脯氨酸离子液体阴阳离子间相互作用及质子转移机制的理论研究

来源 :辽宁大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaojianan1987
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离子液体(RTILs)独特的物理化学性质,如蒸汽压低、热稳定性好、电化学窗口宽等,使其在生物化学、药物化学、有机合成、分离、电化学、催化等众多领域广泛应用,得到了广泛的关注,已经成为非常活跃的前沿课题之一,代表着绿色化学发展的一个重要方向。近年来,室温离子液体的研究进入了一个新的阶段。逐渐开始向着功能化和绿色化方向发展。质子化功能离子液体在许多重要领域有潜在的应用价值,例如,在锂燃烧电池,表面活性剂,有机反应介质等方面都得到了很好的应用。然而人们对其相互作用模式、质子转移行为等方面的认识还尚不清晰。本论文利用DFT/B3LYP和MP2方法,以脯氨酸阳离子[HPro]+、脯氨酸甲酯阳离子[HProC1]+和糖精阴离子[Sac]-组成的质子化离子液体(PILs)为研究对象,探讨气态离子对、分子对、双聚体团簇中的结构单元及其作用模式。利用过渡态和IRC理论研究气态[HPro]+[Sac]-和[HProC1]+[Sac]-中的质子转移反应,AIM分析给出氢键相互作用本质等。计算结果表明气态单聚体中氢转移能垒很小,体系中存在离子对和分子对的动态平衡。质子转移发生后,体系内部基本作用单元改变,作用强度下降,形成分子对的相互作用能量远远小于离子对的相互作用能量。由于只对单个离子对或分子对考虑,我们忽略了离子之间的协同作用。所以我们利用DFT/B3LYP方法,在6-311+G(d,p)水平上对[HPro]2+[NO3]2-、[HProC1]2+[NO3]2-与[HPro]2+[Sac]2-、[HProC1]2+[Sac]2-二聚体结构进行优化,用几何上的稳定结构进行[HPro(C1)]2+[NO3]2-体系和[HPro(C1)]2+[Sac]2-体系中氢键相互作用的计算,并对其电荷进行AIM分析,发现[HPro(C1)]2+[NO3]2-体系内部基本结构单元全部都是离子-离子,主要以离子状态形式存在。[HPro]2+[Sac]2-、[HProC1]2+[Sac]2-二聚体团簇计算给出体系中没有质子转移反应发生,在[HPro]2+[Sac]2-中相互作用的基本结构单元为离子、分子和两性离子,酯化后双聚体[HProC1]2+[Sac]2-中全部为阴阳离子相互作用。质子转移反应、两性离子、酯化作用等的深入研究对于理解功能化PILs的性质、结构因素、及其应用具有一定的实际意义,同时为脯氨酸型阳离子内部的质子转移情况研究,提供了理论上的补充。利用完善以后的AMBER99力场,在Tinker程序包的运行下,对液态下的[HProC1]+[NO3]-体系进行动力学模拟。在298.15K和330.00K两个温度下获得了[HProC1]+[NO3]-体系的密度,并与传统离子液体的密度进行比较。利用Tinker程序还获得了体系的摩尔蒸发焓、等压热容、径向分布函数等动力学信息,可以确定[HProC1]+[NO3]-体系在液态下以离子对形式存在,同时具有良好的电导率,在电解质方面有更好的应用。
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