磺酸功能化离子液体酸性与结构的关系研究

发布时间：2017-12-08 23:05

  本文关键词：磺酸功能化离子液体酸性与结构的关系研究

  更多相关文章： 离子液体 酸强度 氢键 电荷分析 碳链增长 构效关系

【摘要】：随着酸性离子液体研究的深入,磺酸功能化硫酸氢盐离子液体被更多的应用于有机合成和催化反应中,逐渐取代了传统无机酸催化剂,其中酸强度与催化性能有着直接的联系,本文旨在研究磺酸功能化硫酸氢盐离子液体分子内部的结构与酸强度之间存在的联系,结合实验验证总结出酸性增强的一般性规律。为酸性离子液体构效关系研究提供一定的理论基础,指导酸性离子液体合成和酸强度调变,提高酸性离子液体的催化性能。采用咪唑类、吡啶类、季铵盐类三类磺酸功能化丙基与丁基的6种硫酸氢盐作为研究对象,通过酸碱滴定、紫外光谱、核磁等手段对其结构、酸量、以及酸强度等指标进行了表征。在密度泛函理论下,选用6-311++G(d,p)基组对离子液体的两性离子、阳离子、整体结构进行了结构最优化和频率分析,并对相互作用能、氢键和电荷分布进行分析。结果表明氢键在构型稳定中起着重要的作用,氢键的增加有利于体系能量的降低,增加构型的稳定性。离子液体最稳定构型是阴离子与功能化的磺酸基团发生相互作用,以两性离子与H_2SO_4以氢键的相互作用形式存在,会形成两条O-H…O键。对三类磺酸化硫酸氢盐类离子液体稳定结构内部氢键以及电荷分布的研究表明:由于咪唑环与吡啶环的吸电子效应导致咪唑环上的7H和吡啶环上的8H带有较多的正电荷利于解离而具有酸性,使体系酸性增强,同时咪唑类中硫酸氢根中形成O-H键的氧原子能与咪唑环碳上氢原子形成氢键,增加硫酸氢根的电负性使体系的酸性增强,酸强度咪唑类吡啶类季铵盐类。随着碳链增长咪唑环和吡啶环吸电子的作用削弱会导致环上氢以及磺酸基团上氢的电荷量减少,硫酸氢根的电负性减弱,不利于氢的解离,酸性减弱,磺酸化基团和硫酸氢根上O-H…O键长缩短,键能增加,也不利于氢的解离,也会使体系酸性减弱。这与酸强度测定的结论[C_3SO_3HMIM]HSO_4[C4SO3H MIM]HSO_4[C_3SO_3HPy]HSO_4[C4SO3HPy]HSO_4[C_3SO_3HTMA]HSO_4[C4SO3HMA]H SO4相吻合。研究的结果,通过碳链缩短、破坏内部氢键结构、诱导电荷转移等可提高酸性离子液体的酸强度,这为离子液体的酸性增强提供了一定理论基础,为酸性离子液体催化剂筛选提供了参考。
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O645.1

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本文编号：1268160