离子液体[emim]Br熔点的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟, 采用直接加热法和微正则(NVE)系综法计算离子液体[emim]Br的熔点, 以期获得较好的熔点预测方法. 直接加热法通过分析体系的非键合能、密度、径向分布函数、扩散系数和平动序参数随温度的变化关系判断熔点; NVE系综法则通过获得固液共存体系判断熔点. 直接加热法中, 体系易出现过热问题; NVE系综法则能有效克服过热问题, 是在模拟研究中应优先选择的离子液体熔点预测方法.     

离子液体[bmim][PF6]与[moemim][PF6]结构微不均匀性以及微粘度的光谱探测

室温离子液体由于其极低的蒸汽压、比较好的热稳定性和化学稳定性、良好的分子结构与性能的可设计性等优点,作为一种新型的环境友好溶剂在很多领域有着广泛的应用.对于离子液体的微观结构和微观性能的研究是设计新型离子液体以及扩展离子液体应用的关键.本文通过荧光探针分子香豆素153(C153)的转动动力学和对微观环境敏感的荧光探针分子1, 3-二(1-芘基)丙烷(BPP)的稳态荧光光谱,探测和表征了烷基取代的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([bmim][PF₆])和与其具有相似结构的醚键官能化的离子液体1-甲氧基乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([moemim][PF₆])的微观结构和微粘度. C153探针分子在离子液体[bmim][PF₆]中的转动过程具有快、慢两个组分表明离子液体[bmim][PF₆]内部存在松散和紧密的两种结构微区;而C153探针分子在离子液体[moemim][PF₆]中的转动动力学只存在一种过程,说明醚键的引入使得[moemim][PF₆]内部趋于一种类型的微环境.通过C153探针分子的转动时间研究发现,醚键官能化的离子液体[moemim][PF₆]的微粘度小于烷基链取代的离子液体[bmim][PF₆],同时通过BPP探针分子的二聚体激基复合物(excimer)与单体(monomer)荧光发射强度的比值(I_E/I_M)研究也证明这一结果.醚键的引入使得离子液体[moemim][PF₆]相对于离子液体[bmim][PF₆],侧链的极性更大、柔顺性更好,同时醚键有可能作为氢键的受体与阳离子形成氢键从而削弱离子液体中阴、阳离子间的相互作用,使得离子液体[moemim][PF₆]的微观环境比离子液体[bmim][PF₆]更为均一,同时具有更小的微粘度.     

EMIM离子液体离子簇模型的量子化学计算

以1-乙基-3-甲基咪唑(EMIM)卤化物、氟硼酸盐、三溴化物和二碘溴酸盐、氯铝酸和溴铝酸盐等不同种类EMIM离子液体为研究对象,对多阳离子、多阴离子的离子簇模型进行了量子化学计算研究.首先在B3LYP/6-311++G(d, p)水平上(I使用6-311G(d, p)基组)对{[EMIM]X_n}^(n-1)- (X = Cl, Br, I, BF₄, AlCl₄, AlBr₄, Br₃, IBrI, FHF; n = 2, 3)和{[EMIM]₂X_n'}^(n'-2)- (n' = 3, 4, 5)离子簇进行构型优化,并对卤化物和氟硼酸盐进行了振动光谱计算.结果表明所采用理论模型在键长、键角等结构参数及红外振动光谱方面均与实验结果符合较好.同时对不同离子簇模型中阴、阳离子间相互作用能与实验熔点之间的关系进行了研究,发现采用{[EMIM]₂X_n'}^(n'-2)--模型时EMIM离子液体实验熔点与阴、阳离子间相互作用能之间呈现近线性关系.     

