化合物结构与相互作用的THz时域光谱研究
太赫兹时域光谱(THz-TDS)是新的远红外波段光谱测量技术，含有丰富的物理、化学信息。许多凝聚态物质以及生物大分子的振动和转动能级都落在THz波段范围，研究物质在太赫兹波段的光谱性质将有助于人们从全新的角度了解物质结构特性，获得光谱学研究中一直缺少的信息，而且能为揭示结构与功能的关系提供了新的证据和帮助。
本文测量了室温下五元糖类化合物、苯甲酸衍生物、联苯酚、呋喃苯胺酸、可的松类药物以及羟基肉桂酸衍生物等多种结构类似化合物的THz时域光谱，获得了这些化合物0.2-2.0 THz频率范围内吸收系数、折射指数等信息。实验结果表明太赫兹光谱对于物质结构的微小差异和变化高度敏感，可以作为很好的生物化学分析测试手段。构型、构造、氢键作用方式以及晶型等因素都会对化合物的太赫兹光谱产生影响：对四种D型五元糖分子的测量显示差向异构体在THz波段表现出不同的吸收特性，对D-，L-以及DL-阿拉伯糖的研究发现旋光异构体的THz光谱相似，但与其外消旋化合物区别明显；对苯甲酸衍生物THz波段光谱特性的研究表明，不同取代位置引起的空间效应和不同性质取代基的电子效应都会对化合物的THz光谱产生影响，造成化合物吸收峰的位移或者低频运动模式的改变；对可的松类药物分子吸收和折射性质的研究则表明THz光谱能够反映六元碳环中单个化学键类型的差异；对不同晶型呋喃苯胺酸的鉴别显示了晶格振动对太赫兹光谱的贡献；而2，2’-联苯酚和4，4’-联苯酚之间的光谱区别则显示了分子间氢键和分子内氢键对太赫兹吸收信号的不同影响，这些结果证实了化合物THz波段的吸收主要与其整体运动模式相关。
同时，利用量子化学计算软件Gaussian03程序包对甲基苯甲酸、联苯酚和羟基肉桂酸衍生物的振动光谱进行了理论模拟，并对它们的太赫兹吸收信号进行了初步尝试性地解析，实验测得的吸收主要是由含氢键在内的化合物集体振动所造成的。
对对苯醌与2，2’-联苯酚/对苯二酚固态反应的过程进行了THz-TDS研究，通过测量不同反应阶段的固态混和物在太赫兹波段的吸收清晰地了解反应的进程，根据朗伯一比尔定律对吸收光谱进行解析，定量获得了反应体系内反应物消耗的情况。通过常规固态反应研究手段X-射线粉末衍射和傅立叶变化红外光谱同步检测这些反应过程，验证太赫兹时域光谱检测的准确性与可靠性。实验结果预示着THz-TDS有望成为一种新的固态反应分析手段，用于化学反应动力学研究。
- 作者：
- 葛敏
- 学位授予单位：
- 中国科学院上海应用物理研究所
- 专业名称：
- 无机化学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2007年
- 导师姓名：
- 李文新；王文锋
- 中图分类号：
- O657.33
- 关键词：
- 时域光谱；低频振动；分子间氢键；固态反应；量化计算
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