酸功能化离子液体酸性的核磁共振表征

Acid-functionalized ionic liquids are a new type of environmentally friendly acid catalysts, and the quantitative determinations of their acid strengths have been an important research topic. The project intends to explore the NMR method to determine the acidic properties of ionic liquid with probe molecules. Combinations of NMR experiment and theoretical calculation will be used to estimate the quantitative scale between the chemical shifts (1H, 13C, 15N, 31P) of NMR probes and the acid strength of ion liquids. And in situ NMR, GC-MS techniques and theoretical calculation will be used to determine the reaction mechanism of some typical acidic catalytic reactions (such as olefin isomerization, alkylation and acylation of benzene) in the ion liquids with different acid strengths. On the basis of these experimental and theoretical results, the relationship between the ions liquid structure and catalytic perfamce will be revealed, and which will provide guide for the rational modification and development of ion liquid catalyst.

酸功能化离子液体属于新型的环境友好酸催化剂，其酸强度的定量测定一直是一个重要的研究课题。本项目拟探索利用探针分子NMR实验测定酸功能化离子液体酸强度的方法，同时结合量化计算探讨几种常见的探针分子的化学位移与酸强度的关联，从而建立一套基于NMR探针分子的1H、13C、15N、31P等核的化学位移参数表征酸强度的定量标尺；探索设计表征离子液体酸强度的新型高灵敏度探针分子；通过原位NMR技术结合在线气相色谱催化评价实验及量化计算来展开特定反应体系在不同酸强度的离子液体催化剂体系中的反应机理研究，揭示反应活性与酸强度特征的关系，为离子液体催化剂的合理设计和开发提供理论依据。

该项目围绕酸性催化剂的酸特性表征，建立了酸种类、酸强度、酸浓度以及酸位空间分布的核磁共振实验方法，建立了酸特性和催化反应活性之间的关联。取得如下研究结果：1）建立了探针分子NMR表征固体酸特性的方法，确定了Brønsted和Lewis酸强度与探针分子化学位移之间的定量关系，为催化剂酸强度的定量表征提供了标尺；2）利用含膦探针分子NMR实验方法确定了几类离子液体、分子筛和氧化物的酸特性，获得了样品中Brønsted和Lewis酸之间的空间相互作用机制，并构建了催化剂结构，酸性与催化反应性能之间的关联；3）利用探针分子NMR实验和理论计算相结合，吸附的丙酮探针分子13C化学位移的变化给出了酸性增强的直接实验证据，并确定了分子筛限域孔道中的极性和非极性溶剂化效应机制。