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標 籤：學科前沿
關鍵詞：離子液體 相轉移 催化 氯丁二烯
隨著社會的發展，可持續的發展理念越來越深入人心。在日用化學品生產中，需要大量反應溶劑，會產生大量廢物，這一生產過程也就必須得到相應的改進。與此同時，相轉移催化(PTC)作為一種催化體系，能夠使得在兩相系統（液-液或液-固）中的反應變得更加高效。在工業上應用PTC，可以提高產量、減少溶劑使用並產生更少的廢物。
最常用的PT催化劑是四烷基季銨鹽，其中一些熔點低於100 °C的物質可被認為是離子液體(ILs)。由於ILs具有低飽和蒸汽壓、高熱穩定性、寬的液體溫度範圍等優點而受到人們廣泛關注，其中以ILs為基礎的PTC更是被廣泛研究。D-葡萄糖是一種極性的親水性分子，所以如果能夠將其引入季銨鹽陽離子中，其可能在獲得相轉移催化能力的基礎上還能夠具有一定的生物降解能力。
氯丁二烯被廣泛用於生產交聯橡膠，其在粘合劑及汽車零件製造上都有應用。由丁二烯生產氯丁二烯主要包括氯化、異構化、脫氯三個過程，與常規方法相比在氯丁二烯生產中應用PTC，能夠使其具有產物收率高、產生廢物少等優點，然而其催化劑在使用過後會在鹽水中流失。因此就需要研發新型PTC，獲得更佳的催化效率和產率，同時還要符合可持續發展理念。
基於此，西裡西亞工業大學的Anna Chrobok等人合成了基於葡萄糖的季銨鹽ILs，並研究其作為PTC催化生產氯丁二烯的情況。
（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）圖2. 烷基鏈長度對PTC催化效果的影響
（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）
研究人員合成了不同烷基鏈長度的ILs，之後的PT催化合成氯丁二烯實驗發現隨著鏈長的增加，催化效率逐漸增加，其中[GlcO(CH2)2N(CH3)2(C12H25)]Br的催化活性大於最常用的PT催化劑–四丁基銨溴鹽(TBAB)。
圖3. 反應的可能機理
（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）
之後研究人員對不同鹼的催化效果進行了探究，發現NaOH的含量對反應過程有顯著影響。基於此研究人員提出了一個反應機理：具有長烷基鏈的季銨鹽主要存在於界面區，降低了水相與有機相之間的表面張力。另外，它們的陽離子能有效地與陰離子形成離子對，催化劑陽離子和OH–形成的親脂離子對，可以在界面區域或有機相中與DCB反應，生成氯丁二烯。
圖4. 循環測試
（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）
同時研究人員對催化劑的循環能力進行了測試：發現[GlcO(CH2)2N(CH3)2(C12H25)]Br在五個連續的反應循環中催化活性沒有明顯變化，同時與傳統催化劑TBAB相比具有較高的TON（底物用量/催化劑用量）和TOF（反應時間/TON）值。與此同時，研究人員對ILs的細胞毒性及生物降解能力進行了測試，發現更親水的D-葡萄糖環取代苯環會導致細胞毒性大幅下降。同時觀察到隨著烷基取代基的鏈長增加，其細胞毒性相對增加。
綜上所述，研究人員合成了一系列基於葡萄糖的季銨鹽ILs，並將其應用於催化合成氯丁二烯，其中[GlcO(CH2)2N(CH3)2(C12H25)]Br的催化效果高於傳統的TBAB，同時其還具有一定的生物降解能力。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.0c03239Karol Erfurt, Marta Markiewicz, Agnieszka Siewniak, Dawid Lisicki, Mariusz Zalewski, Stefan Stolteand Anna ChrobokDOI: 10.1021/acssuschemeng.0c03239更多科技前沿、論文綜述、儀器表徵、會議實時，盡在「離子液體」！
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