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离子液体（ionic liquids,ILs）通常是指由阴阳离子构成的熔点低于100℃的离子化合物。其中，阳离子一般为有机物而阴离子可以为无机或有机物。ILs具有独特的物理化学性质，如，低熔点、不易挥发、液态范围与电化学窗口宽、较高的热稳定性、良好的导电性和透光性等。尤其，近年来以天然氨基酸及其衍生物为起始原料合成的氨基酸离子液体（amino acid ionic liquid，AA–ILs），引起了研究者们的广泛关注。本研究通过实验研究和理论计算，对所合成的异辛基乙二胺-酰基丙氨酸型氨基酸类质子化离子液体（amino acid protic ionic liquid，AA–PILs）进行了物理化学性质的测定，如密度、粘度、电导率等。并研究了其分子间，及其与水分子间的氢键相互作用的研究。同时，为了探索其应用方面的研究，用异辛基乙二胺-辛酰基丙氨酸型AA-PIL/水两相体系对CO2的吸收进行了研究。并且研究了CuCl2，CoCl2和NiCl2金属盐在DL-[HEtHex][Hexala]中的溶解能力。研究内容主要包括以下四个部分：
1、D、L、DL-[HEtHex][Hexala]的基本物性测定及过渡金属离子的溶解：
基于本课题组前期研究的异辛基乙二胺-己酰基丙氨酸（DL-[HEtHex][Hexala]）型AA-PIL的合成方法，为了研究旋光性对其物性的影响，新合成了D、L-[HEtHex][Hexala]两种AA-PILs。D、L、DL-[HEtHex][Hexala]均易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮、丙醇、正丁醇等极性溶剂，又溶于氯仿、乙醚等非极性溶剂，即具有较适宜的亲水亲油平衡性能。D、L、DL-[HEtHex][Hexala]的热分解温度分别为174.6℃、185.2℃和155.2℃。玻璃化转变温度分别为-35.6℃、-37.2℃和-34.2℃。同时，在303.15?353.15K的温度范围内，研究了D、L、DL-[HEtHex][Hexala]的密度、粘度和电导率。结果显示，随着温度的升高，密度和粘度均减小，电导率增大。且在相同温度下，D、L、DL-[HEtHex][Hexala]的密度、粘度及电导率值无明显差别，例如，308.15K时，密度、粘度及电导率分别约为1.0217±0.0009g·cm-3、1390±90mPa·s、10.1±2.6μS·cm-1。DL-[HEtHex][Hexala]的阳离子和阴离子单元中的螯合环部分（阳离子为乙二胺，阴离子为氨基羧酸基团）有利于溶解过渡金属离子。因此，通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-7000）研究了CuCl2，CoCl2和NiCl2金属盐在DL-[HEtHex][Hexala]中的溶解性。结果显示，Cu2+，Co2+和Ni2+在DL-[HEtHex][Hexala]的浓度分别为74.5、65.2和17.6mmol?kg-1。
2、[HEtHex][Octala]/水两相体系吸收CO2：
利用本课题组前期研究的异辛基乙二胺-辛酰基丙氨酸（[HEtHex][Octala]）型AA-PIL与水（摩尔比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25）的两相体系，研究了其吸收CO2的能力。[HEtHex][Octala]/水体系吸收CO2后其pH值、粘度值均减小，电导率和密度值均增大。此结果说明了[HEtHex][Octala]对CO2具有较好的吸收能力。
3、[HEtHex][Acylala]型AA-PILs的分子间氢键相互作用：
