四烷基膦氨基酸盐离子液体的物理化学性质研究

The tetraalkylphosphonium amino acid ionic liquids (AAILs) have a relatively low viscosity and high decomposition temperature compared with the ammonium type AAILs. As green solvents, they will have a great potential in various applications. In this project, we will synthesize a series of tetraalkylphosphonium trifluoromethanesulfonyl amino acid salts. The density, surface tension, viscosity, conductivity and heat capacity of the AAILs will be measured at different temperatures. The data of the physicochemical properties, including molecular volume, standard molar entropy, lattice energy, parachor, molar enthalpy of vaporization, interstice volume, interstice fraction, thermal expansion coefficient, arrhenius activation energy et al, will be estimated according to the empirical equations on the base of the above experimental values. The relationship of the structure to physicochemical properties will be discussed based on both measured and estimated data, the semi-empirical model will be then established for the prediction of the physicochemical properties of other ionic liquids,which can guide the design of functional ionic liquids. This project is of significance theoretically and practically.

相对于阳离子为铵类的氨基酸离子液体，四烷基膦氨基酸盐离子液体具有粘度低、热分解温度高等优良特性，作为绿色溶剂在各个领域具有十分广阔的应用前景。本项目拟合成系列四烷基膦三氟甲基磺酰氨基酸盐，准确测量不同温度下的离子液体的密度、表面张力、粘度、电导率、热容；基于以上测量数据，利用经验方程估算离子液体的分子体积、标准熵、晶格能、等张比容、摩尔蒸发焓、空隙体积、空隙率、热膨胀系数、阿累尼乌斯活化能等难以测量的物理化学数据。研究阴、阳离子结构与物理化学性质的联系，建立起估算上述性质的半经验模型，能够比较简便的预测功能型离子液体的物理化学性质，指导功能型离子液体的定向设计。本课题不仅具有重要的理论研究价值，还具有重要的实际应用意义。

离子液体（英文为Ionic Liquid，简写为IL）是熔点能够低至室温或在室温100℃以下，以液态形式存在的由阴、阳离子所组成的熔融盐。与传统的有机溶剂相比，离子液体表现出了一系列突出的优点：几乎可以忽略的蒸汽压、不易燃烧、宽电化学窗口、高电导率、可调酸碱性、对有机物、无机物、高聚物等具有良好溶解性、可设计性及可重复利用等。作为绿色溶剂，离子液体已经开始应用在有机合成、萃取分离、催化反应、电化学等研究领域。然而，离子液体基本物理化学性质数据十分匮乏，而这些性质数据对新型离子液体的设计、合成、开发及其在各个领域中的应用研究是至关重要的。为此，本项目测量了十余种离子液体、深共溶剂的密度、粘度、电导率、折光率及摩尔热容等基础物理化学性质，考察对象如下：1-乙腈基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸亚胺、1-丁腈基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸亚胺、1-乙醇基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸亚胺、1-烷基-2，3-甲基咪唑双三氟甲基磺酸亚胺（烷基为乙基、丁基）、N-烷基吡啶六氟化膦（烷基为乙基、丙基、戊基）、N-烷基-3-甲基吡啶双三氟甲基磺酸亚胺（烷基为丙基、己基）、N-烷基-4-甲基吡啶双三氟甲基磺酸亚胺（烷基为乙基、丁基、己基）、质子型离子液体N,N-二甲基乙醇胺丙酸盐、四种深共溶剂（四丁基氯化铵：丙酸、四丁基氯化铵：乙二醇、四丁基氯化铵：聚乙二醇、四丁基氯化铵：苯乙酸）。利用经验、半经验方程，估算了上述离子液体的分子体积、标准熵和晶格能。讨论了温度变化对离子液体密度、粘度、电导率等基础物理化学性质的影响；并讨论了分子结构对离子液体基础物理化学性质的影响，包括甲基、亚甲基的引入对离子液体的性质影响；通过测量的离子液体密度、电导率值计算了离子液体的摩尔电导率；利用Vogel–Fulcher–Tamman（VFT）方程拟合了离子液体粘度及电导率与温度的关系；并在VFT方程中引入活化能，计算了离子液体的电导活化能及流动活化能；利用Walden规则，建立了离子液体密度、粘度、电导率三者之间的联系，讨论了分子结构对离子液体离子化程度的影响；讨论了亚甲基在离子液体中的引入对其熔点、摩尔热容等性质的影响。上述相关研究成果对离子液体的深入研究及其在实际生活中的应用具有非常重要的现实意义。