NGHIÊN cứu TỔNG hợp LỎNG ION họ IMIDAZOLIUM và ỨNG DỤNG TRONG CHUYỂN hóa HESPERIDIN THÀNH DIOSMIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề Tài:
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP LỎNG ION HỌ IMIDAZOLIUM VÀ ỨNG DỤNG
TRONG CHUYỂN HÓA HESPERIDIN THÀNH DIOSMIN
Trình độ đào tạo: Đại học
Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
Chuyên ngành: Hóa Dầu
Giảng viên hướng dẫn: TS. Hoàng Thị Kim Dung
Sinh viên thực hiện: Đỗ Thanh Tâm
MSSV: 1152010199 Lớp: DH11H1
Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CNTP
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm
theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR -VT)
Họ và tên sinh viên: Đỗ Thanh Tâm Ngày sinh: 04/11/1993
MSSV : 1152010199 Lớp: DH11H1
Địa chỉ : Tổ 17, Khóm 2, P11, Tp.Cao Lãnh, Đồng Tháp
E-mail :
Trình độ đào tạo : Đại Học
Hệ đào tạo : Chính quy
Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học
Chuyên ngành : Hóa dầu
1. Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp lỏng ion họ imidazolium và ứng dụng trong
chuyển hóa hesperidin thành diosmin.
2. Giảng viên hướng dẫn: TS. Hoàng Thị Kim Dung
3. Ngày giao đề tài: 20/01/2015

4. Ngày hoàn thành đồ án tốt nghiệp: 01/07/2015
Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày…….tháng… năm ……
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)
SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)
TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)
TRƯỞNG KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên)
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản đồ án này do tôi tự nghiên cứu thực hiện dưới sự
hướng dẫn của TS.Hoàng Thị Kim Dung và Th.s Huỳnh Thị Kim Chi. Để
hoàn thành đồ án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu
tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác mà không được
ghi. Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.
Sinh viên thực hiện
Đỗ Thanh Tâm
LỜI CẢM ƠN
Với khoảng thời gian hơn bốn năm ngồi trên ghế giảng đường, và đặc biệt là
hơn bốn tháng làm luận văn tốt nghiệp vừa qua, em đà trưởng thành rất nhiều
trong việc nghiện cứu cũng như trong rèn luyện nhân cách. Để có được những điều
này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến các quý thầy cô trong trường Đại
Học Bà Rịa Vũng Tàu và đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn công nghệ kỹ thuật
hóa học, những người đã giúp đỡ và dìu dắt em rất nhiều trên con đường trở thành
một kỹ sư trong tương lai.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Hoàng Thị Kim Dung, chị
Huỳnh Thị Kim Chi và các anh chị trong phòng hóa hữu cơ-polymer Viện Công
Nghệ Hóa Học đã hướng dẫn và chỉ bảo em trong thời gian làm luận văn vừa qua.
Con xin cảm ơn gia đình đã hết lòng yêu thương, chăm sóc và cổ vũ tinh thần

cho con, giúp con vượt qua những giai đoạn khó khăn nhất trong công việc cũng
như trong cuộc sống.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè tôi, những người đã luôn ở
bên cạnh tôi động viên và giúp đỡ trong những lúc khó khăn
Mục lục
5
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC SƠ ĐỒ
6
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Phổ HPLC sản phẩm thô dùng dung môi pyridine
Phụ lục 2: Phổ HPLC sản phẩm thô dùng dung môi [Bmim]Br
Phụ lục 3: Phổ HPLC sản phẩm thô dùng dung môi [Bmim]Br, H
2
O
Phụ lục 4: Phổ HPLC sản phẩm thô dùng dung môi [Bmim]Br, NaOH
Phụ luc 5: Phổ HPLC diosmin thô dùng dung môi [Bmim]BF
4
Phụ lục 6: Phổ HPLC diosmin thô dùng dung môi [Bmim]OTf
Phụ lục 7: Phổ
1
H-NMR [Bmim]Br
Phụ lục 8: Phổ dãn rộng
1
H-NMR [Bmim]Br
Phụ lục 9: Phổ
1
H-NMR [Bmim]BF
4

Phụ lục 10: Phổ dãn rộng
1
H-NMR [Bmim]BF
4
Phụ lục 11: Phổ
1
H-NMR [Bmim]OTf
Phụ lục 12: Phổ dãn rộng 1
1
H-NMR [Bmim]OTf
Phụ lục 13: Phổ dãn rộng 2
1
H-NMR [Bmim]OTf
Phụ lục 14: Phổ
13
C-NMR [Bmim]Br
Phụ lục 15: Phổ
13
C-NMR [Bmim]BF
4
Phụ lục 16: Phổ
13
C-NMR [Bmim]OTf
Phụ lục 17: Phổ HRMS [Bmim]Br
Phụ lục 18: Phổ HRMS [Bmim]BF
4
Phụ lục 19: Phổ HRMS [Bmim]OTf
7
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
[Bmim]Br: 1-butyl-3-methylimidazolium bromide

