纤维素与咪唑型甲酸和甘氨酸盐离子液体作用机制的理论研究
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纤维素是地球上最丰富、可再生的天然有机高分子资源。由于纤维素很难溶解,因此人们对纤维素的利用率很低。近年来,由于离子液体具有无毒、不易挥发、热稳定性强等优点受到人们的广泛关注。自2002年首次报道离子液体可溶解纤维素后,开发新型、高效溶解纤维素的离子液体成为人们普遍关注的研究热点。本文主要运用密度泛函理论,并结合分子中的原子理论、自然键轨道理论以及能量分解等计算和分析方法,系统探究了纤维素中的分子内及分子间氢键,阐明了纤维素与两类离子液体之间的相互作用模式及作用机制。本文主要分三部分来进行讨论研究:首先,系统探讨了不同体积大小的纤维素中分子内和分子间的氢键作用及其本质,发现氢键的强度与纤维素中葡萄糖单元的数量依赖性不大,为纤维素模型的选取及后续研究纤维素在离子液体中的溶解机制奠定了基础。此外,对纤维素三种位置上羟基的相对酸性及糖苷键的强度进行了讨论。其次,以纤维二糖及1,3-二甲基咪唑甲酸盐离子液体为模型,系统探讨了二者之间的各种可能的耦合模式及其作用机制,分析了离子液体中阴、阳离子与纤维素之间的作用强弱,阐明了纤维素在离子液体中溶解过程的热力学行为,并进一步证实了离子液体阳离子咪唑环C2位置上的质子参与氢键作用的可能性。最后,在上述研究的基础上,选取1,3-二甲基咪唑甘氨酸盐作为离子液体模型,系统探讨了氨基酸离子液体与纤维二糖的作用机制,阐明了氨基酸离子液体作为新型纤维素绿色溶剂的潜在可能性,为新型、高效、环境友好型纤维素溶剂的实验合成与筛选提供了科学依据和理论指导。
摘要 | 第3-4页 |
ABSTRACT | 第4页 |
第一章 前言 | 第7-11页 |
第一节 选题背景 | 第7-10页 |
第二节 本文中所用到的理论方法 | 第10页 |
第三节 本文所开展的工作 | 第10-11页 |
第二章 纤维素中氢键的性质 | 第11-25页 |
第一节 前言 | 第11页 |
第二节 计算方法 | 第11-12页 |
第三节 结果与讨论 | 第12-24页 |
3.1 纤维素单链中的分子内氢键作用 | 第12-17页 |
3.2 纤维素双链中的分子间氢键作用 | 第17-20页 |
3.3 纤维素的酸性及糖苷键的性质 | 第20-24页 |
第四节 结论 | 第24-25页 |
第三章 纤维素与 1,3-二甲基咪唑甲酸盐离子液体的作用机制 | 第25-52页 |
第一节 前言 | 第25页 |
第二节 计算方法 | 第25-26页 |
第三节 结果与讨论 | 第26-50页 |
3.1 纤维素与 1,3-二甲基咪唑甲酸盐离子液体 A 的相互作用 | 第28-41页 |
3.2 纤维素与 1,3-二甲基咪唑甲酸盐离子液体 B 的相互作用 | 第41-49页 |
3.3 纤维素与 1,3-二甲基咪唑甲酸盐离子液体作用过程的热力学分析 | 第49-50页 |
第四节 结论 | 第50-52页 |
第四章 纤维素与 1,3-二甲基咪唑甘氨酸盐离子液体的作用机制 | 第52-66页 |
第一节 前言 | 第52页 |
第二节 计算方法 | 第52页 |
第三节 结果与讨论 | 第52-64页 |
3.1 复合物的结构特征及作用本质 | 第53-62页 |
3.2 复合物的能量特征 | 第62-64页 |
3.3 与 1,3-二甲基咪唑甲酸盐离子液体与纤维二糖作用的比较 | 第64页 |
第四节 结论 | 第64-66页 |
参考文献 | 第66-74页 |
硕士期间发表的论文 | 第74-75页 |
致谢 | 第75页 |
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