Nye Kemiske Horisonter - Danmarks Tekniske Universitet: Kemisk ...

More documents

Recommendations

Info

Ioniske væsker er – i modsætning til almindelige uorganiske salte som f.eks. bordsalt (natriumchlorid), der smelter omkring 800 °C – væskeformige materialer allerede fra omkring stuetemperatur helt op til 300-400 °C. Mere præcist bruger man netop smeltepunktet 100 °C til at skelne mellem ioniske væsker og saltsmelter af uorganiske salte. Nogle gange kaldes ioniske væsker dog stadig for stuetemperatur saltsmelter af historiske grunde. Ioniske væskers historie Ioniske væsker er egentlig ikke nye materialer, selvom de ofte betragtes som sådan, fordi de har fået en renæssance i de seneste år. En af de først kendte ioniske væsker er ethylammonium chlorid [EtNH ]Cl (smeltepunkt 12 °C), der 3 blev fremstillet af den lettiske kemiker Paul Walden allerede i 1914, godt et årti før Niels Bohr fi k Nobelprisen (1923) for hans beskrivelse af atomets opbygning. Men hvis ioniske væsker ikke udgør en ny gruppe af materialer, hvorfor har de så været genstand for en voldsomt forøget interesse i det sidste årti? Svaret er, at der er blevet introduceret en ny generation af ioniske væsker som – i modsætning til de tidligere – er materialer, der kan håndteres og anvendes uden man skal bekymre sig om sidereaktioner med luft eller fugt. Ligeledes er den nye generation langt mere temperaturstabile og derfor anvendelige over et større temperaturinterval. Det har givet anledning til fl ere og nye anvendelser, og det er faktisk egenskaberne af de ”nye ioniske væsker” som ofte har ført til betegnelse som nye materialer. Nogle ioniske væsker som tilhører den nye generation, er bl.a. væsker baseret på imidazolium kationen og anionerne - - hexafl uorofosfat PF , tetrafl uoroborat BF4 , bis 6 (trifl uoromethylsulfonyl)imid (CF SO ) N 3 2 2 - og - methylsulfat CH OSO . De ældre generationer 3 3 indeholdt typisk ammonium kationen og/eller reaktive anioner som f.eks. tetrachloroaluminat - AlCl (se fl ere ioner i fi gur 1). 4 Udviklingen af den nye generation af ioniske væsker startede egentlig allerede tilbage i 1963 med et batteri, der var for varmt til, at det kunne anvendes i praksis. En forskningsgruppe ledet af Lowell A. King i US Air Force startede et projekt, der havde til formål at fi nde en lavtsmeltende erstatning for LiCl/KCl saltsmelten i batteriet. I første omgang lykkedes det kun at fi nde én velegnet ionisk væske til batteriet, nemlig NaCl/AlCl , og der blev kun 3 fremstillet meget få batterier. Til gengæld fandt de en række nye ioniske væsker, der blandt andet indeholdt EMIM + (1-ethyl-3-methylimidazolium) kationen, som fortsat er en meget attraktiv kation. De opdagede også, at nogle ioniske væsker kunne bruges både som opløsningsmiddel og katalysatorer. Det største problem var imidlertid, at anionerne i de fremstillede imidazolium-baserede væsker var meget reaktive og bl.a. reagerede med fugt i luften. Det problem løste Mike Zaworotko og John Wilkes i starten af 1990’erne ved at fremstille en ny generation af ioniske væsker, der indeholdt væsentlig mindre reaktionsvillige anioner - som er stabile i vand, såsom de nævnte PF og 6 - BF . Derfor har man i de senere år kunnet be- 4 nytte ioniske væsker i mange nye sammenhænge inden for fl ere forskellige felter som f.eks. organisk syntese, elektrokemi og katalyse. Fremstilling af ioniske væsker Ioniske væsker er faktisk forbløffende nemme at syntetisere. Ofte kræver det dog lidt indsigt at fremstille dem med høj renhed, idet fl ere af deres specielle fysiske egenskaber – som vil blive omtalt senere – forhindrer oprensning ved normale procedurer som f.eks. destillation og omkrystallisation. Kriteriet for hvad renhed i denne sammenhæng betyder, er i øvrigt ikke veldefi neret, og afhænger af, hvad den ioniske væske skal bruges til. Som opløsningsmiddel i organisk katalyse vil man søge at undgå rester af halogenid fra syntesen (f.eks. Cl - ioner), og Ioniske væsker – fremtidens designeropløsningsmidler? 45