[Bmim]BF
4
: 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborat
[Bmim]OTf: 1-butyl-3-methylimidazolium trifloromethansunfonat
[Bmim]NTf
2
: 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide
DMSO: Dimethyl sulfoxide
DMF: N,N-Dimethylformamide
[Emim]Br: 1-etyl-3-methylimidazolium bromide
[Emim]BF
4
: 1-etyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborat
[Hmim]Br: 1-hexyl-3-methylimidazolium bromide
[Hmim]PF
6
: 1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate
HPLC: High performance liquid chromatography
HRMS: High resolution mass spectrometry
ILs: Ionic liquids
KOTf: Potassium trifluoro-methanesulfonate
NMR: Nuclear magnetic resonance spectroscopy
[PiP
14
]Br: N-butyl-n-methylpiperidinium bromide
[PiP
14
]BF
4
: N-butyl-n-methylpiperidinium tetrafluoroborat

[PiP
14
]NTf
2
: N-butyl-n-methylpiperidinium bis(trifluromethanesulfonyl) imide
8
LỜI GIỚI THIỆU
Diosmin và hesperidin là một trong những dược phẩm thuộc họ flavonoid có
nguồn gốc thực vật, có tác dụng chống oxy hóa, giảm mỡ máu và chống ung thư,
điều trị mãn tính suy tĩnh mạch (CVI), trĩ, phù bạch huyết, và giãn tĩnh mạch, kháng
viêm, chống dị ứng, hạ huyết áp, kháng khuẩn. Diosmin lần đầu tiên được phân lập
vào năm 1925 và trở thành tác nhân điều trị năm 1969. Diosmin khác hesperidin bởi
sự hiện diện của một liên kết đôi giữa hai nguyên tử carbon trong vòng carbon trung
tâm của diosmin. Diosmin có thể được sản xuất bằng cách chiết hesperidin từ cam
quýt, sau đó chuyển đổi hesperidin thành diosmin. Diosmin được sản xuất bằng các
phương pháp trước đây thường có chứa các sản phẩm phụ khác nhau như
hesperidin, isorhoifin, acetyl lisovanilone, diosmetin và các tạp chất cơ học dễ bay
hơi khác, không đảm bảo độ tinh khiết cuối cùng của diosmin với chất lượng dược
phẩm theo yêu cầu. Quá trình chuyển đổi hesperidin trong dung môi hữu cơ truyền
thống độc hại khó thu hồi. Việc tìm ra một dung môi phản ứng thích hợp, khắc phục
được những nhược điểm của các quy trình tổng hợp hữu cơ truyền thống luôn là
mục tiêu nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới.
Trong những năm gần đây, chất lỏng ion được biết đến như một lựa chọn
“xanh” để thay thế cho các dung môi hữu cơ thông thường nhờ vào những tính chất
hóa lý nổi bật như không có áp suất hơi, độ bền nhiệt cao, có khả năng hòa tan được
nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ. Mỗi năm, trên thế giới, có hàng ngàn công trình
nghiên cứu về các phương diện khác nhau của chất lỏng ion nói chung và việc sử
dụng chất lỏng ion làm dung môi xanh cho tổng hợp hữu cơ nói riêng đã được công
bố trên các tạp chí chuyên ngành quốc tế có uy tín. Trong đó, chất lỏng ion nguồn
gốc từ muối alkylimidazolium bất đối xứng được nghiên cứu khá phổ biến với

những ứng dụng không chỉ trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ mà còn nhiều ngành
khoa học công nghệ khác.
Từ những lý do trên trong nghiên cứu này chúng tôi quyết định chon chất lỏng
ion làm dung môi trong phản ứng chuyển hóa chuyển đổi hesperidin thành diosmin.

