氨基酸与离子液体的相互作用及萃取分离性能研究

The extraction/separation techniques of amino acids by ionic liquids present higher performance, and have aroused increasing applications. In fact, to optimize and control the separation and purification of amino acids by ionic liquids from aqueous media, and to explore the equilibrium of aqueous biphasic systems formed by ionic liquids and amino acids, the knowledge of their physicochemical and thermodynamic properties is required. In this program, combined with NMR spectroscopy, molecular dynamic simulation and quantum chemical calculation, we will use macrophysicochemical methods, such as calorimetry, volumetry, electrochemistry, viscosity and conductivity, to investigate systemically the interactions between ILs and amino acids, as well as micro-mechanism of these interactions. Based on the measured data and calculated results, we will explore the dependences of the interactions on the stereochemical structure of amino acids and ILs, and evaluate the groups and sites of amino acids linkages which interact with ILs. With the macroscopical and microscopic methods, we investigate the equilibrium and microscopic structure of aqueous biphasic systems formed by ionic liquids and amino acids, and the extraction of biomolecules. Results thus-obtained will be very significant to interpret the interaction between amino acids and ILs in organism. It will provide original data for interpreting the potential toxicity of ILs in organism. At the same time, it will also provide some theoretical foundations and basic parameters for controlling the extraction of biomolecules and proposing a green extraction/separation process based on ionic liquids.

离子液体在氨基酸的萃取分离方面具有特有的性能，为了优化和调控基于离子液体的氨基酸分离和提纯方法，认识氨基酸+离子液体双水相体系的成相规律，研究离子液体与氨基酸之间相互作用便显得尤为重要。本项目拟利用量热、体积、电化学、粘度和电导等宏观方法并结合NMR技术、分子动力学模拟和量化计算等微观手段，系统研究氨基酸与离子液体在水溶液中相互作用的规律及微观机制。探索离子液体与氨基酸相互作用与氨基酸分子立体结构及离子液体结构和性质的依赖关系，确定它们相互作用的基团和位点。研究氨基酸+离子液体双水相体系的成相规律、微观结构及其对生物分子萃取分离性能的影响。研究结果对于解释生物体液中氨基酸-离子液体相互作用的本质具有重要的科学意义；为研究离子液体在生物体内的潜在毒性提供基础数据；为调控生物分子的萃取分离和建立基于离子液体的氨基酸绿色分离方法提供理论指导。

为了研究离子液体与生物分子（氨基酸）之间的相互作用，优化和调控基于离子液体的生物分子分离萃取方法，设计合成了一系列功能化离子液体。制备了性能良好的分子印迹电位型传感器和多壁碳纳米管修饰的碳糊电极，成功地应用于水溶液中离子液体的检测，并研究了[C6mim]Br离子液体在氨基酸水混合溶剂中的活度系数。测定了298.15 K下，N-丁基吡啶溴盐离子液体和咪唑类离子液体在水及氨基酸水溶液中的电导，利用Lee-Wheaton方程拟合得到了离子液体的极限摩尔电导率和缔合常数。分析了氨基酸分子的立体化学结构和离子液体的结构对离子液体-氨基酸相互作用的影响机制。测定了[C10mim]Br在水及氨基酸水溶液中的电导，计算了其临界簇集浓度，探讨了[C10mim]Br的临界簇集浓度与氨基酸结构的关系。研究了醚基功能化离子液体与无机盐双水相体系的成相规律以及该类体系对糖类化合物和蛋白质的选择性萃取分离规律。研究了亲水性仿生离子液体对离子液体基双水相体系对萃取药物盐酸吡硫醇的影响和疏水性仿生离子液体对三种常用药的萃取分离性能。首次构筑了含有两个离子液体的四元双水相体系和[C8mim]BF4+丝氨酸三元双水相体系，并用于萃取药物盐酸吡硫醇。研究了[C8mim]Br+K2HPO4三元体系和[C8mim]Br+[C10mim]BF4+K2HPO4四元体系对色氨酸的萃取性能。合成了六种新型的磺酸功能化离子液体，以其为催化剂、[Bmim]Cl为溶剂，对纤维素水解反应进行了研究。合成了七种新型的葡萄糖酸离子液体，研究了其与常用溶剂的相互作用。研究了特殊电解质（咪唑类离子液体）/普通电解质（ZnSO4/MgSO4）在二糖水溶液中的电导和三种双阳离子液体在葡萄糖水溶液中的体积/粘度，分析了离子液体/普通电解质与生物分子（糖）之间的相互作用。此外，还研究了基于离子液体材料的制备及应用。研究结果对于解释生物体液中生物分子（氨基酸）-离子液体相互作用的本质具有重要的科学意义；为研究离子液体在生物体内的潜在毒性提供基础数据；为调控生物分子/药物的萃取分离和建立基于离子液体的氨基酸绿色分离方法提供理论指导。