密度泛函论1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液的结构和性质

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1、第27卷第5期计算机与应用化学Vo1．27，No．52010年5月28日ComputersandAppliedChemistryMay，2010密度泛函论1-乙基·3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液的结构和性质郑燕升，莫倩(广西工学院生物与化学工程系，广西，柳州，545006)摘要：离子液以其独特的性质广受关注，被誉为“绿色设计者溶剂”，人们对其潜在的利用价值做了大量的研究。本文采用半经验PM3法和密度泛函(DFT)方法相结合，计算研究1一乙基一3一甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIM][BF])离子液的分子结构及其氢键作用。

2、经PM3法预优化和在B3LYP／6—31G(d)水平上再优化得到离子对的最稳定结构，通过自然键轨道(NBO)分析阴阳离子问的电荷分布，经振动频率和强度分析得理论红外谱图。结果发现：[EMIM][BF4]离子液阴阳离子间有电荷转移，咪唑环上靠近阴离子的C—H键伸缩振动频率发生红移，且振动强度加强，阴阳离子间存在着弱氢键的作用。关键词：离子液体；1一乙基一3一甲基咪唑四氟硼酸盐；量子化学；密度泛函中图分类号：O643．1文献标识码：A文章编号：1001-4160(2010)05．699．703l引言用方式，提出了气态条

3、件下离子液阴阳离子间的相互作用模式。本文采用半经验PM3法和密度泛函方法相结合，计算离子液是完全由有机正离子和无机或有机负离子所组研究l·乙基一3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIM][BF4])离子成，在室温或接近室温下呈液态的盐类，与常规的有机溶剂液的分子结构及其氢键作用，模拟计算其红外光谱并进行讨相比，离子液拥有独特的、不可比拟的优点，可以通过对正、论。负离子的合理设计，在较大的范围内调控其物理化学性能，正是这种可调控性，离子液被誉为“绿色设计者溶剂”。2计算模型和方法目前，随着人们研究的不断深入，以离子液为新型

4、溶剂或将分子图形、分子力学、量子化学交互使用，先采用Hy—“软”功能材料的应用研究，已经推广到有机反应、高分子化perchem软件按图1所示构建1一乙基-3-甲基咪唑阳离子学、材料化学、电化学、分析化学以及分离纯化技术等众多领([EMIM])、四氟化硼阴离子([BF]一)和1一乙基-3一甲基域，并在能源、环境、生命科学、航空航天技术等领域展现出咪唑四氟硼酸盐([EMIM][BF])的2D模型，用PM3方法良好的前景。预优化为3D模型，然后用Gaussian03W程序中的密度泛函离子液的物理化学性能与其结构有关，开发

5、新型离子(DFF)方法，在B3LYP／6—31G(D)基组水平再优化得到离子液必须研究其结构性质，为此，最近许多化学工作者开展了对的最稳定结构，通过自然键轨道(NBO)分析阴阳离子问的广泛的研究”。例如对烷基咪唑类离子液的量子化学研电荷分布，经振动分析得到[EMIM]、[EMIM][BF4]的振究，Dymek等首先用半经验的理论计算方法研究了动模式，由GaussView程序转换得连续红外谱图。结构优化[EMIMC1][A1C1]型离子液的结构特征，指出咪唑环2位碳及其量子化学计算，均采用HyperChem8．0、G

6、aussian03W程上的氢质子和阴离子之间存在较强的氢键作用；Meng等序包，在PC．Pentium(R)2．0G计算机上完成，计算的收敛精用半经验和abInitio方法研究离子液[BMIM][P]的结构，度均采用程序的内定。发现c_H⋯F氢键作用于[BMIM][P]离子液中普遍存在；3结果与讨论Umebayashi等”运用Raman光谱和密度泛函以及abInitio的方法研究1一乙基一3一甲基咪唑类离子液的平衡构型；3．1结构性质Wangll和Palomar【183采用密度泛函的方法分别对离子液和用上述选定的方

7、法全优化计算1-乙基一3一甲基咪唑阳离水之间的相互作用和核磁共振光谱进行了的研究，Bortolini子([EMIM])、四氟化硼阴离子([BF4]一)和1一乙基-3一甲基等结合ESI—Ms(Electrosprayionizationmassspectrometry)咪唑四氟硼酸盐([EMIM][B])，得优化构型(见图2)，对谱和密度泛函(DFT)的方法研究了阴阳离子之间的相互作应的优化结构数据如主要键长、键角、二面角和电荷分布等收稿日期：2009-05—26；修回日期：2009—10-12基金项目：广西教育厅立

8、项项目(200808LX357)．作者简介：郑燕升(1964一)，男，广西贵港市人，硕士，副教授，研究方向为有机合成与分子模拟，E-mail：zhyansh88@163．eom．70o计算机与应用化学2010，27(5)长的一个。在靠近咪唑环的3个F原子与H9原子的距离，＼。、F分别为0．2575iqm、0．2193nm、0．1915nm；与H12、H15、