LUẬN văn CÔNG NGHỆ hóa NGHIÊN cứu KHẢ NĂNG THU hồi và tái sử DỤNG CHẤT LỎNG ION TRONG TỔNG hợp dược PHẨM PRAVADOLINE

ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Luận văn tốt nghiệp đại học

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THU
HỒI VÀ TÁI SỬ DỤNG CHẤT
LỎNG ION TRONG TỔNG HỢP
DƯỢC PHẨM PRAVADOLINE

GVHD: PGS.TS PHAN THANH SƠN NAM
KS LÊ VŨ HÀ
SINH VIÊN: NGUYỄN THỊ ANH THƯ
MSSV: 2064018

CẦN THƠ 12/2010


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Thầy PGS. TS. Phan Thanh
Sơn Nam đã truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như đã hướng dẫn rất tận tình
trong suốt quá trình làm luận văn. Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến các cán bộ trong
Bộ môn hóa hữu cơ trường Đại học Bách Khoa TP HCM đã tạo điều kiện cho em thực
hiện đề tài được dễ dàng và thuận lợi nhất. Em cũng xin bày bỏ long biết ơn sâu sắc
đến Cô Lê Thị Hồng Nhan và kỹ sư Lê Vũ Hả với sự giúp đỡ nhiệt tình trong suốt thời
gian qua.
Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến các bạn cùng lớp và các bạn trường Đại học
Bách Khoa vì những giúp đỡ của các bạn trong học tập và trong đề tài này.
Cuối cùng,con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ba mẹ với sự hi sinh to lớn
cùng với sự khuyến khích và ủng hộ con trong những lúc khó khăn khi thực hiện luận

văn cũng như những gi con đã đạt được trong suốt quá trình học tập.


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Chất lỏng ion họ imidazolium ở nhiệt độ phòng đã được tổng hợp thành công
và phân tích bằng 1H và 13C NMR và MS. Pravadoline, là một dược phẩm có cấu trúc
non-steroid có tác dụng giảm đau, an thần và kháng viêm, đã được tổng hợp thành
công trong chất lỏng ion [BMIM]PF6. Phản ứng đạt được hiệu suất cao ở 150C dưới
môi trường khí trơ là Argon trong vòng 20 phút. Kết quả cũng cho thấy rằng khi tăng
chiều dài gốc alkyl trong chất lỏng ion, hiệu suất tổng hợp giảm xuống đáng kể. Đặc
biệt, chất lỏng ion còn được thu hồi và tái sử dụng nhiều lần mà hiệu suất tổng hợp
giảm không đáng kể.


LỜI MỞ ĐẦU
Chất lỏng ion được xem là một lựa chọn “xanh” để thay thế cho các dung
môi hữu cơ thông thường bởi vì chúng không bay hơi trong điều kiện phản ứng ở
nhiệt độ cao nên có thể làm giảm bớt các hợp chất hữu cơ độc hại và tạo điều kiện
thuận lợi cho việc tách các sản phẩm từ các dung môi phản ứng [1, 2]. Trong vài năm
qua, nhiều loại chất lỏng ion đã được nghiên cứu, trong đó chất lỏng ion họ
dialkylimidazolium có một số ưu điểm như vẫn ở trạng thái lỏng ở một khoảng
nhiệt độ rộng và có tính hòa tan tốt đối với nhiều tác chất và chất xúc tác [3, 4].
Ở Việt Nam, tổng hợp các chất lỏng ion được nghiên cứu đầu tiên bởi nhóm
tác giả Lê Ngọc Thạch vào năm 2006 –2009 [6, 7]. Tuy nhiên, vẫn chưa thấy báo cáo
cụ thể về việc ứng dụng chúng trong tổng hợp các hợp chất hữu cơ. Trong bài này,
chúng tôi báo cáo về việc sử dụng chất lỏng ion họ imidazolium như là một dung
môi xanh cho phản ứng tổng hợp Pravadoline.
Pravadoline, là một dược phẩm có tác dụng giảm đau và kháng viêm được
tổng hợp thông qua hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên là phản ứng alkyl hóa giữa 1–
(N–morpholino) –2–chloroethane hydrochloride và 2–methylindole với sự có mặt

của base KOH để tạo thành sản phẩm chính là 1–(2– (N–morpholino) ethyl)–2–
methylindole. Và từ sản phẩm 1–(2– (N–morpholino) ethyl)–2–methylindole sẽ
thực hiện phản ứng acyl hóa với 4–methoxybenzoyl chloride để tạo ra sản phẩm
Pravadoline. Cả hai giai đoạn đều được thực hiện dung môi là chất lỏng ion họ
imidazolium thay thế cho các dung môi phân cực truyền thống không proton như
DMF hoặc DMSO [2, 5]. Do việc sử dụng các dung môi truyền thống này sẽ gây ảnh
hưởng nghiêm trọng đến môi trường cũng như hiệu suất không cao, sản phẩm phụ
nhiều.


