天然活性同系物选择性萃取分离的应用基础研究

天然活性物质是功能食品和药品的重要物质基础，同系物分离是天然活性物质高值化利用途径中的关键过程，现有分离方法如吸附层析技术存在处理量小、传质慢、溶剂用量和能耗大等不足。本项目拟针对天然活性同系物的分子特性，利用离子液体结构和性质可精细调控的特点，以提高天然活性同系物分离选择性、降低过程物耗和能耗为目的，围绕分子间作用机理和界面传递规律等关键科学问题，对天然活性同系物和离子液体之间的相互作用机制和定量构效关系、高度非理想多元体系相平衡、及离子液体界面性质和界面传递现象等化工分离基础问题系统深入展开研究。在此基础上，建立以离子液体为介质选择性萃取分离天然活性物质的新方法。课题组在天然活性物质分离、离子液体设计合成、含离子液体的液-液萃取及其分离机理等方向已有多年研究工作积累。预期研究成果将对分离科学和绿色化工过程的发展作出贡献。

天然活性物质是功能食品和药品的重要物质基础，同系物分离是天然活性物质高值化利用途径中的关键过程，现有分离方法如吸附层析技术存在处理量小、传质慢、溶剂用量和能耗大等不足。本项目针对天然活性同系物的分子特性，利用离子液体结构和性质可精细调控的特点，以提高天然活性同系物分离选择性、降低过程物耗和能耗为目的，在国内外首次提出了以离子液体为介质选择性萃取分离天然活性物质的新方法，围绕天然活性同系物-离子液体相互作用机制和定量构效关系、高度非理想多元体系相平衡、离子液体传质强化等关键科学问题展开了系统深入的研究，实现了若干代表性天然活性同系物的高选择性分离。. 项目利用模拟与实验结合的方法，研究了离子液体在离子对、离子簇、界面等不同尺度下的微观结构，阐明了离子液体结构与粘度、碱性等物化性质的关系，提出了阴离子键合、场效应调节等强化离子液体分子识别与传质性能的结构设计策略。研究了共溶剂种类和用量对离子液体粘度、极性、酸碱性、表面张力等物化性质及微观结构的影响规律，揭示了离子液体-分子溶剂混合物的优先溶解现象。利用量子化学计算、分子动力学模拟、COSMO-RS模拟、红外光谱、溶剂化显色等多种手段研究了离子液体/天然活性同系物结构和性质对相互作用位点、方式和强度的影响规律，阐明了同系物分离的氢键识别机制和多重作用机理。研究了离子液体-分子溶剂液-液相平衡，构建了离子液体-极性溶剂-非极性溶剂、离子液体-水-乙酸乙酯等新型两相体系。系统研究了天然活性同系物的萃取热力学，成功建立了以离子液体为介质选择性萃取分离天然活性物质的新方法，实现了酚类、黄酮、萜类、甾醇、生物碱等天然活性同系物的高选择性分离，分离选择性可达常规体系的10倍以上。首次提出了离子液体-分子溶剂协同萃取分离天然活性同系物的新思路，解决了离子液体萃取粘度高、传质慢、用量大、成本高等问题，实现了分离过程的强化。例如，仅需2%摩尔分数的离子液体作为萃取剂，生育酚同系物的分离选择性和分配系数即分别达到单一萃取剂体系的4倍和18倍以上，而粘度仅为0.4 mPas。项目共发表学术论文65篇，申请发明专利17项。. 本项目的研究成果有助于降低现有天然产物分离过程的能耗和物耗，实现节能、降耗和减排，为建设循环经济、实现社会可持续发展提供化学工程基础。对有机小分子、生物大分子等其它对象分离过程的研究也有借鉴意义。