PEPERIKSAAN IJAZAH SARJANA MUDA SAINS
EXAMINATION FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF SCIENCE
SESI AKADEMIK 2019/2020 : SEMESTER I
ACADEMIC SESSION 2019/2020 : SEMESTER I
SID2010 : CECAIR IONIK
IONIC LIQUIDS
Dis 2019/Jan 2020 Masa: 2 jam
Dec 2019 /Jan 2020 Time: 2 hours
ARAHAN KEPADA CALON:
INSTRUCTIONS TO CANDIDATES:
Jawab SEMUA soalan.
Answer ALL questions.
(Kertas soalan ini mengandungi 4 soalan dalam 7 halaman yang bercetak)
(This question paper consists of 4 questions on 7 printed pages)1. (a) Struktur berikut menunjukkan beberapa contoh biasa cecair ionik:
The following structures show some common ionic liquids:
N N Cl Cl
(i) Definisikan terma cecair ionik.
Define the term of ionic liquid.
(2 markah/
marks)
(ii)
Nyatakan sifat-sifat cecair ionik.State the properties of ionic liquids.
(3 markah/
marks)
(iii) Merujuk kepada struktur di atas, cecair ionic manakah mempunyai kelikatan yang lebih tinggi? Jelaskan jawapan anda.
Refer to the above structures, which one is the most viscous? Explain your answer.
(3 markah/
marks)
(b) Lukis struktur DAN berikan nama ringkasan untuk setiap cecair ionik di bawah.
(i) 1-Etil-1-metilpirolidinium etilsulfat (ii) 1-Etilpiridinium tetrafloroborat (iii) Heksiltrimetilammonium bromida (iv) Tetrabutilfosfonium hexaflorofosfat (v) 1-Alil-3-metilimidazolium disianamida
(vi) 1-Butil-1-metilpiperidinium bis(triflorometilsulfonil)imida
Draw the structure AND provide the short hand representation of each of the ionic liquids below.
(i) 1-Ethyl-1-methylpyrrolidinium ethylsulfate (ii) 1-Ethylpyridinium tetrafluoroborate (iii) Hexyltrimethylammonium bromide
(iv) Tetrabutylphosphonium hexafluorophosphate (v) 1-Allyl-3-methylimidazolium dicyanamide
(vi) 1-Butyl-1-methylpiperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide
(12 markah/
marks)(c) Kolina klorida dan urea, masing-masing melebur pada suhu 302°C dan 133°C. Suatu campuran cecair terbentuk apabila kedua-dua sebatian pepejal ini dicampurkan dalam nisbah 1:2 pada suhu bilik.
Choline chloride and urea melt at 302°C and 133°C, respectively. A liquid mixture is formed when solids of choline chloride and urea, are mixed together in a molar ratio of 1:2 at room temperature.
HO N+ Cl-
choline chloride
NH2
O H2N
urea
(i) Jelaskan fenomena ini DAN tuliskan mekanisme bagi tindak balas yang berlaku.
Explain this phenomenon AND write the mechanism of the reaction.
(10 markah/
marks)
(ii) Bolehkah campuran cecair ini diklasifikasikan sebagai cecair ionik? Jelaskan jawapan anda.
Can this liquid mixture be classified as ionic liquids? Explain your answer.
(3 markah/
marks)
2. (a) Cecair ionik boleh direka mengikut ciri-ciri yang dikehendaki dalam proses kimia yang diingini dengan mengubah kation dan anion.
Ionic liquids can be designed with the desired characteristics for the chemical process of interest by varying the cations and anions.
(i) Cadangkan sintesis bagi [C
6py][PF
6] menggunakan piridina.
Suggest the synthesis of [C6py][PF6] using pyridine.
(5 markah/
marks)
(ii) Nyatakan hasil sampingan bagi tindak balas di bahagian (i).
State the by-product of the reaction in part (i).
(1 markah/
marks)
(iii) Lukiskan mekanisme tindak balas di bahagian (i).
Draw the mechanism of reaction in part (i).
(4 markah/
marks)
(iv) Tentukan ujian yang boleh dilakukan untuk menentukan kehadiran pencemaran halida dalam hasil akhir bagi tindak balas di bahagian (i). Kenalpasti mendakan yang terbentuk semasa ujian tersebut dijalankan DAN tuliskan persamaan tindak balas pembentukan mendakan itu.
Specify the test that can determine the presence of halide contamination in the final product obtained from reaction in part (i).
Identify the compound that precipitates during the test AND write the balance equation of the sedimentation.
(5 markah/
marks)
(b) Cecair zwiterionik dapat disediakan dengan bahan pemula di bawah:
Zwitterionic liquids can be synthesized using the starting materials stated below:
N N
1-methylimidazole
S O O O
1,3-propanesultone
(i) Cadangkan sintesis cecair zwiterionik menggunakan 1- metilimidazola dan 1,3-propansultona sebagai bahan pemula diikuti tindak balas metatesis dengan asid hidroklorik.
Outline the synthesis of zwitterionic liquid using 1-methylimidazole and 1,3-propanesultone as starting materials followed by metathesis reaction with hydrochloric acid.
(3 markah/
marks)
(ii) Lukiskan mekanisme tindak balas di bahagian (i).
Draw the mechanism of reaction in part (i).