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. I
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
DANH PHÁP CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... 5
DANH SÁCH CÁC HÌNH ......................................................................................... 7
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ 8
DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ .................................................................................... 10
CHƯƠNG 1 ............................................................................................................... 1
TỔNG QUAN ............................................................................................................ 1
1.1 Giới thiệu chung về chất lỏng ion ...................................................... 1
1.2 Cấu trúc của chất lỏng ion ................................................................. 3
1.2.1 Cation ......................................................................................... 3
1.2.2 Anion.......................................................................................... 3
1.3 Tổng hợp chất lỏng ion họ imidazolium ............................................ 4
1.4 Tính chất của chất lỏng ion ............................................................... 5
1.4.1 Nhiệt độ nóng chảy ..................................................................... 5
1.2.3 ....................................................................................................... 7
1.4.2 Độ nhớt ...................................................................................... 7
1.4.3 Tỷ trọng ...................................................................................... 9
1.2.4 ..................................................................................................... 10

1.4.4 Độ tan ....................................................................................... 10
1.2.5 ..................................................................................................... 12
1.4.5 Độ phân cực ............................................................................. 12
1.4.6 Độ dẫn ...................................................................................... 13


1.5 Ứng dụng của chất lỏng ion ............................................................. 14
1.5.1 Ứng dụng chất lỏng ion làm dung môi cho phản ứng tổng hợp
hữu cơ15
1.5.2 Ứng dụng chất lỏng ion làm chất xúc tác cho phản ứng ............ 23
1.6 DƯỢC PHẨM PRAVADOLINE .................................................... 25
CHƯƠNG 2 ............................................................................................................. 30
TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH CHẤT LỎNG ION .................................................. 30
2.1 Thực nghiệm ................................................................................... 30
2.1.1 Dụng cụ và hoá chất thí nghiệm ................................................ 30
2.1.2 Nguyên tắc tổng hợp ................................................................. 32
2.1.3 Quá trình thí nghiệm ................................................................. 33
2.1.4 Tính chất vật lý của sản phẩm ................................................... 35
2.1.5 Phương pháp phân tích chất lỏng ion [51-53]................................ 37
2.2 Kết quả và bàn luận ......................................................................... 38
2.2.1 Điều chế [BMIM]Br ................................................................. 38
2.2.2 Điều chế [BMIM][PF6] ............................................................. 40
2.2.3 Điều chế [HMIM]Br ................................................................. 42
2.2.4 Điều chế [HMIM]PF6 ............................................................... 44
2.2.5 Điều chế [OMIM]Br ................................................................. 45
2.2.6 Điều chế [OMIM]PF6 ............................................................... 47
2.2.7 Hiệu suất tổng hợp chất lỏng ion............................................... 49
CHƯƠNG 3 ............................................................................................................. 53
KHẢO SÁT PHẢN ỨNG ALKYL HÓA GIỮA 2–METHYLINDOLE VÀ 1–(N–
MORPHOLINO–2–CHLOROETHANE TRONG DUNG MÔI XANH LÀ CHẤT

LỎNG ION HỌ IMIDAZOLIUM ............................................................................ 53
3.1 Thực nghiệm ................................................................................... 53
3.1.1 Dụng cụ và hóa chất thí nghiệm ................................................ 53
3.1.2 Nguyên tắc quy trình ................................................................ 54


3.1.3 Quá trình thí nghiệm ................................................................. 55
3.1.4 Phương pháp phân tích ............................................................. 56
3.2 Kết quả và bàn luận ........................................................................... 59
3.2.1 Quá trình phản ứng ................................................................... 59
3.2.2 Phân tích cấu trúc ..................................................................... 60
3.2.3 Kết quả hiệu suất ...................................................................... 61
Chương 4 ................................................................................................. 63
TỔNG HỢP DƯỢC PHẨM PRAVADOLINE TRONG DUNG MÔI XANH LÀ
CHẤT LỎNG ION HỌ IMIDAZOLIUM ................................................................. 63
4.1 Thực nghiệm ................................................................................... 63
4.1.1 Dụng cụ và hóa chất thí nghiệm ................................................ 63
4.1.2 Nguyên tắc quá trình................................................................. 65
4.1.3 Quá trình thí nghiệm ................................................................. 65
4.1.4 Yếu tố khảo sát ......................................................................... 65
4.1.5 Tính chất vật lý của sản phẩm ................................................... 66
4.1.6 Phương pháp phân tích ............................................................. 66
4.2 Kết quả và bàn luận ......................................................................... 67
4.2.1 Xác định cấu trúc sản phẩm bằng phương pháp phổ và xác định
độ tinh khiết của sản phẩm .................................................................................... 67
4.2.2 Khảo sát dung môi trích ly ........................................................ 68
4.2.3 Khảo sát cấu trúc dung môi....................................................... 70
4.2.4 Khảo sát tỷ lệ tác chất ............................................................... 72
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 75


