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Ionische Flüssigkeiten

Eine erstarrte, ionische Flüssigkeit1)

Eine ionische Flüssigkeit ist ein Salz, in dem die Ionen so schlecht koordiniert sind, dass diese Flüssigkeiten unter 100°C oder sogar bei Raumtemperatur (Raumtemperatur Ionische Flüssigkeiten, room temperature ionic liquids, RTILs) flüssig sind. Hierzu sind delokalisierte Ladungen nötig und mindestens ein Ion basierend auf einem organischen Molekül, um die Bildung eines stabilen Kristallgitters zu unterbinden.

Methylimidazolium und Pyridinium-Ionen haben sich als gute Startpunkte für die Entwicklung von Ionischen Flüssigkeiten erwiesen:

Eigenschaften wie Schmelzpunkt, Viskosität und Löslichkeit weiterer Stoffe (Edukte, Reagenzien, Produkte und andere Lösungsmittel), werden durch die Substituenten der organischen Verbindung und durch das Gegenion bestimmt. Viele Ionische Flüssigkeiten sind für spezifische Probleme massgeschneidert worden, weshalb diese Lösungsmittel oftmals mit dem Begriff "Designer-Solvents" in Verbindung gebracht werden.

Eines der ersten Salze, das bei Raumtemperatur flüssig ist, wurde mit der Mischung von [emim]Cl mit AlCl3 entdeckt, die eine Serie von Gleichgewichten zwischen [emim][AlCl4], [emim][Al2Cl7] und [emim][Al3Cl10] ausbildet. Diese Flüssigkeit ist nicht stabil gegenüber Wasser. Erst die Entdeckung von wasserunlöslichen RTILs wie  [bmim][PF6] hat bequeme Aufarbeitung von Reaktionsgemischen ermöglicht: so können wasserlöslische Nebenprodukte durch simple Extraktion entfernt werden. Übergangsmetall-Katalysatoren, die im ionischen Lösungsmittel gut löslich sind, können nach der Extraktion organischer Produkte mit einem unpolaren, organischen Lösungsmittel wieder recycliert werden. Destillation aus einer ionischen Flüssigkeit ist auch möglich, da diese Lösungsmittel eine extrem niedrige Flüchtigkeit besitzen. Somit sind Ionische Flüssigkeiten als Alternative Lösungsmittel für industrielle Prozesse von Interesse, da sie oft recyclierbar sind und einfachere Produkt-Separation ermöglichen.

Ionische Lösungsmittel, die wie das folgende aus Fructose erhalten werden, sind sogar noch ein Schritt näher an der Implementierung von ganzheitlich grünen Methoden:


S. T. Handy, M. Okello, G. Dickenson, Org. Lett., 2003, 5, 2513-2515.

Das erwähnte, grüne Lösungsmittel hat die Bewährungsprobe in der Heck-Reaktion schon bestanden:


S. T. Handy, M. Okello, G. Dickenson, Org. Lett., 2003, 5, 2513-2515.

Die Absenz von Flüchtigkeit ist ein grosser Bonus ionischer Flüssigkeiten gegenüber niedrig-siedenden Lösungsmitteln, was allgemein eine niedrigere Toxizität in der Umgebungsluft bewirkt. Besonders interessant ist aber auch die Verwendung von ionischen Flüssigkeiten in der Mikrowellen-Synthese (microwave synthesis), da plötzliche Druckentwicklung erst bei der Zersetzung der Lösungsmittel stattfindet. Zudem erlaubt der Dipolcharakter der ionischen Flüssigkeiten eine besonders schnelle Anregung durch die Mikrowellenstrahlung und konsequenterweise schnellere Reaktionen.


Reviews

P. Wasserscheid, W. Keim, Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 3772. DOI

Konkrete Reaktionen in ionischen Flüssigkeiten finden Sie laufend aktualisiert hier: Ionic Liquids


Bücher


Ionic Liquids in Synthesis

Peter Wasserscheid, Tom Welton
Hardcover, 364 Pages 
First Edition, November 2002
ISBN: 3-527-30515-7 - Wiley-VCH


Metal Catalysed Reactions in Ionic Liquids

P. J. Dyson, T. J. Geldbach
Hardcover, 246 Pages
First Edition, 2005
ISBN: 1-4020-3914-X - Springer


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Ionische Flüssigkeiten ( URL: http://www.organische-chemie.ch/OC/themen/ionische-fluessigkeiten.htm )


1) Quelle: Prof. Gmehling, Oldenburg