イオン液体

イオン液体（IL）は、常温常圧下で液体状態にある塩です。文脈によっては、この用語は、100 °C（212 °F）などの特定の温度以下の融点を持つ塩に限定されています。^{[ 1 ]}水やガソリンなどの通常の液体は主に電気的に中性の分子で構成されていますが、イオン液体は主にイオンで構成されています。これらの物質は、液体電解質、イオン溶融物、イオン流体、溶融塩、液体塩、またはイオンガラスなど、さまざまな名称で呼ばれています。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}  

イオン液体には多くの潜在的な用途があります。^{[ 5 ] [ 6 ]}強力な溶媒であり、電解質として使用できます。常温付近で液体の塩は電気電池用途に重要であり、蒸気圧が非常に低いため、シーラントとして検討されています。

分解や蒸発せずに融解する塩は、通常イオン液体となる。例えば、塩化ナトリウム（NaCl）は801 ℃（1,474 °F）で融解し、主にナトリウムカチオン（Na ^+）からなる液体となる。  ）と塩化物アニオン（Cl ⁻逆に、イオン液体を冷却すると、結晶性またはガラス状のイオン固体が形成されることが多い。

イオン結合は通常、通常の液体分子間のファンデルワールス力よりも強い。これらの強い相互作用のため、塩は高い格子エネルギーを持ち、それが高い融点として現れる。一部の塩、特に有機カチオンを持つ塩は格子エネルギーが低く、室温以下で液体となる。例としては、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム（EMIM）カチオンに基づく化合物があり、EMIM:Cl、EMIMAc（酢酸アニオン）、EMIMジシアナミド（C）などが挙げられる。₂時間₅ )(CH₃ )C₃ H₃ N ⁺ ₂ ·N(CN) ⁻ ₂は−21°C (−6°F)で融解します。 ^{[ 7 ]}および 1-ブチル-3,5-ジメチルピリジニウムブロミドは−24°C (−11°F)。 ^{[ 8 ]}    

低温イオン液体は、イオンと中性分子の両方を含む液体であるイオン溶液、特に、純粋な化合物よりもはるかに低い融点を持つイオン性および非イオン性固体物質の混合物であるいわゆる深共晶溶媒と比較できます。硝酸塩の特定の混合物は、100  °C 未満の融点を持つことがあります。^{[ 9 ]}

一般的な意味での「イオン液体」という用語は、早くも1943年には使用されていました。^{[ 10 ]}

「最初の」イオン液体の発見日とその発見者の身元については議論がある。エタノールアンモニウム硝酸塩（融点 52～55  ℃）は1888年にS. GabrielとJ. Weinerによって報告された。^{[ 11 ]} 1911年、RayとRakshitは、エチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミンの亜硝酸塩の調製中に、塩酸エチルアミンと硝酸銀の反応により不安定な亜硝酸エチルアンモニウム（C）が生成されることを発見した。₂時間₅ )NH₃^・_NO₃⁻²はも固化しない重い黄色の液体で、おそらく室温イオン液体の最初の報告であった。 ^[ ₁₂ ^{] [ 13 ]その後、} 1914年にポール・ウォルデンは最初の安定な室温イオン液体の1つである硝酸エチルアンモニウム(C₄)₂時間₅ )NH ⁺ ₃ ·NO ⁻ ₃ (mp 12 °C)。 ^{[ 14 ]} 1970年代と1980年代には、ハロゲン化物を持つイミダゾリウムおよびピリジニウム、電池の潜在的な電解質として開発されました。 ^{[ 15 ] [ 16 ]}

イミダゾリウムハロゲン化アルミン酸塩の場合、アルキル置換基とイミダゾリウム/ピリジニウムおよびハロゲン化物/ハロゲン化アルミン酸塩の比率を変更することで、粘度、融点、酸性度などの物理的特性を調整できます。 ^{[ 17 ]}一部の用途における 2 つの大きな欠点は、水分感受性と酸性度または塩基性でした。1992 年に、Wilkes と Zawarotko は、ヘキサフルオロリン酸塩( PF ⁻ ₆ ) やテトラフルオロホウ酸塩( BF ⁻ ₄ )などの「中性」弱配位アニオンを持つイオン液体を取得し、より幅広い用途を可能にしました。^{[ 18 ]}

イオン液体は一般的に無色の粘性液体です。^{[ 19 ]}電気伝導性は中程度から低い場合が多く、自己イオン化することはまれです。しかし、非常に広い電気化学的ウィンドウを持ち、そうでなければ処理が困難な鉱石の電気化学的精製を可能にします。^{[ 19 ]}