9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Chất lỏng ion
1.1.1Định nghĩa
Chất lỏng ion được định nghĩa là những chất lỏng chỉ chứa toàn bộ ion mà
không có phần tử trung hòa trong đó. Chất lỏng ion là những hợp chất ion (muối) có
điểm chảy dưới 100
o
C 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) [4]. Chất
lỏng ion có màu từ vàng đến cam tùy cấu trúc.
Đặc điểm quan trọng nhất của ILs là sự tương tác cation-anion thấp dẫn đến
hai tính năng quan trọng nhất của ILs: nhiệt độ nóng chảy thấp và tồn tại ở trạng
thái ion. Như vậy, mức giảm của các tương tác ion là yếu tố quyết định để ILs có
đặc tính tối ưu [5].
Hình 1.1 Công thức tổng quát muối ion họ imidazolium
1.1.2 Phân loại
 Dựa trên phân loại cations, thì ILs có 3 nhóm chính:
10
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
 Nhóm quaternary ammonium cation: đây là nhóm phổ biến nhất gồm các
loại cation như: imidazolium, morpholinium, pyrrolidinium,
pipperidinium, ammonium, piperazinium, pyridinium Ở trạng thái hóa
trị 3, nitrogen vẫn còn một cặp electron nên trở thành một electron hóa trị
có khả năng phản ứng với các tác nhân nucleophilic để hình thành
nitrogen mang điện tích dương.[4]
 Nhóm phosphonium cation: với nguyên tử mang điện dương là phospho
(P).
 Nhóm sulphonium cation: với nguyên tử mang điện dương là nguyên tử
lưu huỳnh (S).
Hình 1.2: Một số cation thường gặp
11
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
Hình 1.3: Một số anion thường gặp
* Vai trò của các gốc ion
• Gốc cation: cấu trúc cồng kênh của cation đóng vai trò quyết định nhiệt độ
nóng chảy của chất lỏng ion. Do kích thước lớn cùng các anion phối hợp (> 1
nm) làm cho muối của chúng có năng lượng mạng rất thấp làm ảnh hưởng
trực tiếp đến sự tách biệt lớn giữa các cation và anion. Các nguồn năng lượng
mạng thậm chí có thể thấp hơn enthalpy thăng hoa của các chất rắn có phân
tử tương đương trọng lượng nguyên tử. Do đó, các cation không cảm nhận
điện trường mạnh mẽ như trong các muối truyền thống.[5]
• Gốc anion: vai trò chính của gốc anion là để kiềm hãm mạnh mẽ tương tác

cation-anion, làm giảm lực tĩnh điện trong các muối tương tác yếu, làm cho
muối khó kết tinh ở điều kiện thường. Do đó phần lớn góc anion thường có
đường kính khá lớn ( phạm vi nanomet), hơn nữa "bề mặt" của nó thường bị
bao phủ bởi các nguyên tử flo kém phân cực tạo thành "Teflon" làm giảm
tương tác giữa các cặp ion và làm tăng nhiệt động lực học, tăng sự ổn định
của các anion. Ví dụ, muối 1-ethyl-3-methylimidazolium
trifluoromethylsulfonyl ổn định lên đến 400
o
C, trong khi đó 1-etyl-3-
methylimidazolium tetrafluoroborate chỉ ổn định lên đến 300
o
C.[6]
• Mạch nhánh ankyl: mạch nhánh ankyl trên gốc cation tăng cũng làm tăng
tính ái dầu nhờ đó làm tăng khả năng tiếp xúc giữa xúc tác và chất hữu cơ,
khi thay đổi độ dài mạch nhánh ankyl cũng làm thay đổi một số tính chất của
ILs ( nhiệt độ nóng chảy, độ nhớt, độ dẫn điện…). Ví dụ mật độ của ILs giảm
khi độ dài của các chuỗi alkyl trên cation tăng lên đến một độ dài nhất định,
mật độ giảm dẫn đến trọng lượng phân tử giảm theo (xem bảng 1.3).[7]
12
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
Hình 1.4: Điện thế của các anion [6]
Bảng 1.1: Ảnh hưởng của các anion đến độ hòa tan trong nước của ILs
Không tan trong nước Tan ít trong nước Tan nhiều trong nươc
[PF
6
]

-
[NTf
2
]
-
[BR1R
2
R
3
R
4
]
-
[BF
4
]
-
[OTf]
-
[N(CN)
2
]
-
[CH
3
CO
2
]
-
[CF

3
CO
2
]
-
, [NO
3
]
-
Br
-
, Cl
-
, I
-
[Al
2
Cl
7
]
-
, [AlCl
4
]
-
1.1.3 Ưu điểm của lỏng ion
Các lỏng ion khi được sử dụng làm dung môi sẽ có một số đặc tính nổi trội
hơn so với các dung môi thông thường. Nhờ vào những tính chất này, chất lỏng ion
thể hiện được nhiều ưu điểm so với các dung môi hữu cơ truyền thống và cũng nhờ
đó chúng được xem là những dung môi xanh cho tổng hợp hữu cơ [8,9]. Các tính

