[Bmim][DBP]离子液体与甲醇分子间的氢键作用机理及在萃取分离混合C_4烃/甲醇中的应用

研究了用离子液体(ILs)萃取分离混合C_4烃(C_4)中微量甲醇的过程.考察了不同组成的离子液体的萃取性能,发现1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯([Bmim][DBP])具有最佳的萃取性能.采用量子化学方法,研究了[Bmim][DBP]与甲醇的作用机理.结果表明,在离子液体阴、阳离子以及离子液体与甲醇之间均存在稳定的氢键,并且氢键加强了分子间的相互作用.[Bmim][DBP]的阴离子[DBP]~-与甲醇中的—OH形成了键长为0.171 nm的氢键,其相互作用能为-62.08 k J/mol,强于其它阴离子与甲醇的相互作用能.还探讨了[Bmim][DBP]离子液体与混合C_4烃的比例、萃取时间及离子液体循环次数等因素对萃取效果的影响,结果表明,当m(ILs)∶m(C_4)=1∶2,于25℃萃取60 min时,萃取率为99.65%,离子液体循环使用5次后萃取率仍保持稳定.     

半胱氨酸阴离子与咪唑阳离子间相互作用的理论研究

采用密度泛函理论在B3LYP/6-311＋G(d,p)水平上对1-乙基-3-甲基咪唑阳离子和半胱氨酸阴离子形成的气态阴阳离子对([Emim][Cys])进行理论研究. 通过几何结构优化以及频率分析得到势能面上7个稳定的离子对构型. 计算结果表明[Emim]＋和[Cys]－之间存在较强的氢键相互作用, 其稳定化能主要来源于[Cys]－中羰基O的孤对电子lp(O) 和[Emim]＋中C—H反键轨道 s*(C—H) 之间的相互作用, lp(O)®s*(C—H). [Emim][Cys]_S1是最稳定的离子对构型, 考虑BSSE的相互作用能为－387.66 kJ/mol. 从NPA和NBO分析以及AIM (Atoms in Molecules)计算等方面阐述了半胱氨酸阴离子与咪唑阳离子之间氢键相互作用的本质, 并初步探讨了阴阳离子对相互作用对氨基酸离子液体性质的影响.     

1-乙基-3-甲基咪唑阳离子与天冬酰胺阴离子的相互作用

利用密度泛函理论B3LYP方法, 在6-311+G(d,p)水平上, 对1-乙基-3-甲基咪唑阳离子[Emim]+与天冬酰胺阴离子[Asn]-形成的氨基酸离子液体气态阴阳离子对([Emim][Asn])进行理论研究. 通过几何结构优化和频率分析得到势能面上的五个稳定构型. [Emim]+和[Asn]-之间能够形成较强的氢键相互作用, 零点能校正后的能量在-373.96至-326.28 kJ·mol-1之间. 其稳定化能主要来源于[Asn]-中羰基O的孤对电子lp(O)与[Emim]+中C—H反键轨道σ*(C—H)之间的相互作用: lp(O)→σ*(C—H). 红外光谱特征和自然布居分析(NPA)计算表明咪唑阳离子中参与形成氢键的C—H键振动的红移值、阴阳离子间的电荷转移与氢键相互作用能成正比关系. 分子中的原子(AIM)理论分析得到[Emim]+和[Asn]-之间的氢键相互作用以静电作用为主. 通过计算结果初步探讨影响氨基酸离子液体玻璃化温度Tg的结构因素.     

核磁方法研究离子液体与丙酮的相互作用

运用核磁共振手段, 研究了室温离子液体1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C8mim][BF4])在不同比例的离子液体／丙酮混合体系中1H和13C的化学位移及13C的自旋-晶格弛豫时间(T1). 结果表明, 离子液体[C8mim][BF4]的阳离子芳环上的氢原子, 以及与氮原子直接相连的甲基和亚甲基上的氢原子都与丙酮羰基上的氧原子有相互作用, 从而减弱了离子液体阴阳离子间的强相互作用, 使离子液体的运动加快, 黏度降低.     