Điều chế chất lỏng ion ..................................................................... 75



Khảo sát phản ứng tổng hợp 1–(2–(N–morpholino)ethyl) –2–

methylindole

........................................................................................................ 76



Khảo sát phản ứng tổng hợp Pravadoline ......................................... 77


DANH PHÁP CÁC TỪ VIẾT TẮT
IL: Chất lỏng ion
IM: Imidazolium
[BMIM]Br: 1-Butyl-3-methylimidazolium bromide
[HMIM]Br: 1-Hexyl-3-methylimidazolium bromide
[OMIM]Br: 1-Octyl-3-methylimidazolium bromide
[BMIM]PF6: 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate
[HMIM]PF6: 1-Hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate
[HMIM]PF6: 1-Octyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate
[EMIM]: 1-Ethyl-3- methylimidazolium
[EM2IM]: 1-Ethyl-2,3-dimethylimidazolium
[BMPYRR]: 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium
[BMIM]BF4: 1-Butyl-3-methylimdazolium tetrafluoroborate
[HMIM]BF4: 1-Hexyl-3-methylimdazolium tetrafluoroborate

[C1MIM]: 1,3-Dimethylimidazolium
[C2MIM]: 1-Ethyl-3-dimethylimidazolium
[C3MIM]: 1-Propyl-3-methylimidazolium
[C4MIM]: 1-Butyl-3-methylimidazolium
[C6MIM]: 1-Hexyl-3-methylimidazolium
[C8MIM]: 1-Octyl-3-methylimidazolium
[C10MIM]: 1-Decyl-3-methylimidazolium
[C2OHMIM]: 1-(2-Hydroxyethyl)-3-methylimidazolium
[C3OHMIM]: 1-(2-Hydroxypropyl)-3-methylimidazolium


[C5O2MIM]: 1-[2-(2-Methoxyethoxyl)-ethyl]-3-methylimidazolium
[C4OMIM]: 1-Butoxymethyl-imidazolium
[C3OMIM]: 1-(2-Methoxyethyl)-3-methylimidazolium
[BDMIM]: 1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium
EtOAc : Ethyl acetate
EtOH : Ethanol
Et3N: Triethylamine
Et2O: Diethyl ether
Si(OMe)3: Bis(trimethoxysilyl)
DMF: N,N-dimethylformamide
DMSO: Dimethylsulfoxide
TBAB: Tetrabutylammonium
NTF2: Bis(trifluoromethanesulfonyl)amine
TfO: Trifluoromethanesulfonate; triflate - CF3SO2NfO: Nonaflate – CF3(CF2)3SO2THF: Tetrahydrofuran
Ph: Phenyl group
Pd(PPh3)4: Tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)
acac: Acetylacetone
dppp: 1,3-Bis(diphenylphosphino)propane
NMR: Nuclear magnetic resonance

MS: Mass spectrometry
GC: Gas chromatography
RT: Room temperature


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2–4 Phản ứng tổng hợp chất lỏng ion gốc PF6 ................................................. 34
Hình 2–2 Phương trình phản ứng tổng hợp [BMIM]Br ............................................ 38
Hình 2–4 Phương trình phản ứng tổng hợp [BMIM]PF6 .......................................... 40
Hình 2–5 Cấu trúc 1–Butyl–3–methylimidazolium hexafluorophosphate................. 41
Hình 2–7 Cấu trúc 1–hexyl–3–methylimidazolium bromide .................................... 43
Hình 2–9 Cấu trúc 1–Hexyl–3–methylimidazolium hexafluorophosphate ................ 45
o

1

H NMR (500 MHz, DMSO): δ = 0,873 (t, 3H, CH3); 1,272 (m, 6H,

CH2CH2CH2); 1,783 (m, 2H, CH2); 3,846 (s, 3H, N–CH3); 4,149 (m, 2H, ................ 45
N–CH2); 7,7665 (t, 1H, N–CH=C); 7,734 (t, 1H, N–CH=C); 9,069 (s, 1H, N–
CH=N). .................................................................................................................... 45
Hình 2–11 Cấu trúc 1–octyl–3–methylimidazolium bromide ................................... 47
 Nuclear magnetic resonance spectrometry (NMR)....................................... 47
Pravadoline (4–methoxyphenyl) – [2–methyl–1– (2–morpholin–4–ylethyl)indol–
3–yl]methanone (sản phẩm sau phản ứng) ................................................................ 66


