Chloroaluminate Ionic Liquids: from their Structural Properties to their Applications in Process Intensification

Les liquides ioniques Chloroaluminates : De leurs propriétés structurales à leurs applications pour l'intensification des procédés

¹ Université de Liège, Laboratoire de Chimie analytique, Sart Tilman, 4000 Liège - Belgique
² Institut français du pétrole, IFP-Lyon, BP 3, 69390 Vernaison - France

Corresponding authors: B.Gilbert@ulg.ac.be helene.olivier-bourbigou@ifp.fr frederic.favre@ifp.fr

Abstract

The structural properties of new organochloroaluminate ionic liquids based on mixtures of (Ethyl)_nAlCl (n = 1 to 3) with 1-methyl-3-butyl-imidazolium chloride (BMIC) have been studied by Raman spectroscopy. With this technique, the mono and polynuclear anions present in these melts have been identified and quantified. The mixed salts formed with AlCl₃ and EtAlCl₂ or [ EtAlCl₂ and Et₂AlCl] together with BMIC are also considered. All behave as regular chloroaluminates; in particular, their acid-base properties depend on their compositions. Thanks to this study, it has been possible to anticipate and to optimize the composition of an ionic liquid based on EtAlCl₂, with the aim of performing industrially the Ni-catalyzed olefin oligomerization in chloroaluminates. The influence of the solvent composition on the overall mechanism of the catalysis is now basically understood. The resulting ionic liquids play the dual role of solvents and nickel activator (or co-catalyst).

Résumé

Les propriétés structurales de nouveaux liquides ioniques organochloroaluminates, constitués à partir de mélanges de (Ethyl)_nAlCl (n = 1 à 3) avec du chlorure de 1-methyl-3-butyl-imidazolium (BMIC) ont été étudiées par spectrométrie Raman. À partir de cette technique, tous les anions mono et polynucléaires ont été identifiés et quantifiés. Les mélanges mixtes formés à partir d'AlCl₃ et EtAlCl₂ ou EtAlCl₂ et Et₂AlCl, chaque couple étant à son tour mélangé avec du BMIC, ont aussi été considérés. Tous ces mélanges se comportent comme les chloroaluminates habituels : en particulier, leurs propriétés acide-base sont directement dépendantes de leurs compositions. Grâce à cette étude, il a été possible d'anticiper et d'optimiser la composition d'un liquide ionique basé sur de l'EtAlCl₂, dans le but de l'utiliser pour l'oligomérisation industrielle des oléfines catalysées par les complexes du nickel, en milieux chloroaluminates. Les aspects fondamentaux de l'influence de la composition de ce solvant sur le mécanisme général de la réaction d'oligomérisation sont actuellement compris. Les liquides ioniques jouent un double rôle : ils sont à la fois solvants et activateurs du nickel (ou co-catalyseur).