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摘 要

壳聚糖具有无毒、生物官能性、微生物降解性等优良的物化性质，使壳聚糖在各行各业都备受关注，壳二糖是壳聚糖的最小二聚体，在DFT计算中，壳二糖被认为是壳聚糖的象征。

本文应用量子化学密度泛函理论DFT中的B3LYP（d，p）基组，对3-甲基-1-乙氧羰基甲基咪唑乙酸盐离子液体（EtmimAc）、壳二糖、壳二糖-EtmimAc、壳二糖-尿素和尿素-EtmimAc体系进行构型的优化，频率分析和自然键轨道分析（NBO）等。发现在壳二糖-EtmimAc中存在氢键N40-H42­­­O20,表明壳聚糖和EtmimAc之间存在强烈的分子间作用力；在壳二糖-尿素中存在N50-H51---O34和O14-H15---O49两种氢键的作用，同时由于尿素的加入毁坏了壳二糖分子内固有的氢键，形成了一个新的氢键O34-H35---O14；在尿素-EtmimAc中存在N38-H40---O31和N35-H37---O32两种氢键的作用。

关键词：离子液体 壳二糖 密度泛函理论 自然键轨道分析

Molecular simulation of interaction between chitosan and EtmimAc-Urea

Abstract

Chitosan has attracted much attention in all walks of life, because of the chitosan is non-toxic, biological functions, microbial degradation and other excellent physical and chemical properties. Chitobiose is the smallest dimer of chitosan. And it is considered to symbolize chitosan during the DFT calculations.

In this work, 3 - methyl - 1 - ethoxy carbonyl methyl imidazole acetate（EtmimAc），chitobiose，chitobiose- EtmimAc，chitobiose-urea and urea- EtmimAc was investigated by density functional theory B3LYP（d，p）. Through configuration optimization, frequency analysis and the analysis of natural bonding orbital (NBO) found in chitobiose - EtmimAc exists hydrogen bond N40-H42­­­O20,which means the existence of strong interaction between chitobiose and EtmimAc. Between chitobiose and urea exists N50-H51---O34 and O14-H15---O49 two hydrogen bonds, at the same time because of the addition of urea destroyed molecular chitobiose inherent in the hydrogen bond, has created a new hydrogen bond O34-H35---O14. In urea-EtmimAc system exists N38-H40---O31 and N35-H37---O322 two hydrogen bonds.

Key Words: Ionic liquid；Chitobiose；Density functional theory；Natural bond orbital analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 离子液体概述 1

1.2 离子液体的优点 1

1.3 离子液体的种类 1

1.4 离子液体的合成 2

1.4.1 两步法 2

1.4.2 一步法 2

1.5 离子液体的应用 2

1.5.1离子液体在有机合成中的应用 2

1.5.2 离子液体在催化反应中的应用 3

1.5.3 离子液体在电化学中的应用 3

1.5.4 离子液体在分离领域的应用 3

1.6 壳聚糖简介 3

1.6.1 壳聚糖来源及结构 3

1.6.2 壳聚糖的应用 4

1.6.3 壳聚糖的溶解 4

1.7 分子模拟概述 4

1.8 量子化学模拟 4

1.8.1 量子化学计算的原理 4

1.8.2密度泛函理论（Density Functional Theory） 5

1.9 分子动力学模拟 5

1.9.1 分子动力学模拟简介 5

1.9.2 分子力场 5

1.10 本论文思路 7

第二章 离子液体EtmimAc的构型优化

2.1 引言 8

2.2 研究方法 8

2.3 离子液体的构型优化 8

2.3.1阴、阳离子构型的优化 8

2.3.2离子液体构型的优化 9

2.3.3 振动模态分析 11

2.3.4 自然成键轨道NBO分析 12

第三章 壳二糖与离子液体EtmimAc的相互作用 14

3.1 引言 14

3.2 研究方法 14

3.3 壳二糖和EtmimAc的相互作用 14

3.3.1 壳二糖构型的优化 14

3.3.2 壳二糖与EtmimAc的相互作用 15

3.3.3 振动模态分析 17

3.3.4 自然成键轨道NBO分析 17

3.4 本章小结 18

第四章 尿素-壳二糖和尿素-EtmimAc体系

4.1 引言 19

4.2 尿素-壳二糖体系 19

4.2.1 尿素-壳二糖构型优化 19

4.2.2 振动模态分析 20

4.2.3 自然轨道NBO分析 21

4.3 尿素-EtmimAc体系 21

4.4 本章小结 22

第五章 结论和展望

5.1 结论 23

5.2 展望 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 文献综述

1.1 离子液体概述

离子液体,也称为室温离子液体,通常指在－30～50℃下呈液态的由阳离子与阴离子所构成的物质。早在1914年, Walden发现了一个在室温下呈液体的有机盐类硝酸乙基胺，它的性质不稳定，易爆炸，当时并未引起学者的关注。直到20世纪50年代, F.H.Hurley 和 T.P.Wier 将N-甲基吡啶加入到AlCl3中,发现:两个固体混合物自发地形成了澄清透明的液体,这个无意的发现成就了当今所说的第一个离子液体。随后陆续合成出一系列高温的，低温的卤盐离子液体,这些有机离子盐有一个共同的缺点：遇水时反应生成具腐蚀性的盐酸。因此，学者们一向试图合成制备一种稳定的离子液体。直到1992年,Wilkes的研究小组合成了性质稳定的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。此后，离子液体的研究才得以迅速发展^[1]。

1.2 离子液体的优点

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