水溶液中離子液體與單糖的相互作用研究.pdf

1、離子液體(IL)作為一種新型溶劑的廣泛研究和應(yīng)用，勢(shì)必導(dǎo)致其在環(huán)境和有機(jī)體的積累。雖然離子液體被稱(chēng)為“綠色溶劑”，但它們對(duì)生物體的毒性已經(jīng)表現(xiàn)出來(lái)。糖是一種重要的生物分子和化工原料。研究離子液體-糖相互作用與糖分子立體結(jié)構(gòu)及離子液體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的依賴(lài)關(guān)系，對(duì)于解釋生物體液中糖-離子液體相互作用的本質(zhì)具有重要科學(xué)意義，為離子液體在生物體內(nèi)的積累和潛在毒性研究提供理論指導(dǎo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為離子液體作溶劑時(shí)糖的萃取、純化、合成及相關(guān)生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)計(jì)和

2、優(yōu)化提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)參數(shù)。本文得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助課題(No.20973055)和河南省高校創(chuàng)新人才基金的資助，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.測(cè)定了298.15 K下，咪唑氯化物離子液體([Cnmim]Cl，n=4，6，8，10)在水及葡萄糖水溶液中，[C4mim]Cl在水及單糖(葡萄糖、半乳糖、木糖和核糖)水溶液中的摩爾電導(dǎo)率，利用Lee-Wheaton方程計(jì)算得到了離子液體在溶劑中的極限摩爾電導(dǎo)率(0)和締合常數(shù)K

3、A，進(jìn)而求得了’Walden值A(chǔ)0η0。討論了離子液體陽(yáng)離子烷基鏈的長(zhǎng)度和糖分子的立體結(jié)構(gòu)對(duì)離子液體-糖相互作用的影響規(guī)律。結(jié)果表明，在一定的糖水溶液中，[C4mim]Cl的A0值有如下規(guī)律：葡萄糖和半乳糖(已糖)<木糖和核糖(戊糖)；在葡萄糖水溶液中，離子液體的極限摩爾電導(dǎo)率A0隨著陽(yáng)離子烷基鏈的增長(zhǎng)而線(xiàn)性遞減。
　　2.測(cè)定了298.15 K下，1-丁基-3-甲基咪唑羧酸鹽離子液體([C4mim][HCOO]、[C4mim][

4、CH3COO]和[C4mim][CH3CH2COO])在水及葡萄糖水溶液中的密度ρ、粘度η和電導(dǎo)k。計(jì)算了無(wú)限稀釋表觀(guān)摩爾體積V0Φ，IL、粘度B-系數(shù)、極限摩爾電導(dǎo)率A0和Walden值A(chǔ)0η0，進(jìn)而求得了離子液體-糖的體積相互作用參數(shù)及離子液體在水及葡萄糖水溶液中的摩爾流動(dòng)活化自由能。還測(cè)定了甲基β-D吡喃葡萄糖苷和離子液體在離子液體-甲基β-D吡喃葡萄糖苷-水體系中13C和1H的化學(xué)位移。利用這些參數(shù)分析討論了離子液體和糖的大小、

5、結(jié)構(gòu)和溶劑化作用對(duì)離子液體與糖相互作用的影響。結(jié)果表明，羧酸鹽離子液體與葡萄糖的相互作用大小規(guī)律：[C4mim][CH3CH2COO]>[C4mim][CH3COO]>[C4mim][HCOO]。
　　3.利用密度泛函理論方法在：B3LYP/6-31+g(d，p)水平上對(duì)葡萄糖和離子液體陰離子形成的復(fù)合物進(jìn)行優(yōu)化和頻率分析，得到了復(fù)合物的最優(yōu)構(gòu)型和相互作用能。得到的結(jié)果與從體積法、粘度法、電導(dǎo)法及NMR得到的結(jié)果一致。
　　

6、4.測(cè)定了298.15 K下，[C4(mim)2]Br2、[C5(mim)2]Br2和[C6(mim)2]Br2三種雙陽(yáng)離子離子液體在葡萄糖水溶液中的密度ρ和粘度η數(shù)據(jù)。計(jì)算了離子液體在水及葡萄糖水溶液中的無(wú)限稀釋表觀(guān)摩爾體積V0Φ，IL和粘度B-系數(shù)，進(jìn)而求得了離子液體-糖的體積相互作用參數(shù)及離子液體在水及葡萄糖水溶液中的摩爾流動(dòng)活化自由能。相互作用參數(shù)和粘度B-系數(shù)的比較表明離子液體與葡萄糖相互作用的強(qiáng)弱：[C6(mim)2]Br2

7、>[C5(mim)2]Br2>[C4(mim)2]Br2。
　　5.利用電導(dǎo)、熒光、核磁共振和動(dòng)態(tài)光散射等技術(shù)研究了[C10mim]Cl在水及糖(葡萄糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖)水溶液中的簇集行為。得到了離子液體的臨界簇集濃度CAC、離子化度α、聚集自由能△Gm0和聚集數(shù)N。結(jié)果表明單糖的加入有利于離子液體的簇集，CAC值隨著糖濃度的增大而減小。[C10mim]Cl的CAC值有如下順序：葡萄糖>半乳糖，木糖>阿拉伯糖；木糖>葡萄糖