离子液体与角蛋白的相互作用机制和构效关系研究

To dissolve keratins efficiently is the foundation of recycling waste wool keratins. Selecting green and high efficiency solvents to dissolve keratins and obtain great molecular weight of keratins is the key of keratin applying and technological difficulty. The novel and green method for dissolving keratins using ionic liquids as solvents will be set up in this project. Task-specific ionic liquids will be designed and prepared to dissolve keratins for regulating the dissolution capacity, structure and property of regenerated keratins by designing cations, anions and functional groups of ionic liquids. The changes of multilevel structures of keratins in the dissolving process will be characterized in microscale and nanoscale. The interaction mechanism between cations and anions of ionic liquids, and hydrogen bond, disulfide bond of keratins will be simulated in molecular scale. The structure of ionic liquids for efficiently dissolving keratins will be screened and predetermined Via COSMO-RS. The key scientific problem of the interaction mechanism and structure-function relationship between ionic liquids and keratins will be gained by experimental study, spectrum characterization, and simulated calculation, which will provide science foundation for designing efficiency ionic liquids to dissolve wool keratins and applying keratin solution in industry.

回收再利用废弃羊毛角蛋白的前提是角蛋白的有效溶解，选择绿色高效的溶剂溶解羊毛角蛋白、获得大分子量的再生角蛋白是其高值化应用的关键和技术难点。本项目拟建立离子液体溶解羊毛角蛋白的绿色新方法，根据角蛋白分子的结构和性能特点，设计合成功能化离子液体溶解羊毛角蛋白，通过离子液体阴阳离子和官能团结构调控羊毛角蛋白的溶解量以及再生角蛋白的结构和性能，建立纳微尺度观察研究溶解过程中角蛋白分子多级结构变化的新方法，通过量子化学方法模拟研究离子液体阴阳离子与角蛋白分子氢键、二硫键等结构模型的相互作用机制，COSMO-RS计算预测高效溶解角蛋白的离子液体结构，结合实验、谱学表征、模拟计算的研究，获得离子液体与角蛋白的相互作用机制和构-效关系的共性关键科学问题，为设计高效溶解角蛋白的离子液体及离子液体溶解角蛋白的工业化应用提供科学基础。

回收再利用废弃羊毛角蛋白的前提是角蛋白的有效溶解，选择绿色高效的溶剂溶解羊毛角蛋白、获得大分子量的再生角蛋白是其高值化应用的关键和技术难点。本项目建立了离子液体溶解羊毛角蛋白的绿色新方法。根据角蛋白分子的结构和性能特点，设计合成了10余种功能化离子液体溶解羊毛角蛋白，通过离子液体阴阳离子和官能团结构调控羊毛角蛋白的溶解量以及再生角蛋白的结构和性能，阴离子在角蛋白溶解过程中起主导作用；建立了纳微尺度观察研究溶解过程中角蛋白分子多级结构变化的新方法，通过量子化学方法模拟和实验相结合，研究了离子液体阴阳离子与角蛋白分子氢键、二硫键等结构模型的相互作用机制，结果表明离子液体要实现对角蛋白的溶解，至少需要破坏角蛋白中65%以上的二硫键；采用COSMO-RS计算预测出高效溶解角蛋白的离子液体结构，发现利用COSMO-RS预测的活度系数能够有效反应角蛋白在离子液体中的溶解度；通过浊度法构建了离子液体/角蛋白/凝固剂三元体系的相图，研究了再生过程的热力学规律，确定了再生的最佳凝固剂与工艺参数。结合实验、谱学表征、模拟计算的研究，获得离子液体与角蛋白的相互作用机制和构-效关系的共性关键科学问题，为设计高效溶解角蛋白的离子液体及离子液体溶解角蛋白的工业化应用提供科学基础。