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1- 1: Nhiệt độ nóng chảy của một số chất lỏng ion ............................................ 5
Bảng 1- 2: Ảnh hưởng của kích thước anion lên nhiệt độ nóng chảy của IL ............... 7

Bảng 1- 3: Độ nhớt của một số chất lỏng ion ở 25oC .................................................. 8
Bảng 1- 4: Độ nhớt động lực của muối 1-n-butyl-3-methylimidazolium (BMIM) ...... 9
Bảng 1- 5: Tỷ trọng của một số chất lỏng ion ............................................................. 9
Bảng 1- 6: Độ tan của một số chất lỏng ion ở nhiệt độ phòng................................... 11
Bảng 1- 7: Sức căng bề mặt của một số chất lỏng ion thường gặp ............................ 12
Bảng 1- 8: Độ dẫn và chiết suất của một số chất lỏng ion......................................... 13
Bảng 2- 1: Bảng các thông số của hóa chất chính ..................................................... 31
Bảng 2- 2: Bảng các thông số của hóa chất phụ ...........................................................
Bảng 2- 3: Bảng số lượng các chất tổng hợp IL gốc Br ............................................ 34
Bảng 2- 4: Bảng số lượng các chất tổng hợp IL gốc PF6 .......................................... 35
Bảng 2- 5: Bảng thông số vật lý của sản phẩm IL gốc Br. ........................................ 35
Bảng 2- 6: Bảng thông số vật lý của sản phẩm IL gốc PF6. ...................................... 36
Bảng 2-7: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp [BMIM]Br ....................................... 38
Bảng2-8: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp [BMIM]PF6 ...................................... 40
Bảng 2-9: Hiệu suất trung bình tổng hợp [HMIM]Br ............................................... 42
Bảng 2-10: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp [HMIM]PF6 ................................... 44
Bảng 2-11: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp [OMIM]Br ..................................... 46
Bảng 2-12: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp [OMIM]PF6 ................................... 48
Bảng 2-13: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp IL gốc Br ....................................... 49
Bảng 2-14: Bảng hiệu suất trung bình tổng hợp IL gốc PF6 ...................................... 51
Bảng 3-1: Bảng thông số của hóa chất chính. ........................................................... 54
Bảng 3-2: Bảng thông số của hóa chất phụ trợ. ............................................................
Bảng 3-3: Bảng hiệu suất phản ứng tổng hợp 1-(2-(N-morpholino)ethyl)-2methylindole............................................................................................................. 61
Bảng 4-1: Bảng thông số của hóa chất chính ............................................................ 64


Bảng 4-2: Bảng thông số của hóa chất phụ trợ .............................................................
Bảng 4-3: Bảng số liệu của quá trình khảo sát dung môi trích ly
Bảng 4-4: Bảng số liệu của quá trình khảo sát gốc cation của IL ..................................
Bảng 4-5: Bảng số liệu của quá trình khảo sát nhiệt độ phản ứng ............................. 73

Bảng 4-6: Bảng số liệu của quá trình khảo sát tỷ lệ tác chất .........................................


DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ

Đồ thị 2-1: Đồ thị biểu diễn hiệu suất trung bình tổng hợp IL gốc Br ....................... 50
Đồ thị 2-2: Đồ thị biểu diễn hiệu suất trung bình tổng hợp IL gốc PF6 ..................... 52
Đồ thị 4-1: Đồ thị biểu diễn hiệu suất phản ứng của các loại dung môi .................... 69
Đồ thị 4-2: Đồ thị biểu diễn hiệu suất phản ứng theo các cation gốc IL .................... 71
Đồ thị 4-3: Đồ thị biểu diễn hiệu suất phản ứng theo nhiệt độ .................................. 72
Đồ thị 4-4: Đồ thị biểu diễn hiệu suất phản ứng theo tỷ lệ tác chất ........................... 73


Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung về chất lỏng ion
Chất lỏng ion được định nghĩa là những chất lỏng chỉ chứa toàn bộ ion mà
không có phần tử trung hòa trong đó

[8]

. Hay nói cách khác chất lỏng ion (IL) là

những muối nóng chảy ở nhiệt độ thấp (dưới 100C)

[9, 10]

. thường gặp nhất là

những muối có chứa cation hữu cơ như tetraakylammonium, alkylpyridium, 1,3–

dialkylimidazolium, …[8].
Các chất lỏng ion được xem là loại dung môi có tính chất thay đổi do các
tính chất vật lý như nhiệt độ nóng chảy, độ nhớt, tỷ trọng, cân bằng ái nước–ái dầu,
… của chúng có thể thay đổi theo yêu cầu của phản ứng cần thực hiện. Những
thông số này có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi cấu trúc của các cation và
anion hình thành nên chất lỏng ion [8]. Nhờ các tính chất hoá lý có thể thay đổi được
như trên mà chất lỏng ion được xem như là những dung môi xanh và là một giải
pháp mới trong tổng hợp hữu cơ hiện đại.