chất đặc trưng tổng quát của các chất lỏng ion thường gặp là:
13
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
 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 lưu trữ trong
một thời gian dài.
 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.
 Việc tiến hành phản ứng trong lỏng ion tương đối dễ dàng, do chúng có thể
hòa tan được nhiều chất. Mặt khác việc phân lập sản phẩm cũng không khó,
sau phản ứng chỉ cần chiết với dung môi hữu cơ chẳng hạn ether, lỏng ion
sau phản ứng có thể được sử dụng ngay cho phản ứng kế tiếp.
 Nhờ có tính chất ion, nhiều phản ứng hữu cơ thực hiện trong dung môi lỏng
ion thường có tốc độ phản ứng lớn hơn so với việc sử dụng các dung môi
hữu cơ thông thường, đặc biệt là khi có sự hỗ trợ của vi sóng.
 Các lỏng ion có khả năng hòa tan khá tốt các khí như: H
2
, O
2
, CO, CO
2
do đó
chúng là dung môi có nhiều hứa hẹn cho các phản ứng cần sử dụng pha khí
như hydrogen hoá xúc tác, carbonyl hóa, hydroformyl hoá, oxy hoá bằng
không khí.
 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 chúng không tạo phức
phối trí với các cơ kim hay enzyme.
Bảng 1.2: Bảng so sánh dung môi hữu cơ với chất lỏng ion [9, 16]
Tính chất Dung môi hữu cơ Chất lỏng ion (ILs)
Số lượng dung môi >1000 >1,000,000
Khả năng ứng dụng Đơn chức năng Đa chức năng
Khả năng xúc tác Đơn chức năng Đa chức năng
Áp suất hơi Tuân theo định luật
Clausius–Clapeyron
Áp suất không đáng kể ở
điều kiện thường
Khả năng bắt cháy Thường dễ cháy Không cháy
Khả năng phân cực Dễ xác định Phức tạp
Giá thành Giá rẻ Giá thường gấp 2-100 lần
so với dung môi thông
thường
Khả năng tái chế Khó thu hồi Dễ thu hồi
Độ nhớt, cP 0.2–100 22–40,000
Tỷ trọng g/cm
3
0.6–1.7 0.8–3.3
Chỉ số khúc xạ 1.3–1.6 1.5–2.2
14
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
15
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung

SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
1.1.4 Tính chất
Sở dĩ ILs là muối nhưng có dạng lỏng là bởi vì điện tích trên cation và anion
bị phân bổ không điều, điều này khiến cho tương tác tĩnh điện giữa anion và cation
không đủ mạnh để tạo thành liên kết tinh thể ở nhiệt độ thường, vì thế mà muối hữu
cơ loại này có dạng lỏng. Do đó chất lỏng ion có những tính chất nổi trội hơn so với
dung dịch muối thông thường. Các đặc tính như độ nóng chảy, độ nhớt, tỷ trọng và
kỵ nước có thể được thay đổi bằng cách thay đổi để cấu trúc của các ion.[4,10]
1.1.4.1 Nhiệt độ nóng chảy thấp
Điểm nóng chảy (T
m
) của một hợp chất phân tử hữu cơ được xác định bởi lực
liên kết của mạng tinh thể, phụ thuộc vào ba yếu tố chính: đối xứng phân tử, lực liên
kết giữa các phân tử và hình dạng của tự do của phân tử. Nguyên tắc này cũng được
áp dụng cho các lỏng ion ILs. Đối với ILs, điểm nóng chảy là một trong những tính
chất vật lý quan trọng nhất của chất lỏng ion. Điểm nóng chảy là cơ sở để xác định
một muối được coi như ILs hay không. Điểm nóng chảy của chất lỏng ion phụ
thuộc vào thành phần cation / anion.
Các lý thuyết hoá học cơ bản cho chúng ta biết rằng, các liên kết ion mạnh hơn
nhiều so với các liên kết đồng hoá trị. Điều này giải thích vì sao các loại muối như
natri clorua lại có điểm nóng chảy cao (801
o
C) và các dung môi hữu cơ như ether dễ
bay hơi. Tuy nhiên, bằng cách làm yếu đi liên kết giữa các ion, ta có thể giảm điểm
nóng chảy của các hợp chất ion. Việc này được thực hiện bằng cách sử dụng các
cation lớn và bất đối xứng, ví dụ imidazole hoặc pyridine, vì những cation này
không sắp xếp với nhau một cách có trật tự [4]. Hiệu ứng này có thể được tăng

cường bằng cách sử dụng các anion lớn hoặc bổ sung các nhóm phụ với kích thước
lớn chẳng hạn các chuỗi alkan dài vào cation.
Khi khoảng cách giữa các ion tăng, điểm nóng chảy của hợp chất ion giảm.
Tuy lực tĩnh điện buộc các ion chuyển sang trạng thái kết tinh, nhưng lực không
gian của các cation lớn lại ngăn không cho quá trình đó diễn ra. Đó là lý do vì sao
chúng ta có các chất lỏng ion ở nhiệt độ phòng. Ngoài ra liên kết hydro cũng ảnh
hưởng một phần đến nhiệt độ nóng chảy, ILs có nhiều liên kết hydro thì nhiệt độ
nóng chảy càng tăng, ví dụ: khi so sánh 1-butyl-3-methylimidazolium bromide
([Bmim]Br, mp = 79
o
C) với (PIP
14
Br, mp = 241
o
C), điều này có thể được giải thích
là trong [Bmim]Br ILs chỉ có một H-liên kết giữa cation và anion.Trong khi ở
PIP
14
Br có ba H-liên kết được quan sát với ion [Br-]dẫn đến nhiệt độ nóng chảy cao
16
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
hơn. Trong [Bmim]Br, không có liên kết H- được quan sát giữa anion và chuỗi
alkyl, trong khi ở PIP
14
Br, có hai H-liên kết với chuỗi alkyl và một H-liên kết với
hydro của vòng piperidine [10]. Độ tương tác mạnh yếu của liên kết H củng ảnh

