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、離子液體最大特點之一是可設(shè)計性，然而離子液體種類繁多，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)驗選擇幾種離子液體進行嘗試，缺乏系統(tǒng)的篩選和設(shè)計方法，這是離子液體發(fā)展的“瓶頸”之一。同時，離子液體功能化后自身性質(zhì)發(fā)生了改變，但往往熔點升高、黏度變大，不利于實際應(yīng)用。本文立足于尋找降低離子液體熔點和黏度的方法，借鑒生物細胞膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)特點，根據(jù)離子液體中的主要相互作用同細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，將改變細胞膜流動性的主要作用結(jié)構(gòu)引入離子液體中，設(shè)計合成新型離子液體--仿生離子液體。通過對仿生離子液體微觀結(jié)構(gòu)的理論計算研究，探索其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的變化規(guī)律，同時，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，拓展該類離子液體在生物領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。本文是國家自然科學(xué)基金項目(“仿生離子液體的設(shè)計與性質(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)計合

3、成與表征。生物膜是由磷脂雙層分子構(gòu)成，當外界環(huán)境條件改變時，其結(jié)構(gòu)會發(fā)生適當改變，以維持細胞膜的流動性，這是細胞的恒黏適應(yīng)性。根據(jù)離子液體結(jié)構(gòu)與生物細胞膜結(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、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)對所合成的離子液體進行了結(jié)構(gòu)表征，并使用紫外可見分光光度法測定了所合成離子液體中雜質(zhì)對甲苯

4、磺酸的含量。所合成的對甲苯磺酸類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測定及量化計算。測定了所合成離子液體的熔點或玻璃化溫度，探討了陽離子不同側(cè)鏈結(jié)構(gòu)對其理化性質(zhì)的影響。采用密度泛函B3PW91方法對所合成離子液體的陽離子結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，分別采用密度泛函方法和二階微擾方法計算了陰陽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)合實驗數(shù)據(jù)研究熔點與陰陽離子間相互作用能

5、和氫鍵的關(guān)系。研究結(jié)果表明在烷基咪唑類離子液體的烷基側(cè)鏈中引入雙鍵或遠離N原子一端引入甲基支鏈能夠降低離子液體的熔點，結(jié)合計算結(jié)果可以得到：當烷基側(cè)鏈較短時，陰陽離子間的相互作用對離子液體的熔點、玻璃化溫度等宏觀性質(zhì)貢獻較大；當烷基側(cè)鏈較長時，陽離子間的范德華力對熔點、玻璃化溫度的貢獻不可忽略。
　　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，并通過自組裝的方式修飾