为了更深入地研究分析[HEtHex][Acylala]型AA-PILs的宏观物性与微观结构间的关系，在异辛基乙二胺-己酰基丙氨酸（[HEtHex][Hexala]）型AA-PIL阴阳离子间氢键作用的研究的基础上，利用密度泛函理论M06-2X/6-311G(d,p)方法及基组条件下，对异辛基乙二胺-酰基（=丁酰基、辛酰基、癸酰基及月桂酰基）丙氨酸型质子化离子液体[HEtHex][Acylala]（Acyl=butanoyl,octanoyl,decanoyl,dodecanoyl）阴阳离子间的氢键作用进行了理论研究。通过几何优化得到了其较稳定构型[HEtHex][Acylala]S1-S5，共五种。红外谱图结果显示，阳离子部位中参与氢键的N-H延长值显著，从而引起了N-H振动频率的消失，同时在2202?2986cm-1处出现了较强的O-H键伸缩振动。这表明[HEtHex]与[Acylala]间形成了较强的O-H…N型氢键，即以中性分子与中性分子间的作用力键合。[HEtHex][Acylala]中主要氢键部位临界点的拉普拉斯值均大于0，并且电荷密度值、二阶微扰能及氢键能值分别在0.060～0.084a.u.（＜0.10a.u.）、43.58～57.83kcal?mol-1及17.9～29.8kcal?mol-1范围内，即可以说明，[HEtHex][Acylala]分子间存在较强的氢键相互作用。当阳离子均为异辛基乙二胺，阴离子碳链由丁基增长至月桂基（十二烷基）时，[HEtHex][Acylala]氢键能均在17.9～29.8kcal?mol-1范围内，无明显变化。
4、[HEtHex][Acylala]型AA-PILs与水分子间氢键相互作用
[HEtHex][Butala]及[HEtHex][Hexala]型AA-PILs的亲水性较强，通过实验研究水分含量对[HEtHex][Hexala]的密度、粘度及电导率等物性有较大的影响。因此，研究了[HEtHex][Acylala](Acyl=butanoyl,hexanoyl)与nH2O分子间的氢键作用，探讨了其宏观物性与微观结构之间的关系。首先利用密度泛函理论M06?2X/6?311G(d,p)方法及基组条件下，通过几何优化及分子振动频率的分析，分别得到了其较稳定构型A1-A10及S1-S11，共21种，并且计算了[HEtHex][Acylala]-nH2O分子间的相互作用能（ΔE0BSSE）、分子振动频率（Δν）、二阶微扰能（E(2)）及电子密度.（ρc），结果显示，[HEtHex][Acylala]与水分子间形成较强的N?H···O、O?H···N及O?H···O型氢键。随着[HEtHex][Acylala]与所结合水分子数量的增加，ΔE0BSSE、E(2)及ρc值均随之增大，说明[HEtHex][Acylala]与水分子间氢键相互作用增强，即[HEtHex][Acylala]?nH2O体系中分子间氢键作用强度为[HEtHex][Acylala]-6H2O＞[HEtHex][Acylala]-2H2O＞[HEtHex][Acylala]-H2O。并且[HEtHex][Acylala]与nH2O分子间形成的氢键能（EHB(sum)）均在7.3～83.3kcal?mol-1范围内，属于较强类型氢键作用。
1、D、L、DL-[HEtHex][Hexala]的基本物性测定及过渡金属离子的溶解：
基于本课题组前期研究的异辛基乙二胺-己酰基丙氨酸（DL-[HEtHex][Hexala]）型AA-PIL的合成方法，为了研究旋光性对其物性的影响，新合成了D、L-[HEtHex][Hexala]两种AA-PILs。D、L、DL-[HEtHex][Hexala]均易溶于水、甲醇、乙醇、丙酮、丙醇、正丁醇等极性溶剂，又溶于氯仿、乙醚等非极性溶剂，即具有较适宜的亲水亲油平衡性能。D、L、DL-[HEtHex][Hexala]的热分解温度分别为174.6℃、185.2℃和155.2℃。玻璃化转变温度分别为-35.6℃、-37.2℃和-34.2℃。同时，在303.15?353.15K的温度范围内，研究了D、L、DL-[HEtHex][Hexala]的密度、粘度和电导率。结果显示，随着温度的升高，密度和粘度均减小，电导率增大。且在相同温度下，D、L、DL-[HEtHex][Hexala]的密度、粘度及电导率值无明显差别，例如，308.15K时，密度、粘度及电导率分别约为1.0217±0.0009g·cm-3、1390±90mPa·s、10.1±2.6μS·cm-1。DL-[HEtHex][Hexala]的阳离子和阴离子单元中的螯合环部分（阳离子为乙二胺，阴离子为氨基羧酸基团）有利于溶解过渡金属离子。因此，通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-7000）研究了CuCl2，CoCl2和NiCl2金属盐在DL-[HEtHex][Hexala]中的溶解性。结果显示，Cu2+，Co2+和Ni2+在DL-[HEtHex][Hexala]的浓度分别为74.5、65.2和17.6mmol?kg-1。
