首页> 正文

羧基功能化离子液体的理论研究

2020-12-15阅读(572)

羧基功能化离子液体的理论研究

论文摘要

近年来,离子液体作为一种性能优良的液液萃取新介质被广泛的应用于污水处理、金属的回收利用、核燃料后处理、矿物质的加工与处理、香料的合成及其他工业领域,离子液体具有一系列特有的优良性质,比如较低的熔点、低蒸汽压、良好的溶剂化性能、粘度可调性及其作为溶剂能够溶解多种无机化合物及金属离子。目前,通过在离子液体的阳离子或阴离子上引入具有高配位能力的官能团,制备对金属离子具有选择性溶解的功能化离子液体引起了人们的关注。作为一种新型的“绿色溶剂”,功能化离子液体具有完全不同于传统溶剂的特点以及溶解机理,相比传统的分子溶剂来说,功能化离子液体因具有较低的蒸汽压,从而不会在空气中挥发甚至发生爆炸;从溶解机理上来说,功能化离子液体从水溶液中萃取金属离子时能够形成络合配体而具有很大的分配系数。所以环境友好的功能化离子液体做溶剂来萃取分离环境中的金属离子必然会引起越来越广泛的关注。通过对离子液体进行修饰,加入能够与金属发生络合的功能化基团而形成的功能化离子液体能够有效提高离子液体对金属离子的萃取效率。为了能够更加深入的了解功能性离子液体的特殊性质及其对金属离子的萃取机理,对功能化离子液体的性质-结构关系进行系统研究是非常必要的,但是迄今为止对于羧基功能化的离子液体从实验到理论展开的系统研究仍较为少见。本论文利用实验与量子化学计算相结合的方法系统的研究了以双三氟甲磺酰亚胺为阴离子的一系列羧基功能化的离子液体,考察功能化基团对离子液体性质的影响。本论文主要做了以下几方面工作:1.利用B3LYP/6-311+G（d, p）方法,优化质子化甜菜碱阳离子和双三氟甲磺酰亚胺阴离子形成的气态阴阳离子对（[Hbet][Tf2N]）,得到稳定构型,从几何构型、氢键相互作用能量、AIM、NBO分析计算等方面阐述了双三氟甲磺酰亚胺阴离子与质子化甜菜碱阳离子之间氢键相互作用的本质。2.用两步合成法合成1-甲基-3-羧甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺（[HbetC1Im][Tf2N]）离子液体,并初步研究了它与氧化铜的反应;为进一步探究羧酸类离子液体在萃取分离金属离子中的应用,寻找疏水性更强的离子液体,接下来改变了咪唑侧链长度,合成了以1-丁基-3-羧甲基咪唑为阳离子的离子液体（[HbetC4Im][Tf2N]）,并初步研究了它与氧化铜的反应。3.为了提高计算效率,利用较小的基组6-31+G（d）的方法研究了离子液体[HbetC1Im][Tf2N]气态阴阳离子对的氢键作用,探讨咪唑阳离子中官能团以及烷基侧链的变化与氢键相互作用、离子液体的熔点以及离子液体疏水性之间的关系。4.为寻求一种对金属离子具有更好的溶解能力的离子液体来提高萃取效率,我们考虑在咪唑阳离子的双侧均加入能与金属离子发生络合作用的羧基基团,设计并合成了咪唑双侧均为羧基取代的离子液体N,N-二羧甲基咪唑双三氟甲磺酰基亚胺（[AAIm][Tf2N]）。并利用B3LYP/6-31+G（d）的方法对其在理论上进行了探讨,通过阴阳离子静电作用方式、离子液体中的氢键、相互作用能、NPA自然布局分析、AIM分析等观察烷基侧链改变以后阴阳离子之间发生氢键相互作用的变化情况。本论文将实验与计算化学相结合,预测功能离子液体的微观结构和宏观性质的关联,力争实现离子液体在金属萃取方面的功能化设计。这些工作必将为离子液体理论与应用的研究注入新的活力,使离子液体的发展登上一个新的台阶。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 图表目录
  • 文中涉及到的物质简称及其结构式
  • 第1章 绪论
  • 1.1 离子液体简介
  • 1.1.1 离子液体的起源及发展现状
  • 1.1.2 离子液体的物理化学性质
  • 1.2 离子液体的功能化及其应用
  • 1.3 离子液体在萃取分离中的应用
  • 1.3.1 离子液体在提取金属离子中的应用
  • 1.3.2 离子液体在其他分离领域中的应用
  • 1.4 本文的研究背景及思路
  • 1.5 本文的创新点
  • 第2章 理论基础和计算方法
  • 2.1 密度泛函理论
  • 2.1.1 密度泛函理论简介
  • 2.1.2 B3LYP 理论
  • 2.1.3 基函数的选择
  • 2.1.4 振动频率的计算
  • 2.1.5 基函数重叠误差和均衡校正法
  • 2.1.6 零点振动能
  • 2.1.7 自然布居分析
  • 2.2 拓扑理论
  • 第3章 质子化甜菜碱阳离子与双三氟甲磺酰亚胺阴离子相互作用的理论研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 计算细节
  • +和[Tf2N]-之间的氢键相互作用'>3.3 [Hbet]+和[Tf2N]-之间的氢键相互作用
  • +和[Tf2N]-单体的几何结构及静电势能面'>3.3.1 [Hbet]+和[Tf2N]-单体的几何结构及静电势能面
  • +与[Tf2N]-相互作用的理论研究'>3.3.2 [Hbet]+与[Tf2N]-相互作用的理论研究
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 咪唑单羧酸离子液体的合成及结构-性质关系的理论研究
  • 4.1 引言
  • 1Im][Tf2N]和[HbetC4Im][Tf2N]的合成'>4.2 离子液体[HbetC1Im][Tf2N]和[HbetC4Im][Tf2N]的合成
  • 4.2.1 试剂和仪器
  • 4.2.2 主要试剂的提纯
  • 1Im][Tf2N]的制备'>4.2.3 离子液体[HbetC1Im][Tf2N]的制备
  • 4Im][Tf2N]的制备'>4.2.4 离子液体[HbetC4Im][Tf2N]的制备
  • 4.2.5 氧化铜在离子液体中的溶解情况
  • 1Im][Tf2N]气态阴阳离子对结构分析'>4.3 [HbetC1Im][Tf2N]气态阴阳离子对结构分析
  • 1Im]+的几何结构及静电势能面'>4.3.1 [HbetC1Im]+的几何结构及静电势能面
  • 1Im][Tf2N]的几何构型及相互作用能量'>4.3.2 [HbetC1Im][Tf2N]的几何构型及相互作用能量
  • 4.4 含有不同长度烷基侧链羧基咪唑离子液体的理论研究
  • 4.4.1 阳离子的结构与电荷分布
  • 2N]气态阴阳离子对的结构分析'>4.4.2 [HbetCnIm][Tf2N]气态阴阳离子对的结构分析
  • 4.4.3 氢键相互作用能
  • 4.4.4 电荷布局分析
  • 4.4.5 AIM2000 分析
  • 4.4.6 轨道相互作用分析
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 双羧基取代咪唑阳离子与双三氟甲磺酰亚胺阴离子离子液体的合成及相互作用的理论研究
  • 5.1 引言
  • 2N]的合成'>5.2 离子液体[AAIm][Tf2N]的合成
  • 5.3 双羧甲基咪唑阳离子和双三氟甲磺酰亚胺阴离子的相互作用
  • 5.3.1 阴阳离子的结构与电荷分布
  • 5.3.2 气态阴阳离子对的几何结构
  • 5.3.3 氢键相互作用能量
  • 5.3.4 正则电荷布居分析
  • 5.3.5 AIM2000 分析
  • 5.3.6 轨道相互作用分析
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 总结和展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附图
  • 攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况