hưởng đến nhiệt độ nóng chảy.
Hình 1.5: Ảnh hưởng của lực liên kết hydro đến nhiệt độ nóng chảy [10]
Ngoài những yếu tố trên, gốc anion cũng ảnh đến nhiệt độ nóng chảy của ILs.
Trong ILs họ imidazolium, điểm nóng chảy sẽ tăng theo thứ tự sau đây: NTf
2
-
<
BF
4
-
<PF
6
-
<Br
-
(Xem bảng 1.3).
1.1.4.2 Độ nhớt
17
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
Độ nhớt của chất lỏng ion thường cao hơn so với các dung môi thông thường.
Độ nhớt được hình thành bởi lực Van Der Waals, liên kết hydro và lực tĩnh điện
[10]. Sự hình thành các anion fluoro như BF
4
-
và PF
6

-
cũng hình thành độ nhớt của
ILs. Ví dụ: độ nhớt của [Bmim]PF
6
(450 cP) được tìm thấy gần gấp đôi so với độ
nhớt của [Bmim]BF
4
(219 cP). Điều này có thể là do sự hiện diện số lượng các liên
kết hydro có trong [Bmim]PF
6
, nhiều hơn [Bmim]BF
4
[11]. Trong khi đó, chất lỏng
ion có chứa [BF
4
]
-
có độ nhớt lớn hơn so với với [NTf
2
]
-
, do có sự chênh lệch mật độ
điện tích âm làm thay đổi lực liên kết tĩnh điện. Sự gia tăng độ nhớt của các anion /
kết hợp cation khác nhau là do sự gia tăng trong van der Waals qua liên kết hydro.
Ngoài ra, tính đối xứng của các anion vô cơ, ví dụ [PF
6
]
-
hay [BF
4

]
-
so với các anion
hữu cơ [NTf
2
]
-
cũng một phần ảnh hưởng đến độ nhớt, cấu trúc đối xứng thường
cho độ nhớt cao hơn so với cấu trúc bất đối xứng. Từ những điều trên cho ta thấy
rằng hình học và khối lượng mol của các ion âm có ảnh hưởng mạnh mẽ đến độ
nhớt của của ILs, Ví dụ [Bmim]
+
kết hợp với một trong hai [PF
6
]
-
hoặc [NTf
2
]
-
, cho
ILs độ nhớt khác nhau đáng kể. Từ kết quả này cho thấy mối quan hệ phức tạp của
các tương tác cation-anion. [7]
Bảng 1.3: Nhiệt độ nóng chảy và độ nhớt của một số chất ILs [10]
Imidazolium
ILs
Nhiệt độ
nóng chảy
(tmºC)
Độ nhớt

(η)/ cP
Piperidinium
ILs
Nhiệt độ
nóng chảy
(tmºC)
Độ nhớt
(η)/ cP
BmimBr 79 Solid PIP
14
Br 241 solid
HmimBr -54.9 3986 PIP
16
Br 201 solid
PmimI -56 35 PIP
13
I 181 solid
BmimI -72 1110 PIP
14
I 198 solid
HmimI -72 771 PIP
16
I 124 solid
BmimBF
4
-81 219 PIP
14
BF
4
146 solid

BmimPF
6
4 450 PIP
14
PF
6
- solid
HmimPF
6
-61 585 PIP
16
PF
6
188.7 solid
BmimOTf 16 54 PIP
12
NTf
2
84.3 solid
BmimNTf
2
-25 69 PIP
14
NTf
2
-25 182
1.1.4.3 Tỉ trọng
ILs thường nặng hơn các dung môi hữu cơ và nước, với các giá trị khác nhau,
điển hình 1-1,6 g/cm
3

. Khối lượng riêng của ILs giảm khi tăng chiều dài của chuỗi
alkyl trong cation. Khối lượng riêng của ILs phụ thuộc vào loại cation và anion.[12]
Bảng 1.4: Tỷ trọng chất lỏng ion họ imidazolium [C
n
mim]Br và [C
n
mim]BF
4
[3]
18
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
Chất lỏng ion
Tỷ trọng d
g/cm
3
Chất lỏng ion
Tỷ trọng d
g/cm
3
[Emim]Br 1.277 [Emim]BF
4
1.2532
[Bmim]Br 1.255 [Bmim]BF
4
1.2060
[Hmim]Br 1.2192 [Hmim]BF