分子动力学模拟研究[Bmim][PF_6]+水+醇三元体系的微观结构和分子间相互作用(英文)

研究离子液体体系的微观结构和分子间相互作用具有重要意义.本文对1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF6])+水+乙醇和[Bmim][PF6]+水+异丙醇三元体系进行了分子模拟研究,计算了径向分布函数和不同组成的水-醇混合溶剂与离子液体阴阳离子间的相互作用能,并将其分解为库仑相互作用能和Lennard-Jones(LJ)势能.在此基础上,研究了溶液体系的微观结构、分子间相互作用和相行为.结果表明,水倾向于与离子液体阴离子和阳离子极性部分作用,醇倾向于与阴离子和阳离子非极性部分作用;库仑力主导阴离子-溶剂相互作用,色散力主导阳离子-溶剂相互作用,阴阳离子的缔合状态对色散力影响较小,对库仑力的影响非常显著.     

烷基乙二胺-CF_3CO_2型质子化离子液体的分子间氢键作用

利用密度泛函理论M06-2X方法,在6-311G(d,p)水平下,对由N-烷基乙二胺阳离子[HAlkyl]~+(Alkyl=Hex,Oct,Et Hex)与三氟乙酸阴离子[TFA]~-形成的[HHex][TFA],[HOct][TFA]及[HEtHex][TFA]型质子化离子液体(PILs)的离子对进行了理论研究.通过几何优化和分子振动频率分析3种PILs均得到5种较稳定构型[HAlkyl][TFA]S1~S5.结果表明,[HAlkyl]~+与[TFA]~-间发生了质子转移形成了O—H…N型氢键.3种PILs的基组重叠误差校正后的分子间相互作用能(ΔE_(int)~(BSSE))在-449.91~-522.87 kJ/mol范围内.由于分子间形成了较强的O—H…N氢键作用,引起N—H振动频率消失,在2200~2700 cm~(-1)范围内出现了较强的O—H键振动.通过自然键轨道(NBO)及分子中原子(AIM)理论计算,研究了分子间氢键作用的相对强度及其对分子构型稳定性的影响.NBO分析结果表明,其稳定化能主要源自于[HAlkyl]的氨基中孤对电子LP(N)与[TFA]中O—H反键轨道σ*(H—O)间的相互作用,即LP(N)→σ*(H—O).并探讨了阳离子部位[HAlkyl]~+的质子化位置以及烷基链长、支链的引入对[HAlkyl]与[TFA]间氢键作用强度的影响.     

分子动力学模拟研究[Bmim][PF6]+水+醇三元体系的微观结构和分子间相互作用

研究离子液体体系的微观结构和分子间相互作用具有重要意义. 本文对1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF₆])+水+乙醇和[Bmim][PF₆]+水+异丙醇三元体系进行了分子模拟研究, 计算了径向分布函数和不同组成的水-醇混合溶剂与离子液体阴阳离子间的相互作用能, 并将其分解为库仑相互作用能和Lennard-Jones(LJ)势能. 在此基础上, 研究了溶液体系的微观结构、分子间相互作用和相行为. 结果表明, 水倾向于与离子液体阴离子和阳离子极性部分作用, 醇倾向于与阴离子和阳离子非极性部分作用; 库仑力主导阴离子-溶剂相互作用, 色散力主导阳离子-溶剂相互作用, 阴阳离子的缔合状态对色散力影响较小, 对库仑力的影响非常显著.     

酸性咪唑离子液体催化纤维素降解的分子机制

本文基于酶催化的纤维素降解机理,提出了酸性咪唑离子液体催化纤维素糖苷键水解的理论模型,计算了[C_4SO_3Hmim]HSO_4、[C_4SO_3Hmim]H_2PO_4、[C_4SO_3Hmim]Cl、[C_4SO_3-Hmim]Br和[C_4COOHmim]Cl 5种咪唑离子液体催化糖苷键水解的分子机理和反应的热力学、动力学性质,分析了不同酸性基团和阴离子种类对反应的影响.研究结果为筛选有效降解纤维素的功能性离子液体提供了一定的理论指导.     

呋喃类化合物在离子液体和硅胶负载离子液体中的Diels-Alder反应

以1-丁基-3-甲基咪唑盐作为离子液体阳离子,与3种不同阴离子BF4、PF6、Tf2N组成性质不同的3种离子液体,催化呋喃类和丁炔二羧酸酯之间发生Diels-Alder反应,合成了一系列化合物,研究了离子液体的催化效果.研究结果表明,呋喃类化合物的极性越低, Diels-Alder反应的活性越高.在含硫的呋喃类化合物的反应中,当以[Bmim]PF6作离子液体时,Diels-Alder反应产率可达53%.当[Bmim]PF6离子液体被吸附在硅胶表面上时,Diels-Alder的反应产率有所提高.     