咪唑类离子液体结构与熔点的构效关系及其基本规律

熔点是界定、研究离子液体及其使用过程的一个重要参考指标,因此研究离子液体分子结构与熔点之间的构效关系及其基本规律有特别重要的意义。本文以从近两百遍文献及Beilstein Gmelin网络数据库中收集的约900种咪唑类离子液体中的384种咪唑类离子液体的熔点数据为依据,考察了离子液体分子结构与熔点之间的构效关系及其基本规律,这对离子液体的设计合成及应用有指导作用。     

[C4mim][PF6]和[C4mim][NTf2]离子液体辐射诱导的相行为及荧光行为变化

离子液体因其低挥发性, 高热稳定性及优良的萃取性能被认为是萃取分离放射性核素的新一代绿色溶剂, 而研究离子液体本身的辐射效应是其实际应用的重要前提. 本文以60Co为辐射源, 系统研究了γ辐照对两种常见的憎水性咪唑离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C4mim][PF6])和1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰胺酸盐([C4mim][NTf2])的相行为及荧光行为的影响. 在相行为方面, γ辐照使离子液体的结晶驰豫时间增加, 导致其低温结晶延迟. 在荧光行为方面, γ辐照后离子液体的荧光光谱保持原有的“红边效应(red edge effect)”, 但随吸收剂量增加, 光谱整体发生红移(最大移动幅度达150 nm). 并且这种“红边效应”在辐照后离子液体的乙腈稀释剂中仍然存在, 且随稀释倍数增加光谱整体发生蓝移. [C4mim][PF6]和[C4mim][NTf2]离子液体辐照后的这种相行为及荧光行为的变化可归因于辐照对其阴阳离子空间相关性(缔合行为)的影响.     

甘氨酸离子液体[C3mim][Gly]和[C4mim][Gly]水溶液的表面张力

本文用中和法合成了基于烷基咪唑的甘氨酸离子液体[C3mim][Gly]（1-丙基-3-甲基咪唑甘氨酸离子液体）和[c4miml[Gly]（1-丁基-3．甲基咪唑甘氨酸离子液体）,在298．15K下,0．0400-0．5000molkg^-1浓度范围内测定了不同浓度[C4mim][Oly]和[c3mim][Gly]离子液体水溶液的密度和表面张力,得到了溶液等张比容的实验值,提出了预测不同浓度溶液等张比容的经验方程,利用这个经验方程和李以圭等人提出的溶液表面张力模型,分别估算了这两种离子液体水溶液的表面张力,其估算值和实验值在误差范围内很好地吻合．     

1,3-二取代咪唑类离子液体熔点预测

以16种咪唑类四氟硼酸盐和22种咪唑类六氟磷酸盐为研究对象, 采用QSAR(quantitative structure-activity relationship)方法和遗传算法对其熔点与结构的定量构效关系进行了研究, 以实现对两类咪唑类离子液体熔点的预测. 建立的咪唑类四氟硼酸盐三参数模型相关系数R2为0.89, 咪唑类六氟磷酸盐四参数模型相关系数R2为0.85; 使用留一法对两模型进行内部验证的相关系数R2分别为0.82和0.77, 两预测模型具有真实有效性; 使用测试集对两模型进行外部验证, 所得两模型的平均预测绝对误差分别为11.43和7.78 K, 优于文献报道水平, 可得出结论, 两模型均具有较好的熔点预测能力.     

丙氨酸离子液体[C4mim][Ala]的热化学性质

在298.15 K下利用恒温环境溶解热量计测定了一系列含有已知微量水的1-丁基-3-甲基咪唑丙氨酸盐([C₄mim][Ala])离子液体(IL)不同浓度样品的摩尔溶解焓. 借助Debye-Hückel极限项, 用外推法确定了不同含水量的[C₄mim][Ala]样品的标准摩尔溶解焓[Δ_sH_m⁰(wc)]. 随着样品中水含量的增加, Δ_sH_m⁰(wc)的绝对值下降, 将Δ_sH_m⁰(wc)对含水量作图得到很好的直线, 其截距Δ_sH_m⁰(pure IL)=-60.74 kJ/mol, 可看作是不含水的[C₄mim][Ala]标准摩尔溶解焓的估算值. 利用精密氧弹热量计测定了[C₄mim][Ala]的燃烧热, 计算得到其标准摩尔生成焓Δ_fH_m⁰=(-675±11) kJ/mol.     

