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摘 要

离子液体近年来一直被人们发掘成为表面活性剂的替代品，不仅可以补充表面活性剂的新品种加深离子液体研究的深入，同时也使得我们的表面活性剂更加绿色环保。

本文以[Amim]Cl、[Emim]Cl、[Etmim]Cl、[Bmim]Cl、[Hmim]Cl为原料和十二烷基硫酸钠盐反应，合成[Amim] [C₁₂SO₄]^-、[Emim] [C₁₂SO₄]^-、[Etmim] [C₁₂SO₄]^-、[Bmim] [C₁₂SO₄]^-、[Hmim] [C₁₂SO₄]^-等五种阴离子表面活性离子液体。采用密度泛函理论(dft)计算方法，优化了不同水分子数目(n=1-4)的阴离子（[C12SO4]^-）、咪唑阳离子（[Etmim] ），离子液体([Etmim] [C12SO4]^-和[Bmim] [C12SO4] ^-)的结构。

分析了典型的三种氢键结构(1:2,2:1,1:1型)、键长变化、键角变化以及复合物中典型水合原子的电荷变化。结果表明，增加咪唑阳离子中典型吸电子原子(N和O)的电负性有利于胶束的形成。根据水合物的总能量(E)、结合能(D₀)和结合能差(△D₀)，观察热能随着水分子增加的变化发现，[Etmim] [C12_SO₄]^-更容易与H₂O分子结合，有利于胶束的形成。

关键词：阴离子表面活性离子液体 密度泛函理论计算 界面性能

Calculation and simulation of interfacial properties of Anionic surfactant ionic liquids

Abstract

In recent years, ionic liquids have been developed as substitutes for surfactant, which can not only supplement new surfactant, but also deepen the research on ionic liquids, it also makes our surfactant greener.

In this paper, [Amim] [C₁₂SO₄]^-、[Emim] [C₁₂SO₄]^-、[Etmim] [C₁₂SO₄]^-、[Bmim] [C₁₂SO₄]^-、[Hmim] [C₁₂SO₄]^- were synthesized from [Amim]Cl、[Emim]Cl、[Etmim]Cl、[Bmim]Cl、[Hmim]Cl and sodium lauryl sulfate.The structures of anions（[C₁₂SO₄]^-）,imidazolium cations ([Etmim] ),ionic liquids([Etmim] [C₁₂SO₄]^- and [Bmim] [C₁₂SO₄]^-) with different number of water molecules（n=1-4）have been optimized by density functional theory（DTF）calculation.

Three typical hydrogen bond structures（1:2,2:1,1:1），bond length change, bond and angle change and charge change of typical hydrated atom in the complex were analyzed. The results show that increasing the electronegativity of typical electron-absorbing atoms（N and O）in imidazole cation is beneficial to the formation of micelles. According to the total energy（E）, the binding Energy (D₀).And the difference of the binding energy (△D₀)of the hydrate, it was found that the change of the thermal energy with the increase of the water molecule, the [Etmim] [C₁₂SO₄]^-could bind to the H₂O molecule more easily, which was beneficial to the formation of Micelles.

Key words: Anionic surface active ionic liquid；Density functional theory calculation；Interface performance；

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1前言 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1表面活性剂离子液体 1

1.2.2阳离子型表面活性离子液体 2

1.2.3阴离子型表面活性离子液体 2

1.2.4 两性离子液体表面活性离子液体 3

1.3表面活性离子液体的合成 4

1.3.1合成历史 4

1.3.2系列阴离子表面活性离子液体的合成 4

1.4高斯软件进行量子化学分析 5

1.4.1量子化学研究进展 5

1.4.2 量子化学分析 6

第二章 实验部分 7

2.1药品与仪器 7

2.1.1药品 7

2.1.2仪器 7

2.2阴离子表面活性离子液体的合成 8

2.2.1 [Bmim][C₁₂H₂₅SO₄]的合成 8

2.2.2 [Etmim][C₁₂H₂₅SO₄]的合成 8

2.2.3 [Emim][C₁₂H₂₅SO₄]的合成 9

2.2.4 [Amim][C12H25SO4]的合成 9

2.2.5 [Hmim][C12H25SO4]的合成 10

2.3分子模拟 10

第三章 结果与讨论 12

3.1分子模拟 12

3.2 以[Etmim][C₁₂H₂₅SO₄]为例探讨表界面性能 13

3.2.1咪唑阳离子[Etmim] 水合物的分析 14

3.2.2十二烷基硫酸根离子水合物的分析 16

3.2.3[Etmim][C₁₂H₂₅SO₄]水合物的表面分析 19

3.4 对比[Etmim][C₁₂H₂₅SO₄]和[Bmim][C₁₂H₂₅SO₄]的表界面性能 23

3.5水合配合物的总能（E）、结合能（D₀）、结合能差（ΔD₀） 26

第四章 结论与展望 29

4.1结论 29

4.2展望 29

参考文献 30

致谢 33

第一章 文献综述

1.1前言

离子液体（ionic liquids,ILs）近年来被认为是表面活性剂的替代物，离子液体属于熔盐物质，在室温下以液态形式保存，由阴离子和阳离子由库仑力组成，不含其他分子，常伴有氢键产生。现代化学一直向着绿色化学发展，而离子液体无疑符合我们对于发展的需求，他是一种环保型的绿色溶剂和功能型溶剂^[1]，与其他的有机溶剂相比，对化学物质拥有更好的溶解性，他几乎不会汽化，所以不会对大气造成污染。并且他几乎没有蒸气压、同时导电性能好，不可燃烧，热稳定性高，热熔性极高，离子液体独特的理化性质，使得他成为当代化学研究的前沿，在材料化学、精细有机合成、电化学、催化、生物工程以及新能源等领域均有良性发展^[2]。研究表面活性离子液体的研究和拓展，在丰富表面活性剂的品种，改善表面活性剂对环境的影响，同时可以扩大离子液体的应用范围。

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