4
1.1435
[Omim]Br 1.1636 [Omim]BF
4
1.1082
1.1.4.4 Độ phân cực
Để phân loại dung môi có phân cực hay không là một trong những thuộc thuộc
tính quan trọng trong các phản ứng hóa học. Theo tài liệu IUPAC, phân cực được
định nghĩa là tổng các tương tác giữa các ion, phân tử chất tan và phân tử dung môi,
các tương tác như vậy ảnh hưởng đến những biến đổi hóa học nhất định của ion hay
phân tử chất tan. Độ phân cực của ILs thường được quyết định bởi các anion, Cl
-
>
Br
-
> [BF
4
]
-
> [PF
6
]
-
> [NTf
2
]
-
. Ngoài ra độ phân cực của ILs còn ảnh hưởng đến độ
tan trong nước hoặc các dung môi hữu cơ.[10]
Bảng 1.5 Độ hòa tan chất lỏng ion họ imidazolium [C

n
mim]Br
Dung môi [Emim]Br [Bmim]Br [Hmim]Br [Omim]Br
Ethyl acetate Không tan Không tan Không tan Không tan
Diethyl ether Không tan Không tan Không tan Không tan
Toluen Không tan Không tan Không tan Không tan
Benzen Không tan Không tan Không tan Không tan
Diclorometan Tan ít Tan ít Tan ít Tan ít
Axeton Tan ít Tan Tan Tan
Acetonitril Tan Tan Tan Tan
Cloroform Tan Tan Tan Tan
Etanol Tan Tan Tan Tan
1.1.4.5 Độ dẫn điện
Trên thực tế chất ILs cấu tạo hoàn toàn từ các ion do đó có độ dẫn điện cao ở
nhiệt độ 25°C, các ILs có nhân cation (core) là 1,3-dialkyl-imidazolium có thể có độ
dẫn ion khoảng vài chục mS/cm (Simend là đơn vị nghịch đảo của đơn vị điện trở
kháng Ohm). Tuy nhiện độ dẫn điện của dung môi không chỉ phụ thuộc vào số hạt
19
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
mang điện mà còn phụ thuộc vào độ nhớt, mật độ, kích thước ion, anion, sự di
chuyển của ion. Kích thước lớn của các ion trong ILs làm giảm sự di chuyển của
ion, do đó làm giảm độ dẫn điện. Mật độ ion càng lớn dễ hình thành các đám tụ ion,
ảnh hưởng đến khả năng di chuyển của ion. Độ dẫn điện của ILs tỉ lệ nghịch với độ
nhớt, độ nhớt càng lớn thì độ dẫn càng kém.[10,12]
1.1.5 Điều chế
Nguyên tắc chung của quá trình tổng hợp ILs có thể chia làm hai giai đoạn

tổng quát: giai đoạn I là tạo muối để hình thành cation, các cation tạo ra bằng cách
'trung hòa' một acid Lewis, thường alkylimidazole, trialkylamines, pyrolles và
piperidines và giai đoạn II là trao đổi anion để hình thành chất lỏng mong muốn.
Sau khi chất lỏng ion hình thành, tùy thuộc vào tính chất và độ tan của chất lỏng
ion, chất lỏng ion được tinh chế bằng các phương pháp khác nhau. Do chất lỏng ion
không bay hơi nên không thể tinh chế bằng phương pháp chưng cất so với các dung
môi thông thường. Các tác chất dư sẽ được trích ly khỏi chất lỏng ion, chất lỏng ion
sẽ được rửa nhiều lần bằng các dung môi hữu cơ, thông thường các dung môi dùng
để rủa thuộc họ ether hoặc aceton.[13]
 Một số chất ILs có thể tạo trực tiếp trong một giai đoạn bằng cách trung hòa
các acid Lewis (methylimidazole) bằng cách cho thêm một acid Bronsted
(xem hình 1.6, bước 1). Tuy nhiên, một số loại muối này thường không ổn
định nhiệt hoặc tồn tại trong trạng thái cân bằng với acid tự do, do đó các
ứng dụng bị hạn chế. Hoặc tổng hợp trực tiếp bằng các halide, alkylsulphate
([RSO
4
]
-
), alkylcarbonate [RCO
3
]
-
và trilfate [CF
3
SO
2
]
-
, (xem hình 1.6, bước
4.)

