Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Technologii Chemicznej CIECZE JONOWE Juliusz Pernak Seminarium – Poznań 3.06.2005.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Technologii Chemicznej CIECZE JONOWE Juliusz Pernak Seminarium – Poznań 3.06.2005."— Zapis prezentacji:

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Technologii Chemicznej CIECZE JONOWE Juliusz Pernak Seminarium – Poznań

2 Stan wiedzy o cieczach jonowych Badania własne

3 Definicja Ciecz jonowa to związek chemiczny, organiczny składający się z kationu i anionu. Sól ta charakteryzuje się temperaturą topnienia poniżej temperatury wrzenia wody. Ciecz jonowa nie jest stopioną solą, nie jest wodnym roztworem Słowo kluczowe ciecz jonowa ionic liquid – Chemical Abstracts

4 Kation

5 Anion Nieorganiczny BF 4 PF 6 SbF 6 ZnCl 3 NO 3 NO 2 CF 3 SO 3 (CF 3 SO 2 ) 2 N (C 2 F 5 SO 2 )N (CF 3 SO 2 ) 3 C CH 3 SO 3 CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 SO 3 itp. Organiczny CF 3 COO, Ace, Sac, salicylany, mleczany itd.

6 1914 C 2 H 5 NH 2 + st. HNO 3 [C 2 H 5 NH 3 ] + [NO 3 ] – Walden P. Bull. Acad. Imper. Sci. (St. Petersburg) 1800 (1914) 1948 bromek 1–etylopirydyniowy + AlCl 3 Hurley F. H. U. S. Pat. 4,446,331 (1948) Wier T.P. Jr., Hurley F. H. U. S. Pat. 4,446,349 (1948) Wier T. P. Jr. U. S. Pat. 4,446,350 i 4,446,350 (1948) 1963 Major dr L. A. King – Air Force Academy chlorogliniany – baterie Carpio R. A., King L. A., Lindstrom R. E., Nardi J. C., Hussey C. L., J.Electrochem. Soc., 126, 1644 (1979) [alkylpyr]Cl + AlCl 3 Fannin A. A., King L. A., Levisky J. A., Wikes J. S., J. Phys. Chem., 88, 2609 oraz 2614 (1984) [alkylmim]Cl + AlCl dr M. Zaworotko – staż w Air Force Academy ciecze jonowe – BF 4 –, PF 6 –... Wilkes J. S., Zaworotko M. J. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 965(1992)

7 Chemia czwartorzędowych soli amoniowych RokZastosowanie praktyczneAutor Synteza soli amoniowych soli iminiowych Menschutkin 1916Właściwości bakteriobójczeJacobs i współ. Właściwości powierzchniowe 1935DezynfekcjaDomagk 60–teZmiękczacze tkanin 1965Kataliza przeniesienia międzyfazowego Jarousse–Mąkosza 70–teAntyelektrostatyki –te Ochrona drewna czysta forma kombinacja z biocydami Butcher i współ. 80–teModyfikatory asfaltów 90–teModyfikatory gliny 1998Ciecze jonoweRogers Seddon

8 Synteza Reakcja Menschutkina Reakcja wymiany anionu

9 Chlorogliniany (wrażliwe na kontakt z wodą i powietrzem) Sól: zasadowa obojętna kwaśna

10 Ciekłe w temp. umiarkowanych (< 100 o C) Rozpuszczają związki nieorganiczne i organiczne Stabilne termicznie – wysoka temp. wrzenia Niska prężność par w temp. pok. (są niepalne) Mogą być hydrofobowe jak i hydrofilowe Rozpuszczają i zachowują aktywność katal. (kompleksy metali przejściowych) Zachowują aktywność enzymów i rozpuszczają je Zwilżają powierzchnię metali, polimerów i minera–łów Wykazują działanie katalityczne [Al x Cl 3x+1 ] Ekstrahują związki siarki z oleju napędowego Wykazują działanie smarujące Rozpuszczają celulozę i jej pochodne Przewodzą prąd i charakteryzują się dużym oknem elektrochemicznym 1.Wykazują właściwości antyelektrostatyczne 2.Wykazują aktywność wobec bakterii i grzybów 3.Utrwalają tkanki miękkie (zamiennik formaliny) 4.Balsamują tkanki 5.Konserwują drewno i papier 6.Modyfikują powierzchnię krzemionki Cechy cieczy jonowych

