¿Por qué es de 1-etil-3-metilimidazolio tetrafluoroborato (EMI-AF4) a menudo se considera un prototipo de habitación de la temperatura del líquido iónico?

Question

Parece de una breve búsqueda de la literatura que 1-etil-3-metilimidazolio tetrafluoroborato (EMI-BF4) es un prototipo de habitación de la temperatura del líquido iónico (RTIL) que ha sido estudiado ampliamente. Sin embargo, numerosas -- casi ilimitada -- combinaciones de cationes y aniones que dan lugar a los líquidos iónicos son posibles. ¿Por qué parece que los cationes imidazolio son tan ampliamente estudiado? Es una posible razón el hecho de que $\text{EMI}^+$ es aromático y por lo tanto permite que el líquido iónico de un alto grado de estabilidad?

Del mismo modo, ¿por qué parece que $\text{BF}_4^-$ (junto con, quizás, $\text{PF}_6^-$) es el prototipo de líquido iónico anión? He visto los estudios de otros aniones (por ejemplo, $\text{CF}_3 \text{SO}_3^-$$(\text{CF}_3 \text{SO}_2)_2 \text{N}^-$), pero $\text{BF}_4^-$ parece ser uno de los más populares.

Answer 1

Esta es una muy buena pregunta. Estos compuestos han sido estudiados durante el tiempo suficiente que la mayoría de las personas que trabajan con ellos "saben" las respuestas a estas preguntas, pero las respuestas están enterrados en química física de los artículos de 20 años o más. El tetrafluoroborato de imidazolio sales son populares entre los RTILs debido a que 1) tienen el "derecho" propiedades, y 2) son muy fáciles de hacer.

Sobre estos compuestos tener el "derecho" propiedades: La mayoría de los RTILs requieren dos características en su componente de iones para minimizar el intermoleculares fin de inducirles a solidificar. Primero, se necesita un catión-anión par que no se puede asociar fuertemente, y en segundo lugar que necesitan para tener una menor simetría. Immidazolium tetrafluoroborato (BF₄^-) las sales de tener a ambos. La aromaticidad de imidazol es importante. La carga positiva del catión imidazolio se distribuye a través de la resonancia de la aromáticos sistema de pi. La carga negativa en BF₄^- se distribuye inductivo a lo largo de los cuatro átomos de flúor. Además, de imidazolio es planar y BF₄^- es esférico. Tanto el difuso a cargo de la distribución y de la mala situación del partido impiden que estos dos iones de tener una fuerte asociación. Los dos diferentes grupos alquilo (de etilo y metilo) en el anillo de imidazolio son suficientes para romper la simetría del sistema y prevenir más eficientes de embalaje, lo que llevaría a la sustancia sólida.

Respecto a su facilidad de síntesis: Las sales de imidazolio son fáciles de preparar de imidazol y varios haluros de alquilo, todos los comercialmente disponibles y de bajo costo. El predominio de la BF₄^- anión es también un resultado de la síntesis. La síntesis de la sal de imidazolio RTIL comienza con imidazol y un haluro de alquilo, decir chloromethane. El producto de este paso es de 1-metilimidazolio cloruro. Esta sal se hace reaccionar con otro de los halogenuros de alquilo, decir cloroetano, en presencia de una base, digamos trietilamina. Los productos de este paso son: 1-etil-3-metilimidazolio cloruro y triethylammonium cloruro. 1-etil-3-metilimidazolio cloruro es un sólido, debido a que el ion cloruro es pequeño, con carga concentrada. El tetrafluoroborato de sal es preparado por la sal de metátesis. 1-etil-3-metilimidazolio cloruro se disuelve en agua y una solución acuosa de plata tetrafluoroborato (AgBF₄) se agrega. Cloruro de plata, AgCl, es prácticamente insoluble en agua (K_sp = 1.77 x 10^-10) y precipita. La solución se filtra y el filtrado se concentra en la producción de 1-etil-3-metilimidazolio tetrafluoroborato (EMITAS BF₄^-). AgBF₄ y AgPF₆ están disponibles en el mercado, así que usted verá los iones con mayor frecuencia. Los otros iones, mientras que los que tienen buenas propiedades de líquidos iónicos, no están generalmente disponibles como las sales de plata, por lo que los reactivos tienen que estar preparados. Usted está haciendo ya tres reacciones para llegar a EMITAS BF₄^-. Quien quiere hacer más de síntesis sólo para hacer sus solventes?