 Đối với ILs yêu cầu kỹ thuật cao thông thường thông qua hai giai đoạn: tạo
halogen alkylimidazolium (Cl
-
hoặc Br
-
) bằng phản ứng N-alkyl hóa với các
dẫn xuất alkylhalide, tiếp theo hoán đổi anion tạo ILs mong muốn (xem hình
1.6, bước 2 và 3). Đối với ILs kỵ nước có chứa các [NTf
2
]
-
và [PF
6
]
-
anion,
có thể tạo ra bằng cách trao đổi anion của các halogen imidazolium tương
ứng với Li
+
, Na
+
hay NH
4
+
muối. Sau đó ILs tạo thành có thể được tinh chế
thêm bằng cách rửa bằng nước để loại bỏ halogen còn lại.
20
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đồ án tốt nghiệp
2015
Hình 1.6: Các bước tổng hợp ILs [8]
Hình 1.7: Quy trình phổ biến để tổng hợp các chất lỏng ion dialkylimidazolium
Các phản ứng điều chế ILs kích hoạt bằng vi sóng (microwave) trong điều
kiện phản ứng không dung môi, phản ứng thường diễn ra rất nhanh (5-10 phút), so
với các phương pháp truyền thống trước đây phản ứng phải mất vài giờ hoặc đôi khi
tới vài ngày [14]. Tuy nhiên dưới tác dụng của vi sóng các tác chất phản ứng dễ sinh
nhiệt lớn trong khoảng thời gian ngắn, do đó để hạn chế sự bay hơi của các tác nhân
alkyl halide, sự phân hủy của các hợp chất hữu cơ, cũng như xảy ra các phản ứng
21
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
phụ ở nhiệt độ cao, phản ứng trong lò vi sóng thường đươc tiến hành gián đoạn (10-
15s/lần), kết hợp với sinh hàn lạnh. Ưu điểm của phương pháp này không cần phải
dùng dư một lượng tác nhân alkyl halide như phương pháp gia nhiệt truyền thống,
đồng thời khá an toàn cho người vận hành do môi trường điều chế không sử dụng
các dung môi hữu cơ dễ bay hơi.
Hình 1.8: Phản ứng tổng hợp ILs trong lò vi sóng
Bảng 1.6: Điều kiện phản ứng N-alkyl hóa của 1-methylimidazole với n-haloalkane
trong chiếu xạ vi sóng.[13]
1.1.6 Ứng dụng
22
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp

2015
Chất lỏng ion tạo ra sự tương tác giữa dung môi-chất tan mạnh làm cho các
phản ứng hóa học khác biệt so với các hệ thống dung môi phân tử. Đặc biệt rằng
đây các chất lỏng ion trung tính đã được nghiên cứu rộng rãi làm dung môi cho các
phản ứng hydro hóa. Một lợi thế quan trọng của chất lỏng ion là chất xúc tác kim
loại chuyển tiếp tạo thành phức đồng thể có thể thu hồi và được sử dụng lại, các sản
phẩm của phản ứng có thể dễ dàng tách ra khỏi chất lỏng ion và chất xúc tác.[4]
1.1.6.1 Ứng dụng trong khai thác dầu khí
Chất lỏng ion có khả năng hoà tan rất nhiều dạng chất tan, vì vậy tính chất này
đang được nhiều nhà nghiên cứu khảo sát để áp dụng ở quy mô công nghiệp. Ngày
nay, các nhà nghiên cứu đã phát triển những hệ thống chất lỏng ion có khả năng làm
sạch khí thiên nhiên để có thể khai thác khí này với hiệu quả kinh tế cao hơn.Theo
các chuyên gia dầu khí, phần lớn các mỏ dầu tại châu Á đều chứa rất nhiều lưu
huỳnh. Trong khi đó, dầu mỏ và khí thiên nhiên khai thác từ các mỏ dưới đáy biển
thường bị bão hoà hơi thuỷ ngân, hơi này gây ăn mòn thiết bị và có thể gây ra các
vụ nổ. “Năm 2008, phòng thí nghiệm chất lỏng ion thuộc Đại học Tổng hợp Queen
– một trong những cơ sở đi tiên phong trong nghiên cứu và thương mại hoá các
chất lỏng ion – đã được Công ty hoá dầu Petronas của Malaysia đề nghị nghiên
cứu và phát triển một loạt chất lỏng ion có khả năng loại bỏ thuỷ ngân ra khỏi khí
thiên nhiên một cách hiệu quả. Nhờ kết quả nghiên cứu này, năm 2011 Petronas đã
vận hành một nhà máy quy mô lớn, trong đó 60 tấn chất lỏng ion được phân tán
trên nền cứng để rửa hơi thuỷ ngân ra khỏi dòng khí thiên nhiên khai thác từ mỏ
dầu”. Phương pháp tách thuỷ ngân bằng chất lỏng ion của Petronas có hiệu quả cao
gấp 5 lần các phương pháp khác (ví dụ phương pháp sử dụng cacbon xốp tẩm lưu
huỳnh) và có thể xử lý cả những hàm lượng thuỷ ngân rất cao. Nếu nhà máy nói
trên hoạt động có hiệu quả, mô hình đó sẽ được Petronas áp dụng trên khắp
Malaysia.[2]
1.1.6.2 Ứng dụng trong dược phẩm
Hiện nay, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Hoá học và Sinh học (TCB,
Bồ Đào Nha) đang tìm cách điều chế các hợp chất dược phẩm ở dạng chất lỏng ion.