呋喃类化合物在离子液体和硅胶负载离子液体中的Diels-Alder反应研

以1-丁基3-甲基咪唑盐作为离子液体阳离子,与三种不同阴离子BF4、PF6、Tf2N组成性质不同的三种离子液体,催化呋喃类和丁炔二羧酸酯之间发生的Diels-Alder反应,合成了一系列化合物,研究了离子液体的催化效果。研究表明,呋喃类化合物的极性越低, Diels-Alder 反应的活性越高。在含硫的呋喃类化合物的反应中,当以 [Bmim]PF6 作为离子液体时,Diels-Alder 反应的产率可达到53%。另外,当 [Bmim]PF6 离子液体被吸附在硅胶表面上时,Diels-Alder的反应产率有所提高。     

二苯并噻吩及其氧化物与离子液体相互作用的理论研究

采用密度泛函理论方法比较了DBT/DBTO₂和[BMIM]⁺[PF₆]^-/[BMIM]⁺[BF₄]^-的相互作用。对最稳定的[BMIM]⁺[PF₆]^-、[BMIM]⁺[PF₆]^--DBT、[BMIM]⁺[PF₆]^--DBTO₂、[BMIM]⁺[BF₄]^-、[BMIM]⁺[BF₄]^--DBT、[BMIM]⁺[BF₄]^--DBTO₂进行了NBO和AIM分析。结果表明,DBT和[BMIM]⁺[PF₆]^-/[BMIM]⁺[BF₄]^-中的咪唑环彼此相互平行,NBO和AIM分析表明它们之间发生了π-π相互作用。H1'和H9'形成的F…H氢键有利于π-π堆积作用的形成。DBTO₂倾向于趋近C2-H2和甲基基团形成O…H相互作用;DBTO₂优先吸附在[BMIM]⁺[PF₆]^-/[BMIM]⁺[BF₄]^-。在模拟油中,[BMIM]⁺[PF₆]^-和[BMIM]⁺[BF₄]^-离子液体对DBTO₂的萃取能力大于DBT,其原因是可能是DBTO₂具有较大的极性和O…H与F…H的氢键作用。     

Temperature-dependent structural changes of[Bmim]FeCl4 magnetic ionic liquid characterized by an in-situ X-ray absorption fine structure

The temperature-dependent structural changes in 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoride([Bmim]FeCl4)magnetic ionic liquid(MIL)were investigated by using in-situ X-ray absorption fine structure(XAFS)combined with Raman spectroscopy and DFT calculations.XAFS re sults revealed that the coordination number and bond length of Fe-Cl in the anion of[Bmim]FeCl4 MIL decreased with increments in temperature.These results directly reflected the dissociation of tetrahedral structure[FeCl4]^-,and the formation of bridge-chain[Fe2 Cl5]^+,and[FeCl2]^+species in the anion of[Bmim]FeCl4 MIL.These behaviors indicated that[FeCl4]^-dissociation was endothermic,and was promoted by increased temperature.The results obtained through XAFS were in agreement with those obtained through Raman spectroscopy and DFT calculations.     

阴离子插层镁铝水滑石结构及相互作用的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)计算了MgAl-LDHs层板与无机阴离子(F^-、Cl^-、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-)和有机阴离子(水杨酸根离子([HO(C₆H₄)COO]^-)、苯甲酸根离子([(C₆H₅)COO]^-)、对二甲氨基苯甲酸根离子([p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-)、十二烷基磺酸根离子[C₁₂H₂₅SO₃]^-、己烷基磺酸根离子[C₆H₁₃SO₃]^-、丙烷基磺酸根离子[C₃H₇SO₃]^-)间的相互作用,获得稳定超分子几何结构及相互作用能。层板主体与客体间存在较强的超分子作用,包括主客体间静电作用和氢键等。主、客体间相互作用能数值大小顺序为CO₃^2- > SO₄^2- > F^-> Cl^-> NO₃^-;[p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-> [(C₆H₅)COO]^-> [HO(C₆H₄)COO]^-和[C₁₂H₂₅SO₃]^-> [C₆H₁₃SO₃]^- > [C₃H₇SO₃]^-。另外,还采用自然键轨道(NBO)计算和分析了LDHs 层板与阴离子间作用机理,从二阶微扰理论计算得到的稳定化能变化趋势与相互作用能数据基本吻合。     