46 Figur 2. Synteseruter til forskellige halogenholdige (højre) og halogen-frie (venstre) methylalkylimidazolium-baserede ioniske væsker ud fra methylimidazol. til spektroskopiske formål vil man undgå farvede forureninger, mens man til elektrokemiske processer kan være bekymret for indholdet af vand. Derfor er det også god praksis at rapportere disse data for væskerne, når man anvender dem. Den mest almindelige fremstillingsmetode af ioniske væsker involverer først dannelse af kationen efterfulgt af en eventuel anionudbytning til det ønskede produkt. I fi gur 2 (højre del) er en generel synteserute, der bygger på denne strategi vist for tre imidazoliumbaserede ioniske væsker. Her reageres et alkylhalogenid (chlorid er anvendt i fi gur 2, men både bromider og iodider kan også anvendes) først med methylimidazol (andre alkylimidazoler kan også bruges) under dannelse af et methylalkylimidazolium halogenid. Efterfølgende udbyttes halogenid anionen med andre anioner eller omdannes ved reaktion med f.eks. en Lewis-syre som AlCl 3 . Saltet der dannes ved udbytningsreaktionen fjernes ved fi ltrering og/eller udvaskes med vand i et to-fase væskesystem. Analoge metoder kan også anvendes til fremstilling af andre kationer, herunder specielt pyridinium systemer. Ioniske væsker – fremtidens designeropløsningsmidler? I mange tilfælde er det svært at få anionudbytningen til at forløbe kvantitativt, hvilket uundgåeligt medfører, at produktet vil indeholde halogenidrester. For at undgå dette er der udviklet alternative halogenid-frie syntesemetoder, hvor den ioniske væske kan fremstilles direkte fra methylimidazol (eller andre alkylimidazoler) uden brug af alkylhalogenider. I fi gur 2 (venstre del) er der også vist tre eksempler på sådanne syntesemetoder. Hvis man ikke selv har mod på, evner eller faciliteter til at fremstille ioniske væsker i laboratoriet, er det nu blevet muligt at købe dem. I de senere år er prisen på væskerne tilmed faldet betydeligt i takt med at de er blevet mere populære. Samtidig er kvaliteten af væskerne steget pga. udviklingen af nye syntesemetoder.
Page 1 and 2: Nye Kemiske Horisonter
Page 5 and 6: Stor tak til Carlsbergs Mindelegat
Page 7 and 8: Er du også på vej mod mod nye kem
Page 10 and 11: Af ph.d. studerende Anne Mette Frey
Page 12 and 13: Alternative energikilder I dag fi n
Page 14 and 15: Oxygen Fuldstændig forbrænding Ov
Page 16 and 17: Kapitlets forfattere: Fra venstre p
Page 18 and 19: Tabel 1. I tabellen ses hvor meget
Page 20 and 21: Plantebestanddele Vigtige byggesten
Page 22 and 23: kelforurening og store lugtgener. D
Page 24: har en stor betydning for luftkvali
Page 27 and 28: 26 Af ph.d. studerende Lars Ulrik N
Page 29 and 30: 28 F O + O H N NH Figur 3. I fi gur
Page 31 and 32: En bakterie kommer ind i kroppen Kr
Page 33 and 34: 32 HOOC NH2 Ab 38C2 HOOC NH O Figur
Page 35 and 36: 34 Organokatalyse Som vi så i forr
Page 37 and 38: 36 Som det ses i fi gur 10, er den
Page 39 and 40: 38 O O Ved reduktion af en dobbeltb
Page 41 and 42: 40 Ved reaktionen vist på fi gur 1
Page 44 and 45: Af civilingeniør-studerende Andrea
Page 48 and 49: Hvorfor er ioniske væsker væsker?