Hình 1–1 Chất lỏng ion

1


Các chất lỏng ion khi được sử dụng làm dung môi sẽ có một số tính chất đặc
biệt. Nhờ vào những tính chất này, chất lỏng ion thể hiện được nhiều ưu điểm hơn
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. Sau đây là một số tính chất tổng quát
của các chất lỏng ion thường gặp [11, 12]:
 Các chất lỏng ion hoàn toàn không bay hơi và không có áp suất hơi.
 Các chất lỏng ion có độ bền nhiệt cao và không bị phân hủy vì nhiệt trong
một khoảng nhiệt độ khá rộng.
 Các chất ion có khả năng hòa tan một dãy khá rộng các chất hữu cơ, chất
vô cơ cũng như các chất hợp kim.
 Các chất lỏng ion có khả năng hòa tan khá tốt các khí như H2, O2, CO,
CO2.
 Độ tan của chất lỏng ion phụ thuộc vào bản chất cation và anion tương
ứng.
 Các chất lỏng ion mặc dù phân cực nhưng thông thường không tạo phức
phối trí với các hợp chất cơ kim, các enzyme và với các hợp chất hữu cơ

khác.
 Hầu hết các chất lỏng ion có thể được lưu trữ trong một thời gian dài mà
không bị phân hủy.
 Các chất lỏng ion là dung môi có nhiều triển vọng cho các phản ứng cần
độ chọn lọc quang học tốt.
 Các chất lỏng ion chứa chloroaluminate ion là những Lewis acid mạnh,
có khả năng thay thế cho các acid độc hại.
 Bên cạnh đó, một tính chất khác góp phần xếp loại chất lỏng ion đứng
cùng với các dung môi xanh khác là khả năng thu hồi và tái sử dụng xúc
tác hòa tan trong IL, đặc biệt là các xúc tác phức của các kim loại chuyển
tiếp.
2


1.2 Cấu trúc của chất lỏng ion
Chất lỏng ion thường được cấu tạo từ một cation hữu cơ và một anion hữu cơ
hoặc vô cơ, các cation và anion thường gặp như dưới đây [8, 9, 11, 13]:

1.2.1 Cation
R2
+

R1
+

N

R1
R2

+

N

N

N

R3

N

R4 R3

R4

Tetraalkylammonium

R

Di, tri and tetraalkylimidazolium

R

R
R2

+

N

N

[R-3C-im]

R1
+

N

+

N

[R-4C-im]

Alkylpyridinium

R1
+

P

Dialkylpyrrolidinium

R1
R2

R4 R3

+

S

R2

R3

+

+

R1

N

N

R

N

S

R2
Tetraalkylphosphonium

Trialkylsulfonium

Dialkylpyrazolium

N-alkylthiazolium

Hình 1–2 Cấu trúc của một số cation thông dụng thường gặp

1.2.2 Anion
Các anion thường gặp của chất lỏng ion ngoài một số ít các halide anion có
thể là BF4-, PF6 -, Sb6-, ZnCl3-, CuCl2-, SnCl3-, N(CF3SO2)2-, N(C2 F5SO2)2-,
N(FSO2)2 -, C(CF3SO2)3-, CF3CO2-, CF3SO3 - và CH3SO3-. Ngoài ra còn có các anion
đa nhân (polynuclear anion) khác như Al2Cl7-, Al3Cl10-, Au2Cl7-, Fe2Cl7- và Sb2F11-.
Trong đó, các chất lỏng ion chứa các anion đa nhân như vậy thường dễ bị phân hủy
dưới tác động của không khí và nước [11].

3


1.3

Tổng hợp chất lỏng ion họ imidazolium
Chất lỏng ion họ imidazolium được điều chế bằng ứng tạo muối trực tiếp nhờ

phản ứng alkyl hóa N–methylimidazole trong điều kiện gia nhiệt thông thường hình
thành nên sản phẩm 1–alkyl–3–methylimidazolium halide. Tùy theo mục đích sử
dụng, có thể sử dụng trực tiếp chất lỏng ion 1–alkyl–3–methylimidazolium halide
hoặc có thể trao đổi ion halide với các anion thích hợp bằng các quy trình IIa và IIb
(như sơ đồ 1–2) [11, 12, 14].