    • 相关论文文献

    • [1].离子液体固载化及应用研究[J]. 化学进展 2020(09)
    • [2].离子液体的种类和制备方法[J]. 山东化工 2020(18)
    • [3].离子液体的环境行为和安全性探讨[J]. 科学通报 2019(31)
    • [4].离子液体及其材料用于除汞新技术研究进展[J]. 山东化工 2017(10)
    • [5].五颜六色的液体塔[J]. 家教世界 2020(04)
    • [6].下期先知道[J]. 小学科学 2020(04)
    • [7].不结冰的液体[J]. 意林(少年版) 2014(02)
    • [8].羊液体提升料技术(之一 原理篇)[J]. 中兽医医药杂志 2013(06)
    • [9].流水从不打结[J]. 高中生 2013(04)
    • [10].不会结冰的液体[J]. 广东第二课堂(初中版) 2009(Z2)
    • [11].冷却的液体[J]. 汽车生活 2011(12)
    • [12].离子液体的合成方法研究[J]. 山东化工 2017(05)
    • [13].活性炭对离子液体的吸附研究[J]. 林业工程学报 2017(04)
    • [14].离子液体在有机合成中的应用分析[J]. 化工管理 2017(23)
    • [15].功能化离子液体吸收烟气中二氧化硫的研究[J]. 工程研究-跨学科视野中的工程 2015(03)
    • [16].液体浮沉小实验[J]. 小雪花(小学生成长指南) 2012(04)
    • [17].液体浮沉小实验[J]. 中学生英语(初中版) 2012(Z3)
    • [18].羊液体提升料技术(之一 原理篇)[J]. 中兽医医药杂志 2014(02)
    • [19].液体[J]. 现代物理知识 2011(04)
    • [20].全球离子液体市场快速扩张[J]. 化工科技市场 2010(07)
    • [21].光敏性离子液体的制备和性能研究进展[J]. 河南化工 2020(07)
    • [22].离子液体的性质和应用研究[J]. 山东化工 2018(07)
    • [23].离子液体在色谱分析天然产物中的实际应用研究[J]. 中国石油和化工标准与质量 2016(24)
    • [24].分析化学中对离子液体的应用研究[J]. 石化技术 2017(01)
    • [25].离子液体在气相色谱中的应用[J]. 杭州化工 2017(02)
    • [26].新型功能型离子液体合成应用新发展[J]. 化学工程师 2017(08)
    • [27].浅谈离子液体中的氧化反应[J]. 化工管理 2020(06)
    • [28].泡沫敷料联合液体敷料在手术中减少皮肤损伤的研究[J]. 当代护士(下旬刊) 2019(04)
    • [29].离子液体研究进展[J]. 山东化工 2016(23)
    • [30].离子液体双水相体系相平衡研究进展[J]. 盐湖研究 2017(01)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    羧基功能化离子液体的理论研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5