それらは蒸気圧が低く、10 ⁻¹⁰ Pa程度まで低下することもある 。^{[ 20 ]}多くは燃焼性が低く、熱的に安定している。

イオン液体の溶解性は多様です。飽和脂肪族化合物は一般的にイオン液体にわずかにしか溶解しませんが、アルケンはやや高い溶解性を示し、アルデヒドはしばしば完全に混和します。溶解性の違いは、水素化や炭化水素化プロセスなどの二相触媒反応で利用でき、生成物や未反応基質を比較的容易に分離できます。ガスの溶解性も同様の傾向を示し、二酸化炭素ガスは多くのイオン液体によく溶解します。一酸化炭素は多くの一般的な有機溶媒よりもイオン液体への溶解性が低く、水素はわずかにしか溶解せず（水への溶解性と同程度）、より一般的なイオン液体間では比較的変化が少ない場合があります。イオン液体と水または有機溶媒との混和性は、カチオンの側鎖の長さとアニオンの選択によって異なります。イオン液体は、酸、塩基、または配位子として機能するように官能基化することができ、安定なカルベンの調製における前駆体塩としても用いられる。その独特な性質から、イオン液体は多くの用途で研究されてきた。

一部のイオン液体は、 300 ℃付近の温度で真空条件下で蒸留することができる。 ^{[ 21 ]}蒸気は分離したイオンから構成されているのではなく、^{[ 22 ]}イオン対から構成されている。^{[ 23 ]} 

イオン液体は幅広い液体範囲を持つ。一部のイオン液体は非常に低い温度（-150  °C でさえ）でも凍結しない。N-メチル-N-アルキルピロリジニウムカチオンフルオロスルホニル-トリフルオロメタンスルホニルイミド（FTFSI）の場合、ガラス転移温度は -100 °C 未満で検出された。 ^{[ 24 ]}低温イオン液体（130 K未満）は、月面に設置される極めて大きな直径の回転式液体鏡望遠鏡の流体ベースとして提案されている。 ^{[ 25 ]}  

水はイオン液体によく見られる不純物であり、大気から吸収されて比較的低濃度であってもRTILの輸送特性に影響を与える。^{[ 4 ]}

従来、イオン液体は、非対称で柔軟な有機カチオンと対称で弱い配位性を持つアニオンの塩から構成されています。カチオン成分とアニオン成分の両方が幅広く変化してきました。^{[ 4 ]}

多くの用途が検討されてきたが、商業化されたものは少ない。^{[ 33 ] [ 34 ]} ILはアルキル化を触媒することでガソリンの製造に使用される。^{[ 35 ] [ 36 ]}

テトラアルキルホスホニウムヨウ化物に基づくイオン液体は、ブタジエンのモノエポキシドを転位させる触媒として機能するトリブチルスズヨウ化物の溶媒である。このプロセスは2,5-ジヒドロフランへの経路として商業化されたが、後に中止された。^{[ 37 ]}

イオン液体の低い揮発性は、環境への放出や汚染の主要な経路を効果的に排除する。

イオン液体の水生毒性は、現在の多くの溶媒と同等かそれ以上に深刻である。^{[ 66 ] [ 67 ] [ 68 ]}

超音波は、過酸化水素と酢酸を含むイミダゾリウム系イオン液体の溶液を比較的無害な化合物に分解することができる。^{[ 69 ]}

蒸気圧が低いにもかかわらず、多くのイオン液体は可燃性である。^{[ 70 ] [ 71 ]}

タウニークレイジーアント（Nylanderia fulva）がヒアリ（Solenopsis invicta）と戦うとき、ヒアリは毒性のある親油性のアルカロイドベースの毒を噴射します。タウニークレイジーアントはその後、自身の毒であるギ酸を分泌し、それで体をグルーミングします。この行動はヒアリの毒を解毒します。混合された毒は互いに化学反応を起こしてイオン液体を形成し、これは最初に記述された天然のイオン液体です。^{[ 72 ]}

• よく見られるイオン液体である1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート（BMIM-PF6 _）
• 炭素回収におけるイオン液体
• イオンゲル
• イオンオミクス、すなわち液体中のイオンの研究
• イオン液体シミュレーション用ソフトウェアMDynaMix
• 溶融塩
• 車載バッテリーにイオン液体を使用するnanoFlowcell
• トリオクチルメチルアンモニウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド

• Hayes, Robert; Warr, Gregory G.; Atkin, Rob (2015). "イオン液体の構造とナノ構造" . Chemical Reviews . 115 (13): 6357– 6426. doi : 10.1021/cr500411q . PMID 26028184 . 

• イオン液体の生物学的影響データベース（2021年4月21日時点のアーカイブ、Wayback Machineに保存）、イオン液体の毒性学および生態毒性学に関する無料データベース
• イオン流体の対応する状態