Для чего используется п-толуолсульфонат 1-этил-3-метилимидазолия?

Что это за соединение и чем оно отличается от других имидазолиевых ионных жидкостей

п-толуолсульфонат 1-этил-3-метилимидазолия , обычно сокращенно [ЕМИМ][ОЦ] или [ЕМИМ][ТОС] , представляет собой ионную жидкость комнатной температуры, сочетающую широко используемый катион 1-этил-3-метилимидазолия с анионом п-толуолсульфоната (тозилата). Он имеет номер CAS 328090-25-1, молекулярную формулу С13Х18Н2О3С и молекулярную массу 282,36 г/моль. Что отличает его от более часто упоминаемых солей имидазолия, таких как [EMIM]Cl или [EMIM][BF4], так это выбор аниона: тозилат представляет собой относительно объемный, слабо координирующий органический сульфонат, а не небольшой галогенид или фторированный анион, который меняет как его физическое поведение, так и то, как он взаимодействует с другими реагентами в растворе.

Поскольку тозилат-анион является органическим, а не неорганическим, эта соль имеет тенденцию демонстрировать промежуточное поведение плавления по сравнению с ее галогенидными или тетрафторборатными аналогами — некоторые поставщики сообщают о температуре плавления в диапазоне 25–35°C, близкой к комнатной температуре, в то время как другие характеризуют ее как твердое вещество с температурой плавления ближе к 54°C, расхождение, которое, вероятно, отражает различия в чистоте, содержании воды или методе измерения между партиями. На практике это означает, что соединение может выглядеть как светло-желтая вязкая жидкость или белое кристаллическое твердое вещество в зависимости от температуры окружающей среды и воздействия влаги на момент наблюдения, что стоит знать, прежде чем предполагать, что груз испортился просто потому, что его физическая форма не соответствует фотографии продукта.

Физические и химические свойства, определяющие обращение и хранение

Свойствами, которые имеют наибольшее значение при повседневном обращении с этим соединением, являются его вязкость, проводимость и гигроскопичность, поскольку эти три фактора определяют, как его измеряют, хранят и используют при разработке рецептур. Заявленные показатели вязкости особенно высоки — около 5214 сП при 20°C, согласно техническим данным одного поставщика, — что значительно превосходит типичные молекулярные растворители и с практической точки зрения приближает их к густому сиропу. Эта высокая вязкость влияет на все: от того, насколько точно ее можно дозировать пипеткой, до того, сколько времени потребуется для достижения равновесия в системе смешанных растворителей, и эту деталь легко упустить из виду, если исследователь привык работать с ионными жидкостями с более низкой вязкостью, такими как [EMIM] [BF4].

Показания проводимости примерно 0,19 мСм/см при 20°C обычно находятся на нижнем уровне для имидазолиевых ионных жидкостей, что согласуется с более высокой вязкостью, замедляющей подвижность ионов в объемной жидкости. Любой, кто использует это соединение в качестве компонента электролита, должен учитывать это при сравнении данных о производительности с ионными жидкостями, использующими более мелкие и более подвижные анионы.

Общие применения в электрохимии, катализе и исследованиях материалов

Как и многие ионные жидкости на основе имидазолия, это соединение обнаруживается в первую очередь в исследовательских целях, а не в крупномасштабном промышленном производстве, и его применение имеет тенденцию группироваться вокруг нескольких конкретных областей, где его ионная природа с низкой летучестью дает преимущество перед обычными молекулярными растворителями. В электрохимии и исследованиях аккумуляторов его изучают как компонент составов электролитов, поскольку ионные жидкости этого семейства нелетучи и могут оставаться жидкими или почти жидкими в рабочем диапазоне температур без риска воспламенения, свойственного обычным органическим растворителям. Специально по этой причине некоторые поставщики также помещают его в каталоги аккумуляторов и электронных материалов вместе с другими солями имидазолия и пирролидиния, используемыми в аналогичных исследованиях электролитов.

