研究,但用于能源和环境应用功能材料的低共熔溶剂的研究尚处于探索的早期阶段。低共熔溶剂除了被广泛用作合成材料时使用的惰性介质和反应试剂外,还可直接作为功能材料,如在电化学方面作为储能装置的电解质以及吸附萃取过程中的吸附剂等。因此对低共熔溶剂的基本原理以及其在材料化学领域,尤其是功能材料方面的应用进行了相关介绍,并对低共熔溶剂在抗静电领域可能的应用做出了分析与展望。     

镧在低共熔溶剂中的电沉积研究

以氯化胆碱/尿素低共熔溶剂为介质通过恒电位沉积法成功制备了形状和尺寸均一的橄榄状镧粒子. 采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线能量色散谱（EDX）和X射线光电子能谱（XPS）等技术对所制备的样品进行表征. 同时,研究了沉积电位、温度和时间等因素对样品尺寸、形貌的影响,确定恒电位法制备橄榄状镧粒子的优化工艺条件为沉积电位-1.7 V、温度80 ^oC和沉积时间15 min.     

低共熔溶剂在萃取分离中的应用

随着绿色化学的不断发展,如何在分析过程中应用和体现绿色化学特点,避免分析过程对环境产生二次污染及对人员造成危害也得到了关注。开发和使用具有绿色化学特点的溶剂和方法是分析工作者努力的方向之一。在已经出现的新溶剂中,低共熔溶剂(DES)与离子液体(ILs)物理性质相似,并具有环境友好、不可燃、生物降解、价廉、易制备等特点,因而近几年来获得了迅速发展。该文总结了低共熔溶剂的制备、性质及分类,综述了近年来其在萃取和分离中的应用进展。     

低共熔溶剂中有序分子聚集体的研究进展

低共熔溶剂以其独特的物理化学性质及安全绿色的特点在众多领域有广泛的应用。在近十余年中,低共熔溶剂作为自组装介质构建有序分子聚集体,受到越来越多的关注并取得一定的研究进展。本文将简要介绍低共熔溶剂的相关物理化学性质与应用,主要论述了表面活性剂在低共熔溶剂中自组装形成胶束、微乳液、囊泡、溶致液晶和凝胶的自组装行为,总结了低共熔溶剂在自组装领域的主要问题并对发展前景进行了展望。     

憎水性低共熔溶剂的合成及在萃取分离领域中的应用研究进展

综述了憎水性低共熔溶剂合成及应用的国内外研究状况。结合萜烯、季铵盐、长链脂肪酸和氯化胆碱等几大类憎水性DES的分子结构特点,比较并分析了氢键供体和氢键受体中不同官能团对亲脂性和憎水性的贡献。简述了不同系列憎水性DES的熔点、密度、粘度、折光率或电导率以及在水中的溶解性等理化性质特点。评述了不同系列憎水性DES在萃取水溶液中金属离子、农药和染料,植物中生物活性化合物以及分析化学中液-液微萃取制样等诸多萃取领域的应用技术状况和发展潜力。     

低共熔溶剂在高分子合成中的应用

低共熔溶剂(DES)是由两种或多种物质按一定比例混合而成的低熔点混合溶剂,其熔点显著低于每一个单纯组分的熔点,可被视为一种新的离子液体。与传统有机溶剂相比,DES具有来源广泛、成本低廉、易于制备、毒性低、生物可降解等优点,并已作为一种新型的绿色反应介质被广泛用于萃取分离、无机合成、有机合成和离子凝胶等领域。近年来,DES在高分子合成中的应用也吸引了广泛的研究兴趣。本综述从简述DES及其在有机合成中的应用出发,重点介绍它们用于缩合聚合、自由基聚合、阴离子聚合、电化学聚合、开环聚合和氧化聚合等高分子合成领域的研究进展,并对其发展趋势进行展望。     

深共熔溶剂在有机反应中的应用

深共熔溶剂(DES)作为一种低共熔混合物,由于具有廉价易得、蒸汽压低、无毒性、不易燃、可生物降解、可调控以及易循环使用等优点,逐渐成为一种新型的绿色溶剂或催化剂。本文介绍了DES的组成、分类,重点综述了DES作为溶剂或催化剂应用于常见的加成、取代、偶联、缩合、环化、酯化、多组分及解聚等有机反应。最后展望了DES在有机反应中的发展前景。     

