Domaines d’applications des liquides ioniques

Les liquides ioniques ont été développés il y a plus d’une vingtaine d’années dans le

domaine de l’électrochimie.

Compte tenu des caractéristiques particulièrement intéressantes des liquides ioniques et de

leur capacité d’être recyclables, les liquides (RTILs) dans de nombreux cas, peuvent se substituer

avantageusement aux solvants organiques volatils

ce qui leur permet d’être considérés comme

des solvants verts de l’environnement, et donc avoir de plus en plus d'intérêt au cours de la

dernière décennie

.

De nombreuses études ont été menées sur le développement de nouveaux liquides

ioniques

. Du fait des propriétés intéressantes citées ci-dessus, ces liquides ioniques peuvent

être utilisés avec succès dans divers procédés, notamment :

III.6.1. En électrochimie

Plusieurs travaux montrent que les liquides ioniques à base du cation d’imidazolium et de

pyridinium trouvent des applications intéressantes dans le domaine d’électrochimie

Les

propriétés des liquides ioniques telles que leur forte conductivité et leur grande stabilité

thermique ont fait de ces nouveaux produits, des candidats de choix dans la recherche de

nouveaux systèmes d’énergie (batterie….)

.

Par exemple, Hikari et al

Gaja et all

ont montré dans la recherche des batteries aux ions Li

qui constitue un axe très important des batteries rechargeables , que les liquides ioniques, utilisés

comme électrolyte, permettaient d’avoir une conductivité cinq fois supérieure aux électrolytes à

base de solvants organiques et de sels. De plus, leurs domaines d’électroactivité peuvent

atteindre 4,5 V comparés à 1,2 pour les électrolytes aqueux et ils offrent une très bonne stabilité

thermique et une meilleure solubilité que les composés usuels à base d’ammonium

quaternaire

.

III.6.2. Dans la protection de l’environnement

.

Les liquides ioniques peuvent se substituer aux solvants organiques volatiles grâce aux

propriétés intéressantes que ces composés possèdent (Pression de vapeur négligeable, possibilité

d’être recyclés, …)

.

III.6.3. Dans le domaine pharmacologique

De nombreux liquides ioniques sont utlisés dans le domaine pharmaceutique. Mizuuchi et

al ont montré que des RTILs dérivés du cation 1-alkyl-3- methylimidazolium sont sont utlisés

comme solvants pour les produits pharmaceutiques

. Une mauvaise solubilité des médicaments

dans l'eau est un problème majeur dans l'industrie pharmaceutique, et il a été estimé que 40% de

tous les nouveaux médicaments mis au point sont peu solubles ou insolubles dans l'eau. Dans ce

sens, il a été montré que ces RTILs agissent en tant que bons solvants pour les médicaments

faiblement solubles dans l'eau et comme co-solvants dans les systèmes aqueux.

III.6.4. Dans l'industrie chimique

Comme solvants en synthèse organique

, comme catalyseurs ou

co-catalyseurs dans de nombreuses réactions chimiques

et comme catalyseurs de transfert

de phase soit en milieu homogène, soit biphasique et dans les processus catalytiques sélectives

pour les réactions chimiques organiques

.

La synthèse organique et la catalyse sont les deux domaines en expansion dans l’utilisation des

liquides ioniques. Il existe de nombreuses applications des liquides ioniques dans ces domaines.

D’un point de vue chimique, le principal potentiel des liquides ioniques est d’augmenter le

rendement et la cinétique de la réaction et d’améliorer la régiosélectivité par rapport aux autres

solvants organiques. Par exemple:

III.6.4.1. Réaction de Diels – Alder : Une des grandes familles de réaction en synthèse

organique est la réaction de Diels – Alder, qui permet la formation de liaisons carbone-carbone

et de composés cycliques. En particulier, la réaction entre le cyclopentadiène (C

H

) et l’acrylate

d’éthyle (C

H

O

) mène à deux formes dites endo et exo, selon la position du groupe C

H

CO

.

