【优秀硕士博士论文】超额近红外光谱及其在二元体系分子间相互作用中的应用

超额近红外光谱及其在二元体系分子间相互作用中的应用,2013年9月,1,报告内容,内容提纲,2,分子间相互作用在很多领域起着非常重要的作用：,立项依据,研究现状和意义,3,立项依据,研究现状及意义,4,超额红外光谱=实际溶液的光谱 - 理想溶液的光谱,分子间相互作用,提高红外谱图的分辨率；判断体系的非理想性；判断分子间相互作用的作用位点；正负号提供一些结构方面的信息。,超额红外光谱定义,超额红外光谱的应用,立项依据,研究现状及意义,5,Koga课题组于2009年首次在近红外分析中用到超额摩尔吸光度，并对近红外谱图进行处理，分析了乙腈水溶液和丙酮水溶液两个体系。随后该课题组又对卤化钠溶液进行了探究。,超额摩尔吸光度就是超额近红外光谱，但是方法上仍有不完善之处，例如没有调整基线，选波数不够合理等，所以完善超额近红外光谱的方法是很有必要的。,近红外光谱主要是反映C-H、O-H、N-H等化学键的信息，分析范围几乎可覆盖所有的有机化合物和绝大部分的无机化合物。 测量时不需要对样品进行前处理。 分析过程中不破坏样品、重现性好。,近红外光谱的优点,超额近红外光谱,室温离子液体(RTIL),阳离子：,阴离子： Cl, Br, I, BF4, PF6,立项依据,研究现状及意义,离子液体具有蒸汽压极低、液程宽、稳定性好、导电性好、易于分离以及很强的溶解能力等优点，是一种极具潜力的绿色溶剂和新型功能性绿色“软”材料。,常见的离子液体,是由特定阳离子和阴离子构成的在室温或近于室温下呈液态的离子化合物。,6,研究内容,内容和目标,本课题的研究内容,以解决分子间相互作用的本质与规律为基本出发点，选择合适的小分子二元体系，完善超额红外光谱的理论。然后选择若干具有代表性的离子液体与小分子共溶剂作为研究对象进行探究，将超额近红外光谱由小分子体系推广到较复杂的离子液体体系。,7,超额近红外光谱分析方法的完善。离子液体与质子溶剂二元体系的探究。离子液体与非质子溶剂二元体系的探究。,关键问题,本课题研究目标,本课题研究目标,8,通过推导公式和实际简单小分子体系的探究，在方法学上完善超额近红外光谱。,通过对离子液体与质子溶剂二元体系的探究，对主要特征吸收峰进行归属，总结离子液体与质子溶剂的作用规律。,通过对离子液体和非质子溶剂的探究，结合量化计算，对作用体的吸收峰进行归属，总结离子液体与非质子溶剂的作用规律。,对多个体系进行总结分析，总结出离子液体与溶剂相互作用的规律，并比较离子液体与质子溶剂和非质子溶剂的作用的异同。,关键问题,本课题拟解决的关键问题,本课题拟解决的关键问题,9,在方法学上完善超额近红外光谱。近红外区峰重叠严重，峰宽较大，基线可能会不平，这些是我们需要克服和解决的问题。,近红外区作用体的指认。近红外区重叠严重，指认难度大，超额近红外光谱中根据超额峰位置的变化、超额峰的个数，结合理论计算，可以帮助我们完成对峰的指认。,后方基团的影响。由于所选分子后方基团（烷基、羟基等）可能会对直接作用的基团起到较大的作用，拟通过超额近红外光谱，核磁共振谱和量化计算，来探究后方基团对体系相互作用的影响。,研究方案,本课题研究方案及可行性分析,研究方案,10,中红外和近红外实验。对于中红外采用ATR技术，可以准确测量纯物质以及浓度很大溶液的红外光谱。对于近红外，根据吸光系数的强弱，样品的浓度，选择合适的比色皿（一般小于1mm）进行近红外测试。若是二元体系中存在重叠峰，可以考虑用氘代试剂。,研究方案采用以实验为主，辅助以理论计算。,核磁共振技术。利用外标法，用核磁共振波谱仪测量相关原子的化学位移，统计化学位移的变化，与红外、理论计算相结合，解释分子间相互作用过程中电荷的变化。,理论计算。采用密度泛函理论对分子构型进行优化，对NBO电荷、能量变化和氢键进行统计，配合超额光谱对电荷变化、偶极矩变化进行讨论。,研究方案,本课题研究方案及可行性分析,可行性分析,11,主要分析方法：我组前期关于超额中红外光谱相关工作已经得到国内外同行的认可，使超额红外光谱推广到近红外有了宝贵的经验和知识积累。,实验手段：近红外光谱、红外光谱、核磁共振谱、DSC谱图等，这些技术都是实验室比较成熟的分析技术，本课题组前期相关工作具有很好的基础，可以保证测试准确顺利的完成。,理论计算手段：量子化学计算探究离子液体与共溶剂相互作用，本课题组有着丰富的经验。MD模拟研究分子间相互作用前期也开展了不少工作。实验室有数台计算用服务器，可以保证工作的顺利进行。,综上，本实验室具有完成科研任务的条件。,特色创新,本课题的特色与创新之处,创新之处,特色,分析手段： 理论和计算相结合,12,本项目力图完善超额近红外光谱的理论，并将超额近红外光谱由简单体系推广到较为复杂的离子液体体系。利用近红外光谱、超额近红外光谱辅助以其它测试手段，对离子液体和小分子共溶剂二元体系进行研究，得到分子间相互作用的规律。,方法学：采用近红外和超额近红外光谱对离子液体-小分子共溶剂二元体系进行分析，在方法上有很大的创新。,研究计划,年度研究计划及预期研究结果,第一阶段 2013年10月至2014年9月,选择简单小分子二元体系进行研究，完善超额近红外光谱的方法,第二阶段 2014年10月至2015年9月,对离子液体和质子溶剂二元体系进行研究。对离子液体和非质子溶剂二元体系进行探究。,第三阶段 2015年10月至2016年10月,分析实验数据，总结离子液体与小分子共溶剂相互作用规律，并比较离子液体与质子溶剂和非质子溶剂作用的异同点，发表论文,年度计划,13,研究基础,研究基础与工作条件,研究基础,用超额红外光谱研究分子间相互作用方面，我们实验室也做了大量而细致的工作，研究了小分子、离子液体等分子间的相互作用机制。将超额红外光谱的理论推广到中红外，可行性高。,我们课题组长期从事分子间相互作用规律以及机理的研究,14,从热力学角度研究分子间相互作用的本质一直是我们实验室的研究重点，体系涵盖磷脂、高分子、表面活性剂、蛋白质等，已经发表了一系列的论文。,实验室长期多年从事量子化学计算和动力学模拟，在研究分子间相互作用工作上有很好的基础。,研究基础,研究基础与工作条件,工作条件,FTIR:DTGS和MCT检测器，ZnSe和Ge以及金刚石附件。