胺型離子液體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系研究.pdf

1、離子液體(Ionic liquids)是在綠色化學(xué)的框架下發(fā)展起來的全新的介質(zhì)和“軟”功能材料，由于其獨特的物理化學(xué)特性和可設(shè)計性，使其在清潔生產(chǎn)，有機(jī)合成，分析化學(xué)等領(lǐng)域顯示出廣泛的應(yīng)用前景。在各類離子液體中，胺型離子液體由于原料廉價易得、合成方便、毒害性小而備受關(guān)注。目前對于胺型離子液體結(jié)構(gòu)的認(rèn)尚處在初步探索階段，還沒有完全找到離子液體的性質(zhì)隨結(jié)構(gòu)變化的規(guī)律，所以對于胺型離子液體的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用受到很大的限制。本論文采用量子化學(xué)計

2、算、實驗及圖譜相結(jié)合的方法，從研究胺型離子液體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā)，進(jìn)一步擴(kuò)展到胺型離子液體的合成反應(yīng)機(jī)理的研究。
　　 第一部分胺型離子液體的合成。采用廉價的起始原料，在無溶劑條件下，一步合成得到胺型離子液體(包括酰胺型和醇胺型離子液體)。通過紅外譜圖分析了酰胺型和醇胺型離子液體的合成機(jī)理。測定總結(jié)了胺型離子液體的一些物理化學(xué)性質(zhì)規(guī)律。
　　 第二部分胺型離子液體的微觀結(jié)構(gòu)。利用密度泛函理論(DFT)對胺型離子液體的微觀結(jié)構(gòu)

3、進(jìn)行了進(jìn)一步的探討。主要分為無水和含水分子兩個方面來研究酰胺型和醇胺型離子液體內(nèi)部陰陽離子之間、陰離子與水分子、陽離子與水分子之間的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，無水分子的胺型離子液體的體系中，陰陽離子主要通過離子氫鍵的作用形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。與咪唑型離子液體不同的是，陽離子中N原子形成的氫鍵是導(dǎo)致胺型離子液體的粘度的增大的原因。在含水分子的胺型離子液體的體系中，水分子可以和親水的BF4-陰離子形成強(qiáng)氫鍵作用，它們在離子液體中可以形成BF4-…H2O

4、和H2O…BF4-…H2O的結(jié)構(gòu)。胺型離子液體中陽離子也可以和水分子形成強(qiáng)氫鍵作用，其氫鍵鍵能范圍在30～100kJ·mol-1之間。
　　 第三部分胺型離子液體的合成機(jī)理。此部分在上面的研究基礎(chǔ)上對胺型離子液體合成反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究。研究表明，胺型離子液體的合成反應(yīng)路徑為R→IM→TS→P。酰胺型離子液體的合成中，整個反應(yīng)的熱效應(yīng)為-19.27kJ·mol-1，中間體IM1要通過70.58kJ·mol-1的能壘達(dá)到過渡態(tài)TS1。