Page 50 and 51: mindelige fysiske egenskaber sammen
Page 52 and 53: afsvovlet diesel
Page 54 and 55: teressante. Ioniske væsker har nem
Page 56 and 57: Ofte består homogene katalysatorer
Page 58: Figur 11. Ved BASF’s BASIL proces
Page 61 and 62: 60 Af specialestuderende Sofi e Egh
Page 63 and 64: 62 Disse tetraedre danner 3-dimensi
Page 65 and 66: 64 Et reaktionsskema for udskiftnin
Page 67 and 68: 66 kan foregå inde i strukturen. I
Page 69 and 70: 68 Katalysatorer til en drømmereak
Page 71 and 72: 70 Zeolitter i fremtiden Verden ove
Page 74 and 75: Computerkemi - en opdagelsesrejse i
Page 76 and 77: Tempoet gjorde det umuligt at forud
Page 78 and 79: Figur 3: De to systemer, som kunne
Page 80 and 81: sig den øgede kompleksitet, når d
Page 82 and 83: Kapitlets forfattere: Civilingeniø
Page 84 and 85: Vi har også gennemført nogle bere
Page 86 and 87: Bæredygtig kemi i fremtiden 85
Page 88: Figur 19. Det sidste TS-kompleks er
Page 91 and 92: 90 Af ph.d. studerende Johan Hygum
Page 93 and 94: 92 1.000.000 € 100.000 € 10.000
Page 95 and 96: 94 spalter vand (fi gur 3). For nyl
Page 97 and 98:
96 Eddikesyre 2,4 Mtons 12% MTBE 9,
Page 99 and 100:
98 O NH3, H2O2 katalysator Figur 8.
Page 101 and 102:
100 HO O HO OH HO O OH Figur 9. Str
Page 103 and 104:
102 HO HO O H 2N O Figur 11. Syntes
Page 105 and 106:
104 DDT (Dichlordiphenyltrichloreth
Page 107 and 108:
106 ihjel. Et sekundært pesticid k
Page 109 and 110:
108 Tabel 1. Top-10 over de mest s
Page 111 and 112:
110 H 3C Figur 16. Tidlige HMGR-hæ
Page 113 and 114:
112 H 3C H 3C O HO H H O O O Figur
Page 115 and 116:
114 Bæredygtig kemi i fremtiden
Page 117 and 118:
116 af sygdommen. En tidligere bete
Page 119 and 120:
118 Me O Ph N Ph Figur 3. Semisynte
Page 121 and 122:
120 Isolation Et naturstof isoleres
Page 123 and 124:
122 O O H HO OH OH OH HO OH O OH Ph
Page 125 and 126:
124 Epothilone A og B Flere interes
Page 127 and 128:
126 til for at holde den usynlige t
Page 129 and 130:
128 O H N SiMe2t-Bu S S Figur 13. M
Page 131 and 132:
130 sistens er et problem, der ikke
Page 133 and 134:
132 tibiotikum med en hidtil uovert
Page 135 and 136:
134 Solceller - et strålende svar
Page 137 and 138:
136 den, nemlig 1,7·10 5 TW. Hvis
Page 139 and 140:
138 Solceller i praksis Inden for s
Page 141 and 142:
140 Kapitlets forfattere er fra ven
Page 143 and 144:
142 Siliciumsolceller Langt den mes
Page 145 and 146:
144 hvorved der dannes et elektron-
Page 147 and 148:
146 sorbere synligt lys således, a
Page 149 and 150:
148 Kan man fi lme en kemisk reakti
Page 151 and 152:
150 Kemi - hvad er det? Før vi gå
Page 153 and 154:
152 hvilket ledte ham til opdagelse
Page 155 and 156:
154 Kapitlets forfattere er fra ven
Page 157 and 158:
156 Figur 4. Skematisk illustration
Page 159 and 160:
158 Eksempel 1. Det første trin i
Page 161 and 162:
160 alise-ringer af processen, dvs.
Page 163 and 164:
162 Bæredygtig kemi i fremtiden
Page 165 and 166:
164 Af civilingeniør-studerende Na
Page 167 and 168:
166 Hvad er polymerer? Polymerer er
Page 169 and 170:
168 Bæredygtig kemi i fremtiden Fi
Page 171 and 172:
170 DBS - PPy Figur 7. Polypyrrol d
Page 173 and 174:
172 Cyklisk Voltammetri (CV) Metode
Page 175 and 176:
174 Faktorer der påvirker ionvandr
Page 177 and 178:
176 Kationstørrelse og valens: Det
Page 179 and 180:
178 100 80 60 40 20 Kraft pr. Areal
Page 181 and 182:
180 Ordliste aldolase enzym der kat
Page 183:
182 phenylringe benzenringe polypep
show all

Nye Kemiske Horisonter - Danmarks Tekniske Universitet: Kemisk ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?