Performance und Synthese von Ionischen Flüssigkeiten

Ionische Flüssigkeiten

Ionic liquids (ILs) sind Substanzen, die ausschließlich aus geladenen Ionen bestehen, doch die Definition unterscheidet sich von der klassischer geschmolzener Salze.
Ionische Flüssigkeiten zeigen im Gegensatz zu hochschmelzenden Salzen wie z.B. Kochsalz, welche hochviskos sind und zudem hoch korrosiv wirken, verursacht durch die geringere Symmetrie der Ionen einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt (< 100°C).

Ionische Flüssigkeiten werden als umweltfreundliche Alternativen zu flüchtigen organischen Lösungsmitteln betrachtet, nicht nur, weil ILs einen sehr niedrigen Dampfdruck aufweisen, sondern zudem auch als Katalysator in chemischen Reaktionen wirken können.
Zudem weisen Ionische Flüssigkeiten andere attraktive Eigenschaften, wie thermische und chemische Stabilität, nicht Entflammbarkeit, hohe elektrische Leitfähigkeit und eine breites elektrochemische Fenster auf.

Die Entwicklung der Ionischen Flüssigkeiten geht zurück bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts, als Hurley und Wier im Jahre 1948 die ersten Ionischen Flüssigkeiten mit Chloroaluminat-Ionen für die Elektroplattierung von Aluminium entwickelten.
In den späten 80ern wurden Chloroaluminat-Schmelzen als nicht-wässrige, polare Lösungsmittel für die Beobachtung von Übergangsmetallkomplexen in den Forschungsgruppen von Seddon und Hussey eingesetzt.
In dieser Zeit sind auch die ersten Publikationen von Ionischen Flüssigkeiten als neuartige Reaktionsmedien und Katalysatoren für organische Synthesen veröffentlich worden.

Ionische Flüssigkeiten (englisch: ionic liquids, ILs) werden am Lehrstuhl CRT in verschiedenen Bereichen der Chemie eingesetzt, einschließlich der Katalyse. Neben zweiphasigen Systeme, in denen die IL als Katalysator und Extraktionsmittel dient werden am Lehrstuhl ionischen Flüssigkeiten in der Katalyse auch als SILP (Supported Ionic Liquid Phase) und SCILL (Solid Catalyst with Ionic Liquid Layer) eingesetzt:

1. SILP (Supported Ionic Liquid Phase): Bei SILP handelt es sich um ein Konzept, bei dem eine ionische Flüssigkeit mit einem darin gelösten homogenen Katalysator auf einem Trägermaterial immobilisiert wird. Das Trägermaterial kann beispielsweise eine poröse Substanz wie Aktivkohle, Silica-Gel oder ein anderes Material sein, das eine hohe Oberfläche bietet. Durch die Immobilisierung der ionischen Flüssigkeit und des Katalysators auf dem Trägermaterial können die Vorteile des homogenen Katalysators bezüglich hoher Aktivität und Selektivität in der Katalyse genutzt werden, während die Trennung der Katalysatorphase von der Reaktionsmischung erleichtert wird. Dies ermöglicht eine einfache Trennung des Katalysators und eine Wiederverwendung.
2. SCILL (Solid Catalyst with Ionic Liquid Layer): Bei SCILL handelt es sich um ein Konzept, bei dem ein heterogener Katalysator mit einer dünnen Schicht einer ionischen Flüssigkeit überzogen wird. Diese ionische Flüssigkeitsschicht kann als Reaktionsumgebung dienen und die Aktivität und Selektivität des Katalysators verbessern. Durch die Verwendung einer ionischen Flüssigkeitsschicht können Reaktionen oft unter milderen Bedingungen durchgeführt werden.

Sowohl SILP als auch SCILL haben Vorteile wie verbesserte Katalysatorstabilität, erhöhte Katalysatoreffizienz, verbesserte Produktselektivität und einfachere Trennung des Katalysators von der Reaktionsmischung. Diese Konzepte haben das Potenzial, in verschiedenen katalytischen Prozessen Anwendung zu finden, wie z.B. der Herstellung von Feinchemikalien oder der Umwandlung von Biomasse.