仿生离子液体的设计与性质及其在生物催化中的应用

本项目基于生物细胞膜的恒黏适应性，拟设计合成一系列与构成细胞膜的磷脂分子结构相类似的离子液体，即仿生离子液体。采用核磁共振、X射线衍射等技术以及分子动力学模拟、量子化学计算等方法研究所合成的仿生离子液体的微观结构，并测定其熔点、黏度、分解温度等宏观物理化学性质，探索结构与性质的关系，重点考察不饱和脂肪链及异式、前异式脂肪链对离子液体的熔点和黏度的影响规律，为设计新型低熔点、低黏度的离子液体提供方法和理论指导。系统测定不同温度、不同浓度条件下，仿生离子液体水溶液的性质，研究其在水溶液中的存在状态及相互作用机制，为仿生离子液体的应用，特别是在基于离子液体的酶催促反应中的应用提供基础数据和科学依据。作为仿生离子液体应用研究的尝试，拟测定脂肪酶在仿生离子液体及其水溶液等混合溶剂中对一些化学反应的催化活力，初步探索其对酶的活性、稳定性及选择性的影响规律。

本项目基于生物细胞膜的恒黏适应性，设计合成了一系列与构成细胞膜的磷脂分子结构相类似的仿生离子液体。研究了仿生离子液体的宏观性质与微观结构，探索结构与性质的关系。研究结果表明，在烷基咪唑类离子液体的烷基侧链中引入双键或远离N原子一端引入甲基支链能够降低离子液体的熔点。测定了醚基功能化离子液体在水溶液中的电导率，进而求得了其在水溶液中的极限摩尔电导率和缔合常数。分析讨论了离子液体的结构和溶剂化作用对极限摩尔电导率的影响。测定了醚基功能化离子液体与无机盐形成的离子液体双水相体系的液-液平衡数据并绘制了相图。分析讨论了离子液体的结构和无机盐的种类等因素对离子液体双水相体系成相的影响。研究了所设计双水相体系对糖类化合物和牛血清蛋白的选择性分离，探讨了其影响因素，分析了可能的选择性分离机制。测定了1-辛基-3-甲基咪唑溴与无机盐形成的离子液体双水相体系的液液平衡相图，分析讨论了无机盐的种类对该类离子液体双水相体系成相的影响。研究了三种常用药（盐酸吡硫醇、多巴胺盐酸盐和对乙酰氨基苯酚）在疏水性仿生离子液体和水组成的液液萃取体系中的分配行为，讨论了药物分子和离子液体的结构以及温度对药物萃取分离性能的影响。制备了性能良好的多壁碳纳米管修饰碳糊电极和分子印迹电位型传感器，并成功地应用于水溶液中离子液体的检测。采用密度泛函B3PW91方法对合成离子液体的阳离子结构进行了优化，分别采用密度泛函方法和二阶微扰方法计算了阴阳离子间的相互作用能。以合成的巯基功能化仿生离子液体为功能单体，与胆固醇分子混合制成组装溶液，通过自组装的方式修饰到金电极上制成胆固醇分子印迹传感器，初步考察了分子印迹传感器的性能和稳定性。合成了六种新型的2-苯基咪唑啉类磺酸功能化离子液体，以离子液体[Bmim]Cl为溶剂，所合成的磺酸功能化离子液体为催化剂，对纤维素水解反应进行了研究。基于离子液体制备了功能化碳纳米材料，并探究了其在传感器中的应用。在低共熔溶剂中制备了金属纳米材料，并研究了其催化性能。制备了修饰电极CTAB-[C10MIM]BF4/GCE，研究了双酚A在该修饰电极上的电化学行为。研究成果对于解释仿生离子液体结构与性质的关系具有重要科学意义；为设计新型低熔点、低黏度的离子液体提供方法和理论指导；为利用仿生离子液体制备生物传感器，拓展该类离子液体在生物等领域的应用范围提供理论依据和基础参数。