组氨酸、色氨酸插层水滑石-蒙脱石复合物的结构模拟与相互作用研究
发布时间：2021-01-01 02:09
无机功能材料因为其特殊的结构和性质受到各界广泛的关注。无机复合物插层材料是由不同的无机层板及层间客体层层堆积结合形成的独特的层状材料,层间客体具有多样性,因此插层复合物成为很多分子的有效载体。本文围绕水滑石（LDHs）和蒙脱石（MMT）两种层状材料交互插层,层间客体选用两性离子组氨酸和色氨酸,分别构建了组氨酸和色氨酸插层水滑石-蒙脱石复合物结构模型（His-LDHs-MMT,Trp-LDHs-MMT）,利用量子化学方法研究了复合物的结构稳定性以及客体氨基酸与主体层板之间的相互作用。首先根据水滑石和蒙脱石结构组成的实验数据,用计算化学软件Material Studio 8.0 构建了 His-LDHs-MMT 和 Trp-LDHs-MMT 两种复合物的结构模型。基于量子化学的密度泛函理论,用DMO13模块的GGA/PW91的DND基组全优化了复合物空间结构,比较了不同复合物的系统能量,分别得到了三种His-LDHs-MMT和两种Trp-LDHs-MMT的稳定构型。分析计算结果确定了组氨酸或色氨酸是主要以平躺的形式结合在水滑石和蒙脱石层板之间,与层板存在一定的氢键和静电相互作用。同时,对两...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ｚｎ／Ａｌ水滑石及其层板结构??
蒙脱石（ＭｏｎｔｍｏｒｉＵｏｎｉｔｅ，ＭＭＴ）作为重要的黏土矿物，还是一种颗粒极细的含水??铝硅酸盐的层状矿物材料。ＭＭＴ层板是由中间的Ａ１－０八面体和上下两层的Ｓｉ－Ｏ四??面体组成［６４＿６８１，其结构类似三明治，如图１－２所示。在蒙脱石层板中的铝氧八面体的??一个铝被二价金属镁离子所取代，层板会带有一个负电荷，所以需要层间阳离子来中??和其电性，因此蒙脱石又属于典型的阳离子插层材料。蒙脱石材料的层间间距很大，??可调性高，有很好的离子交换性能。根据蒙脱石的这种特性可以在层间插入许多的阳??离子、有机小分子、有机聚合物等。蒙脱石层间除了插层阳离子，还有大量的水分子，??这些水分子大部分是层间游离的水，而一部分是通过弱相互作用结合在ＭＭＴ层板之??间，与层间正电子基团络合形成水合物。??ｍ：?；?ｇ?＾?§??▲?丨、?零ｉ』Ｌ?＾??？?？?ｉ?＇？?？?４＾??图１－２常见的蒙脱石层板结构图??Ｆｉｇｕｒｅｌ－２?Ｔｈｅ?ｃｏｍｍｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＭＭＴ?ｌａｍｅｌｌａ??１．３．１蒙脱石插层材料制备??蒙脱石层板的性质有利于制备各种蒙脱石插层材料，由于蒙脱石层间距大，有很??多长链的有机阳离子或无机聚合物阳离子均能容易地插层在蒙脱石层板之间。利用离??子交换方法可得到蒙脱石改性材料
３．２组氨酸插层水滑石－蒙脱石（Ｈｉｓ－ＬＤＨｓ－ＭＭＴ）复合物结构分析??本文构建了?Ｈｉｓ－ＬＤＨｓ－ＭＭＴ模型，并对其结构进行了模拟，利用量子化学方法，??优化得到了三种可能的Ｈｉｓ－ＬＤＨｓ－ＭＭＴ构型（Ｍｌ、Ｍ２、Ｍ３），如图３－１所示；晶胞参??数和能量如表３－１所示。通过对复合物结构Ｍｌ、Ｍ２、Ｍ３的结构中的键长分析得到??以下结果：蒙脱石层板中Ｓｉ－０键长约为１．６０－１．６５ｎｍ，Ａ１－０键长为１．９７ｎｍ左右，而??Ｍｇ－０键长则为２．０７ｎｍ；水滑石层板中的Ｚｎ－０键长为２．１１ｎｍ，Ａ１－０键长则为１．８９ｎｍ，??与复合插层前ＭＭＴ和ＬＤＨｓ层板的键长参数没有明显变化；有相互作用的客体与主??体的Ｈ－０或Ｈ－Ｎ距离在１．７－２．５ｎｍ之间，属于氢键范畴。复合物中主客体之间的结合??方式是以组氨酸的羧基氧与ＬＤＨｓ层板的氢结合；组氨酸的氨基氢原子与ＭＭＴ的氧??结合，且组氨酸羧基与ＬＤＨｓ的均为Ａ１－０－Ｈ的位点结合，组氨酸的氨基正离子吸附??在ＭＭＴ的Ｍｇ离子附近，也证明了羧基阴离子与ＬＤＨｓ正电荷中心结合；氨基正离??子与ＭＭＴ的负电中心结合，中和了彼此的电性。??通过这三种构型能够看到组氨酸在层间的排布方式：在Ｍｌ、Ｍ２两种构型中，组??氨酸是以近乎平躺的形式插层在水滑石蒙脱石层间
本文编号：2950748
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ｚｎ／Ａｌ水滑石及其层板结构??
