Белова Ирина. Ионные жидкости на основе кремния и их применение в качестве теплоносителей

Научный руководитель — Дейко Григорий Сергеевич, ИОХ им. Н.Д. Зелинского. Куратор от СУНЦ МГУ — А.С. Сигеев.

6 Белова 1 6 Белова 2 6 Белова_4 Белова

Белова презентация

На сегодняшний день разработка новых теплоносителей для нужд промышленности, транспорта и космической индустрии является актуальной задачей органической химии. Создание принципиально новых теплоносителей приведет к снижению затрат в технологических процессах, значительно улучшит безопасность и стабильность работы систем, а также в случае, если будет использоваться «зеленый» теплоноситель, будет уменьшен экологический вред природе.

В настоящее время особое внимание уделяются ионным жидкостями (ИЖ), которые представляют собой расплав соли, состоящий из органического катиона и неорганического аниона, причем ключевой их особенностью является низкая температура плавления (<1000C). Благодаря широкому разнообразию катионов и анионов ИЖ возможно оптимизировать любые физико-химические параметры жидкости для конкретных условий эксплуатации. Например, вязкость, плотность, давление насыщенного пара, термическая устойчивость и токсичность. Ключевой особенностью ИЖ является чрезвычайно низкое давление насыщенного пара. До 2005 года [1] считалось, что ИЖ нельзя перегнать даже в условиях высокого вакуума и при высокой температуре, поскольку ИЖ подвергалась термическому разложе­нию. Однако в настоящее время полученные данные свидетельствуют о том, что давление пара термостойких ИЖ при 2000С составляет около 0,05 Па, а при экстраполировании к комнатной температуре <<10-4 Па. Эта особенность делает ИЖ весьма привлекательными в областях, где требуется высокая термическая устойчивость и при этом низкое давление насыщенного пара.

Широко известны ИЖ, содержащие в своей структуре атомы кремния. В работе [2] было показано, что замена всего 1 атома углерода на кремний в структуре 1-метил-3-неопентил-имидазолия приводит к уменьшению вязкости в 7 раз. Кроме того, в работе [3] продемонстрировано, что синтез дикатионных ИЖ приводит к уменьшению летучести по сравнению с монокатионными ИЖ почти в 10 раз. Однако авторы отмечают, что синтез наиболее перспективной дикатионной ИЖ не удался и полученное вещество было загрязнено рядом неизвестных примесей, не поддающихся каким-либо методам очистки (перекристаллизации и др.).

Таким образом, целью нашей работы является разработка усовершенствованной стратегии синтеза кремнийсодержащей дикатионной ИЖ [Im-Si(Me)2-O-Si(Me2)(Ph)-O-Si(Me)2-Im]2+ 2Tf2N— (см. рис. 1) и изучение ее некоторых физико-химических свойств.

Белова структура

Рис. 1. Планируемая структура ИЖ для синтеза

В рамках данной цели были поставлены следующие задачи:

  1. Осуществить 4-х стадийный синтез конечной ИЖ;
  2. Оптимизировать методику получения одного из промежуточных продуктов реакции с целью улучшения конечного выхода;
  3. Охарактеризовать продукты каждой реакции методом ЯМР спектроскопии 1H;
  4. Выделить конечную ИЖ и изучить ее физико-химические свойства. Измерить ее вязкость, плотность и температуру плавления­ и сравнить их с другими кремнийорганическими ИЖ.

Ожидаемые результаты:

  1. Разработка новой стратегии синтеза дикатионной ИЖ;
  2. Охарактеризованные продукты синтеза каждой стадии (спектры ЯМР);
  3. Получение новых физико-химической данных для новой дикатионной ИЖ.

Список литературы:

  1. Chernikova E.A., Glukhov L.M., Krasovskiy V.G., Kustov L.M., Vorobyeva M.G. Ionic liquids as heat transfer fluids: comparison with known systems, possible applications, advantages and disadvantages. // Russ. Chem. Rev. 2015. Vol. 8, № 84. P. 875–890.
  2. Hideaki S. et al. Why are viscosities lower for ionic liquids with −CH2Si(CH3)3 vs −CH2C(CH3)3 substitutions on the imidazolium cations? // J. Phys. Chem. B., 2005, Vol. 109, № 46, P. 21576-21585.
  3. Glukhov L.M. et al. Synthesis and properties of dicationic ionic liquids containing a siloxane structural moiety. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2015. Vol. 89, № 12. P. 2204–2209.
Перейти к содержимому