[C_4mim][PF_6]和[C_4mim][NTf_2]离子液体辐射诱导的相行为及荧光行为变化

离子液体因其低挥发性,高热稳定性及优良的萃取性能被认为是萃取分离放射性核素的新一代绿色溶剂,而研究离子液体本身的辐射效应是其实际应用的重要前提.本文以~(60)Co为辐射源,系统研究了γ辐照对两种常见的憎水性咪唑离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C_4mim][PF_6])和1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰胺酸盐([C_4mim][NTf_2])的相行为及荧光行为的影响.在相行为方面,γ辐照使离子液体的结晶驰豫时间增加,导致其低温结晶延迟.在荧光行为方面,γ辐照后离子液体的荧光光谱保持原有的"红边效应(red edge effect)",但随吸收剂量增加,光谱整体发生红移(最大移动幅度达150 nm).并且这种"红边效应"在辐照后离子液体的乙腈稀释剂中仍然存在,且随稀释倍数增加光谱整体发生蓝移.[C_4mim][PF_6]和[C_4mim][NTf_2]离子液体辐照后的这种相行为及荧光行为的变化可归因于辐照对其阴阳离子空间相关性(缔合行为)的影响.     

血红蛋白在离子液体[BMIM]PF6碳糊电极上的直接电化学

制备了离子液体[BMIM]PF6修饰碳糊电极(CILE), 并对其形貌和电化学行为进行了表征. 采用涂布法利用壳聚糖-皂土有机-无机复合膜将血红蛋白(Hb)固定于CILE电极表面, 利用紫外可见光谱、红外光谱和电化学方法等手段对包埋于膜内的Hb的性质进行了表征. 结果表明, Hb在薄膜内保持了其原始构象与生物活性, 循环伏安实验表明, 在pH=7.0的Britton-Robinson (B-R)缓冲液中, Hb表现出一对峰形良好的准可逆氧化还原峰, 为Hb Fe(III)/Fe(II)电对的特征峰, 对其直接电化学行为进行了研究, 求出式电位为-0.352 V(vs SCE), 电子转移数为0.885, 电荷传递系数为0.578, 表观异相电子转移速率常数为0.149 s-1.     

A New Simple and Efficient Synthesis of N-Aryl Phthalimides in Ionic Liquid [bmim][PF6]

Abstract

The room temperature ionic liquid [bmim][PF₆], namely 1-butyl-3-methyl-imidazolium hexafluorophosphate, is used as an alternative solvent to classic solvents for the synthesis of a series of N-aryl phthalimides in good to excellent yields.     

咪唑氟硼酸类离子液体熔点与分子内相互作用能的关系

运用密度泛函理论B3LYP方法及6-311++G(d,p)基组对11种咪唑氟硼酸离子液体进行了研究.选择相应化合物的离子体系{[XIM][BF4]n}(n-1)-(n=2,3)作为研究对象,即研究体系由一个烷基咪唑阳离子XIM+和2-3个BF4-阴离子构成,对其进行结构优化.在优化得到的最低能量构型的基础上计算了分子内阳离子与阴离子间的相互作用能,同时考虑了基组重叠误差的修正.结果表明所研究离子体系的离子间相互作用能与离子液体的实验熔点之间存在明确的线性关系,并且所得到的线性方程与氨基酸阳离子型离子液体中存在的线性关系相近.我们的工作为今后借助量子化学方法设计功能化离子液体提供了一定的理论基础.     

