通过分子动力学模拟研究离子液体在环氧化物和环状碳酸酯中的溶解度与解离

气候紧急状态促使人们对 CO$_{2}$ 资源化利用途径展开研究。包含在该框架内的一项具有竞争力的工艺是 CO$_{2}$ 催化环加成至环氧化物以生产环状碳酸酯。基于卤化物的离子液体被认为是一种有竞争力的选择。然而，不同离子液体的结构-性能关系仍是一个有争议的话题，其中阳离子-阴离子解离常数是一个关键的描述符。在这项工作中，通过分子动力学（MD）模拟解决了离子效应。测试了环氧丙烷和碳酸酯的力场，并将其用于构建 1,2-环氧己烷和碳酸己烯酯的力场，而离子液体则采用 CL&P 力场进行建模。针对由 [$\mathrm{N4444^+}$] 或 [$\mathrm{N2222^+}$] 阳离子与卤化物阴离子：碘化物 [$\mathrm{I^-}$]、溴化物 [$\mathrm{Br^-}$] 和氯化物 [$\mathrm{Cl^-}$] 组合构成的离子液体，测试了它们在环氧化物-碳酸酯介质中的溶解度。结果表明，基于 [$\mathrm{N2222^+}$] 阳离子的离子液体在环氧化物/碳酸酯介质中不溶，而基于 [$\mathrm{N4444^+}$] 阳离子的离子液体表现出扩散。研究了实验可溶离子液体的反应介质中关键原子间的相互作用。发现阳离子-阴离子相互作用遵循催化活性趋势，其中 [$\mathrm{I^-}$] 是与（[$\mathrm{N4444^+}$]、[$\mathrm{bmim^+}$] 和 [$\mathrm{emim^+}$]）阳离子结合最不紧密的卤化物阴离子。径向分布函数的第一峰积分与实验产率（包括 [$\mathrm{N1111^+}$][$\mathrm{Br^-}$]）之间可以建立相关关系，回归系数为 0.86。此外，基于 [$\mathrm{I^-}$] 的离子液体表现出阳离子与环氧化物氧之间更好的相互作用，这一现象与环氧化物活化和中间体稳定化有关。