Sơ đồ 1–1Tổng hợp một số chất lỏng ion họ imidazolium

Sơ đồ 1–2 Quy trình tổng quát tổng hợp chất lỏng ion

Do các chất lỏng ion này không bay hơi nên không thể tinh chế chúng bằng
phương pháp chưng cất như các dung môi hữu cơ thông thường khác. Các chất lỏng
ion này được tinh chế bằng cách hòa tan chúng trong các dung môi như acetonitrile
hoặc tetrehydrofuran, sau đó xử lý với than hoạt tính để hấp thụ các tạp chất và cuối
cùng đuổi dung môi dưới áp suất kém [11].
Hiện nay, phương pháp tổng hợp được cải tiến nhờ sự hỗ trợ của vi sóng
trong điều kiện phản ứng không dung môi. Tác giả Varma và Namboodiri đã thực
hiện tổng hợp chất lỏng ion họ imidazolium với điều kiện có hỗ trợ vi sóng như trên
4


và hiệu suất thu được đạt trên 70%, có trường hợp lên đến 94% trong thời gian dưới
hai phút. Trong khi đó để đạt được hiệu suất tương tự như vậy thì thời gian phản
ứng cần đến năm giờ đối với phương pháp gia nhiệt thông thường [14]. Ưu điểm của
phương pháp này là 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 và
môi trường do không sử dụng dung môi hữu cơ dễ bay hơi.

1.4 Tính chất của chất lỏng ion
1.4.1 Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy của chất lỏng ion thường ở giới hạn thấp. Đa số chất
lỏng ion nóng chảy ở nhiệt độ phòng. Độ bền nhiệt của chất lỏng ion là khá cao
(350– 450C), nên nhiệt độ nóng chảy là thông số quan trọng đầu tiên được sử dụng
để đánh giá chất lỏng ion. Nhiệt độ nóng chảy của chất lỏng ion có thể được điểu
chỉnh bằng cách thay đổi cấu trúc của phần cation và cả phần anion. Tuy nhiên, rất
khó để xác định chính xác nhiệt độ nóng chảy của một số chất lỏng ion. Nguyên
nhân của điều này liên quan đến sự biến đổi pha của chất lỏng ion tùy thuộc vào
điều kiện cụ thể [4].
Mối tương quan giữa cấu trúc cũng như thành phần hóa học của chất lỏng
với nhiệt độ nóng chảy của chúng là một vấn đề rất được quan tâm. Bằng cách khảo

sát tính chất của một dãy các chất lỏng ion trên cơ sở imidazolium, tác giả Rogers
đã rút ra kết luận rằng thông thường nhiệt độ nóng chảy của chất lỏng ion giảm khi
kích thước cũng như tính bất đối xứng của cation tăng [22, 23].
Bảng1–1 Nhiệt độ nóng chảy của một số chất lỏng ion

STT

Chất lỏng ion

Nhiệt độ nóng chảy (oC)
Dạng khan

1

[C4 MIM][Cl]

41

2

[C4 MIM][I]

–72

3

[C4 MIM][PF6]

10
5

4

[C4 MIM][Tf2N]

5

[C1 MIM][AlCl4]

125

6

[C2 MIM][AlCl4]

84

7

[C3 MIM][AlCl4]

60

8

[C4 MIM][AlCl4]

65

9

[C4C4IM][AlCl4]

55

10

[C2 MIM][NO3]

38

11

[C2 MIM][NO2]

55

12

[C2 MIM][CH3CO2]

45

13

[C2 MIM][PF6]

58–60

14

[C2 MIM][TfO]

9

15

[C2 MIM][NfO]

28

16

[C2 MIM][Tf2N]

4

17

[C2 MIM][TA]

14

18

[C3mim][ PF6]

40

19

[i-C3mim][ PF6]

102

20

[C6mim][ BF4]

–81

21

[C4mim][ PF6]

–61

Việc thay đổi anion hoặc kích thước của nó trong chất lỏng ion cũng có tác
dụng làm thay đổi nhiệt độ nóng chảy của chất lỏng ion. Chẳng hạn, đối với chất
ion có cation là 1–ethyl–3–methylimidazolium (EMIM)+, khi kết hợp với các anion
có kích thước khác nhau thì nhiệt độ nóng chảy cũng thay đổi theo (như bảng 1–2
bên dưới) [13, 23].

