胺基酸離子液體酸性性質的基礎研究

《胺基酸離子液體酸性性質的基礎研究》是依託四川大學，由陶國宏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：胺基酸離子液體酸性性質的基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陶國宏
• 依託單位：四川大學

項目摘要

本項目圍繞離子液體結構與性能關聯的前沿科學問題，以開發綠色高效酸催化劑為導向，開展胺基酸離子液體酸性性質的基礎研究。通過設計調變胺基酸離子液體的結構，重點發展低熔點強酸性的胺基酸離子液體體系。採用紫外-可見光譜法和紅外光譜法，系統研究胺基酸離子液體的酸強度，積累對胺基酸離子液體酸性性質變化的認識。同時利用實驗表征與理論計算相結合，揭示影響胺基酸離子液體酸性性質的內在規律。通過分析胺基酸離子液體的酸性對酸催化反應中轉化率、選擇性等反應指標的影響規律，利用其酸性可調變的特性，尋找具有套用前景的可作為綠色高效酸催化劑的胺基酸離子液體，為推動胺基酸離子液體體系研究不斷深入發展直至走向產業化奠定堅實基礎。

結題摘要

本項目進行了陽離子型胺基酸離子液體酸性性質相關的基礎研究。先後製備了100餘種基於20種天然胺基酸結構的不同類型的具有Brønsted或/和Lewis酸性的胺基酸離子液體。完成了其各種結構表征，並獲得了多種胺基酸離子液體的晶體結構。 利用實驗方法測得胺基酸離子液體的等容燃燒焓，通過Hess熱化學循環獲得實驗標準生成焓，證明了這些離子液體普遍具有比較穩定的熱力學結構。採用密度泛函理論，在多種基組水平上對陰陽離子的氣態最佳化結構、電荷分布等進行分析，並採用等鍵反應原理和Born-Haber 熱化學循環理論，計算了胺基酸離子液體的標準生成焓，篩選出較準確的計算方法。將實驗與理論計算相結合，實現了對100餘種不同結構的胺基酸離子液體熱性質的系統理論預測，揭示了胺基酸離子液體的結構與生成焓的內在關聯。 採用Hammett方法利用紫外/可見光譜研究了胺基酸離子液體的Brønsted酸性，比較了相同骨架結構不同官能團之間的酸強度的差異。採用密度泛函理論，計算了胺基酸離子液體的質子解離能以及pKa，分析了這些數據與實驗測定酸強度之間的規律。對胺基酸離子液體酸性的構效關係進行了系統分析和比較，得到了質子氫數、陰陽離子配伍、骨架結構、功能基團等結構對胺基酸離子液體酸性的影響規律。 使用胺基酸離子液體作為催化劑，重點研究了其在酸催化酸醇酯化反應中的催化性能，研究了胺基酸離子液體作為綠色高效酸催化劑的可行性。篩選出幾種具有較強Brønsted酸性的胺基酸離子液體，作為催化劑用於第二代生物燃料戊酸乙酯的製備，最佳化了反應的溫度、時間、催化劑用量、反應物投料比等實驗條件，使得戊酸的轉化率和戊酸乙酯的選擇性達到100%，催化劑經過五次循環後仍保持高催化活性。結合酸性測定結果，分析了反應的轉化率和選擇性受酸強度影響的規律。與傳統工業酸催化劑相比，該催化體系可以隨反應進行產物不斷地從離子液體體系中自動分離出來，省去了常用的脫水、吸附等過程；催化劑易於分離循環使用；該催化過程獲得的不經任何處理的產物具有較高的純度和熱值，可以直接作為燃料添加劑使用，具有較高套用價值。 本項目工作按照計畫書的內容執行，已在多種國內外重要學術期刊上發表論文14篇，其中SCI論文10篇。申請專利4項。培養博士生1人（已獲學位）、碩士生5人（3人已獲學位），預期研究目標均已順利完成。經費使用按預算執行，使用經費未超出預算。