11 Temperatura topnienia soli imidazoliowych [C 2 mim] [A] Lp.AnionTemp.top. [ o C] Cl PF 6 NO 2 CH 3 CO 2 NO 3 CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 SO 3 CF 3 CO 2 CF 3 SO 3 BF 4 (CF 3 SO 2 ) 2 N 87 58– [C 2 mim] [PF 6 ]; [C 2 mim] [BF 4 ]; [C 2 mim] [TfO]; [C 2 mim] [Tf 2 N]

12 Tetrafluoroboran 1–butoksymetylo–X–pirydyniowy RTILs LpR1R1 R2R2 R3R3 R4R4 R5R H CH 3 H CH 3 H CH 3 H C 2 H 5 H CH 3 H CH 3 H C 2 H 5 H CH 3 H CH 3 t–C 4 H 9 H CH 3 H CH 3 H

13 SólRAT. t. [ o C] C 3 H 7 C 4 H 9 C 5 H 11 C 6 H 13 C 7 H 15 C 8 H 17 C 9 H 19 C 10 H 21 C 3 H 7 C 4 H 9 C 5 H 11 C 6 H 13 C 7 H 15 C 8 H 17 C 9 H 19 C 10 H 21 BF 4 PF 6 5–7 ciecz 38–40 69–71 34–36 ciecz 32–34 16 – 4 = 12 cieczy jonowych

14 Lipsae–Catalyzed Acetylation K. W. Kim, B. Song, M–Y. Choi and M–J. Kim, Org. Lett. 2001, 3, 1507 ee > 99.5% wyd. 42 % Bakers Yeast Reduction of Ketones J. Howarth, P. Jannes and J. Dai, Tetrahedron Lett. 2001, 42, 7517

15 produkt loop reactor substraty 1

16 Reakcja (grzanie) Chłodzenie Mieszanie Sączenie Destylacja substraty ciecz jonowa produkt MeOH

17 Popularne rozpuszczalniki LpRozpuszczalnikTt [ o C]Tw [ o C]Tw – Tt (ciecz) 1Amoniak– 78– Benzen Woda0100 4Chloroform– Aceton– Octan etylu– Metanol– Heksan– Nitrobenzen DMF– Ciecz jonowa– 90> Tt – temp. top. Tw – temp. wrzenia

18 XII zasad zielonej chemii 1Zapobieganie 2Ekonomia atomowa 3Mniej niebezpieczne syntezy 4Bezpieczne chemikalia 5Bezpieczniejsze rozpuszczalniki i materiały pomocnicze 6Wydajność energetyczna 7Użycie surowców odnawialnych 8Redukcja pochodnych 9Kataliza 10Degradacja 11Analityka "w czasie rzeczywistym" 12Bezpieczniejsza chemia Ciecze jonowe – zasada 5, 6 i 9 generują mało odpadów (w produkcji i użyciu), możliwość wielokrotnego użycia, w niskiej temp. wysoka wydajność i selektywność reakcji, efektywny rozpuszczalnik katalizatorów

19 Ciecze jonowe są potencjalnym zagrożeniem dla środowiska wodnego (kation imidazoliowy działa podobnie jak toluen i dichlorometan) Chemistry in Britain 39(3) 2003 Spalanie cieczy jonowych generuje toksyczne gazy (F 2 czy HF) Problem z otrzymaniem chemicznie czystej cieczy jonowej (obecność soli, kolor, zapach) Anion heksafluorofosforanowy (PF 6 HF, ciecz ciemnieje) Anion tetrafluoroboranowy (KBF 4, NaBF 4, NH 4 BF 4 ) Jak utylizować zużyte ciecze jonowe? Jaka jest toksyczność cieczy jonowych? Ionic liquids: Not so green

20 Możliwa liczba kombinacji kation–anion Zastosowanie cieczy jonowych jest jedynie limitowane przez naszą wyobraźnię Spodziewana cena za 1 dm 3 cieczy jonowej: 25–50 euro

21 Badania własne rozpuszczalnik: H 2 O lub CH 3 OH MA = NaBF 4, KPF 6, LiNTf 2 temp. pok., czas – 1 godz., wyd. 89–95% MCl – wymywanie wodą destylowaną (AgNO 3 ) woda – temp. 60 o C, 16 godz., próżnia