Quand on effectue cette réaction dans trois milieux différents (l’eau, le diéthyléther (C

H

O) et

le liquide ionique [C

mim][PF

], on constate, au bout d’une heure, que les rendements de

réaction sont égaux à 30% dans l’eau, à 36% dans [C

mim][PF

] et à 61% dans le diéthyléther ;

solvant organique très volatil et toxique. On observe surtout une sélectivité notable dans

[C

mim][PF

] (on y obtient 89 % de la forme endo, supérieure à celle de l’eau 22%. Dans ce cas,

l’emploi du liquide ionique présente un intérêt si l’on recherche la forme endo, même si le

rendement n’est pas notablement supérieur que celui obtenu dans l’eau

.

Prenons un autre exemple: Dans une substitution nucléophile de l’indole (C

H

N) avec des

halogénoalcanes, la substitution est possible sur deux sites de la molécule initiale et mène à deux

produits différents. Or les chimistes cherchent des réactions dites régiosélectives, c'est-à-dire qui

favorisent les réactions sur un seul des deux sites, aboutissant à un des deux produits. Or la

formation du produit endo est favorisée par les solvants dipolaires aprotiques. Malheureusement,

ces solvants aprotiques sont instables; en outre, ils sont miscibles à l’eau et à un grand nombre de

solvants organiques, ce qui rend souvent difficile la récupération des produits obtenus. En

revanche, dans [C

mim][PF

], la réaction est terminée au bout de deux ou trois heures, avec des

rendements supérieurs à 90% et une sélectivité supérieure à 99%. Par ailleurs, ce liquide ionique

peut être recyclé plusieurs fois, sans que le rendement ni la régiosélectivité ne soient modifiés.

III.6.4.2. Réaction d’hydrogénation: La réaction catalytique d’hydrogénation d’une

double liaison carbone – carbone par transition d’un complexe métallique, est l’une des réactions

les plus étudiées en catalyse homogène. Cependant, la séparation des produits et des réactifs

reste un problème. Chauvin (Pris Nobel 2005) et al. ont évalué avec succès le potentiel de

certains liquides ioniques à isoler le catalyseur

. De nombreuses études ont montré que

l’utilisation des liquides ioniques améliorait les rendements et la sélectivité de ce type de

réactions

.

III.6.5. Dans les procédés de séparation : Les liquides ioniques ont un intérêt

considérable comme milieu d’extraction liquide-liquide des liquides organiques des alcools ou

des hydrocarbures et les ions métalliques de la solution

ainsi que dans la séparation des

isomères des composés chimiques

. Les différentes propriétés physico-chimiques originales

des liquides ioniques, présentent un grand intérêt dans le domaine des procédés de séparation.

Leurs capacités à dissoudre des composés organiques apolaires aussi bien que des composés

inorganiques en ont fait des milieux de choix pour les sciences séparatives.

III.6.6. Dans le domaine de l’analyse chimique: Les propriétés des liquides ioniques

telles que la pression de vapeur négligeable, la non miscibilité avec d’autres solvants, leur

polarité

, leur grande viscosité et le fait qu’ils soient ininflammables, ont fait de ces composés,

des candidats uniques dans la recherche de nouvelles phases stationnaires en Chromatographie

en phase liquide et gazeuse. La première application des liquides ioniques comme phase

stationnaire en CPG a été réalisée par Barber et al

, mais c’est au cours des années 1980 que

cet axe de recherche a connu une avancée remarquable avec la publication des travaux de

l’équipe de Poole

.

Des liquides ioniques RTILs dérivés d’alkylimidazolium sont utilisés aussi comme additifs

pour huiles moteurs

, comme diluants pour l'extraction des métaux dans la chimie

nucléaire

et peuvent jouer un rôle très important dans la séparation des composés aromatiques,

des chloroalcanes et des alcools à partir des alcanes

.