摘 要

目前我国在制革过程中对原材料的利用率低下，其中主要含量的胶原蛋白未得到有效的利用，从原材料中提取胶原蛋白时，通常会伴随着极多的废弃液体。近几年学术界开始利用离子液体对胶原蛋白进行提取，并从不同方面获得进展。ILs符合绿色化学原则，可重复利用，对许多高分子材料以及有机分子有着很好的溶解作用。但是对于胶原蛋白的溶解效果并不是很好，常温的情况下最高才能达到8%的溶解度。

为解决该问题，可以通过添加尿素来对离子液体和胶原蛋白进行改性，使其在作用于胶原蛋白时能产生更好的效果。

本课题研究离子液体[Amim]Cl-Urea二元体系的物性参数；研究明胶-[Amim]Cl-Urea的溶液性质，从宏观角度阐述[Amim]Cl与明胶的分子作用机理；同时运用Gaussian分子模拟软件阐明明胶与[Amim]Cl-Urea分子作用机理。

结果表明离子液体中阳离子基团[Amim] 和阴离子Cl^-在Urea中产生新的氢键，增加了[Amim] Cl和尿素之间的氢键长度和数量。因此影响体系（[Amim] Cl-Urea）的溶解度，提高了明胶的溶解度。

关键词：离子液体 溶解性能 胶原蛋白 分子模拟

Study on Carboxylate Ionic Liquid-Urea Binary System

ABSTRACT

At present, the utilization of raw materials in the process of tanning is low in China, and the main content of collagen has not been effectively utilized. When collagen is extracted from raw materials, it is usually accompanied by a large amount of waste liquid. In recent years, academia has begun to use ionic liquids to extract collagen and make progress in various aspects. ILs comply with the principles of green chemistry, can be reused, and have a good dissolution effect on many polymer materials and organic molecules. However, the effect of dissolving collagen is not very good, and it can reach a maximum solubility of 8% at room temperature.

In order to solve this problem, the subject has modified the ionic liquid and collagen by adding urea so that it can produce better effects when it is applied to collagen.

To solve this problem, the ionic liquid and collagen can be modified by adding urea, so that it can have better effect on collagen.

In this paper, the physical parameters of the dual system of ionic liquid [Amim]Cl-Urea are studied. The solution properties of gelati-[Amim]Cl-Urea were studied. Meanwhile, Gaussian molecular simulation software was used to elucidate the mechanism of action between gelatin and [Amim]Cl-Urea.

The results show that in the ionic liquid, the cationic groups [Amim] and the anionic Cl^- generate new hydrogen bonds in Urea, increasing the length and number of hydrogen bonds between [Amim] Cl and Urea. Therefore, the solubility of the system ([Amim]Cl-Urea) is affected, and the solubility of gelatin is improved.

Keywords: ionic liquid ; dissolution ; collagen ; molecular simulation

目录

摘要………………………………………………………………………………………………I

Abstract…………………………………………………………………………………………II

第一章 文献综述 ……………………………………………………………………………1

1.1 离子液体 ………………………………………………………………………………1

1.1.1离子液体概述……………………………………………………………………1

1.1.2离子液体的合成…………………………………………………………………1

1.1.3离子液体的应用…………………………………………………………………2

1.2 胶原蛋白 ………………………………………………………………………………4

1.2.1胶原蛋白的结构及理化性质……………………………………………………4

1.2.2胶原蛋白的溶解…………………………………………………………………4

1.3尿素概述…………………………………………………………………………………5

1.3.1尿素和蛋白质的相互作用………………………………………………………6

1.4分子模拟…………………………………………………………………………………6

1.5本文目的及思路思路……………………………………………………………………6

第二章 实验部分 ……………………………………………………………………………8

2.1化学试剂及仪器…………………………………………………………………………8

2.2[Amim] Cl-尿素二元体系的制备………………………………………………………8

2.3 [Amim] Cl和[Amim] Cl-Urea的理化性能……………………………………………9

2.3.1密度测量…………………………………………………………………………9

2.3.2电导率测定………………………………………………………………………9

2.3.3表面张力的测定 ………………………………………………………………10

2.4明胶在[Amim] Cl和[Amim] Cl-Urea中的溶解 ……………………………………10

2.5计算方法 ………………………………………………………………………………10

第三章 实验结果与讨论 …………………………………………………………………11

3.1尿素在[Amim]Cl中的溶解性能………………………………………………………11

3.1.1不同尿素重量分数的二元体系溶液配比 ……………………………………11

3.1.2[Amim]Cl-Urea的密度…………………………………………………………12

3.1.3[Amim]Cl-Urea的电导率………………………………………………………13

3.1.4[Amim]Cl-Urea的表面张力……………………………………………………14

3.2尿素含量对1HNMR和13CNMR光谱的影响……………………………………………14

3.3溶解机理 ………………………………………………………………………………19

第四章 结论与展望…………………………………………………………………………24

参考文献………………………………………………………………………………………25

致谢 ……………………………………………………………………………………………27

第一章 文献综述

离子液体会引起球状蛋白质构象变化，改变球状蛋白质构象稳定性、结构、功能，导致球状蛋白质可逆变性，比如人血清蛋白（Human Serum Albumin）、溶菌酶(Lysozyme)等。近年来，不断有研究者对胶原蛋白能否在离子液体中溶解以及溶解后的溶液性能进行探索，研究结果显示，胶原蛋白能够在AmimCl等常规的离子液体中较好的溶解，但是其溶解条件相对苛刻，往往需要较高的溶解温度，然而溶解度不容乐观。在80-140℃的溶解温度下，其溶解度低于8%。

1.1离子液体

1.1.1离子液体概述

离子液体的熔点低于100℃，是以液体形式存在的室温熔融盐。离子液体呈现液态是由于其阴阳离子体积相差较大，造成二者之间的静电吸引力较小，室温下，离子可以自由移动^[1]。

离子液体凭借热稳定性良好、粘度适宜、溶解能力较强^[2]等优点，被认为是一类极具应用前景的绿色溶剂，应用广泛。

1.1.2离子液体的合成

1.1.2.1一步法

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