仿生離子液體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)關(guān)系及在傳感器中的應(yīng)用.pdf

1、離子液體最大特點(diǎn)之一是可設(shè)計(jì)性，然而離子液體種類(lèi)繁多，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論研究較少，離子液體的構(gòu)效關(guān)系尚未建立，許多研究只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇幾種離子液體進(jìn)行嘗試，缺乏系統(tǒng)的篩選和設(shè)計(jì)方法，這是離子液體發(fā)展的“瓶頸”之一。同時(shí)，離子液體功能化后自身性質(zhì)發(fā)生了改變，但往往熔點(diǎn)升高、黏度變大，不利于實(shí)際應(yīng)用。本文立足于尋找降低離子液體熔點(diǎn)和黏度的方法，借鑒生物細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)特點(diǎn)，根據(jù)離子液體中的主要相互作用同細(xì)胞膜中磷脂分子之間的主要相互作用都是范德

2、華力的相似性，將改變細(xì)胞膜流動(dòng)性的主要作用結(jié)構(gòu)引入離子液體中，設(shè)計(jì)合成新型離子液體--仿生離子液體。通過(guò)對(duì)仿生離子液體微觀結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算研究，探索其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的變化規(guī)律，同時(shí)，利用仿生離子液體的高生物相容性，將其應(yīng)用于生物傳感器的制備，拓展該類(lèi)離子液體在生物領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。本文是國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(“仿生離子液體的設(shè)計(jì)與性質(zhì)及其在生物催化中的應(yīng)用”No.21173070)的一部分，主要研究成果包括：
　　1.仿生離子液體的設(shè)計(jì)合

3、成與表征。生物膜是由磷脂雙層分子構(gòu)成，當(dāng)外界環(huán)境條件改變時(shí)，其結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生適當(dāng)改變，以維持細(xì)胞膜的流動(dòng)性，這是細(xì)胞的恒黏適應(yīng)性。根據(jù)離子液體結(jié)構(gòu)與生物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的相似性，我們將產(chǎn)生恒黏適應(yīng)性的分子結(jié)構(gòu)引入離子液體，通過(guò)在甲基咪唑分子上修飾含有雙鍵或含有甲基支鏈結(jié)構(gòu)的脂肪鏈，設(shè)計(jì)、合成了以四氟硼酸、六氟磷酸為陰離子的仿生離子液體。采用核磁共振波譜等技術(shù)對(duì)所合成的離子液體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，并使用紫外可見(jiàn)分光光度法測(cè)定了所合成離子液體中雜質(zhì)對(duì)甲苯

4、磺酸的含量。所合成的對(duì)甲苯磺酸類(lèi)離子液體中間體在室溫下為固體，四氟硼酸和六氟磷酸離子液體室溫下為液體。
　　2.仿生離子液體的熔點(diǎn)測(cè)定及量化計(jì)算。測(cè)定了所合成離子液體的熔點(diǎn)或玻璃化溫度，探討了陽(yáng)離子不同側(cè)鏈結(jié)構(gòu)對(duì)其理化性質(zhì)的影響。采用密度泛函B3PW91方法對(duì)所合成離子液體的陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，分別采用密度泛函方法和二階微擾方法計(jì)算了陰陽(yáng)離子間的相互作用能，兩種方法獲得的結(jié)果具有一致性。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究熔點(diǎn)與陰陽(yáng)離子間相互作用能

5、和氫鍵的關(guān)系。研究結(jié)果表明在烷基咪唑類(lèi)離子液體的烷基側(cè)鏈中引入雙鍵或遠(yuǎn)離N原子一端引入甲基支鏈能夠降低離子液體的熔點(diǎn)，結(jié)合計(jì)算結(jié)果可以得到：當(dāng)烷基側(cè)鏈較短時(shí)，陰陽(yáng)離子間的相互作用對(duì)離子液體的熔點(diǎn)、玻璃化溫度等宏觀性質(zhì)貢獻(xiàn)較大；當(dāng)烷基側(cè)鏈較長(zhǎng)時(shí)，陽(yáng)離子間的范德華力對(duì)熔點(diǎn)、玻璃化溫度的貢獻(xiàn)不可忽略。
　　3.仿生離子液體在生物傳感器中的應(yīng)用。以合成的巰基功能化仿生離子液體為功能單體，與膽固醇分子混合制成組裝溶液，并通過(guò)自組裝的方式修飾