离子液体在水及糖水溶液中的性质及其与结构关系研究

离子液体因其特有的物化性质被认为是环境友好的"绿色产品"而成为研究的热点。糖是具有重要功能的生物信息分子。随着离子液体的研发和广泛应用，其会不可避免地流入环境并在生物体内积累，然而离子液体毒性如何将是一个前瞻性的研究课题。本项目拟研制离子液体的离子选择性电极并用于单个离子活度系数的测定。同时利用量热、体积、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，系统研究水溶液中离子液体-糖相互作用的规律及微观机制。探索离子液体-糖相互作用与糖分子立体结构及离子液体结构和性质的依赖关系，考察离子液体对糖链构象的影响，确定与离子液体相互作用的基团和位点。研究结果对于解释生物体液中糖-离子液体相互作用的本质具有重要科学意义；为离子液体在生物体内的积累和潜在毒性研究提供理论指导和基础数据；为离子液体作溶剂时糖的萃取、纯化、合成及相关生产过程的设计和优化提供理论依据和基础参数。

本项目研制了离子液体的离子选择电极(ISE)并用于离子液体及单个离子活度系数的测定。利用体积、电化学、粘度、电导等宏观方法，荧光光谱及NMR等微观手段，系统研究了水溶液中离子液体—糖相互作用的规律及微观机制。研究结果表明，所研制的离子选择电极在较宽的浓度范围内有快速、稳定的能斯特响应，具有较低的检测下限，并得到了咪唑阳离子对电极选择性系数的影响规律。测定了不同温度下咪唑类离子液体([Cnmim]Cl)在水溶液中的平均离子活度系数γ和单个离子活度系数(γ+和γ–)，并对其依赖关系进行了讨论。测定了298.15 K下，咪唑氯化物离子液体([Cnmim]Cl, n = 4, 6, 8, 10)在水及葡萄糖水溶液中，[C4mim]Cl在水及单糖水溶液中的摩尔电导率，讨论了离子液体阳离子烷基链的长度和糖分子的立体结构对离子液体糖相互作用的影响规律。测定了1-丁基-3-甲基咪唑羧酸盐离子液体在水及葡萄糖水溶液中的密度ρ、粘度η和电导κ及甲基β-D吡喃葡萄糖苷和离子液体在离子液体—甲基β-D吡喃葡萄糖苷—水三元体系中13C和1H的化学位移，分析讨论了离子液体和糖分子的大小、结构和溶剂化作用对离子液体—糖相互作用的影响。测定了双阳离子离子液体在葡萄糖水溶液中的体积和粘度性质和葡萄糖酸类离子液体在水及有机溶剂中的体积、粘度和电导性质，研究表明离子液体与溶剂之间的相互作用随着阳离子烷基连接链的增长、阴离子体积的增大而增强。利用电导、荧光、核磁共振和动态光散射等技术研究了[C10mim]Cl在水及糖水溶液中的簇集行为。单糖的加入有利于离子液体的簇集，临界簇集浓度(CAC)值随着糖浓度的增大而减小。此外，还利用量热和量子化学计算方法研究了卤化钠和几种单糖之间的相互作用规律及溴化钠-吡喃醛糖-水体系的焓熵补偿作用。研究成果对于解释生物体液中糖-离子液体相互作用的本质具有重要科学意义；为离子液体在生物体内的积累和潜在毒性研究提供理论指导和基础数据；为离子液体作溶剂时糖的萃取、纯化、合成及相关生产过程的设计和优化提供理论依据和基础参数。