Moleküldynamik-Simulationen zum Stofftransport bei der Reaktivextraktion
Final Report Abstract
Computer-Simulationen stellen ein geeignetes Werkzeug dar, molekulare Erkennungsmuster und die zugrunde liegenden charakteristischen Wechselwirkungen zu erfassen und zu beschreiben. Schwerpunkt dieses Projektes war es, Molecular Modeling- Rechnungen zur Charakterisierung der Strukturbildung von Aminen mit kationischen und anionischen Partnern in Abhängigkeit von äußeren Parametern (pH, Lösungsmittel) insbesondere auch im Hinblick auf deren Dynamik in Lösung und beim Stoffübergang über Flüssig-flüssig-Phasengrenzen einzusetzen und damit einen Beitrag zum molekularen Verständnis derartiger Vorgänge zu leisten. Durch die damit verbundene Erweiterung des vorliegenden Kenntnisstandes werden gleichzeitig Möglichkeiten einer gezielten Einflussnahme im Sinne einer optimalen Prozeßgestaltung aufgezeigt. Die Rechnungen konzentrierten sich dabei einmal auf die Strukturermittlung von unterschiedlichen Aminliganden und deren Anionen- und Kationenkomplexen unter Einsatz von DFT-Verfahren, weiterhin auf die Beschreibung der Hydratationsdynamik der Modellverbindungen NH3 und alkylsubstituierter Amine sowie speziell auf Moleküldynamik-Simulationen im Extraktionssystem Metallsalz bzw. Säure-H2O/Polyamin-Verdünnungsmittel. Ein wesentliches Ergebnis ist die erstmalige Behandlung von Ammoniak sowie Aminen und ihren protonierten Formen in wässriger Umgebung mit Hilfe von Car-Parrinello-Moleküldynamik-Simulationen sowie die theoretische Ableitung relevanter Basenkonstanten. Die durchgeführten Rechnungen zu Wechselwirkungen von ausgewählten tripodalen Aminen bzw. strukturverwandten Aminocryptanden mit der Lösungsmittelumgebung (Wasser, Toluol, CHCl3) weisen auf einen dominierenden Einfluss von Wassermolekülen hin, wobei signifikante Strukturänderungen durch ausgeprägte Wasserstoffbrückennetzwerke und die Bildung unterschiedlicher Wassercluster impliziert werden. Diese Wechselwirkungen sind ebenfalls von ausschlaggebender Bedeutung für die Zweiphasensysteme, wobei beim Stoffübergang dadurch neben den Strukturänderungen zusätzlich Basizitätsverschiebungen der Aminstickstoffdonorfunktionen wirksam werden.
Publications
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