水溶液中离子液体和单糖相互作用的研究

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1、摘要离子液体(IL)作为一种新型溶剂的广泛研究和应用，势必导致其在环境和有机体的积累。虽然离子液体被称为“绿色溶剂"，但它们对生物体的毒性已经表现出来。糖是一种重要的生物分子和化工原料。研究离子液体一糖相互作用与糖分子立体结构及离子液体结构和性质的依赖关系，对于解释生物体液中糖一离子液体相互作用的本质具有重要科学意义，为离子液体在生物体内的积累和潜在毒性研究提供理论指导和基础数据，为离子液体作溶剂时糖的萃取、纯化、合成及相关生产过程的设计和优化提供理论依据和基础参数。本文得到了国家自然科学基金资助课题(No．20

2、973055)和河南省高校创新人才基金的资助，主要研究内容和结果如下：1．测定了298．15K下，咪唑氯化物离子液体([C疗mim]C1，n=4，6，8，lo)在水及葡萄糖水溶液中，[C4mim]C1在水及单糖(葡萄糖、半乳糖、木糖和核糖)水溶液中的摩尔电导率，利用Lee．Wheaton方程计算得到了离子液体在溶剂中的极限摩尔电导率么。和缔合常数心，进而求得了Walden值Ao叩o。讨论了离子液体阳离子烷基链的长度和糖分子的立体结构对离子液体一糖相互作用的影响规律。结果表明，在一定的糖水溶液中，[C4rnim]C

3、1的彳。值有如下规律：葡萄糖和半乳糖(已糖)<木糖和核糖(戊糖)；在葡萄糖水溶液中，离子液体的极限摩尔电导率凡随着阳离子烷基链的增长而线性递减。2．测定了298．15K下，1．丁基．3．甲基咪唑羧酸盐离子液体(【C4mim][HC00】、[C4mim][CH3COO]和[C4mim][CH3CH2COO])在水及葡萄糖水溶液中的密度P、粘度叩和电导Ⅳ。计算了无限稀释表观摩尔体积瑶Ⅱ、粘度曰．系数、极限摩尔电导率彳。和Walden值Ao珂o，进而求得了离子液体一糖的体积相互作用参数及离子液体在水及葡萄糖水溶液中的摩

4、尔流动活化自由能。还测定了甲基伊D吡喃葡萄糖苷和离子液体在离子液体一甲基伊D吡喃葡萄糖苷一水体系中”C和1H的化学位移。利用这些参数分析讨论了离子液体和糖的大小、结构和溶剂化作用对离子液体与糖相互作用的影响。结果表明，羧酸盐离子液体与葡萄糖的相互作用大小规律：[C4mim][CH3CH2COO]>[C4mim][CH3COO]>[C4mim][HCOO]。3．利用密度泛函理论方法在B3LYP／6．31+g(d，p)水平上对葡萄糖和离子液体阴离子形成的复合物进行优化和频率分析，得到了复合物的最优构型和相互作用能。得

5、到的结果与从体积法、粘度法、电导法及NMR得到的结果一致。4．测定了298．15K下，[C4(mim)2]Br2、[Cs(mim)2]Br2乖][C6(mim)2]Br2三种双阳离子离子液体在葡萄糖水溶液中的密度P和粘度印数据。计算了离子液体在水及葡萄糖水溶液中的无限稀释表观摩尔体积瑶¨和粘度B．系数，进而求得了离子液体一糖的体积相⋯一互作用参数及离子液体在水及葡萄糖水溶液中的摩尔流动活化自由能。相互作用参数和粘度B．系数的比较表明离子液体与葡萄糖相互作用的强弱：[C6(mim)2]Br2>【Cs(mim)E]B

6、r2>[C4(mim)2]Br2。5．利用电导、荧光、核磁共振和动态光散射等技术研究了【Clomim]C1在水及糖(葡萄糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖)水溶液中的簇集行为。得到了离子液体的临界簇集浓度CAC、离子化度a、聚集自由能△Gmo和聚集数Ⅳo结果表明单糖的加入有利于离子液体的簇集，CAC值随着糖浓度的增大而减小。[Clomim]C1的CAC值有如下顺序：葡萄糖>半乳糖，木糖>阿拉伯糖；木糖>葡萄糖，阿拉伯糖>半乳糖。表明单糖在立体结构上的细微差别是它们影响离子液体簇集能力差别的原因。关键词：离子液体，糖，标准

7、偏摩尔体积，粘度B．系数，极限摩尔电导率，化学位移，簇集行为IIABSTRACTExtensiveapplicationsofionicliquids(ILs)mayresultintheiraccumulationintheecologicalenvironmentandorganism．AlthoughILsarepopularlycalled“greensolvents”，theirtoxicity,infact，hasbeenexhibited．Saccharides(S)areatypeofimport

8、antbiomoleculesandchemicalmaterials．Inthisthesis，thedependencesoftheIL-SinteractionsonthestereochemicalstructureofsaccharidesandILswereexplored，andtheinfluencesoflLsonthestereo-structures