Nonaqueous microemulsion-containing ionic liquid [bmim][PF6] as polar microenvironment

The phase behavior of toluene/Triton X-100 (TX-100)/1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate([bmim][PF6]) was studied. It was demonstrated that the single-phase microemulsion area covered about 75% of the phase diagram at 25 °C. Electrical conductivities of the system with different w ([bmim][PF6]-to-TX-100 molar ratio) values were determined, and the results were used to locate the sub-regions of the single-phase microemulsion. The results showed that a transform from [bmim][PF6]-in-oil ([bmim][PF6]/O) microstructure via a bicontinuous region to an oil-in-[bmim][PF6] (O/[bmim][PF6]) microstructure occurred with the increase of Φ (weight fraction of TX-100 and [bmim][PF6] in the system). The aggregate size of the reverse microemulsions of [bmim][PF6]/O was determined using small-angle X-ray scattering. The results showed that the size of the reverse microemulsions depended markedly on the w values.     

[EPy][BF4]和[EPy][PF6]离子对的气相及液相阴阳离子相互作用研究

采用从头算HF/6-31G和密度泛函理论B3LYP/6-31+G(d,p)方法, 对乙基吡啶四氟硼酸盐([EPy][BF4])和乙基吡啶六氟磷酸盐([EPy][PF6])的离子对进行了结构优化和频率分析, 并利用自洽反应场(SCRF)的导体极化连续模型(CPCM)考察了离子对液态下的结构及相互作用, 得到了两种离子对的红外光谱及气相、液相下最稳定结构. 由两种离子对的几何参数可知, 阴阳离子通过氢键相互作用, 两种离子液体的红外光谱特征值与实验值比较吻合. 应用自然键轨道(NBO)理论分析了吡啶阳离子及离子对中的原子电荷分布和电荷转移情况, 结果表明两种离子对中阴阳离子间存在静电相互作用和氢键作用. 通过几何参数、相互作用能及NBO分析研究发现, 液相下由于周围电荷的中和作用, 离子对中阴阳离子的相互作用明显降低.     

Molecular Dynamics Study of Ionic Liquid Film Based on [emim][Tf2N] and [emim][TfO] Adsorbed on Highly Oriented Pyrolytic Graphite

Molecular dynamics simulation was used to study the ionic liquid(IL) crystalline film based on 1-ethyl-3-methylimidazolium bis[trifluoromethylsulfonyl]imide([emim][Tf₂N]) and 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate([emim][TfO]) on the graphite surface. Our results show that the cations are parallelly distributed to the surface in the 1/2 monolayer(ML) crystalline film. The [Tf₂N]^- anions are parallel to the surface with the oxygen atoms at the bottom, whereas the [TfO]^- anions are perpendicularly distributed to the surface also with the oxygen atoms at the bottom in the 1/2 ML crystalline film. It has been found that the IL-vapor interface strongly influences the arrangement of ions at the interface. The anions in the top layer with the oxygen atoms outmost turn over to make themselves with the F atoms outmost so as to form C-H···O hydrogen bonds with the cations. The calculated orientational ordering shows that in the outmost layer at the IL-vapor interface, the cation rings present either parallel or perpendicular to the surface at 350 K.     

ATRP法合成两亲性嵌段共聚物PSt-b-PAA及其在离子液体[BMIM][PF6]中的自组装行为研究

利用原子转移自由基聚合法(ATRP)合成了分子量可控、分子量分布窄的嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸叔丁酯(PSt-b-PtBA), 进而在酸性条件下由水解反应得到了两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸(PSt-b-PAA), 并通过凝胶渗透色谱(GPC)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振(1H NMR)等测试手段对产物进行了表征. 使三种分子量不同的两亲性嵌段共聚物在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM][PF6])中进行自组装, 通过激光粒度分析仪(DLS)和透射电子显微镜(TEM)研究了聚合物在离子液体中自组装的胶束尺寸和结构形态. 当PSt的链段长度一定时, 胶束的形状主要依赖于PAA链的长度. 当PAA链段较长时, 胶束呈球形; 当PAA链段较短时, 则变成不规则的花生状胶束.