蒙脱石（ＭｏｎｔｍｏｒｉＵｏｎｉｔｅ，ＭＭＴ）作为重要的黏土矿物，还是一种颗粒极细的含水??铝硅酸盐的层状矿物材料。ＭＭＴ层板是由中间的Ａ１－０八面体和上下两层的Ｓｉ－Ｏ四??面体组成［６４＿６８１，其结构类似三明治，如图１－２所示。在蒙脱石层板中的铝氧八面体的??一个铝被二价金属镁离子所取代，层板会带有一个负电荷，所以需要层间阳离子来中??和其电性，因此蒙脱石又属于典型的阳离子插层材料。蒙脱石材料的层间间距很大，??可调性高，有很好的离子交换性能。根据蒙脱石的这种特性可以在层间插入许多的阳??离子、有机小分子、有机聚合物等。蒙脱石层间除了插层阳离子，还有大量的水分子，??这些水分子大部分是层间游离的水，而一部分是通过弱相互作用结合在ＭＭＴ层板之??间，与层间正电子基团络合形成水合物。??ｍ：?；?ｇ?＾?§??▲?丨、?零ｉ』Ｌ?＾??？?？?ｉ?＇？?？?４＾??图１－２常见的蒙脱石层板结构图??Ｆｉｇｕｒｅｌ－２?Ｔｈｅ?ｃｏｍｍｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＭＭＴ?ｌａｍｅｌｌａ??１．３．１蒙脱石插层材料制备??蒙脱石层板的性质有利于制备各种蒙脱石插层材料，由于蒙脱石层间距大，有很??多长链的有机阳离子或无机聚合物阳离子均能容易地插层在蒙脱石层板之间。利用离??子交换方法可得到蒙脱石改性材料
３．２组氨酸插层水滑石－蒙脱石（Ｈｉｓ－ＬＤＨｓ－ＭＭＴ）复合物结构分析??本文构建了?Ｈｉｓ－ＬＤＨｓ－ＭＭＴ模型，并对其结构进行了模拟，利用量子化学方法，??优化得到了三种可能的Ｈｉｓ－ＬＤＨｓ－ＭＭＴ构型（Ｍｌ、Ｍ２、Ｍ３），如图３－１所示；晶胞参??数和能量如表３－１所示。通过对复合物结构Ｍｌ、Ｍ２、Ｍ３的结构中的键长分析得到??以下结果：蒙脱石层板中Ｓｉ－０键长约为１．６０－１．６５ｎｍ，Ａ１－０键长为１．９７ｎｍ左右，而??Ｍｇ－０键长则为２．０７ｎｍ；水滑石层板中的Ｚｎ－０键长为２．１１ｎｍ，Ａ１－０键长则为１．８９ｎｍ，??与复合插层前ＭＭＴ和ＬＤＨｓ层板的键长参数没有明显变化；有相互作用的客体与主??体的Ｈ－０或Ｈ－Ｎ距离在１．７－２．５ｎｍ之间，属于氢键范畴。复合物中主客体之间的结合??方式是以组氨酸的羧基氧与ＬＤＨｓ层板的氢结合；组氨酸的氨基氢原子与ＭＭＴ的氧??结合，且组氨酸羧基与ＬＤＨｓ的均为Ａ１－０－Ｈ的位点结合，组氨酸的氨基正离子吸附??在ＭＭＴ的Ｍｇ离子附近，也证明了羧基阴离子与ＬＤＨｓ正电荷中心结合；氨基正离??子与ＭＭＴ的负电中心结合，中和了彼此的电性。??通过这三种构型能够看到组氨酸在层间的排布方式：在Ｍｌ、Ｍ２两种构型中，组??氨酸是以近乎平躺的形式插层在水滑石蒙脱石层间
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