咪唑类离子液体用作电解质对燃料电池性能的影响

为优化改善燃料电池的整体性能,在自由电解质燃料电池中,考察了五种咪唑类离子液体用作燃料电池电解质时对燃料电池性能的影响。结果表明,以氢气为燃料时,在相同电流密度下,电路电压和输出功率从高到低依次为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐 > 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐 > 氢氧化钠溶液 >> 氯化-1-丁基-3-甲基咪唑 > 溴化-1-丁基-3-甲基咪唑 > 1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐;以甲烷为燃料时,相同电流密度下,电路电压和输出功率从高到低则依次为溴化-1-丁基-3-甲基咪唑 > 1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐 > 氯化-1-丁基-3-甲基咪唑 > 氢氧化钠溶液> 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐 > 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。以[Bmim]BF₄为氢气燃料电池电解质时,温度升高和离子液体中水含量增加,均会使燃料电池的性能减弱。     

[C3mim][NTf2]/DEC/[Li][NTf2]体系的基础性质

The hydrophobic ionic liquid (IL) 1-propyl-3-methylimidazolium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide ([C₃mim][NTf₂]) was synthesized according to traditional methods. By adding different amounts of diethyl carbonate (DEC) solvent and lithium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide ([Li][NTf₂]) salt to [C₃mim][NTf₂] IL, eight solution systems were prepared. First, the thermodynamic properties of the eight solution systems were characterized by differential scanning calorimetry (DSC). The semi-stable temperature of the system gradually disappeared with increasing lithium salt content, but the melting point temperature was not apparent in the experiment. These results indicate that DEC and lithium salts can dissolve in ILs within the tested temperature range. The basic properties of the eight systems, including thermodynamic and dynamic properties, were systematically studied at different temperatures. The variation in the self-diffusion coefficient of lithium ion ([Li]⁺) as a function of DEC concentration, density changes, viscosity, conductivity, and the viscosity/conductivity activation energy of the eight systems was calculated by the Vogel Fulcher Taman (VFT), Final Vogel Fulcher Taman (FVFT), and Arrhenius equations. The effect of temperature on the properties of the system was studied in detail. Within the temperature range measured herein, the deviation between the fitting equation and experimental value was small. Consequently, these equations were successfully used to calculate the properties of the system at various temperatures. All fitting parameters of the corresponding equations are provided herein. The viscosity for all systems decreased rapidly with increasing temperature, which increased the conductivity. Based on these experiments, the influence of DEC on the system microstructure was discussed in the context of the molecular dynamics simulation results. In particular, the interaction between [Li]⁺ and [NTf₂]^-/DEC was examined. In all solution systems, [NTf₂]^- coordinates to [Li]⁺ through only the O atom and not the N atom. Radial distribution function (RDF) analysis showed that the interaction between [Li]⁺ and [NTf₂]^- weakened with increasing DEC concentration. DEC molecules were observed in the first solvation layer of [Li]⁺ coordinating to [Li]⁺ through the carbonyl O atom. Although the interaction between [Li]⁺ and DEC was weakened, competition between [NTf₂]^- and DEC in the first solvation layer of [Li]⁺ was observed by the coordination number analysis of the O atom around [Li]⁺. Therefore, the introduction of DEC is beneficial for Li⁺ diffusion, which is consistent with the experimental results.     

Crystal Structures,Thermal Analysis and Electrochemical Behaviors of Functionalized Pyridinium Ionic Liquids Comprising One 1-Ethyl Acetate Group