6


Bảng 1–1 Ảnh hưởng của kích thước anion lên nhiệt độ nóng chảy của
chất lỏng ion
STT

Chất lỏng ion

Nhiệt độ nóng chảy
(oC)

1

[EMIM]Cl

87

2

[EMIM]NO2

55

3

[EMIM]NO3

38

4

[EMIM]AlCl4

7

5

[EMIM]BF4

7

6

[EMIM]CF3SO3

–9

7

[EMIM]CF3CO2

–14

1.2.3

1.4.2 Độ nhớt
Độ nhớt của các chất lỏng ion cao hơn nước, thường khoảng tương đương
với dầu. Do đó nó có hạn chế là làm giảm tốc độ của rất nhiều phản ứng. Tùy theo
cấu trúc cụ thể mà độ nhớt của các chất lỏng ion ở nhiệt độ thường có thể thay đổi
từ khoảng 10 cP đến hơn 500 cP. Các kết quả nghiên cứu trước đây cho thấy độ
nhớt của chất lỏng ion phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ. Ví dụ độ nhớt của 1–butyl–
3–methylimidazolium hexafluorophosphate tăng lên khoảng 27% khi giảm 5 từ
298K xuống 293K [22, 24].
Các tạp chất có mặt trong chất lỏng ion cũng sẽ gây ra sai số đáng kể cho
việc xác định độ nhớt. Chẳng hạn, chỉ cần có mặt 2% khối lượng nước trong chất

lỏng ion 1–butyl–3–methylimidazolium tetrafluoborate, độ nhớt sẽ giảm khoảng
50% so với trường hợp chất lỏng ion tinh khiết [24].

7


Bảng 1–2 Độ nhớt của một số chất lỏng ion ở 25C
Độ nhớt (cP)
STT

Chất lỏng ion
(dạng khan)

1

[C4 MIM][I]

1110

2

[C4 MIM][BF4]

233

3

[C4 MIM][PF6]

450

4

[C4 MIM][Tf2N]

69

5

[C6 MIM][Cl]

716

6

[C6 MIM][PF6]

585

7

[C8 MIM][Cl]

337

8

[C8 MIM][PF6]

682

9

[C4 MIM][CF3CO2]

73

10

[C4 MIM][CF3SO3]

90

11

[C2 MIM][BF4]

43

12

[C2 MIM][Tf2N]

28

Bản chất anion có mặt trong chất lỏng ion cũng có ảnh hưởng lớn đến độ
nhớt, bảng số liệu sau đây (bảng 1–4) cho thấy sự ảnh hưởng của các anion khác
nhau lên độ nhớt của muối 1–n–butyl–3–methylimidazolium [13].

8

Bảng 1–3 Độ nhớt động lực của muối 1–butyl–3–methylimidazolium (BMIM)
với các anion khác nhau ở 20 C
Chất lỏng ion

Anion [A]-

 [cP]

CF3SO3 -

90

n–C4F9SO3-

373

CF3COO-

73

n–C3F7COO-

182

(CF3SO2)2N-

52

1.4.3 Tỷ trọng
Tỷ trọng của các chất lỏng ion được công bố thay đổi từ 1,12 g/cm 3 đối với
trường hợp [(n–C8H17)(C4H9)3N][CF3SO2)2N], và đến khoảng 2,4 g/cm3 đối với
trường hợp [(CH3)3S]Br / AlCl3 với tỷ lệ mol khoảng 34– 66 %. Tỷ trọng của chất
lỏng ion là thông số vật lý ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của nhiệt độ nhất. Bên
cạnh đó, ảnh hưởng của tạp chất lên sự biến đổi của tỷ trọng cũng không lớn.
Bảng 1–4 Tỷ trọng của một số chất lỏng ion
Tỷ trọng (g/ml)
STT

Chất lỏng ion
Dạng cân bằng với nước

Dạng khan

1

[C4 MIM][Cl]

1,08

2

[C4 MIM][Cl]

1,44

3

[C4 MIM][BF4]

1,12

4

[C4 MIM][PF6]

1,35

1,36

5

[C4 MIM][Tf2N]

1,39

1,43

6

[C6 MIM][Cl]

7

[C6 MIM][PF6]

1,03
1,24

1,29
9


8

[C8 MIM][Cl]

1,00

9

[C8 MIM][PF6]

10

[C4 MIM][CF3CO2]

1,209

11

[C4 MIM][CF3SO3]

1,290

1,16

1,22

1.2.4

1.4.4 Độ tan
1.4.4.1 Hoà tan chất lỏng
Các chất lỏng ion được xếp vào loại dung môi phân cực, rất nhiều chất lỏng
ion hiện tại có độ phân cực tương tự như các hợp chất alcohol mạch ngắn hoặc
tương tự các dung môi phân cực không có proton như DMF hay DMSO. Như vậy
có thể thấy độ phân cực của chất lỏng ion đang sử dụng hiện tại nằm trong khoảng
giữa nước và các dung môi chứa chlorine, tùy thuộc vào cấu trúc cụ thể của các chất
lỏng ion tương ứng [25].
Độ tan của chất lỏng ion phụ thuộc nhiều vào chiều dài gốc alkyl, bản chất
ion và cả nhiệt độ. Bằng cách thay đổi cấu trúc của các cation hoặc anion, có thể
điều chỉnh độ tan của chất lỏng ion từ tan hoàn toàn đến không tan hoàn toàn trong
nước, ví dụ điều này có thể thực hiện bằng cách thay anion Cl- bằng PF6- [13, 25].
Khi chiều dài gốc alkyl tăng lên, độ tan của chất lỏng ion họ
alkyllimidazolium trong nước giảm xuống. Ví dụ 1–hexyl–3–methylimidazolium
hexafluorophosphate

tan

rất

ít

trong

nước

ở

25C,

dimethylimidazolium hexafluorophosphate lại tan tốt trong nước

tuy nhiên
[25]

1,3–

.