2、[HEtHex][Octala]/水两相体系吸收CO2：
利用本课题组前期研究的异辛基乙二胺-辛酰基丙氨酸（[HEtHex][Octala]）型AA-PIL与水（摩尔比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25）的两相体系，研究了其吸收CO2的能力。[HEtHex][Octala]/水体系吸收CO2后其pH值、粘度值均减小，电导率和密度值均增大。此结果说明了[HEtHex][Octala]对CO2具有较好的吸收能力。
3、[HEtHex][Acylala]型AA-PILs的分子间氢键相互作用：
为了更深入地研究分析[HEtHex][Acylala]型AA-PILs的宏观物性与微观结构间的关系，在异辛基乙二胺-己酰基丙氨酸（[HEtHex][Hexala]）型AA-PIL阴阳离子间氢键作用的研究的基础上，利用密度泛函理论M06-2X/6-311G(d,p)方法及基组条件下，对异辛基乙二胺-酰基（=丁酰基、辛酰基、癸酰基及月桂酰基）丙氨酸型质子化离子液体[HEtHex][Acylala]（Acyl=butanoyl,octanoyl,decanoyl,dodecanoyl）阴阳离子间的氢键作用进行了理论研究。通过几何优化得到了其较稳定构型[HEtHex][Acylala]S1-S5，共五种。红外谱图结果显示，阳离子部位中参与氢键的N-H延长值显著，从而引起了N-H振动频率的消失，同时在2202?2986cm-1处出现了较强的O-H键伸缩振动。这表明[HEtHex]与[Acylala]间形成了较强的O-H…N型氢键，即以中性分子与中性分子间的作用力键合。[HEtHex][Acylala]中主要氢键部位临界点的拉普拉斯值均大于0，并且电荷密度值、二阶微扰能及氢键能值分别在0.060～0.084a.u.（＜0.10a.u.）、43.58～57.83kcal?mol-1及17.9～29.8kcal?mol-1范围内，即可以说明，[HEtHex][Acylala]分子间存在较强的氢键相互作用。当阳离子均为异辛基乙二胺，阴离子碳链由丁基增长至月桂基（十二烷基）时，[HEtHex][Acylala]氢键能均在17.9～29.8kcal?mol-1范围内，无明显变化。
4、[HEtHex][Acylala]型AA-PILs与水分子间氢键相互作用
[HEtHex][Butala]及[HEtHex][Hexala]型AA-PILs的亲水性较强，通过实验研究水分含量对[HEtHex][Hexala]的密度、粘度及电导率等物性有较大的影响。因此，研究了[HEtHex][Acylala](Acyl=butanoyl,hexanoyl)与nH2O分子间的氢键作用，探讨了其宏观物性与微观结构之间的关系。首先利用密度泛函理论M06?2X/6?311G(d,p)方法及基组条件下，通过几何优化及分子振动频率的分析，分别得到了其较稳定构型A1-A10及S1-S11，共21种，并且计算了[HEtHex][Acylala]-nH2O分子间的相互作用能（ΔE0BSSE）、分子振动频率（Δν）、二阶微扰能（E(2)）及电子密度.（ρc），结果显示，[HEtHex][Acylala]与水分子间形成较强的N?H···O、O?H···N及O?H···O型氢键。随着[HEtHex][Acylala]与所结合水分子数量的增加，ΔE0BSSE、E(2)及ρc值均随之增大，说明[HEtHex][Acylala]与水分子间氢键相互作用增强，即[HEtHex][Acylala]?nH2O体系中分子间氢键作用强度为[HEtHex][Acylala]-6H2O＞[HEtHex][Acylala]-2H2O＞[HEtHex][Acylala]-H2O。并且[HEtHex][Acylala]与nH2O分子间形成的氢键能（EHB(sum)）均在7.3～83.3kcal?mol-1范围内，属于较强类型氢键作用。