22 IMIDAZOLIOWE CIECZE JONOWE aprotonowesymetryczne protonowe chiralne

23 Synteza J. Pernak, K. Sobaszkiewicz, J. Foksowicz–Flaczyk, Chem.Eur. J., , 3479 temp. 30 o C, 4 godz. wyd. 85% temp. pok. 5 min wyd. 100% temp. 80 o C, 15 min. wyd. 70–80% got. w toluenie wyd. 75–90%

24 [Cl] – silnie higroskopijne Sól BF 4 liq liq liq liq liq liq liq 56–57 61–62 62–64 PF 6 liq liq liq liq liq liq 47–49 46–47 52–53 61–63 Gęstość 1 – A=PF 6 2 – A=BF 4 J. Pernak, A. Czepukowicz, R. Poźniak, Industrial & Engineering Chemisty Research 2001, 40, 2379 toksyczność: [(C 6 Om)mim][BF 4 ] LD 50 = 1400 mg/kg dla szczurów Wistara

25 Wartości średnie MIC I MBC wobec bakterii i grzybów J. Pernak, K. Sobaszkiewicz, I. Mirska, Green Chem. 2003,5, 52

26 [Cl] – silnie higroskopijne Sól BF 4 liq liq liq 42–43 39–40 53–54 55–57 67–70 70–72 78–80 PF 6 69–73 53–56 50–54 60–62 63–66 77–80 84–87 97–99 103– –107 Tf 2 N liq liq liq liq liq liq 26–30 31–32 45–46 44–45 RTILs są cieższe od wody (1.391–1.105 g/cm 3 ) Lepkość [cP] temp. pok. Sól BF 4 Tf 2 N > Temp. zeszklenia : od –39 do –44 o C, T onset : od 200 do 240 o C

27 Średnia wartość MIC wobec bakterii i grzybów

28 RTILs dla R od C 4 H 9 do C 12 H 25 Gęstość – od do g/cm 3 T g –71 do –67 o C a T onset od 245 do 187 o C Przewodnictwo elektryczne 1 do 0.07 mS cm –1 Lepkość przy 25 o C dla [(C 10 Om)im][mleczan] = 120 cP Wartość średnia MIC wobec ziarenkowców

29 Rozkład ozonem w roztworze wodnym J. Pernak, I. Goc, Polish J. Chem.2003, 77, 975 J. Pernak, I. Goc, I. Mirska, Green Chem., 2004, 6, 323

30 17–24 36–3925, 28–32 44–47 Sól BF 4 17–24 liq liq liq liq liq liq liq liq PF 6 36–39 38–40 * 69–71 * 34–36 * liq liq liq liq 32–34 * * biały kryształ Dla 17–24 soli: Gęstość = –0.0162(liczba atomów C) (r 2 = 0.987) T onset 200 – 240 o C J. Pernak, A. Olszówka, R. Olszewski, Polish J. Chem., 2003, 77, 179 Gęstość – zależność liniowa

31 TSILs (pochodne choliny) wyd. 78–99%, hydrofobowe RTILs Gęstość w 25 o C Lepkość w 25 o C T onset R 1 = H 1.453–1.194 g/cm 3 R 1 = H 73–232 cP R 1 = H 209–250 o C R 1 = Ac 1.426–1.200 g/cm 3 R 1 = Ac 170–293 cP R 1 = Ac 170 o C J. Pernak, P. Chwała, A. Syguda, Polish J. Chem. 2004, 78, 539

32

33 Chiralne czwartorzędowe sole amoniowe (1R,2S,5R)–(–)–menthol

34 8 isomers of menthol (–)–menthol (–)–isomenthol (–)–neomenthol (–)–neoisomenthol (+)–menthol (+)–isomenthol (+)–neomenthol (+)–neoisomenthol