10


Bảng 1–5 Độ tan của một số chất lỏng ion ở nhiệt độ phòng
Độ tan trong các dung môi
STT

Chất lỏng ion
H2O [g/l]

Et2O

EtOAc

EtOH

1

[C2OH MIM][PF6]

Hoàn toàn

Không tan

1 phần

Hoàn toàn

2

[C2OH MIM][BF4]

Hoàn toàn

Không tan

1 phần

Hoàn toàn

3

[C3O MIM][PF6]

Hoàn toàn

Không tan

1 phần

1 phần

4

[C3O MIM][BF4]

Hoàn toàn

Không tan

1 phần

1 phần

5

[C5O2 MIM][PF6]

0,38

Không tan

Không tan

1 phần

6

[C5O2 MIM][BF4]

0,43

Không tan

Không tan

Không tan

7

[C4O MIM][PF6]

0,57

Không tan

Không tan

Không tan

8

[C4O MIM][BF4]

Hoàn toàn

Không tan

Không tan

Không tan

9

[C8 MIM][PF6]

0,22

Không tan

Không tan

Không tan

10

[C8 MIM][BF4]

0,30

Không tan

Không tan

Không tan

11

[C10 MIM][BF4]

0,59

Không tan

Không tan

Không tan

1.4.4.2 Hoà tan chất khí
Độ tan của một số chất khí trong chất lỏng ion cũng được quan tâm nghiên
cứu. Lý do là có một số phản ứng quan trọng như hydrogen hóa hay hydroformyl
hóa trong chất lỏng ion cần phải thực hiện với sự có mặt của một pha khí. Ngoài ra,
việc nghiên cứu độ tan của chất lỏng ion trong chất khí cũng rất được quan tâm là
do việc ứng dụng chất lỏng ion vào các quá trình phân riêng hay làm sạch khí [13, 26].
Trong tất cả các khí thường gặp (trừ hơi nước), thì CO2 là chất khí có độ tan
lớn nhất trong chất lỏng ion. CO2 có thể hòa tan trong rất nhiều chất lỏng ion ở hàm
lượng đến 70 % ở áp suất thích hợp. Các khí như C2H4, C2H6 và CH4 có độ tan
đứng sau CO2. Các chất khí khác như O2 và Ar tan một ít trong chất lỏng ion. Tuy

11


nhiên, cũng có những khí hầu như không tan trong chất lỏng ion như khí H2, N2 và
CO [26].
1.4.4.3 Sức căng bề mặt
Thông thường, sức căng bề mặt phân chia pha lỏng / khí của chất lỏng ion
cao hơn so với các dung môi hữu cơ thông thường. Tuy nhiên, sức căng bề mặt của
chất lỏng ion thấp hơn so với nước. Sức căng bề mặt của chất lỏng ion phụ thuộc
vào cấu trúc của cation và anion tương ứng. Trong đó, chiều dài gốc alkyl tăng sẽ

làm giảm sức căng bề mặt. Với cùng một cation cụ thể, anion có kích thước lớn hơn
sẽ làm tăng sức căng bề mặt tương ứng [22].

Bảng 1–6 Sức căng bề mặt của một số chất lỏng ion thường gặp
Sức căng bề mặt (dyn.cm-1)
STT

Chất lỏng ion
Cân bằng với nước

Dạng khan

1

[C4 MIM][I]

54,7

2

[C4 MIM][BF4]

46,6

3

[C4 MIM][PF6]

49,8

48,8

4

[C4 MIM][Tf2N]

36,8

37,5

5

[C6 MIM][Cl]

6

[C6 MIM][PF6]

7

[C8 MIM][Cl]

8

[C8MIM][PF6]

42,5
36,8

43,4

33,8

34,2

36,5

1.2.5

1.4.5 Độ phân cực
Phương pháp dùng để đánh giá độ phân cực của chất lỏng ion là dựa trên thời
gian lưu của phương pháp sắc ký, dựa trên hệ số phân bố trong trích ly, dựa trên
phương pháp phổ sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang, dựa trên tương tác giữa chất
tan với dung môi,…
12