核磁共振技术研究咪唑类离子液体与分子溶剂的相互作用

摘要

室温离子液体作为一种新型的环境友好型介质，已成为近年来的研究热点之一。绿色化学的兴起更为离子液体的迅速发展带来了历史性机遇，特别是目前纤维素在工业上的广泛应用使得离子液体在纤维素溶解方面的研究备受关注。人们已经发现多种离子液体以及某些离子液体与有机溶剂的混合体系都对纤维素有很好的溶解作用。但是，关于离子液体的结构及其与质子性溶剂和非质子性溶剂之间的相互作用还缺乏系统的研究，使得离子液体在纤维素溶解及纤维素再生等方面的进一步开发和应用受到限制。本文采用核磁共振技术系统地研究了咪唑类离子液体与质子性和非质子性溶剂之间的相互作用，提出了纯离子液体可能存在的空间构型，分析了离子液体与不同溶剂分子之间的相互作用差异以及烷烃链长度对离子液体与DMSO相互作用的影响。研究结果为探讨离子液体在纤维素溶解及再生中的应用提供理论依据。
　　作为国家自然科学基金(No.21003039)的一部分，主要研究内容如下：
　　(1)咪唑类离子液体的制备和纯化。根据文献所报道的合成方法，合成出了[Cnmim][CH3COO](n=4，6，8)、[C4mim]Cl、[Amim]Cl(A=-CH2CH=CH2)咪唑类离子液体，并进行了纯化和检测。
　　(2)利用Bruker AV-400M超导核磁共振仪在298.15K测定了咪唑类离子液体[C4mim][CH3COO]、[Amim]Cl和在333.15K测定了[C4mim]Cl的1H NMR谱、13C NMR谱、自旋-晶格弛豫时间T1和1H-1H NOESY谱。综合实验结果分析了在纯离子液体中，咪唑环与咪唑环之间、咪唑阳离子与阴离子之间的相互作用位点，提出了这些纯离子液体可能存在的空间构型。探讨了离子液体的结构及其相互作用的类型对溶解纤维素的影响。
　　(3)利用 Bruker AV-400M超导核磁共振仪在298.15K测定了[C4mim][CH3COO]/DMSO、[C4mim][CH3COO]/DMF、[C4mim][CH3COO]/DMAc和[C4mim][CH3COO]/H2O、[C4mim][CH3COO]/MeOH体系的1H NMR谱、13C NMR谱、自旋-晶格弛豫时间T1和1H-1H NOESY谱，分析了[C4mim][CH3COO]与质子性溶剂和非质子性溶剂之间相互作用的不同。根据[C4mim][CH3COO]与质子性溶剂之间的相互作用解释了纤维素的再生原理，根据[C4mim][CH3COO]与非质子性溶剂之间的相互作用解释了该混合体系能够在室温溶解纤维素的原因，比较了三种体系溶解纤维素能力的差异，为实现在室温条件下溶解纤维素指明了方向。
　　(4)利用Bruker AV-400M超导核磁共振仪在298.15K测定了[Cnmim][CH3COO](n=6，8)/DMSO体系的1H NMR谱、13C NMR谱、自旋-晶格弛豫时间T1和1H-1H NOESY谱。结合n=4的实验结果，分析了离子液体阳离子上烷烃链的长度对离子液体与DMSO相互作用的影响。