功能化离子液体结构的理论研究

【摘要】： 在本文中,运用量子化学计算方法中的密度泛函理论对碱性离子液体[Emim]OH和四种磺酸功能化离子液体[C3SO3Hmim]HSO4、[C3SO3HBy]HSO4、[C3SO3Hnhp]HSO4和[C3SO3HTMA]HSO4的结构与性质进行了理论研究。 对碱性离子液体[Emim]OH的结构以及水分子对这种离子液体的影响的研究发现,在这种离子液体中,阴阳离子不能以离子对的形式存在,它的最稳定构型是由咪唑卡宾与水分子形成的复合物结构。进一步的研究发现,水分子主要对这种离子液体的阴离子产生影响,它可以分散阴离子OH-上氧原子的负电荷,并与之形成阴离子团簇。当有两分子水存在的时候,在体系中可以形成以氢键链连接的由阳离子与阴离子团簇构成的离子对结构。在咪唑的C2-H片段附近形成的构型是优势构型。氢键在这种离子液体中扮演了非常重要的角色。 对四种磺酸功能化离子液体的前体化合物(两性离子),阳离子及离子对的结构与性质进行了系统的研究。发现在两性离子中有很强的形成分子内氢键的趋势,但是当它们结合了一个H+从而形成阳离子之后,这种趋势变弱了。在离子对中,分子间氢键占主导地位,而分子内氢键在一定程度上被削弱了,阴阳离子间相互作用最强的位置在阴离子与功能基团之间。通过自然键轨道分析对电荷分布的研究发现氢键作用能使参与形成氢键的氢原子上的净电荷增加,而离子间电荷的迁移总量与体系的稳定性之间没有直接的联系。