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摘 要

本文以1-甲基咪唑、1-丁基咪唑、丙基磺酸内酯、乙酸等为原料设计合成两种基于磺酸基的酸性离子液体1-甲基-3-（丙基-3-磺酸基）咪唑乙酸盐（mPSAc）和1-丁基-3-（丙基-3-磺酸基）咪唑乙酸盐（bPSAc）。通过核磁氢谱确证了两种酸性离子液体的结构，并测试酸性离子液体的物理化学参数：酸碱度（pH）、氢键碱性（β）、极化度（π*）。测出了酸性离子液体mPSAc溶解明胶的能力。研究了mPSAc-gelatin溶液的物理性质：粘度。最后通过密度泛函理论（DFT）对酸性离子液体mPSAc与三肽进行分子模拟，分析了其中分子作用的机理，以此为依据，分析了在酸性离子液体中明胶的溶解作用机理。

根据实验数据及分子模拟结果，本文取得以下成果：

（1）实验数据阐明了在30℃下，酸性离子液体 mPSAc（5wt%）水溶液能在24min内将明胶（1wt%）溶解完全，确证了明胶在酸性离子液体（mPSAc）溶解效能。

（2）通过测试两种磺酸基酸性离子液体的物理化学参数，分析得到在这两种磺酸基酸性离子液体中，阳离子基团上的烷基链长度不同会导致其对明胶的溶解性能差异。所带烷基链越短，越易与明胶形成氢键，故mPSAc的溶解能力强于bPSAc；

（3）通过测试酸性离子液体-明胶溶液的物理性能，得到mPSAc-gelatin的粘度为206.6 mPa·s

（4）分子模拟结果表明mPSAc和bPSAc咪唑环上的活泼氢，丙基中的亚甲基的氢原子，磺酸根离子在明胶溶解过程中起重要作用。

关键词：酸性离子液体 明胶 协同溶解 密度泛函理论（DFT）

Study on the synergistic dissolution mechanism of gelatin

using acidic ionic liquids

Abstract

In this paper, two kinds of sulfopropyl acidic ionic liquids 1-methyl-3-(propyl-3-sulfonic) imidazolate acetate (mPAc) and 1-butyl-3-(propyl-3-sulfonic) imidazolyl acetate (bPSAc) were designed and synthesized from 1-methylimidazole, 1-butylimidazole, propanesultone and acetic acid. The structure of two acidic ionic liquids was confirmed by ¹HNMR, and the physical and chemical parameters of acidic ionic liquids were tested: pH, hydrogen bond basicity( β), polarizability(π *). The ability of dissolution of gelatin by acidic ionic liquid mPSAc was measured. The physical properties of mPSAc-gelatin solution were studied: viscosity. Finally, the molecular mechanism of the acidic ionic liquids and tripeptide was simulated by DFT. The mechanism of molecular action was analyzed. Based on this, the mechanism of dissolution of gelatin in acidic ionic liquids was analyzed.

Based on experimental data and molecular simulation results, the paper achieved the following results:

(1)The results showed that at 30 ℃, the aqueous solution of mPSAc(5wt%) could completely dissolve gelatin (1wt%) in 24min，demonstrating the solubility of gelatin in acidic ionic liquid (mPSAc) .

(2) By testing the physical and chemical parameters of the two sulfonic acid ionic liquids, it is found that the different length of the alkyl chain on the cation group will lead to the different solubility of gelatin in the two sulfonic acid ionic liquids. The shorter the alkyl chain, the easier to form hydrogen bond with gelatin, so the solubility of mPSAc is stronger than that of bPSAc

(3) The viscosity of mpsac gelatin is 206.6 mPa·s.

(4) The results of molecular simulation show that the active hydrogen on the mpsacand bpsacimidazole rings, the hydrogen atom of methylene in the propyl group and the sulfonate ion play an important role in the dissolution of gelatin.

Key words: Acidic ionic liquid; Gelatin; Synergistic dissolution; Density functional theory

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 IV

第一章 文献综述 1

1.1 前言 1

1.2 明胶的研究进展 1

1.2.1 明胶的概述 1

1.2.2 明胶的应用 2

1.2.3 明胶的溶解 3

1.3 离子液体的研究进展 4

1.3.1 离子液体的概述 4

1.3.2 离子液体的应用 4

1.3.3 离子液体溶解生物大分子 4

1.4 本文的立题依据和研究内容 5

1.4.1 立题依据 5

1.4.2 研究内容 6

第二章 实验部分 7

2.1 实验试剂与仪器 7

2.1.1 试剂 7

2.1.2 仪器 7

2.2 磺酸基酸性离子液体的合成与表征 8

2.2.1 mPSAc的合成与表征 8

2.2.2 bPSAc的合成与表征 9

2.3 磺酸基酸性离子液体的物理化学性质 10

2.3.1 酸性离子液体β和π*的测试 10

2.3.2 酸性离子液体pH的测试 10

2.4 明胶的溶解 10

2.4.1 酸性离子液体（mPSAc）对明胶的溶解时间 10

2.4.2 酸性离子液体-明胶溶液的粘度 10

2.5 分子模拟 10

第三章 结果与讨论 12

3.1 磺酸基酸性离子液体的合成与表征 12

3.2 磺酸基酸性离子液体的物理化学性质 16

3.2.1 酸性离子液体β和π*的测试 16

3.2.2酸性离子液体pH的测试 16

3.3明胶的溶解 17

3.3.1 酸性离子液体（mPSAc）对明胶的溶解时间 17

3.3.2 酸性离子液体-明胶溶液的粘度 17

3.4 分子模拟 17

3.4.1 mPSO₃的最佳构型与极性官能团的电荷分布 17

3.4.2 mPSAc的最佳构型与极性官能团的电荷分布 19

3.4.3 mPSAc与明胶的最佳构型与DFT模拟结果 20

3.4.4明胶在酸性离子液体中的可能溶解机理 22

第四章 结论与展望 24

4.1 结论 24

4.2 展望 24

参考文献 25

致 谢 28

第一章 文献综述

1.1 前言

明胶（Gelatin）因为它来源丰富，并且还有生物相容性和环境友好性的优点，而普遍的应用于生物膜材料、医用纤维和工业明胶等领域。明胶多肽链间大量存在的分子链内和分子链间氢键、离子键、分子间作用力和亲油键等，使明胶在水和一般有机溶剂（例如乙醇和丙酮等）中较难溶解，所以限制了明胶的应用，因此寻找合适的溶剂对拓宽明胶的应用至关重要。

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