郑勋,花儿,2*

(1 北方民族大学化学与化学工程学院;2 国家民委化工技术基础重点实验室/宁夏太阳能化学转化技术重点实验室,宁夏 银川 750021)

离子液体(ionic liquids,ILs)是由阴阳离子组成的熔融盐类[1-3],通常分为质子化离子液体(protic ionic liquids,PILs)及非质子化离子液体(aprotic ionic liquids,AILs),ILs具有不同于传统分子溶剂的特殊性能,如熔点低、不易挥发、热稳定性高及较高的电导率[4-5],因此在化学、材料、生物等多个学科领域具有广泛的应用[6-8]。PILs的合成方法较为简单,通过酸碱中和一步合成法可获得,是由Brønsted酸的质子转移至Brønsted碱而形成的一类特殊的ILs,因此,PILs除了具有一般ILs的基本性能以外,因体系内具有能够迁移的质子而可以诱导产生氢键网络,增加其极性[9]。此外,异辛基乙二胺-三氟乙酸型(以下简称[HEtHex][TFA])及异辛基乙二胺-三氟甲磺酸型(以下简称[HEtHex][TFS])的阳离子部位为异辛基乙二胺,与单胺类PILs相比其极性较强而显示较强的亲水性,更易于吸水。

无论是亲水性还是疏水性ILs,水分对ILs的粘度、电导率等物理化学性质具有较大的影响[10]。采用量子化学计算方法研究PILs阴阳离子间、PILs与水分子间氢键相互作用,有助于理解和预测离子液体的宏观物理化学性质,从而能够为PILs的分子设计提供理论指导[9],因此,本文研究利用Gaussian 09软件包,采用DFT/M06-2X方法及6-311G(d,p)基组条件下[11],对[HEtHex][TFA]及[HEtHex][TFS]与nH2O分子间形成的氢键作用进行了研究,主要设计了[HEtHex][TFA]及[HEtHex][TFS]分别与nH2O(n=1,2,6)相结合的几种构型,并通过优化获得几种较稳定构型。另外,[HEtHex][TFA]及[HEtHex][TFS]与H2O间主要形成N—H…O、O—H…O及O—H…N型氢键,并且氢键作用的强弱对其物理化学性质具有较大的影响,因此,本文中还计算、讨论了PILs与水分子间的氢键相互作用,从而预测PILs与H2O分子结合后的物理化学性质及其应用方面具有重要的意义。……