35

36 Tf 2 N – R1R1 R2R2 R3R3 Yield [%] Specific rotation [d] [ ] 20 D Density [e] [g ml –1 ] Viscosity [e] [mPa s] T g [f] [ 0 C] Glass transition [ 0 C] C2H5C2H5 C2H5C2H5 C2H5C2H5 85.5–38.6 (c=1.4) –45.8 C2H5C2H5 C2H5C2H5 CH –39.1 (c=1.2) –48.5 C2H5C2H5 CH –40.6 (c=1.1) –49.9 izoC 3 H 7 CH –39.5 (c=1.1)–––– C4H9C4H9 CH –38.2 (c=0.9) –50.1 C 6 H 13 CH –41.6 (c=1.0) –50.2 C 7 H 15 CH –34.8 (c=1.2) –52.8 C 8 H 17 CH –35.6 (c=1.4) –53.0 C 9 H 19 CH –33.2 (c=1.4) –53.2 C 10 H 21 CH –37.8 (c=1.1) –54.4 C 11 H 23 CH –32.7 (c=1.6) –54.3 C 12 H 25 CH –31.5 (c=1.2)–––– CH 2 PhCH –39.1 (c=1.0)–––– [a]M.p. 40–42°C, plates. [b] M.p. 28–30°C, plates. [c] 46–48°C, plates. [d]c in ethanol. [e]At 30°C. [f]Thermal degradation temperature Chiralne, hydrofobowe czwartorzędowe sole amoniowe J. Pernak, J. Feder-Kubis, Chem. Eur. J., 2005, 11 w druku

37 Zastosowanie cieczy jonowych Impregnacja papieru cieczą jonową [C n mim][BF 4 ] [C n Omim][BF 4 ] [C n Omim][Tf 2 N] K. Przybysz …. J. Pernak, Industrial & Engineering Chemisty Research 2005 w druku

38 Konserwacja drewna cieczami jonowymi J. Pernak, J. Zbielska-Matejuk, A. Kropacz, J. Foksowicz-Flaczyk, Holzforschung, 2004, 58, 286 J. Pernak, I. Goc, A. Fojutowski, Holzforschung, 2005 w druku Utrwalanie tkanek cieczami jonowymi Ionic Liquids in Embalming and Tissue Preservation Can traditional formalin-fixation be replaced safely? P. Majewski, A. Pernak, M. Grzymisławski, K. Iwanik, J. Pernak Acta Histochemica, 2003, 105, A. Pernak, P. Majewski, K. Iwanik, M. Grzymisławski, J. Pernak, Acta Histochemica, 2005 w druku

39 Słodkie ciecze jonowe J. Pernak, F. Stefaniak, J. Węglewski, Eur. J. Org. Chem., E. Frąckowiak, G. Lota, J. Pernak, Appl. Phys. Lett w druku A. W. Morawski, M. Janus, I. Goc-Maciejewska, A. Syguda, J. Pernak: Utylization of Ionic Liquids by Photocatalysis, J. Hazardous Materials, 2005 w druku

40 Współpracownicy: Dr Andrzej Skrzypczak Dr inż. Monika Branicka Dr Lucyna Michalak Dr Józef Węglewski Doktorzy: Dr Przemysław Chwała Dr inż. Kinga Sobaszkiewicz Dr inż. Joanna Foksowicz-Flaczyk Doktoranci: Mgr inż. Izabela Goc-Maciejewska Mgr inż. Małgorzata Zygadło Mgr Joanna Feder-Kubis Mgr inż. Anna Syguda Mgr inż. Filip Stefaniak Mgr inż. Radosław Olszewski Mgr inż. Marcin Śmiglak Finansowanie: grant KBN nr 4 T09 B (zakończony – pierwszy polski grant z cieczy jonowych) COST D29 polski lider grupy ILIAD Współpraca: prof. P. Majewski AM w Poznaniu prof. E. Frąckowiak PP prof. A. Morawski Pol. Szczecińska dr Ilona Mirska AM w Poznaniu dr Cieniecka-Rosłonkiewicz IPO - Warszawa dr inż. Jadwiga Zabielska-Matejuk – ITD. dr inż. Andrzej Fojutowski - ITD The University of Alabama – prof. Robin Rogers The Queens University of Belfast – prof. Ken Seddon Cytec Canada Inc., Niagara Falls, Canada

41 Zapraszam do współpracy VI Sympozjum nt: Czwartorzędowe sole amoniowe i obszary ich zastosowania w gospodarce Poznań, 30 czerwca 2005 Instytut Technologii Drewna ul. Winiarska 1


Pobierz ppt "POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Technologii Chemicznej CIECZE JONOWE Juliusz Pernak Seminarium – Poznań 3.06.2005."

Podobne prezentacje


Reklamy Google