摘 要

纤维素被认为是地球上储量最大的有机化合物，若能深入研究运用，则对目前稀缺的资源提供了一个新的方向，纤维二糖是它的最小二聚体，在DFT计算中，纤维二糖就代表了它。

本文应用运用量子化学密度泛函理论中的B3LYP 6-31G方法，采用(d，p)基组分别模拟了3-甲基-1-乙氧羰基甲基咪唑氯盐（EtmimCl）、3-甲基-1-乙氧羰基甲基咪唑乙酸盐（EtmimAc）等六个咪唑离子液体，纤维二糖，纤维二糖-EtmimCl，纤维二糖-3-甲基-1-甲氧羰基甲基咪唑氯盐，纤维二糖-3-甲基-1-羟乙氧羰基甲基咪唑氯盐，纤维二糖-EtmimAc，纤维二糖-3-甲基-1-甲氧羰基甲基咪唑乙酸盐，纤维二糖-3-甲基-1-羟乙氧羰基甲基咪唑乙酸盐进行构型的优化，频率分析，能量分布和氢键类型分析等。发现纤维二糖-咪唑类离子液体体系中存在氢键，阴离子为Cl^-的咪唑盐离子液体与纤维二糖相互作用时主要生成C-H---O、O-H---O、C-H---Cl、O-H----Cl这四种类型，阴离子为CH₃COO^-的咪唑盐离子液体与纤维二糖相互作用时主要生成C-H---O、O-H---O这两种类型。结果表明纤维二糖与咪唑类离子液体存在强烈的分子间作用力。

关键词：咪唑类离子液体 纤维二糖 密度泛函理论 分子模拟

Molecular Simulation Study on the Interaction of Cellulose with Molecular Etmim Cl of Ionic Liquid

Abstract

Cellulose,as one of the most abundant natural organic matter in the world and,can provid a new direction for the current use of energy if we can fully take advantage of it.Cellobiose is the smallest dimer of cellulose. In the DFT calculation, cellobiose is considered a symbol of cellulose.

In this paper, by using the quantum chemistry density functional theory B3LYP 6-31G method,using (d,p) basis set respectively to simulate the effects of six imidazoles acetate ionic liquids,including 3-methyl-1-ethoxy carbonyl methyl imidazolium chloride salt(EtmimCl),3-methyl-1-ethoxy carbonyl methyl imidazolium acetate salt (EtmimAc) etc, cellobiose, the system of cellobiose- the imidazole ionic liquid optimized for configuration, frequency analysis,total energy and the analysis of hydrogen bond type. It was found that there was hydrogen bond in cellobiose-3-methyl-1-methoxy carbonyl methyl imidazolium chloride salt, cellobiose-EtmimCl, cellobiose-3-methyl-1-hydroxy ethoxy carbonyl methyl imidazolium chloride salt, cellobiose-3-methyl-1-methoxy carbonyl methyl imidazolium acetate salt, cellobiose-EtmimAc, cellobiose-3-methyl-1-hydroxy ethoxy carbonyl methyl imidazolium acetate salt. the anions Cl- of the imidazolium ion with anions are the main forms of C-H---O, O-H---O, C-H---Cl, O-H---Cl, the anions CH3COO- of imidazole salt ionic liquid and cellobiose interaction mainly produce two types of C-H---O, O-H---O ,indicating that there was a strong inter molecular force between the cellobiose and the imidazole ionic liquid.

Key words: Ionic liquid ;Cellobiose;Density functional theory;Molecular simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1纤维素的简介 1

1.1.1纤维素的来源和结构 1

1.1.2纤维素的物质性质 1

1.1.3纤维二糖 1

1.2离子液体的简介 1

1.2.1离子液体的组成和分类 1

1.2.2离子液体的发展及性质 3

1.2.3离子液体的合成 3

1.2.4离子液体的应用 4

1.2.5纤维素在离子液体中的溶解 6

1.3分子模拟概述 8

1.3.1分子动力学模拟法 8

1.3.2量子化学法 9

1.3.3密度泛函理论 9

1.4本论文思路 9

第二章 离子液体的构型优化 11

2.1 引言 11

2.2 研究方法 11

2.3 咪唑类离子液体的构型优化 11

2.3.1离子液体构型的优化 11

2.3.2振动模态分析与构型能量分析 15

2.3.3总能量分布 16

2.3.4 离子液体间形成的氢键分析 18

2.4 本章小结 19

第三章 纤维二糖与离子液体的相互作用 20

3.1引言 20

3.2 研究方法 20

3.3 纤维二糖和咪唑类离子液体的相互作用 20

3.3.1 纤维二糖构型的优化 20

3.3.2 壳二糖与离子液体的相互作用 21

3.3.3 振动模态分析与稳态能量大小 26

3.3.4能量分布图 27

3.3.5 纤维二糖与离子液体间形成的氢键分析 29

3.4 本章小结 31

第四章 结论和展望 32

4.1 结论 32

4.2 展望 32

参考文献 34

致谢 36

第一章 文献综述

1.1纤维素的简介

1.1.1纤维素的来源和结构

纤维素不溶于一般有机物和水^[1]，存在于植物细胞壁中。纤维素的分子式是(C₆H₁₀O₅)n的大分子多糖，分子量一般范围是50000~2500000，大约是葡萄糖基300~15000倍。

1.1.2纤维素的物质性质

1.溶解性

因其结晶度很高，而且分子内部有很多氢键，所以它比较稳定^[2]，纤维素在室温状态下难以被水、有机物和稀碱溶液分解。

2.纤维素的氧化

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