離子液體與某些分子溶劑的氫鍵相互作用研究.pdf

1、離子液體具有很多優(yōu)良特性，如熔點低、幾乎無揮發(fā)性、不可燃、寬的液相范圍和電化學窗口、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可調(diào)等。這些特性使離子液體在化學合成、電化學和生物質(zhì)溶解等方面表現(xiàn)出了廣闊的應用前景。大量的實驗研究表明離子液體在纖維素溶解、催化反應、材料制備等應用中表現(xiàn)出的離子液體效應與離子液體的氫鍵作用有著密切的關系。此外，離子液體的一些獨特性質(zhì)（如熔點，粘度等）也與離子液體陰、陽離子之間的氫鍵作用有著重要的關系。然而，關于離子液體陰、陽離子之間，以及離

2、子液體與分子溶劑之間的氫鍵相互作用缺乏深入、系統(tǒng)的研究。因此，作為國家自然科學基金項目(NO.21273062)的一部分，本文系統(tǒng)地研究了離子液體陰離子的類型、陽離子的結(jié)構(gòu)和分子溶劑的性質(zhì)對離子液體與溶劑分子間氫鍵作用的影響，分析了氫鍵相互作用的位點和作用方式，確定了離子液體在溶液中的微觀結(jié)構(gòu)，主要研究內(nèi)容如下:
　　1.在293K下，利用遠紅外光譜、1HNMR技術和分子動力學模擬等方法研究了[Bmim][CH3COO]、[Bmi

3、m][CF3COO]、[Bmim][HSO4]、[Bmim][CH3OSO3]、[Bmim][BF4]、[Bmim][C2H5COO]、[Bmim][OTf]、[Bmim][NO3]、[Bmim][N(CN)2]、[Bmim][SCN]等10種離子液體與水的氫鍵相互作用隨著水的摩爾分數(shù)的變化，分析了陰離子的類型對水與離子液體氫鍵相互作用的影響，確定了離子液體在其水溶液中的微觀結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果表明，陰離子與水分子形成氫鍵能力的強弱順序為:C

4、H3COO-，C2H5COO-＞HSO4-＞CF3COO-＞CH3OSO3-，NO3-＞SCN-，N(CN)2-＞OTf＞BF4-。隨著水的摩爾分數(shù)的增加，離子液體由直接接觸離子對轉(zhuǎn)化為溶劑分割離子對。
　　2.在293K下，以[Emim][CH3COO]/H2O、[Bmim][CH3COO]/H2O、[Hmim][CH3COO]/H2O體系為研究對象，利用遠紅外光譜和1HNMR技術研究了陽離子烷基鏈的長度對水與離子液體氫鍵相互作

5、用的影響。此外，利用遠紅外光譜、1HNMR技術和分子動力學模擬等方法研究了陽離子的結(jié)構(gòu)([BuPy][NO3]、[Py14][NO3]、[PP14][NO3]、[(Bu)3NH][NO3]、[Bu-choline-NO3])對離子液體與水氫鍵相互作用的影響，確定了離子液體與水的作用位點和作用方式。實驗結(jié)果表明，烷基鏈的長度對水與離子液體氫鍵相互作用的影響不大;陽離子與水氫鍵作用的強弱順序為:[Bu-choline]+＞[Py14]+＞[

6、PP14]-＞[BuPy]+＞[Bmim]+＞[(Bu)3NH]+。
　　3.在293K下，以[Bmim][CH3COO]為研究對象，利用遠紅外光譜、1HNMR和分子動力學模擬等方法研究了質(zhì)子性溶劑（甲醇、乙醇、乙二醇、乙酸、丙酸）和非質(zhì)子性溶劑（DMSO、N，N-二甲基甲酰胺、乙腈）與離子液體的相互作用，確定了離子液體與溶劑分子相互作用的方式，以及離子液體在分子溶劑中的微觀結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明，質(zhì)子性溶劑提供質(zhì)子與離子液體的陰離子