氨基酸类插层双极性层状化合物的合成与结构分析
蒙脱石(MMT)和水滑石(LDHs)作为插层材料，在催化，医疗，石油化工等很多领域得到了广泛的应用，氨基酸及氨基酸类化合物是构成生物功能大分子的基本组成单位，同样具有着许多重要用途。本文利用五种氨基酸分子（对氨基苯磺酸，脯氨酸，甘氨酸，赖氨酸，色氨酸）作为插层客体，利用层板剥离再组装的方法制备出一种新型的同时具有两种不同极性层板的复合物插层材料。用近代测试手段表征了复合物材料结构，通过量子化学计算建立了复合物结构模型，解释了两性氨基酸离子在复合物材料层间可能的排布方式，分析了分子轨道、电荷密度等电子结构性质。主要研究成果如下: 1、用层板剥离后重组的方法，以两种不同极性的层板为主体，两性氨基酸为客体相结合，分别制备了五种氨基酸插层复合物，通过XRD测试得到了晶体结构参数;利用FT-IR分析了化学组成;用TG-DTA研究了热稳定性;用SEM和TEM观察了形貌。研究结果表明利用层板的剥离重组方法可以得到一种同时具有不同极性层板的新型插层复合物，插层两性离子的大小会影响复合物的层间距和层板强度。制备了一系列以不同反应物原料配比的复合物，发现当LDHs∶MMT为5∶1至1∶1时，有利于两性离子进入层间。 2、利用密度泛函理论优化得到了新型复合物空间结构，将计算给出的各种结构参数与实验结果进行比较，发现两性离子与层板的相互作用主要为氢键模式，对氨基苯磺酸根两性离子插层复合物在原料配比发生改变的时候与水滑石层板的作用从双氢键向单氢键转换，两性氨基酸离子与蒙脱石层板始终保持着氢键连接，离子在层间采用倾斜于层板的方式排布。脯氨酸、甘氨酸、赖氨酸、色氨酸两性离子均与层板形成双氢键吸附，与蒙脱石层板的作用形式与两性离子的空间取向相关。 3、对于所构建的复合物进行了前线轨道，PDOS及电荷密度的计算，验证了对于不同两性离子在层间所采取排布方式的判断。分析前线轨道可以发现，脯氨酸与色氨酸插层后与蒙脱石层板没有产生相互作用，HOMO轨道位于蒙脱石层板上，而LUMO轨道大部分集中在水滑石层板上，这说明插层后的复合物中水滑石层板更容易接受电子发生反应。甘氨酸与赖氨酸两性离子在插层后与蒙脱石层板产生相互作用，HOMO轨道与LUMO轨道都转移到氨基酸两性离子上，对氨基苯磺酸两性离子介于这两种不同形式之间，其HOMO轨道位于蒙脱石层板，LUMO轨道主要分布于两性离子周围小部分分布于水滑石层板上。
氨基酸插层复合物;双极性层板;制备工艺;结构表征
北京化工大学
博士
化学
蒲敏
2016
中文
TB332
120
2017-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）