低共熔溶剂：一种应用在混合物分离过程中的绿色溶剂

低共熔溶剂(DESs)因具有合成容易、价格低廉、环境友好、挥发性低、溶解能力强、可生物降解、结构可设计等特点,被认为是一种绿色溶剂。近年来,研究者通过深入研究低共熔溶剂的性质,结合低共熔溶剂的特点,将其替代传统的有机溶剂,在混合物分离过程中开展了大量的研究工作,包括：酸性气体(如CO₂、CO₂和H₂S)吸收、生物活性物质萃取、燃料油品中含硫和含氮化合物的脱除、油酚混合物分离、芳烃和脂肪烃混合物的分离、醇水混合物分离、生物柴油合成过程中甘油的脱除等。本文分析了低共熔溶剂的结构、性质和特点,综述了低共熔溶剂在分离领域的最新研究成果,探讨了低共熔溶剂在混合物分离应用中存在的问题,展望了低共熔溶剂的发展趋势。     

深共融溶剂在有机合成中的应用

深共融溶剂是一种新型绿色溶剂,与传统的有机溶剂相比,其具有低蒸气压、 不易燃、 稳定性好、 无毒性、 生物降解性、 可回收和廉价易得等优点。深共融溶剂作为新型溶剂,应用前景广泛。本文综述了近几年其作为新型的反应介质或催化剂用于传统的有机合成反应的最新研究成果,主要从卤代反应、Diels-Alder反应、Knoevenagel缩合、Henry反应、Perkin反应、Paal-Knorr反应和Biginelli反应等方面对其进行综述,最后展望了深共融溶剂在有机反应中的发展前景。     

Recent granted patents related to Deep Eutectic Solvents

Deep Eutectic Solvents (DES) are expected to play a pivotal role in many future chemical segments, particularly when sustainability aspects are considered. This article provides an overview of the recent granted patents related to DES, which reflects many of the practical applications that can be conceived. In the entire history of DES, more than one hundred patents have been identified, reporting strategies for areas like (bio)refineries, extraction of natural products, purification of effluents, organic synthesis, batteries, materials, etc. In many of these cases, DES are not considered to be mere innocent solvents, but their properties are tuned and adapted for the desired goals. Overall, the patent analysis reflects the potential that DES may have as emerging solutions for the Sustainable Chemistry of the future.     

新型低共熔溶剂的制备、表征及物性研究

以氯化1-丁基-3-甲基咪唑鎓([Bmim]Cl)和二元羧酸为原料,由不同摩尔比混合制备了一类新型低共熔溶剂,采用红外光谱对[Bmim]Cl和二元羧酸之间的作用进行了分析。分别测定了其粘度、电导率、密度、折射率等物理性质,并研究了温度、二元羧酸结构和摩尔比对这些物理性质的影响。结果表明,新型低共熔溶剂的粘度随温度的升高而降低,电导率随温度的升高而增加。温度对两者的影响可以采用VTF方程进行精确地拟合。新型低共熔溶剂的密度随温度的升高而呈线性下降。对新型低共熔溶剂的过量摩尔体积进行计算的结果表明,过量摩尔体积均为正值,二元羧酸对过量摩尔体积的贡献远大于[BMIM]Cl,而结构特性的贡献多于物理作用。折射率和密度随二元羧酸碳数的变化趋势基本相似。     

Strong Microheterogeneity in Novel Deep Eutectic Solvents

With the increasing application of template assisted syntheses in deep eutectic solvents and successful application of hydrophobic deep eutectic solvents in extraction processes, where microheterogeneity plays a major role, suggestions for novel deep eutectic solvents which exhibit strong microheterogeneity are desirable. Therefore, classical molecular dynamics simulations were carried out on deep eutectic solvent systems constructed of choline chloride and some of its derivatives mixed with ethylene glycol in a molar composition of 1 : 2 since this is the optimal parent composition. The derivatives consisted of a series of elongated alkyl side chains and elongated alcohol side chains. Of these series only choline chloride ethylene glycol has been investigated experimentally, the other systems are suggested and theoretically investigated as possible target for synthesis. Our domain analysis supported by the clear distinction of polar and nonpolar parts from the electrostatic potentials reveals that strong microheterogeneity within these novel hypothetical deep eutectic solvents exists. Rather stretched than crumbled side chains maximize possible interaction sites for both polar and nonpolar parts which make the suggested compounds valuable objectives for experiments in order to exploit the microheterogeneity in deep eutectic solvents.