作為新興的綠色溶劑，離子液體具有一些獨特的性質(zhì)，例如揮發(fā)性低，熱穩定性強，極性可控，以及對無(wú)機和有機物質(zhì)具有良好的溶解性等。因此，其在合成、催化、電化學(xué)以及分離工程方面具有巨大的應用潛能。所以，對離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)的研究，例如密度，表面張力，粘度，以及溶解性等，就顯得尤為重要。目前，大多數文獻報道集中于常規離子液體，而手性離子液體的物化性質(zhì)研究相對較少。由于手性離子液體同時(shí)具有離子液體的性質(zhì)和手性，可應用于核磁共振(NMR)，近紅外(NIR)，不對稱(chēng)合成，聚合反應，以及氣相色譜等。常見(jiàn)的手性離子液體因其陽(yáng)離子帶有手性基團而具有手性;而對于陰離子具有手性的離子液體，其手性陰離子可以與傳統的陽(yáng)離子結合，使離子液體本身具有手性。例如，帶有手性陰離子［L－lactate］－陰離子的咪唑類(lèi)離子液體。

離子液體物理化學(xué)性質(zhì)的研究對離子液體的設計和應用具有重要的指導作用，而對于離子液體與分子溶劑(例如水)的混合物性質(zhì)研究將會(huì )揭示該類(lèi)液體的新的應用。筆者在不同溫度下測定帶有手性陰離子的純離子液體1－丁基－3－甲基－咪唑乳酸鹽(［bmim］［L－lactate］)及［bmim］［L－lactate］+H2O二元混合物的密度和表面張力，并對其體積性質(zhì)和表面性質(zhì)進(jìn)行研究。以期進(jìn)一步豐富手性離子液體與分子溶劑二元混合物的物理化學(xué)性質(zhì)數據，為其應用提供更多的理論依據。

1實(shí)驗部分

1.1藥品

手性離子液體［bmim］［L－lactate］(質(zhì)量分數＞0.99)購于上海益江化學(xué)有限公司。為了除去樣品中的水分，在使用前先將離子液體在80℃和真空狀態(tài)下烘干至少48 h。樣品的含水量由Karl Fisher滴定測得，其質(zhì)量分數＜0.000 2。

1.2離子液體密度的測定

樣品由Mettler AX－205天平稱(chēng)量(METTLER TOLEDO，上海)，質(zhì)量精度為1×10－4。為了防止樣品吸水，在N2保護下采用Anton－Paar DMA4 500密度計測量樣品密度。測定的溫度范圍為293.15～343.15 K。密度測量精度為±0.000 2 g/cm3，測量溫度精度為±0.01 K。測量?jì)x器使用二次蒸餾水校準，取3次重復性實(shí)驗結果的平均值作為結果。

1.3離子液體表面張力的測定

表面張力的測量采用白金板法，應用DCAT21(Dataphysics，Germany)表面張力儀進(jìn)行測定。測定的溫度范圍為293.15～343.15 K。為了防止液體表面污染和吸水，表面張力的測量在N2保護下進(jìn)行。樣品放置于體積為40 cm3密閉的容器中進(jìn)行測量，溫度精度為±0.02 K。在進(jìn)行測量前，白金板和容器在硝酸溶液中浸泡數小時(shí)后使用蒸餾水沖洗，燒干，再次用蒸餾水沖洗后進(jìn)行干燥。取5次實(shí)驗的平均值作為結果，精度為±0.15 mN/m。

2結果與分析

2.1［bm im］［L-lactate］的體積性質(zhì)

在293.15～343.15 K溫度范圍內，實(shí)驗測得的離子液體［bmim］［L－lactate］的密度隨著(zhù)溫度的升高而減小(圖1)。根據不同溫度下的密度，可以得到［bmim］［L－lactate］的熱膨脹系數。實(shí)驗測得的lnρ對T繪于圖1，并對其進(jìn)行了線(xiàn)性擬合，得到經(jīng)驗公式:

式中ρ為離子液體密度(單位:g·cm3)，T為液體溫度(單位:K)，相關(guān)系數為0.999 7。離子液體的熱膨脹系數通過(guò)下式獲得:

式中α為熱膨脹系數(單位:K－1)，V為離子液體體積(單位:cm3)，ρ為離子液體密度(單位:g·cm－3)，T為離子液體溫度(單位:K)。由擬合曲線(xiàn)得到［bmim］［L－lactate］的熱膨脹系數為8.31×10－4K－1，該值大于［emim］［L－lactate］的熱膨脹系數(8.0×10－4K－1)。

根據實(shí)驗測得的密度，可由下試計算出離子液體的分子體積:

式中Vm為離子液體的分子體積(單位:nm3)，M為［bmim］［L－lactate］的摩爾質(zhì)量，228.29 g·mol－1;N為阿伏伽德羅常數。在298.15 K，計算得到［bmim］［L－lactate］的分子體積為0.341 2 nm3。

根據Glasser的理論，熵可由分子體積計算得到:

式中So(298)為298 K下離子液體的標準熵(單位:J·(mol·K)－1)，298.15 K時(shí)，［bmim］［L－lactate］的標準熵為454.8 J·(mol·K)－1。

晶格能(UPOT)可以反映出離子液體陰陽(yáng)離子間的相互作用，而根據密度可以對晶格能進(jìn)行估算，然后可以進(jìn)一步計算熱組成。根據Glasser提出的理論，晶格能可由下式計算得到:

式中UPOT為晶格能(單位:kJ·mol－1)，ρ為離子液體密度(單位:g·cm－3)，M為［bmim］［L－lactate］的摩爾質(zhì)量，228.29 g·mol－1。計算得到的離子液體［bmim］［L－lactate］的晶格能為439.6 kJ·mol－1，比［emim］［L－lactate］的晶格能小(457.7 kJ·mol－1)。這說(shuō)明［bmim］［L－lactate］要比［emim］［L－lactate］陰陽(yáng)離子間的相互作用弱。

不同溫度下手性離子液體及二元混合物的密度和表面張力（上）

不同溫度下手性離子液體及二元混合物的密度和表面張力（下）