Phản ứng Hữu Cơ Trong Chất Lỏng Ion - Tạp Chí Hóa Học

I. Khái niệm chất lỏng ion

Chất lỏng ion là những hợp chất ion (muối) có điểm chảy dưới 100oC và thường là chất lỏng ở nhiệt độ phòng. Nó được tạo thành từ cation gốc hữu cơ (chủ yếu là amoni, photphoni và sunfoni) và anion vô cơ (thường là halogen, cũng có một số trường hợp là anion sunfat hữu cơ như sẽ giới thiệu chi tiết ở bảng dưới). Những loại chất lỏng ion hay gặp có phần cation thường là 1-ankyl-3-metylimidazolium (mim), chẳng hạn dung môi phổ biến bmim thì gốc ankyl là butyl.

Một số loại chất lỏng ion được bán trên thị trường

Chất lỏng ion có màu từ vàng đến cam tùy cấu trúc

Chỉ cần thay đổi cấu trúc cation và anion sẽ thu được các chất lỏng ion có tính chất hoàn toàn khác. Do đó có thể xem đây là một loại dung môi “tùy ý thích người sử dụng”

II. Cái nhìn dưới góc độ hóa học xanh

Chất lỏng ion hầu như không bay hơi nên không gây ra các vấn đề về cháy nổ và an toàn cho người vận hành cũng như môi trường. Có thể trữ trong một thời gian dài mà không lo phá hủy

Chất lỏng ion bền nhiệt trong một khoảng nhiệt độ rộng nên có thể thực hiện được nhiều phản ứng ở nhiệt độ cao cũng như dễ thu hồi và tái sử dụng.

Có khả năng hòa tan tốt nhiều chất và có thể thay đổi độ tan của nó bằng cách thay đổi cấu trúc cation và anion và đặc biệt là không thể tạo phức phối trí với các cơ kim hay enzyme

Tăng tốc độ phản ứng, nhất là khi có mặt vi sóng

III. Tiến hành phản ứng trong chất lỏng ion

Chẳng hạn phản ứng Diels – Alder, trong đó việc dùng BMIM[BF4] cũng cho hoạt tính như phản ứng có xúc tác nhưng thời gian lâu hơn

Phản ứng andol hóa cho kết quả tốt hơn so với các dung môi khác

Và ngay cả việc gắn một nhóm chức “khó nhai” như flo cũng được tiến hành êm dịu với việc sử dụng chất lỏng ion

Một số quá trình tổng hợp toàn phần đã được tiến hành trong chất lỏng ion, chẳng hạn quá trình tổng hợp pravadoline (là một loại thuốc chữa bỏng) như sau:

Theo kết quả nghiên cứu của các tác giả thì việc tiến hành phản ứng đầu bằng KOH trong dung môi 1-butyl-2,3-dimetylimidazolium hexafluorophotphat cho hiệu suất đến 99%, mặt khác chất thải chỉ là KCl không độc so với quy trình chuẩn ngày xưa tạo AlCl3 vừa độc hại lại khó xử lý.

IV. Kỹ thuật thực nghiệm và hạn chế của phương pháp

Việc tiến hành phản ứng trong chất lỏng ion tương đối dễ dàng, do chúng có thể hòa tan được nhiều chất nên không đến mức phải dùng nhiều thủ thuật như trong dung môi nước. Mặt khác việc phân lập sản phẩm cũng không khó, sau phản ứng chỉ cần chiết với dung môi hữu cơ chẳng hạn ete thì đã có thể lấy sản phẩm, chất lỏng ion sau phản ứng có thể được sử dụng ngay cho phản ứng kế tiếp.

Tuy nhiên việc sử dụng chất lỏng ion cũng có những hạn chế nhất định. Thứ nhất là chất lỏng ion khá khó điều chế (nhất là phần cation), mặt khác chính quá trình điều chế chất lỏng ion lại không xanh, tạo ra khá nhiều chất thải.

Tài liệu tham khảo

1. Bài giảng Hóa học xanh cho lớp cao học K18 – PGS TS Lê Ngọc Thạch, Đại học KHTN – ĐHQGTPHCM 2. Hóa học xanh trong tổng hợp hữu cơ, tập 1 – PGS TS Phan Thanh Sơn Nam, Đại học Bách Khoa – ĐHQGTPHCM, 2008 3. Tokyo Chemical Industry, Green chemistry: Ionic liquid – useful reaction solvent, 2009 4. M. J. Earle, P. B. McCormac, K. R. Seddon, Green Chemistry, 261-262, 2, 2000