离子液体与对氨基苯酚、对苯二酚的相互作用研究

发布时间：2020-06-12 03:03

【摘要】：酚类化合物是一类重要的化工、医药中间体,在很多领域具有广泛的应用,导致工业废水中含有许多酚类物质,对环境和人体造成不可逆的危害。因此,水中酚类化合物的检测引起了人们的关注。对氨基苯酚盐酸盐(PAH)与对苯二酚(HQ)的分子结构相对简单,且都有电化学活性,因此可用电化学方法来进行检测,而它们与检测过程中所用溶剂或其他物质不可避免的会发生相互作用。离子液体是一种新型的优良溶剂,具有独特的物化性质,在催化、萃取、分离、吸附及电化学领域应用广泛。离子液体常被用于制作各种修饰电极或电化学传感器来检测水中PAH(HQ)的含量;同时在这两种酚类物质的其他研究中(如吸附、萃取、分离领域等),离子液体也可作为传统有机溶剂的替代品。离子液体与上述两种酚类物质间能够发生相互作用是其得以应用的基础,同时,相互作用的存在还会影响离子液体及酚类物质的性能。因此,研究离子液体与PAH、HQ在水溶液中的相互作用,不仅可为水中酚类化合物的检测、萃取、吸附提供一定的帮助,还可基于溶剂-溶质作用,提升离子液体的萃取性能。本文中,对于三个混合体系(PAH-水、PAH-咪唑类离子液体-水、HQ-咪唑类离子液体-水)的相互作用进行了详细研究。具体的研究内容如下:1、使用紫外-可见吸收光谱、循环伏安法及核磁共振氢谱,探讨了PAH-H_2O混合体系的相互作用。结果发现:在该体系中,PAH中的-OH、-NH_3~+与水分子间存在氢键,导致PAH的电化学氧化反应难以进行;且PAH的紫外吸收光谱发生蓝移。密度泛函理论、原子中的分子理论和自然键轨道分析结果也表明该体系中存在氢键作用,与实验结果一致。此外,核磁共振结果还表明:在PAH浓度较大时,体系中还存在PAH苯环之间的π-π堆积作用。2、使用核磁共振氢谱、循环伏安法,研究了PAH-咪唑类离子液体-水混合体系的相互作用。实验结果表明:PAH与离子液体存在π-π堆积作用,该作用的存在提高了PAH中苯环上羟基的电化学活性,使其更易被氧化。此外,离子液体阴、阳离子的结构也会影响PAH与离子液体的相互作用。3、基于HQ与水的相互作用研究,使用核磁共振氢谱、循环伏安法,研究了HQ-咪唑类离子液体-水混合体系的相互作用。根据循环伏安结果和核磁共振氢谱,发现若离子液体浓度大于HQ浓度,二者之间的作用类型以π-π堆积为主;若离子液体浓度小于HQ浓度,二者之间的作用类型以氢键为主。量子化学计算也进一步证实了该混合体系中存在氢键和π-π堆积两种作用方式。此外,离子液体中阴、阳离子的结构对二者的相互作用也有不同程度的影响。
【图文】：

对氨基苯酚,结构式,对苯二酚,分子式

我国工业发展势头强劲，取得了令人瞩目的成就，但随之也出现了前，空气、土壤、水源等均受到不同程度的污染。尤其是水源，污染水（含有农药、重金属离子及酚类物质）的大量排放，其中，酚类化污染源[1]。酚类化合物是一类重要的有机中间体，在医药、涂料、橡冶炼等领域应用广泛，导致大量的酚类物质被排放到水中[2]。水资源存的基础，而含酚废水的大量排放，会引起水体的污染，严重危害生，甚至有致癌、致畸与致基因突变的风险[3]。研究表明：动物体摄取致死亡[4,5]。因此，对水体中酚类物质的检测、转化、降解等研究的重文以结构较为简单的对氨基苯酚盐酸盐和对苯二酚为主体，研究其与体的相互作用，可以为水中复杂酚类化合物的检测、去除等提供理论对氨基苯酚/对苯二酚/离子液体简介

优化结构,复合物

反应受到了抑制。根据 CV 和紫外-可见吸收光谱的结果，结合 PAH 的分子结学机理，我们认为：PAH 中的-OH 和-NH3+的氢原子与 H2O 的氧原子之间形成氢键的形成有效地保护了-OH 和-NH3+，使它们难以提供质子，即 PAH 难以发氧化和还原。2.2.3 量子化学计算众所周知，在水溶液中，PAH 以 PAH+和 Cl-的形式存在。为了验证 PAH 和 H键的形成，在气相计算的基础上，我们对 PAH+和 Cl-分别与 H2O 的作用进行了溶液）的 DFT 计算，所得到的 PAH+-H2O，Cl--H2O 稳定复合物构型如图 2-3-H2O 复合物的相关结构参数见表 2-1。通常，H 和 O 的的距离小于二者的范德华原子半径之和（2.72 ），并且 O的夹角大于 90°，认为 H 和 O 之间存在氢键。同理，对于 H 和 F 原子，，二者于 2.67 ，也可认为二者之间存在氢键[24]。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;O657

【参考文献】