若干離子液體離子對結(jié)構(gòu)及其與溶劑相互作用的理論研究.pdf

1、離子液體作為一種新型材料，是當(dāng)今化學(xué)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。它們具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，在有機(jī)合成、萃取、分離和電化學(xué)等方面發(fā)揮著巨大作用，為化學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展提供了廣闊的前景。對離子液體實(shí)驗(yàn)和理論的研究，不僅能豐富化學(xué)學(xué)科的內(nèi)容，還能造福人類，因此具有重要的理論與實(shí)際意義。開展離子液體的理論研究，從分子水平上認(rèn)識離子液體及其溶液的結(jié)構(gòu)，有助于理解其物理化學(xué)性質(zhì)，而且為離子液體的設(shè)計提供了一定的理論依據(jù)。 本論文

2、運(yùn)用量子化學(xué)方法研究了離子液體及其有機(jī)溶劑的混合溶液兩種體系，從微觀角度重點(diǎn)闡明該體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，旨在獲得對離子液體及溶液物理化學(xué)性質(zhì)全面而深入的認(rèn)識，從而為其開發(fā)和利用提供一定的理論指導(dǎo)。本工作對離子液體及其溶液內(nèi)部粒子間的氫鍵作用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 主要研究內(nèi)容及結(jié)論歸納如下： 1．概括離子液體的實(shí)驗(yàn)和理論研究現(xiàn)狀，國內(nèi)外對其研究主要側(cè)重于實(shí)驗(yàn)方面的工作，對于離子液體的合成及應(yīng)用已有大量的文獻(xiàn)報道。新的離子液體不

3、斷被開發(fā)利用，正處于蓬勃發(fā)展的黃金時期。 2．應(yīng)用密度泛函理論的B3LYP方法，研究吡啶、N-烷基吡啶陽離子及其與若干陰離子(F-，Cl-，Br-，NO3-，BF4-)形成離子對的穩(wěn)定構(gòu)型。計算結(jié)果表明：N-烷基吡啶陽離子的吡啶環(huán)與中性吡啶分子類似，具有芳香性，烷基對吡啶環(huán)結(jié)構(gòu)影響不大；離子對中陰離子易出現(xiàn)在吡啶環(huán)上方以及C(5)-H或C(2)-H和N-甲基附近；陰、陽離子之間通常存在多重氫鍵，并且均有部分電荷轉(zhuǎn)移；離子對的相互

4、作用能隨著N-烷基的增長而減小。 3．在B3LYP/6-31++G(d，p)理論水平上研究得到若干咪唑類離子液體的陽離子、陰離子以及離子對[emim]C1分別與甲醇分子形成復(fù)合物的幾何構(gòu)型；甲醇羥基氧原子與陽離子的氫原子以及羥基氫原子與陰離子之間分別形成氫鍵，隨著陽離子N-烷基側(cè)鏈的增長，甲醇與陽離子之間的相互作用能逐漸減弱；隨醇烷基側(cè)鏈的增長，甲醇與陰離子形成的氫鍵逐漸增強(qiáng)；通過對復(fù)合物相互作用能的比較，發(fā)現(xiàn)咪唑環(huán)上氫原子的酸