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摘 要

壳聚糖是以甲壳素为原料、经过提炼得到的，属于天然高分子多糖，人体能吸收。它既不溶于水，也不溶于有机溶剂，但可溶于一些有机酸溶液。因其拥有很多优良特性，所以在众多领域中有着广泛的前景。但其溶解的选择性，导致其应用有限。

本论文以1-甲基咪唑、氯乙酸酯、正辛基磺酸钠、正癸烷磺酸钠等为原料，合成系列含磺酸根阴离子表面活性离子液体[Etmim][C₈H₁₇SO₃]和[Etmim][C₁₀H₂₁SO₃]。采用Gaussian 09W软件优化表面活性离子液体[Etmim][C8H17SO3]和[Etmim][C₁₀H₂₁SO₃]的最优构型。壳二糖是壳聚糖的最小二聚体。以壳二糖为对象，采用Gaussian09W软件优化壳二糖与磺酸根阴离子表面活性离子液体[Etmim][C₈H₁₇SO₃]和[Etmim][C₁₀H₂₁SO₃]的相互作用，阐明[Etmim][C₈H₁₇SO₃]、[Etmim][C₁₀H₂₁SO₃]与壳聚糖的分子作用机理。本项目将为新型表面活性离子液体的结构设计，为壳聚糖基生物材料的制备奠定理论与实践基础。

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关键词：表面活性离子液体 壳聚糖 分子模拟 正辛基磺酸钠 正癸烷磺酸钠

Interaction mechanism of chitosan-surface active ionic liquid MEDD molecule

Abstract

.Chitosan is extracted from chitin as raw material. It belongs to natural polymer polysaccharides and can be absorbed by human body. It is neither soluble in water nor soluble in organic solvents, but soluble in some organic acids. Because of its many excellent characteristics, it has broad prospects in many fields. But the selectivity of its dissolution leads to its limited application.

In this paper, 1- methyl imidazole, chloroacetate, sodium n-octyl sulfonic acid, sodium n-octane sulfonic acid, etc. were used as raw materials to synthesize a series of sulfonic acid radical anionic surface active ionic liquids [Etmim][C₈H₁₇SO₃] and [Etmim][C₁₀H₂₁SO₃]. The best configuration of surface active ionic liquids [Etmim][C₈H₁₇SO₃] and [Etmim][C₁₀H₂₁SO₃] was optimized by Gaussian 09W software. The two sugar is the smallest two polymer of chitosan. The interaction between shell two sugar and sulfonic acid root anionic surface active ionic liquid [Etmim][C₈H₁₇SO₃] and [Etmim][C₁₀H₂₁SO₃] was optimized by Gaussian09W software, and the mechanism of molecular action of [Etmim][C₈H₁₇SO₃], [Etmim][C₁₀H₂₁SO₃] and chitosan was clarified. This project will provide a theoretical and practical basis for the preparation of chitosan based biomaterials for the structural design of new surface active ionic liquids.

Key words: surface active ionic liquids; chitosan; molecular simulation; sodium octane sulfonate and sodium octane sulfonate