Họ cho biết, loại dược phẩm mới này có những ưu điểm rõ ràng so với dược phẩm
dạng viên.
Các nhà nghiên cứu nói trên đã tổng hợp 5 loai kháng sinh ampicillin ở dạng
chất lỏng ion. Họ cho dung dịch amoniac kiềm nhẹ của ampicillin phản ứng với các
23
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
dạng khác nhau của các cation hydroxit hữu cơ. Các cation này được thay thế bằng
các muối amoniac, photpho, pyridine và metylimidazole, chúng được chuyển hoá
thành các hydroxit trong cột trao đổi ion. Hiệu suất thu hồi ampicillin đạt 75 – 95
%.Theo các tác giả của công trình nghiên cứu này, penicillin ở dạng chất lỏng ion
có 3 ưu điểm rõ ràng so vơi ampicillin dạng viên.[2]
 Trước tiên, do loại thuốc này nằm ở dạng lỏng nên không cần phải hoà tan
hợp chất tinh thể rắn trong nước. Về nguyên tắc, điều đó có nghĩa là chúng ta
sẽ chỉ cần sử dụng lượng thuốc ít hơn nhiều mà vẫn đảm bảo hiệu quả điều
trị.
 Khả năng của thuốc đi qua thành tế bào được cải thiện. Kết quả khảo sát cho
thấy, các loại thuốc ở dạng chất lỏng ion có khả năng thâm nhập màng lipo
của tế bào tốt hơn những loại thuốc viên dạng ngắn.
 Tránh được hiện tượng đa hình thái của dược phẩm. Đây là khả năng của
chất rắn tồn tại ở các dạng tinh thể khác nhau mà chỉ một dạng trong số đó là
có hoạt tính dược lý. Những sự thay đổi nhỏ của những yếu tố bên ngoài,
chẳng hạn như nhiệt độ, có thể khiến cho tinh thể chuyển sang dạng không
có hoạt tính dược lý. Quá trình đó thường khiến cho dược phẩm trở thành
hỗn hợp các dạng thành phần khác nhau, trong khi đó chỉ khoảng 50 % là có
tác dụng mong muốn. Nhưng nếu chúng ta lưu trữ dược phẩm ở dạng lỏng
thì hiện tượng như vậy sẽ không xảy ra.

1.1.6.3 Ứng dụng làm dung môi
a) Phản ứng Diels –Alder
Phản ứng Diels –Alder là một trong những phương pháp quan trọng nhất trong
tổng hợp hữu cơ làm tăng mạch carbon.Chất lỏng ion trung tính đã được tìm thấy là
dung môi tuyệt vời cho các phản ứng Diels-Alder, nâng cao tốc độ phản ứng hóa,
một trong những lợi ích chính trong phản ứng này là các chất lỏng ion và chất xúc
tác có thể được tái chế và tái sử dụng sau khi chiết dung môi hoặc chưng cất trực
tiếp của các sản phẩm từ các chất lỏng ion [4,15].
24
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đồ án tốt nghiệp
2015
Hình 1.9: Phản ứng Diels – Alder thực hiện trong chất lỏng ion họ imidazolium
b) Phản ứng Heck
Một phản ứng đặc quan trọng trong tổng hợp hóa hữu cơ là phản ứng ghép nối
Heck. Ví dụ phản ứng ghép nối aryl halides and anhydrides với xúc tác palladium
trong chất lỏng ion. Phản ứng cho thấy rằng nhiều phức palladium hòa tan trong
chất lỏng ion và cho phép các sản phẩm chính và các sản phẩm phụ của phản ứng
Heck được chiết với nước hoặc ankan dung môi (Hình 1.10). Điều này cho phép các
chất xúc tác đắt tiền được dễ dàng tái chế khi tồn tại trong ion. Khác với phản ứng
Heck thông thường, trong đó các chất xúc tác thường bị mất vào cuối phản ứng,
dung môi sử dụng thường độc hại [16,17].
Hình 1.10: Phản ứng Heck giữa aryl halides and anhydrides trong chất lỏng ion
1.1.6.4 Ứng dụng làm xúc tác
Hydrocacbon thơm đa vòng hòa tan trong chloroaluminate (III) chất lỏng ion
tạo thành hợp chất vòng no [18]. Ví dụ: pyrene và anthracene có thể được giảm đến
perhydropyrene và perhydroanthracene ở điều kiện thường. Điều này trái ngược với
phản ứng hydro hóa xúc tác, trong đó yêu cầu nhiệt độ và áp suất cao, xúc tác platin

oxit đắt tiền, sản phẩm tạo ra có nhiều đồng phân.
25
GVHD : TS. Hoàng Thị Kim Dung
SVTH : Đỗ Thanh Tâm