(4 markah/
marks)
(iii) Kira isipadu bagi 37% asid hidroklorik sekiranya 0.1 mol asid diperlukan dalam tindak balas di atas. (Jisim atom relatif: H=1, Cl=35.5; ketumpatan asid=1.2 g/mL)
Calculate the volume of 37% hydrochloric acid if 0.1 mol of acid is needed for the above reaction. (Relative atomic masses: H=1, Cl=35.5;
density of acid=1.2 g/mL)
(7 markah/
marks)
(c) Bincangkan langkah penulenan cecair ionik yang mengalami perubahan warna disebabkan oleh sisa yang tertinggal dari pelarut dan bahan pemula yang digunakan.
Discuss the purification steps of discoloration ionic liquids that arise from the impurities of the solvents and starting materials.
(6 markah/
marks)
(d) Berikan hasil bagi tindak balas berikut:
Give products for the following reactions:
(i)
N N
(i) +
Cl
A
(ii)
NaPF6 B
O
O O
O O LiNTf2
+ C
D
(iii) N N + Br
E
+
F + G AgNO3
(iv) N N
Cl-
AlCl3 H + AlCl3 I
N H
OH
HO +
(v) H OH
O
J
(ii)
N
(i) N +
Cl
A
(ii)
NaPF6 B
O
O O
O O LiNTf2
+ C
D
(iii) N N + Br
E
+
F + G AgNO3
(iv) N N
Cl-
AlCl3 H + AlCl3 I
N H
OH
HO +
(v) H OH
O
J
(iii)
N N
(i) +
Cl
A
(ii)
NaPF6 B
O
O O
O O LiNTf2
+ C
D
(iii) N N + Br
E
+
F + G AgNO3
(iv) N N
Cl-
AlCl3 H + AlCl3 I
N H
OH
HO +
(v) H OH
O
J
(iv)
N N
(i) +
Cl
A
(ii)
NaPF6 B
O
O O
O O LiNTf2
+ C
D
(iii) N N + Br
E
+
F + G AgNO3
(iv) N N
Cl-
AlCl3 H + AlCl3 I
N H
OH
HO +
(v) H OH
O
J
(v)
N
(i) N +
Cl
A
(ii)
NaPF6 B
O
O O
O O LiNTf2
+ C
D
(iii) N N + Br
E
+
F + G AgNO3
(iv) N N
Cl-
AlCl3 H + AlCl3 I
N H
OH
HO +
(v) H OH
O
J
(10 markah/
marks)
3. Contoh industri pemprosesan yang paling berjaya menggunakan teknologi cecair ionik adalah proses BASIL
TM(asid “scavenging” dwifasa menggunakan cecair ionik) yang dihasilkan oleh BASF.
The most successful example of an industrial process using ionic liquid technology is the BASIL TM process (Biphasic Acid Scavenging utilising ionic liquids) produced by BASF.
(a) Berikan definisi “scavenger”.
Define the term of scavenger.
(2 markah/
marks)
(b) Trietilamina telah digunakan dalam pemprosesan yang asal. Walau bagaimanapun, tindak balas ini menghasilkan mendakan yang tidak larut sebagai hasil sampingan (trietilammonium klorida) di mana menyebabkan pengurangan hasil dan campuran tindak balas sukar untuk dikendalikan.
Triethylamine was used in the original process. However, the reaction resulted in the precipitation of the insoluble waste by-product (triethylammonium chloride) that lowered the yield and renders the reaction mixture difficult to handle.
P Cl
Cl
+ + 2 R3N P
OCH2CH3
OCH2CH3
+ 2 R3N * HCl 2 CH3CH2OH
Pemprosesan asal Original process
(i) Menggantikan trietilamina dengan 1-metilimidazola dapat menyelesaikan masalah yang dinyatakan di atas. Jelaskan fenomena ini.
Replacing triethylamine with 1-methylimidazole manage to overcome the problem stated above. Explain this phenomenon.
(8 markah/
marks)
(ii) Tuliskan persamaan bagi tindak balas di bahagian (i).
Write the equation of reaction in part (i).
(2 markah/
marks)
4. Cecair ionik berasaskan karbamat digunakan untuk melarutkan dan memproses bahan berharga seperti biomas dan arang. Contohnya DIMCARB dihasilkan dari gabungan karbon dioksida dan amina sekunder dengan nisbah molar 1:2.
Carbamate-based ionic liquids are used for the dissolution and processing of valuable materials such as biomass or brown coal. For example, DIMCARB is formed by a combination of carbon dioxide and a secondary amine in a 1:2 molar ratio.
C
O O H3C N
H3C H
(a) Tuliskan persamaan tindak balas bagi pembentukan DIMCARB.
Write the reaction equation for the formation of DIMCARD.
(2 markah/
marks)
(b) Cecair ionik aprotik sering digambarkan sebagai cecair yang mempunyai tekanan wap yang boleh diabaikan. Walaubagaimanapun, DIMCARB pula dengan mudah boleh dipisahkan dari produk hanya dengan penyulingan. Dengan bantuan illustrasi yang sesuai, huraikan apa yang menyebabkan DIMCARB mudah meruap.
Aprotic ILs are often described as having negligible vapour pressure. However, DIMCARB can be easily separated from the product by distillation under very mild condition. Describe what makes DIMCARB vapourises with the help of suitable illustration.