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1 选题背景 1

1.2 离子液体（以下用ILs代替） 1

1.2.1 ILs的分类 1

1.2.2 ILs的应用 1

1.2.3 ILs的制备 1

1.2.4 ILs的合成方法 2

1.3 表面活性离子液体（以下用SAILs代替）的相关研究 2

1.3.1 SAILs的种类 2

1.3.2 SAILs的合成 2

1.3.3 SAILs的应用 3

1.3.4 SAILs的性能 4

1.4 壳聚糖 5

1.4.1 壳聚糖概述 5

1.4.2 壳聚糖（Chitosan）的制备 5

1.4.3 壳聚糖（Chitosan）的应用 6

1.5 分子模拟 6

1.5.1 分子模拟概述 6

1.5.2 在化工应用中的关键问题 6

1.6 本文思路 8

第二章 SAILs的构型优化 9

2.1 确认SAILs的构型 9

2.1.1 合成乙酸酯氯盐离子液体[Etmim]Cl 9

2.1.2 合成系列含磺酸根阴离子表面活性离子液体MEDD 9

2.2 优化SAILs的构型 9

第三章 壳聚糖与SAILs的分子作用机理 13

3.1 优化壳聚糖构型 13

3.2 优化壳二糖-SAILs组合构型 15

3.2.1 壳二糖-[Etmim][C₈H₁₇SO₃]的组合构型优化图 15

3.2.2 壳二糖-[Etmim][C₁₀H₂₁SO₃]的组合构型优化图 20

第四章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 23

参考文献 25

致谢 27

第一章 前言

1.1 选题背景

ILs是指两种离子组成的液体，这两种ILs是指阴阳离子，阳离子是有机的，而阴离子可以是有机的、也可以是无机的。它们之间具有库仑力，在室温或者室温上下的温度下，ILs是液态的，熔点小于100℃。。因其粘度合适、蒸汽压低、电导率高、催化能力强，因此它的应用非常广阔。

本次研究以1-甲基咪唑、氯乙酸酯、正辛基磺酸钠、正癸烷磺酸钠为原料，合成系列含磺酸根阴离子SAILsMEDD。因壳聚糖分子过于繁杂，所以用壳二糖代替，运用高斯Gaussian 09W 软件优化MEDD和壳二糖的结构，研究壳二糖和MEDD的相互作用。

1.2 离子液体（以下用ILs代替）

1.2.1 ILs的分类

因为阴离子、阳离子的种类非常的多，所以可选择性也很高，因此ILs的种类数量也就呈现一种上升的趋势。由于有机阳离子的不同主要可分为咪唑盐、吡啶盐、季铵盐、季磷盐四类，不过以阳离子为代表的ILs不只有这四类，还有胍盐、硫盐类ILs。由于阴离子的不同主要分为单核和多核阴离子，单核阴离子多是呈中性和碱性，由其组成的ILs对水和空气不敏感，可在水或空气中保持稳定的状态，如、Br−、BF₄−、PF₆−、CH₃CO₂−、CH₃SO₃−、OH−等；多核阴离子则恰恰相反，它不能在水或空气中稳定，研究环境需要选择真空或者充斥着惰性气体的环境。

1.2.2 ILs的应用

因为ILs具有很多特性，在化工研究中非常有用，所以它被广泛运用，比如因其不易挥发的性质被运用为非挥发、不易燃溶剂；因其在低温下能保持液体状态、仍具有流动性、添加磷酸甲苯后可形成摩擦膜等特性制作成润滑剂；因其可以溶解纤维素的特性，所以它在可再生能源的研究中起着无足轻重的作用。

1.2.3 ILs的制备

离子有这么多作用，所以如何得到ILs成为现在的重心，硝酸乙基铵是是在室温环境下得到的最早的ILs，合成它非常容易，将弄硝酸与乙胺混合，如何通过蒸馏的方法除去液体中的水，最后就能得到我们想要的纯的硝酸乙基铵ILs了，虽然这种原始的制备方法存在很多的弊端，但是它却一直沿用到现在，为了克服这种方法存在的问题，各种新型ILs的制备方法层出不穷。

1.2.4 ILs的合成方法

1.常规合成方法

有数百种，不过最常规的只有两种，一种是一步合成法、另一种是两步合成法，根据想要合成的离子结构和组成，决定合成该ILs的方法。

2.新型合成方法

ILs的很多常规制备方法都需要很多有机溶剂，作为反应介质、或者用于洗涤和纯化，因此导致得出产物率偏低，这样就违背了绿色化学的宗旨，并且回流时耗费太长时间。20世纪30年代，出现了微波、超波等新型离子合成方法，使高效、经济、环保的ILs制备方法成为可能。

1.3 表面活性离子液体（以下用SAILs代替）的相关研究

1.3.1 SAILs的种类

1.按阳离子的种类分类

SAILs由于阳离子的不同，可分为咪唑、吡啶、季铵阳离子。

2.按阴离子的种类分类

表1-1 阴离子种类

1.3.2 SAILs的合成

1.单核阳离子SAILs的合成

（1）直接合成法

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