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 3.06.2005

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 3 1990 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 1890 1902 Synteza soli amoniowych soli iminiowych Menschutkin 1916Właściwości bakteriobójczeJacobs i współ. Właściwości powierzchniowe 1935DezynfekcjaDomagk 60–teZmiękczacze tkanin 1965Kataliza przeniesienia międzyfazowego Jarousse–Mąkosza 70–teAntyelektrostatyki 1977 80–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] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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 58–60 55 45 38 28 14 9 6 4 [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 R5R5 123456789123456789 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] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 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 3 4 2 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– 3444 2Benzen58075 3Woda0100 4Chloroform– 6361124 5Aceton– 9456150 6Octan etylu– 8477161 7Metanol– 9865163 8Heksan– 9569164 9Nitrobenzen6211205 10DMF– 61153214 11Ciecz jonowa– 90> 400 500 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 10 18 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., 2004 10, 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 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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 97–99 103–105 104–107 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. Sól345678 BF 4 Tf 2 N 166 83 314 87 >400 95 115145154 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 1.0695 do 0.9804 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 3 4 5 6 7 8 9 10 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) + 1.1934 (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)1.25876179–45.8 C2H5C2H5 C2H5C2H5 CH 3 94.5–39.1 (c=1.2)1.26754197–48.5 C2H5C2H5 CH 3 89.0–40.6 (c=1.1)1.27714199–49.9 izoC 3 H 7 CH 3 99.0–39.5 (c=1.1)–––– C4H9C4H9 CH 3 87.5–38.2 (c=0.9)1.24745200–50.1 C 6 H 13 CH 3 84.5–41.6 (c=1.0)1.21774200–50.2 C 7 H 15 CH 3 89.5–34.8 (c=1.2)1.19787202–52.8 C 8 H 17 CH 3 93.5–35.6 (c=1.4)1.18806200–53.0 C 9 H 19 CH 3 95.0–33.2 (c=1.4)1.17829199–53.2 C 10 H 21 CH 3 91.0–37.8 (c=1.1)1.15840200–54.4 C 11 H 23 CH 3 92.5–32.7 (c=1.6)1.14844206–54.3 C 12 H 25 CH 3 99.5–31.5 (c=1.2)–––– CH 2 PhCH 3 99.0–39.1 (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, 135-142 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., 2005 650 E. Frąckowiak, G. Lota, J. Pernak, Appl. Phys. Lett. 2005 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 008 22 (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