水和甲醇分子对氨基酸离子液体结构影响的研究

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在本论文中,主要运用量子化学计算与实验光谱方法研究水和甲醇分子对甘氨酸离子液体、丙氨酸离子液体结构的影响,其中主要工作由理论计算完成。运用量子化学计算中的密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G**理论水平上对氨基酸离子液体[bmim][Gly](1-甲基-3-丁基咪唑阳离子甘氨酸阴离子)、[bmim][Ala](1-甲基-3-丁基咪唑阳离子丙氨酸阴离子),以及它们与水或甲醇形成的混合二元体系进行全面系统的研究,并结合实验数据进行了相互作用的验证。首先,对阴离子型氨基酸离子液体[bmim]+[Ala]-、[bmim]+[Gly]-进行了密度泛函理论B3LYP/6-311++G**水平的研究。对其阴阳离子对的几何结构进行了优化,获得了它们相应的稳定几何构型并计算了阴阳离子间的相互作用能。结果显示离子液体的阴阳离子间相互作用主要以静电相互作用为主,氢键和静电相互作用共同维系阴阳离子体系的稳定。结合离子对的稳定几何构型和阴阳离子间的相互作用能讨论了阴阳离子间相互作用的主要作用位点。其次,在B3LYP/6-311++G**理论水平上以能量最低氨基酸离子液体构型为基础,添加水和甲醇分子,计算得到一系列稳定的构型和分子间的相互作用能。在此基础上进一步对阴阳离子间的相互作用进行了(atoms in molecules theory) AIM分析,和(natural bond orbital analysis) NBO分析,结果显示离子液体二元体系仍然以阴阳离子间的静电相互作用为主,而氢键则是分子间结合的主要作用。通过理论计算得到红外光谱,拉曼光谱,用这种方法分析了水分子、甲醇分子对氨基酸离子液体结构的影响。然后,为了达到对溶剂分子影响氨基酸离子液体[bmim]+[Ala]-、[bmim]+[Gly]-微观结构的全面认识,我们构建了阳离子[bmim]+与水、阴离子[Ala]-与水、阴离子[Gly]-与水,以及两个水分子与离子液体相结合等各种模型,这些模型将有助于理解氢键的位置,结合能的变化,溶剂的影响方式,从而使我们的判断更具有说服力,更具有逻辑。最后通过全反射红外光谱实验和理论计算光谱的结合,用计算解释实验的结果,用实验证明计算的可靠性,探索离子液体宏观性质随微观结构变化的规律,最终实现了水和甲醇分子对氨基酸离子液体结构影响方式和影响范围的合理解释。
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