Impuretés

Le processus de synthèse représente une source significative d’impuretés ^[29] au sein des

liquides ioniques. Cet effet est lié à la faible volatilité des LIs qui rend impossible la

distillation. En conséquence, le liquide ionique est souvent délivré dans un état semi pur.

La présence et la nature de ces impuretés peuvent affecter les propriétés physico-chimiques.

La nature de ces impuretés varie suivant le chemin réactionnel emprunté pour la synthèse du

liquide ionique. Ainsi, on retrouve principalement des sels organiques, des cations alcalins,

des ions halogénures ou de l’eau ^[38].

L’étude entreprise par Seddon et al. ^[39] a montré que la teneur en impuretés halogénés affecte

fortement les propriétés physico-chimiques. Elles peuvent chimiquement agir pour

empoisonner un catalyseur ^[40] ou stabiliser des ligands ^[41]. Pour cette raison, il est nécessaire

d’avoir un liquide ionique possédant une quantité d’impuretés faible en espèces halogénures

libres, de façon à ce que les interactions néfastes soient faibles vis-à-vis du processus

souhaité.

Suite à la synthèse d’un liquide ionique, on retrouve également des impuretés protiques.

Celles-ci peuvent être divisées en deux groupes : celles qui ont été produites par la réaction

d’échange d’un acide fort (par exemple pour le liquide ionique [BMIM][PF6]) et celles qui ont

été produites par l’hydrolyse et que l’on peut retrouver dissoutes sous forme acide au sein du

LI. La présence d’impuretés protiques peut également être constatée au sein des liquides

ioniques qui ne sont pas complètement miscibles dans l’eau (et lesquelles sont suffisamment

stables à l’hydrolyse). Dans ce cas, le liquide ionique est ajouté à l’eau et un test de pH est

réalisé en phase aqueuse pour déterminer la quantité d’impuretés acides ^[29].

Le liquide ionique peut également présenter des impuretés volatiles provenant de diverses

origines. Elles peuvent résulter des solvants utilisés lors des étapes d’extraction, du réactif qui

n’a pas été consommé par la réaction d’alkylation ou de tout autre composé organique volatil

précédemment dissous dans le liquide ionique.

Théoriquement, ces impuretés peuvent être facilement éliminées du liquide ionique non

volatil, par évaporation, mais ce procédé peut être lent. Les facteurs qui influencent la durée

nécessaire à l’élimination de toutes les substances volatiles d’un liquide ionique

(à une température et une pression données) sont : la quantité de ces substances volatiles,

leurs points d’ébullition, leurs interactions avec le liquide ionique, la viscosité du liquide

ionique et la surface libre du liquide ionique ^[29].

Les impuretés volatiles potentielles qui peuvent exister dans les liquides ioniques

1,3-dialkyl-imidazolium proviennent du 1-alkyl-imidazole de départ. Ces composés sont

difficiles à éliminer, même à haute température et pression réduite, en raison de leurs

températures d’ébullition élevées (par exemple, Tébullition du méthylimidazole est de 198 °C) et

de leurs fortes interactions avec le liquide ionique. Il a été montré que la présence de ce type

de composé pouvait affecter les propriétés physico-chimiques. À titre d’exemple, il a été

trouvé qu’une faible quantité de 1-méthylimidazole peut avoir un effet drastique sur la

stabilité des nanoparticules d’or ^[42].

Diverses méthodes analytiques ont été mises au point afin de déceler la présence de ces

impuretés et de déterminer leurs teneurs. La spectroscopie RMN est utilisée par la plupart des

groupes académiques, mais sa limite de détection est d’environ 1 %mol ^[29].

La spectroscopie IR, la spectrophotométrie UV et la spectrométrie de masse ont également été

utilisées ^[43]. Ces méthodes, bien que très sensibles, sont soit couteuses, soit difficiles de mise

en oeuvre pour des analyses de routine. Holbrey et al. ^[44] ont développé une méthode

colorimétrique pour évaluer la teneur en imidazoles dans les liquides ioniques à base des

cations 1-éthyl-3-méthyl-imidazolium (EMIM). Elle est fondée sur la complexation du

1-méthyl-imidazole par le chlorure cuivrique dans l’éthanol. Ainsi l’ion [Cu(MIM)4]²⁺, qui est

d’une couleur bleue intense, se forme. La limite de détection de cette méthode est de 0,2 %mol

dans le chlorure de 1-éthyl-3-méthyl-imidazolium ([EMIM][Cl]). Bien qu’elle soit

relativement rapide et convenable pour le contrôle de routine, cette méthode présente

l’inconvénient de ne pas disposer de matrice de référence. En outre, d’autres imidazoles

(l’imidazole et les 1,2-diméthyl-imidazoles) peuvent interférer, lorsque ces derniers peuvent

former des complexes avec l’ion cuivrique.

Dans la mesure où la plupart des sels organiques sont hygroscopiques, l’eau est un

contaminant commun et sa présence peut provenir de la synthèse, de la manipulation et/ou du

stockage.

Ainsi, on retrouve de l’eau en quantité variable dans la totalité des liquides ioniques, même

pour des composés hydrophobes tels que [BMIM][NTf2] (saturés avec 1,4 %wt d’eau) ^[30].

Si les liquides ioniques sont laissés à l’air libre, ils peuvent adsorber facilement de l’eau à des

quantités allant de 0,2 à 2 M en fonction du type de liquides ioniques, de l’humidité relative et

de la température ^[39].

Comme les ions chlorures, l’eau altère significativement les propriétés physiques telles que le

point de fusion, la viscosité, la densité, la conductivité et la stabilité thermique ^{[39, 45]}.

La présence d’une contamination par les ions chlorures augmente la viscosité des liquides

ioniques alors que la présence d’eau ou d’autres co-solvants la diminue. Par ailleurs, l’eau

peut hydrolyser l’anion et dégrader le liquide ionique, comme dans le cas du LI constitué de

l’anion PF6^- où l’eau hydrolyse les ions hexafluorophosphates et produit du fluorure

d’hydrogène (HF) ^[46].

Enfin, notons que la teneur en eau peut être déterminée (quantitativement) par la méthode de

Karl-Fisher, méthode dans laquelle le LI est préalablement dilué dans un solvant.