Вторая область использования — в качестве реакционной среды или модификатора катализатора в органическом синтезе, где ионные жидкости этого типа могут стабилизировать заряженные промежуточные соединения или улучшить селективность по сравнению с традиционными растворителями, особенно в реакциях, чувствительных к полярности растворителя. Он также появился в контексте материаловедения, в том числе в качестве кандидата на инкапсулирующую или стабилизирующую добавку для исследований перовскитных солнечных элементов, что отражает более широкую тенденцию тестирования ионных жидкостей в качестве агентов, защищающих от влаги или пассивирующих дефекты, в новых фотоэлектрических технологиях. Помимо этих областей, соединение иногда используется в академических исследованиях, в частности, для измерения физических свойств, таких как плотность и вязкость, в ряде родственных солей тозилата имидазолия, поскольку создание такого рода сравнительного набора данных помогает исследователям выбрать правильную ионную жидкость для заданных требований к вязкости или полярности, а не выбирать по умолчанию ту из них, которая лучше всего известна.

• Исследование компонентов электролитов для аккумуляторов и электрохимических элементов
• Реакционная среда или модификатор катализатора в органическом синтезе
• Кандидат в качестве добавки в исследованиях инкапсуляции солнечных элементов на основе перовскита
• Эталонный препарат при сравнительном исследовании плотности и вязкости ионных жидкостей.

Гигроскопичность и условия хранения: почему эта ионная жидкость требует особого ухода

Большинство поставщиков отмечают это соединение как гигроскопичное, что означает, что оно легко впитывает влагу из окружающего воздуха, и это единственное свойство оказывает большее практическое влияние на обращение, чем почти любое другое перечисленное качество. Поглощенная вода может изменить поведение соединения при плавлении, разбавить его эффективную концентрацию во взвешенном образце и помешать измерениям проводимости или вязкости, которые предполагают безводный образец. Вероятно, это одна из причин того, почему значения температуры плавления различаются в зависимости от источника: образец, впитавший даже небольшое количество влаги из окружающей среды во время взвешивания или хранения, может вести себя иначе, чем только что открытый, полностью сухой образец.

Практическое руководство по хранению

• Храните в плотно закрытом контейнере, чтобы ограничить поглощение влаги между использованиями.
• Хранение в холодильнике при температуре 2-8°C рекомендуется технической документацией по крайней мере одного поставщика.
• Прежде чем открывать контейнер, дайте ему нагреться до комнатной температуры, чтобы уменьшить образование конденсата внутри флакона.
• Если требуются точные измерения физических свойств, рассмотрите возможность титрования по Карлу Фишеру, чтобы подтвердить содержание воды перед использованием.

Для любого применения, где важна воспроизводимость (ярким примером является тестирование производительности электролита), рассмотрение содержания воды как переменной, которую нужно контролировать, а не случайной примеси, имеет тенденцию давать более последовательные результаты при повторных испытаниях.

Классификация безопасности и меры предосторожности при обращении

В нормативных классификационных данных это соединение отнесено к категории СГС «Раздражение кожи 2», «Раздражение глаз 2» и «Специфическая токсичность для органов-мишеней (однократное воздействие)» категории 3, что соответствует заявлениям об опасности H315 (вызывает раздражение кожи), H319 (вызывает серьезное раздражение глаз) и H336 (может вызвать сонливость или головокружение). Эти классификации относят его к категории умеренной опасности, типичной для многих ионных жидкостей и органических сульфонатных солей — он не является высокотоксичным в отличие от контролируемого или высокореактивного реагента, но все же требует стандартных лабораторных средств индивидуальной защиты, а не случайного обращения.

• При работе надевайте перчатки и средства защиты глаз, учитывая классификацию H315 и H319.
• Работайте в проветриваемом помещении или в вытяжном шкафу, поскольку H336 указывает на возможное воздействие на центральную нервную систему при вдыхании.
• Перед первым использованием ознакомьтесь с паспортом безопасности конкретного поставщика (SDS), поскольку чистота состава и следовые примеси могут различаться у разных производителей.
• Следуйте стандартным процедурам утилизации лабораторных химических отходов, а не общим потокам отходов.

Как и большинство специальных ионных жидкостей, это соединение не классифицируется как опасное при стандартной транспортировке в документации по крайней мере одного поставщика, что упрощает логистику закупок, но эту классификацию не следует рассматривать как указание на низкую опасность в лаборатории — она отражает правила транспортировки, а не риск профессионального воздействия. Просмотр действующего паспорта безопасности конкретного поставщика перед началом работы остается наиболее надежным способом подтверждения требований к обращению, поскольку данные по безопасности могут обновляться по мере поступления новой токсикологической информации.