Pyridinium ionic liquids(ILs, 1-ethyl acetate pyridinium hexfluorophosphate[EAPy][PF₆] and 1-ethyl acetate-3-methyl pyridinium hexfluorophosphate[EAMPy][PF₆]), were synthesized by a two-step process involving introduction of one ethyl acetate group and anion metathesis. Colorless single crystals of the two ILs were initially obtained using the solvent-evaporation method in mixed solvents. Single-crystal X-ray diffraction was used to determine the crystal structures.[EAPy][PF₆] crystallizes in the monoclinic space group C2/c with a=2.2748(16) nm, b=0.6204(4) nm, c=1.8552(12) nm and Z=8, whereas[EAMPy][PF₆] crystallizes in the orthorhombic space group P2₁2₁2₁ with a=0.7126(17) nm, b=1.2792(3) nm, c=1.5327(3) nm and Z=4. The structure of[EAPy][PF₆] contains double zigzag chains formed by alternately pairing large organic cations with the octahedral anions of[P1F₆]^- or[P2F₆]^-. The[P1F₆]^- and[P2F₆]^- anions occupy respectively two distinct crystallographic sites in crystal packing models. The structure of[EAMPy][PF₆] includes ladder-type chains constructed through pairing pyridinium cations with inorganic anions of[PF₆]^-. The[PF₆]^- anion in[EAMPy][PF₆] shows a distorted octahedron structure and is sandwiched by ethyl acetate groups in crystallographic stacking. This study reveals the influence of chemical mo-dification involving the methyl group(CH₃) onto crystallographic structure of pyridinium ILs. Thermal analysis indicates that the difficult crystallization of the two ILs is related to the low void filling of ion pairs in crystal structure, leading to relatively low melting point and evident supercooling during the cooling process. Additionally, the experimental results indicate that the two ILs have electrochemical activity. The ethyl acetate group also allows downward shifting of electrochemical windows to less negative positions and the ionic conductivities of the two ILs follow an Arrhenius-type behavior.     

廉价离子液体体系中玉米芯生成糠醛优化

采用廉价绿色离子液体[TEA][HSO4]作为溶剂,利用微波加热法辅助玉米芯水解并脱水制备糠醛.通过响应面法优化糠醛生成反应条件,有效转换玉米芯中的木糖,并得到82.2％糠醛收率.利用2-丁醇作为萃取剂对糠醛进行回收.重复4次萃取实验,从[TEA][HSO4]中回收99.7％糠醛.在2次[TEA][HSO4]的回收实验...     

8-羟基喹啉(HQ)钇、镍离子加合物[YQ(HQ)2][NiQ3](ClO4)的合成及晶体结构

合成了标题化合物并测定其晶体结构,该晶体为单斜晶系,P21/c空间群,晶胞参数:a=16.972(4)Å,b=14.128(3)Å,c=22.615(4)Å,β=103.16(2)°,V=5280.14Å,F(000)=2264,Z=4。钇和镍均为六配位多面体取畸变八面体构型。讨论了[YQ(HQ)₂][NiQ₈](ClO₄)的红外光谱。     

酸性离子液体催化合成N-氰乙基-N-羟乙基苯胺

N-氰乙基-N-羟乙基苯胺是一种具有广泛用途的染料中间体,针对传统合成方法中的缺陷,以1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([BMIM]HSO 4)为催化剂,丙烯腈和N-羟乙基苯胺为原料,建立了N-氰乙基-N-羟乙基苯胺的绿色合成新工艺。系统考察了离子液体种类、离子液体用量、底物比例等因素的影响规律,结果表明,[BMIM]HSO 4用量为0.8 mmol,n(N-羟乙基苯胺)∶[KG-*3/5]n(丙烯腈)=1∶[KG-*3/5]1.2,反应温度为90℃,反应时间为12 h时,N-氰乙基-N-羟乙基苯胺产率最高(89%),离子液体循环使用5次后,催化活性基本保持不变。     

七氟异丁腈负离子结构与反应活性的理论研究

新型环保绝缘气体七氟异丁腈(C4)在高压输电应用中备受关注. 本文采用多种高精度量子化学理论方法研究了C4吸附电子后形成C4^-负离子的结构、 光谱、 寿命以及与CO₂的反应机理和动力学. 结果表明, 电子进入C≡N的π^*反键轨道, 通过弯曲C—C=N形成C4^-负离子, 绝热电子亲合能的最佳预测值为0.30 eV. 在 0~2 eV范围内C4^-具有显著的光电子吸收峰, 亚稳态C4^-负离子经约9 kJ/mol能垒断裂C—F键生成稳定的长寿命[F...(CF₃)₂CCN]^-中间体. C4^-+CO₂反应存在进攻F或CN上的C和N 3种复合-解离机理, 在电气应用条件下, 以CO₂进攻氰基CN途径为主, 诱发负电荷从CN向CO₂转移.